DE19705034A1 - Prozeß zur Herstellung einer entbenzenten und isomerisierten Benzinmischkomponente unter Verwendung eines Doppelfunktions-Katalysators - Google Patents
Prozeß zur Herstellung einer entbenzenten und isomerisierten Benzinmischkomponente unter Verwendung eines Doppelfunktions-KatalysatorsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das
Gebiet der Verfahren zur Herstellung einer entbenzenten
und isomerisierten Benzinmischkomponente aus einem ben
zenhaltigen Raffineriestrom und insbesondere auf ein
solches Verfahren unter Verwendung eines Doppelfunktions-
Katalysators, vorzugsweise in einem Einzelreaktor oder
einem katalytischen Destillierreaktor.
Unter den Komponenten von Benzin ist Benzen ein bekanntes
Karzinogen und macht den Hauptanteil der toxischen Luft
verschmutzungen aus. Die Clean Air Act Amendments (CAAA)
von 1990 spezifizieren, daß der Benzengehalt in refor
miertem US-Benzin auf 1,0 Vol.-% beschränkt wird. Es ist
daher vorteilhaft, das Benzen aus der Benzinmischkompo
nente, wie z. B. dem Reformat, zu entfernen.
Im Stand der Technik gibt es mehrere Benzenentfernungs
verfahren, die in der Tat Schwierigkeiten haben, qualita
tiv hochwertiges Benzin herzustellen.
Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 5,189,233 ein
Zweischritt-Hydrierverfahren zur Herstellung von Cyclo
hexan mittels Flüssigphasenhydrierung von Benzen, das das
Inkontaktbringen von Benzen und Wasserstoff in Gegenwart
eines gemischten Katalysatorbetts umfaßt, das einen
ersten Katalysator, der ein weniger aktiver Hydrierkata
lysator ist, der unter den Elementen der Gruppe VIII der
Periodentafel ausgewählt ist, und einen zweiten aktiveren
Katalysator enthält, der ein Gruppe-VIII-Metall enthält,
das auf ein Oxid wie z. B. Aluminiumoxid, Siliciumoxid
oder Titanoxid aufgebracht ist. Der Vorteil dieser Spezi
fizierung ist die Milderung des schnellen Anstiegs der
Reaktionstemperatur ohne Verwendung irgendeines Verdün
nungsmittels. Jedoch ist das in diesem Verfahren erzeugte
Cyclohexan mit niedriger Oktanzahl für eine Benzinmisch
komponente nicht erwünscht.
Das US-Patent Nr. 5,210,348 offenbart ein Verfahren, das
die benzenreiche Fraktion des Raffineriestroms mit den
C2-C4-Olefinen in einer Alkylierungszone einer katalyti
schen Destillierkolonne alkyliert. Die zurückbleibende
Leichtfraktion in einem Einzelreaktor wird hydriert, um
im wesentlichen das gesamte restliche nichtalkylierte
Benzen zu Cyclohexan umzusetzen, und isomerisiert, um die
C5-C7-Normalparaffine zu Isoparaffinen umzusetzen.
Die Nachteile dieses Verfahrens sind, daß der Aromatenge
halt in der Benzinmischkomponente nicht wirksam auf das
gewünschte Maß reduziert werden kann, und daß ferner die
wertvollen C2-C4-Olefine verbraucht werden.
Es ist daher besonders erwünscht, vorzugsweise in einem
Einzelreaktor oder einem katalytischen Destillierreaktor
das Benzen im benzenhaltigen Raffineriestrom zu Cyclo
hexan zu hydrieren und gleichzeitig das Cyclohexan zu
Methylcyclopentan und die C5-C7-Normalparaffine zu Iso
paraffinen zu isomerisieren.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Nachteile des obenerwähnten Standes der Technik zu besei
tigen und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
einer entbenzenten und isomerisierten Benzinmischkompo
nente aus einem benzenhaltigen Raffineriestrom zu schaf
fen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein
Verfahren, das die im Anspruch 1 oder 2 angegebenen
Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf
bevorzugte Ausführungsformen gerichtet.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auf benzen
haltige Raffinerieströme anwendbar, die unter anderem
Reformat, FCC-Benzin (im Wirbelbettverfahren katalytisch
gecracktes Benzin), Destillationsbenzin und Kokscrackben
zin enthält. Reformat ist eine bevorzugte Zuführungskom
ponente. Die Tabelle 1 zeigt die Merkmale des Reformats,
das für die vorliegende Erfindung geeignet ist. Tabelle 2
zeigt die Komponenten eines typischen Reformats und
Tabelle 3 zeigt die Komponenten eines typischen Leichtre
formats. Die Zuführungskomponente kann ferner eine Mi
schung aus der Leichtfraktion des FCC-Benzins oder des
Kokscrackbenzins (Siedepunkt unter 95°C) und einem
Leichtreformat enthalten. Bevorzugte Zuführungskomponen
ten können Benzen im Bereich von 2 Gew.-% bis 15 Gew.-%
und mit einem Siedepunkt zwischen 15°C und 105°C ent
halten.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug nimmt, es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Zeichnung einer bevorzugten
Ausführungsform gemäß dem Verfahren der vorlie
genden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Zeichnung einer weiteren Aus
führungsform gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung.
A. Zu Fig. 1:
- (1) Ein benzenhaltiger Raffineriestrom, wie z. B. ein
Reformat, wird über eine Leitung 10 in eine erste Destil
lierkolonne geleitet, um es in eine benzenreiche leichte
re Fraktion und eine benzenarme schwerere Fraktion zu
destillieren.
Die benzenarme schwerere Fraktion wird anschließend direkt über die Leitung 16 in einen (nicht gezeigten) Benzinmischkomponentenbehälter geleitet.
Eine C5-93°C-Leichtreformatfraktion tritt über die Leitung 14 aus der Destillierkolonne aus und wird mit einem Recycling-Gas aus aufbereitetem Wasserstoff und Leichtgas von einem Gas-flüssig-Separator 30 gemischt und über die Leitung 36 durch einen Kompressor 34 zum Hy drier- und Isomerisationsreaktor 20 geleitet.
Das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff kann in der gemischten Zuführungskomponente im Bereich von ungefähr 0,01 : 1 bis zu 5 : 1 liegen. Die Zuführungsrate der gemischten Zuführungskomponente kann von ungefähr 0,1-10 hr-1 an LHSV (stündliche Flüssigkeitsraumgeschwin digkeit) variieren. - (2) Der Doppelfunktionsreaktor 20 enthält einen hochakti
ven Doppelfunktionskatalysator zum Hydrieren des benzen
reichen Kohlenwasserstoffs zu entbenzenten Produkten, die
Cyclohexan und C5-C7-Normalparaffine mit niedriger Oktan
zahl enthalten, und zum gleichzeitigen Isomerisieren der
entbenzenten Produkte zu Methylcyclopentan und
C5-C7-Isoparaffinen mit höherer Oktanzahl.
Die Reaktionsbedingungen des Reaktors 20 umfassen eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 300°C, einen Druck im Bereich von 344 kPa bis 10,34 MPa Überdruck und vor zugsweise zwischen 689 kPa bis 3,45 MPa Überdruck. - (3) Der Ausfluß vom Reaktor 20 durchläuft über die Lei
tung 24 einen Wärmetauscher 22 und wird über die Leitung
25 in einen Gas-flüssig-Separator 30 geleitet.
Das Gas aus dem Gas-flüssig-Separator 30 wird mit aufbe reitetem Wasserstoff aus der Leitung 32 gemischt und über die Leitung 35 durch den Kompressor 34 und die Leitung 36 in den Reaktor 20 zurückgeführt, nachdem es mit der benzenreichen Fraktion, die über die Leitung 14 von der Destillierkolonne 12 zugeführt wird, gemischt worden ist, die oben beschrieben worden ist. - (4) Das flüssige Produkt aus dem Boden des Gas-flüssig-
Separators 30 wird über die Leitung 38 der Destillierko
lonne 40 zugeführt.
Die Destillierkolonne 40 trennt die restlichen C1-C4-Kohlenwasserstoffe aus den flüssigen Produkten. Das C1-C4-Gas wird über die Leitung 44 abgeleitet, um das Isobutan wiederzugewinnen oder um es als Brennstoff zu verwenden.
Das flüssige Produkt in der Destillierkolonne 40 wird anschließend über die Leitung 42 zum (nicht gezeigten) Benzinmischkomponentenvorratsbehälter geleitet.
B. Zu Fig. 2:
- (1) Ein katalytischer Destillierreaktor 112 ist eine
Kombination aus einer Destillierkolonne 12 und einem in
Fig. 1 gezeigten Doppelfunktionsreaktor 20, mit einer
Destillierzone in einem unteren Abschnitt und einer
katalytischen Reaktionszone in einem oberen Abschnitt,
die mit einem darin enthaltenen Doppelfunktionskatalysa
tor versehen ist, und wird daher als sogenannter kataly
tischer Destillierreaktor bezeichnet.
Ein benzenhaltiger Raffineriestrom, wie z. B. ein Refor mat, wird über die Leitung 110 der Destillierzone des Reaktors 112 zugeführt, um den benzenhaltigen Raffinerie strom in eine benzenarme schwerere Fraktion und eine benzenreiche leichtere Fraktion zu destillieren.
Die benzenarme schwerere Fraktion wird direkt über die Leitung 116 zu einem (nicht gezeigten) Benzinmischkompo nentenvorratsbehälter geleitet, während die benzenreiche leichtere Fraktion direkt durch die katalytische Reakti onszone der Kolonne 112 läuft.
Ein Recycling-Gas aus wiederaufbereitetem Wasserstoff und C1-C4-Kohlenwasserstoffen, die aus einem Gas-flüssig- Separator 130 über die Leitung 136 und durch einen Kom pressor 134 zurückgeführt werden, wird der katalytischen Reaktionszone der Kolonne 112 zugeführt und in einem Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff im Bereich von ungefähr 0,01 : 1 bis 5 : 1 mit der benzenreichen Fraktion gemischt.
Die benzenreiche Fraktion wird anschließend zu entbenzen ten Produkten hydriert, die Cyclohexan und C5-C7-Paraffine mit geringer Oktanzahl enthalten, wobei die entbenzenten Produkte gleichzeitig zu Methylcyclopen tan und C5-C7-Isoparaffinen mit höherer Oktanzahl isome risiert werden.
Die Reaktionsbedingungen des Reaktors 112 umfassen eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 300°C, einen Druck Lm Bereich von 344 kPa bis 10,34 MPa Überdruck und vor zugsweise zwischen 689 kPa bis 3,45 MPa Überdruck sowie eine WHSV (stündliche Gewichtsraumgeschwindigkeit) im Bereich von 0,1 bis ungefähr 10 hr-1. - (2) Der Ausfluß vom Reaktor 112 wird über die Leitung 124 Rum Gas-flüssig-Separator 130 geleitet, woraufhin das abgetrennte Gas im Separator 130 mit dem aufbereiteten Wasserstoff aus der Leitung 132 gemischt wird und über die Leitung 135 zum Kompressor 134 geleitet und anschlie ßend zur katalytischen Reaktionszone des Reaktors 112 zurückgeführt wird.
- 3) Das flüssige Produkt im Separator 130 wird zu einer
Destillierkolonne 140 geleitet, um das restliche
C1-C4-Leichtgas aus dem flüssigen Produkt abzutrennen.
Die C1-C4-Kohlenwasserstoffe aus der Kolonne 140 werden über die Leitung 144 gesammelt, um Isobutan wiederzuge winnen oder um sie als Brennstoff zu verwenden.
Das flüssige Produkt in der Kolonne 140 wird anschließend über die Leitung 142 zum (nicht gezeigten) Benzinmisch komponentenvorratsbehälter geleitet.
C. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Doppel
funktionskatalysator, der die hochaktive Hydrierungs- und
Isomerisierungsfunktion bewirkt, kann ein Gruppe-VIII-
Metall enthalten, vorzugsweise Platin oder ein großpori
ges Zeolith, vorzugsweise Beta-, Mordenit- oder Y-
Zeolith.
- a) Der Doppelfunktionskatalysator bestehend aus Platin
und entweder einem Beta-Zeolith oder einem Mordenit-
Zeolith wird in folgenden Schritten hergestellt:
- (1) Mischen und Kneten des Beta- oder Mordenit- Zeolithpulvers mit einem Bindemittel wie z. B. einem Pseudoboehmid-Pulver in einem Gewichtsverhältnis von 65 : 35, Wasser und Salpetersäure;
- (2) Extrudieren der Mischung aus Schritt (1) zu einem formbaren Teig;
- (3) Ausglühen des Extrudats bei 538°C über drei Stunden;
- (4) Ionentausch des Extrudats mit einer Lösung von 4,8 mM Platin-Ammoniaknitrat und 1,0 N Ammoniumnitrat bei Raumtemperatur über 24 Stunden;
- (5) Trocknen des obigen Materials bei einer Temperatur von 90°C; und anschließend
- (6) Ausglühen bei 350°C über drei Stunden.
Der Katalysator enthält eventuell ungefähr 0,9-1,0 Gew.-%
Platin.
- (b) Der Doppelfunktionskatalysator bestehend aus Platin
und einem Y-Zeolith wird in den folgenden Schritten
hergestellt:
- (1) Mischen und Kneten des Y-Zeolithpulvers mit einem Bindemittel aus Pseudoboehmid-Pulver in einem Ge wichtsverhältnis von 65 : 35, Wasser und Salpetersäure;
- (2) Extrudieren der Mischung aus Schritt (1) zu einem formbaren Teig;
- (3) Ausglühen des Extrudats bei 538°C über drei Stunden;
- (4) Ionenaustausch des Extrudats mit einer Lösung von 2,4 mM Platin-Ammoniaknitrat bei Raumtemperatur über 24 Stunden;
- (5) Trocknen des obigen Materials bei 90°C; und an schließend
- (6) Ausglühen bei 350°C über drei Stunden.
Der Katalysator enthält eventuell ungefähr 0,3 Gew.-%
Platin.
Das Ergebnis von Leistungstests der obengenannten drei
unterschiedlichen Typen von zeolith-haltigen Katalysato
ren sind in Tabelle 5 gezeigt, wobei die Bestandteile des
für den Test verwendeten Leichtreformats in Tabelle 4
gezeigt sind. Der Test wurde wie folgt durchgeführt:
Laden von 10 cm3 eines 0,16 cm-Extrudatkatalysators in
einen Reaktor aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser
von 2,2 cm und anschließendes Einleiten von Wasserstoff
in den Reaktor bei einer Temperatur von 400°C über vier
Stunden, um den Doppelfunktionskatalysator zu aktivieren.
Einleiten des benzenreichen leichten Reformats, das aus
dem Vollreformat destilliert worden ist, und Wasserstoff
in einem Molverhältnis von 2,3 : 1 in den Reaktor mit einer
Zuführungsrate von 20 cm3/h.
Die Reaktionsprodukte wurden mittels eines Gaschromato
graphen analysiert, der mit einer 50-Meter-PetrocolTM-
Kapillarkolonne (Supelco Inc.) ausgerüstet war. Ein Teil
der Ergebnisse ist in Tabelle 5 gezeigt.
Schwere | 0,72-0,88 |
Siedepunkt °C | 15-210 |
Benzen | 2-50 |
Toluol | 2-50 |
C8 +-Aromate | 2-50 |
C4-Kohlenwasserstoffe | 3,3 |
C4-Kohlenwasserstoffe | 7,0 |
C4 (nicht Benzen) | 11,8 |
Benzen | 3,0 |
C7 (nicht Toluol) | 11,7 |
Toluol | 11,7 |
C8-Aromate | 17,0 |
C9-Aromate | 15,4 |
C10-Aromate | 7,6 |
C4-Kohlenwasserstoffe | 6,2 |
C5-Kohlenwasserstoffe | 16,4 |
C6 (nicht Benzen) | 37,6 |
Benzen | 10,3 |
Toluol | 0,8 |
C1-C3 | 0,3 |
iC4 | 2,4 |
nC4 | 5,4 |
iC5 | 10,9 |
nC5 | 8,0 |
iC6 | 22,2 |
nC6 | 10,1 |
Methylcyclopentan | 1,2 |
Cyclohexan | 0,1 |
Benzen | 8,3 |
Toluol | 1,2 |
Tabelle 5
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung einer entbenzenten und
isomerisierten Benzinmischkomponente aus einem benzenhal
tigen Raffineriestrom unter Verwendung eines Doppelfunk
tionskatalysators,
gekennzeichnet durch
- (i) einen Destillationsschritt zum Trennen des benzenhaltigen Raffineriestroms in eine im wesentlichen benzenarme schwerere Fraktion und eine benzenreiche Leichtere Fraktion in einer Destillierkolonne (10);
- (ii) einen Doppelfunktionsreaktionsschritt zum Hydrieren der benzenreichen leichteren Fraktion zu einem entbenzenten Produkt und zum gleichzeitigen Isomerisieren von Cyclohexan und C5-C7-Normalparaffinen der entbenzen ten Produkte mit geringer Oktanzahl zu Methylcyclopentan und C5-C7-Isoparaffinen mit höherer Oktanzahl innerhalb eines einzelnen Reaktors (20), der einen Doppelfunktions katalysator enthält.
2. Verfahren zur Herstellung einer entbenzenten und
isomerisierten Benzinmischkomponente aus einem benzenhal
tigen Raffineriestrom unter Verwendung eines Doppelfunk
tionskatalysators,
gekennzeichnet durch
einen katalytischen Destillierreaktor (112), der
eine Destillierzone und eine Doppelfunktionsreaktionszone
innerhalb eines einzelnen Reaktors kombiniert, wobei die
Destillierzone den benzenhaltigen Raffineriestrom in eine
im wesentlichen benzenarme schwerere Fraktion und eine
benzenreiche leichtere Fraktion trennt, und wobei an
schließend die Doppelfunktionsreaktionszone die benzen
reiche leichtere Fraktion unter Verwendung des Doppel
funktionskatalysators in entbenzente und isomerisierte
Produkte umsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß
die Doppelfunktions-Reaktionsbedingungen eine
Temperatur im Bereich von ungefähr 100°C bis ungefähr
300°C, einen Druck im Bereich von ungefähr 344 kPa bis
10,34 MPa Überdruck, ein Molverhältnis Wasserstoff zu
Kohlenwasserstoff im Bereich von ungefähr 0,01 bis unge
fähr 5 sowie eine stündliche Flüssigkeitsraumgeschwindig
keit (LHSV) im Bereich von ungefähr 0,1 bis ungefähr
10 hr-1 umfassen.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß
die Doppelfunktions-Reaktionsbedingungen eine
Temperatur im Bereich von ungefähr 100°C bis ungefähr
300°C, einen Druck im Bereich von ungefähr 344 kPa bis
10,34 MPa Überdruck, ein Molverhältnis Wasserstoff zu
Kohlenwasserstoff im Bereich von ungefähr 0,01 bis unge
fähr 5 sowie eine WHSV im Bereich von ungefähr 0,1 bis
ungefähr 10 hr-1 umfassen.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß
der Doppelfunktionskatalysator ein Gruppe-VIII-
Metall und ein Aluminosilikat-Zeolith enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß
das Gruppe-VIII-Metall des Doppelfunktionskataly
sators Platin ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß
das Zeolith des Doppelfunktionskatalysators Beta-
Zeolith ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß
das Zeolith des Doppelfunktionskatalysators
Mordenit-Zeolith ist.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß
das Zeolith des Doppelfunktionskatalysators Y-
Zeolith ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß
wenigstens 25 Gew.-% des aus der Hydrierung von
Benzen stammenden Cyclohexans im Schritt (ii) zu Me
thylcyclopentan isomerisiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß
wenigstens 25 Gew.-% des aus der Hydrierung von
Benzen stammenden Cyclohexans in der Reaktionszone inner
halb des katalytischen Destillierreaktors zu Methylcyclo
pentan isomerisiert wird.
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