DE19705034B4 - Prozeß zur Herstellung einer entbenzenten und isomerisierten Benzinmischkomponente unter Verwendung eines Doppelfunktions-Katalysators - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung einer entbenzenten und isomerisierten Benzinmischkomponente aus
einem benzenhaltigen Raffineriestrom unter Verwendung eines Doppelfunktionskatalysators,
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 entbenzenten Produkte mit geringer Oktanzahl zu Methylcyclopentan und C5-C7-Isoparaffinen mit höherer Oktanzahl innerhalb eines einzelnen Reaktors (20), der einen Doppelfunktionskatalysator enthält.
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 entbenzenten Produkte mit geringer Oktanzahl zu Methylcyclopentan und C5-C7-Isoparaffinen mit höherer Oktanzahl innerhalb eines einzelnen Reaktors (20), der einen Doppelfunktionskatalysator enthält.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Verfahren zur Herstellung einer entbenzenten und isomerisierten Benzinmischkomponente aus einem benzenhaltigen 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 Luftverschmutzungen aus. Die Clean Air Act Amendments (CAAA) von 1990 spezifizieren, daß der Benzengehalt in reformiertem US-Benzin auf 1,0 Vol.-% beschränkt wird. Es ist daher vorteilhaft, das Benzen aus der Benzinmischkomponente, wie z. B. dem Reformat, zu entfernen.
- Im Stand der Technik gibt es mehrere Benzenentfernungsverfahren, die in der Tat Schwierigkeiten haben, qualitativ hochwertiges Benzin herzustellen.
- Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 5,189,233 ein Zweischritt-Hydrierverfahren zur Herstellung von Cyclohexan 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 Hydrierkatalysator 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 Spezifizierung ist die Milderung des schnellen Anstiegs der Reaktionstemperatur ohne Verwendung irgendeines Verdünnungsmittels. Jedoch ist das in diesem Verfahren erzeugte Cyclohexan mit niedriger Oktanzahl für eine Benzinmischkomponente 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 katalytischen 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 Aromatengehalt 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 Cyclohexan zu hydrieren und gleichzeitig das Cyclohexan zu Methylcyclopentan und die C5-C7-Normalparaffine zu Isoparaffinen zu isomerisieren.
- Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des obenerwähnten Standes der Technik zu beseitigen und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer entbenzenten und isomerisierten Benzinmischkomponente aus einem benzenhaltigen Raffineriestrom zu schaffen.
- 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 benzenhaltige Raffinerieströme anwendbar, die unter anderem Reformat, FCC-Benzin (im Wirbelbettverfahren katalytisch gecracktes Benzin), Destillationsbenzin und Kokscrackbenzin enthält. Reformat ist eine bevorzugte Zuführungskomponente. 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 Leichtreformats. Die Zuführungskomponente kann ferner eine Mischung aus der Leichtfraktion des FCC-Benzins oder des Kokscrackbenzins (Siedepunkt unter 95 °C) und einem Leichtreformat enthalten. Bevorzugte Zuführungskomponenten können Benzen im Bereich von 2 Gew.-% bis 15 Gew.-% und mit einem Siedepunkt zwischen 15 °C und 105 °C enthalten.
- 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:
-
1 eine schematische Zeichnung einer bevorzugten Ausführungsform gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung; -
2 eine schematische Zeichnung einer weiteren Ausführungsform gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung. - A. Zu
1 : -
- (1) Ein benzenhaltiger Raffineriestrom, wie
z. B. ein Reformat, wird über
eine Leitung
10 in eine erste Destillierkolonne geleitet, um es in eine benzenreiche leichtere 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-Separator30 gemischt und über die Leitung36 durch einen Kompressor34 zum Hydrier- und Isomerisationsreaktor20 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 Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit) variieren.
- (2) Der Doppelfunktionsreaktor
20 enthält einen hochaktiven Doppelfunktionskatalysator zum Hydrieren des benzenreichen Kohlenwasserstoffs zu entbenzenten Produkten, die Cyclohexan und C5-C7-Normalparaffine mit niedriger Oktanzahl 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 vorzugsweise zwischen 689 kPa bis 3,45 MPa Überdruck. - (3)
Der Ausfluß vom
Reaktor
20 durchläuft über die Leitung24 einen Wärmetauscher22 und wird über die Leitung25 in einen Gas-flüssig-Separator30 geleitet. - Das Gas aus dem Gas-flüssig-Separator
30 wird mit aufbereitetem Wasserstoff aus der Leitung32 gemischt und über die Leitung35 durch den Kompressor34 und die Leitung36 in den Reaktor20 zurückgeführt, nachdem es mit der benzenreichen Fraktion, die über die Leitung14 von der Destillierkolonne12 zugeführt wird, gemischt worden ist, wie oben beschrieben worden ist. - (4) Das flüssige Produkt
aus dem Boden des Gas-flüssig-Separators
30 wird über die Leitung38 der Destillierkolonne40 zugeführt. - Die Destillierkolonne
40 trennt die restlichen C1-C4-Kohlenwasserstoffe aus den flüssigen Produkten. Das C1-C4-Gas wird über die Leitung44 abgeleitet, um das Isobutan wiederzugewinnen oder um es als Brennstoff zu verwenden. - Das flüssige Produkt in der Destillierkolonne
40 wird anschließend über die Leitung42 zum (nicht gezeigten) Benzinmischkomponentenvorratsbehälter geleitet. - B. Zu
2 : -
- (1) Ein katalytischer Destillierreaktor
112 ist eine Kombination aus einer Destillierkolonne12 und einem in1 gezeigten Doppelfunktionsreaktor20 , mit einer Destillierzone in einem unteren Abschnitt und einer katalytischen Reaktionszone in einem oberen Abschnitt, die mit einem darin enthaltenen Doppelfunktionskatalysator versehen ist, und wird daher als sogenannter katalytischer Destillierreaktor bezeichnet. - Ein benzenhaltiger Raffineriestrom, wie z. B. ein Reformat, wird über die Leitung
110 der Destillierzone des Reaktors112 zugeführt, um den benzenhaltigen Raffineriestrom 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) Benzinmischkomponentenvorratsbehälter geleitet, während die benzenreiche leichtere Fraktion direkt durch die katalytische Reaktionszone der Kolonne112 läuft. - Ein Recycling-Gas aus wiederaufbereitetem Wasserstoff und C1-C4-Kohlenwasserstoffen, die aus einem Gas-flüssig-Separator
130 über die Leitung136 und durch einen Kompressor134 zurückgeführt werden, wird der katalytischen Reaktionszone der Kolonne112 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 entbenzenten Produkten hydriert, die Cyclohexan und C5-C7-Paraffine mit geringer Oktanzahl enthalten, wobei die entbenzenten Produkte gleichzeitig zu Methylcyclopentan und C5-C7-Isoparaffinen mit höherer Oktanzahl isomerisiert werden.
- Die Reaktionsbedingungen des Reaktors
112 umfassen eine Temperatur im Bereich von 100 °C bis 300 °C, einen Druck im Bereich von 344 kPa bis 10,34 MPa Überdruck und vorzugsweise 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 Leitung124 zum Gas-flüssig-Separator130 geleitet, woraufhin das abgetrennte Gas im Separator130 mit dem aufbereiteten Wasserstoff aus der Leitung132 gemischt wird und über die Leitung135 zum Kompressor134 geleitet und anschließend zur katalytischen Reaktionszone des Reaktors112 zurückgeführt wird. - (3) Das flüssige
Produkt im Separator
130 wird zu einer Destillierkolonne140 geleitet, um das restliche C1-C4-Leichtgas aus dem flüssigen Produkt abzutrennen. - Die C1-C4-Kohlenwasserstoffe aus der Kolonne
140 werden über die Leitung144 gesammelt, um Isobutan wiederzugewinnen oder um sie als Brennstoff zu verwenden. - Das flüssige Produkt in der Kolonne
140 wird anschließend über die Leitung142 zum (nicht gezeigten) Benzinmischkomponentenvorratsbehälter geleitet. - C. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Doppelfunktionskatalysator, der die hochaktive Hydrierungs- und Isomerisierungsfunktion bewirkt, kann ein Gruppe-VIII-Metall enthalten, vorzugsweise Platin oder ein großporiges 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 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) 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 anschließend (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 Katalysatoren 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:
- 1. Vorbereitung:
- 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.
- 2. Testen:
- 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.
- 3. Analyse:
- Die Reaktionsprodukte wurden mittels eines Gaschromatographen analysiert, der mit einer 50-Meter-PetrocolTM-Kapillarkolonne (Supelco Inc.) ausgerüstet war. Ein Teil der Ergebnisse ist in Tabelle 5 gezeigt.
Claims (11)
- Verfahren zur Herstellung einer entbenzenten und isomerisierten Benzinmischkomponente aus einem benzenhaltigen Raffineriestrom unter Verwendung eines Doppelfunktionskatalysators, 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 entbenzenten Produkte mit geringer Oktanzahl zu Methylcyclopentan und C5-C7-Isoparaffinen mit höherer Oktanzahl innerhalb eines einzelnen Reaktors (20 ), der einen Doppelfunktionskatalysator enthält. - Verfahren zur Herstellung einer entbenzenten und isomerisierten Benzinmischkomponente aus einem benzenhaltigen Raffineriestrom unter Verwendung eines Doppelfunktionskatalysators, 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 anschließend die Doppelfunktionsreaktionszone die benzen reiche leichtere Fraktion unter Verwendung des Doppelfunktionskatalysators in entbenzente und isomerisierte Produkte umsetzt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 ungefähr 5 sowie eine stündliche Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit (LHSV) im Bereich von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 hr–1 umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 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 ungefähr 5 sowie eine WHSV im Bereich von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 hr–1 umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelfunktionskatalysator ein Gruppe-VIII-Metall und ein Aluminosilikat-Zeolith enthält.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gruppe-VIII-Metall des Doppelfunktionskatalysators Platin ist.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeolith des Doppelfunktionskatalysators Beta-Zeolith ist.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeolith des Doppelfunktionskatalysators Mordenit-Zeolith ist.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeolith des Doppelfunktionskatalysators Y-Zeolith ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 25 Gew.-% des aus der Hydrierung von Benzen stammenden Cyclohexans im Schritt (ii) zu Methylcyclopentan isomerisiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 25 Gew.-% des aus der Hydrierung von Benzen stammenden Cyclohexans in der Reaktionszone innerhalb des katalytischen Destillierreaktors zu Methylcyclopentan isomerisiert wird.
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