DE2634543A1 - Verfahren zur regulierung des molverhaeltnisses von wasserstoff zu kohlenwasserstoff in der beschickung eines kontinuierlichen kohlenwasserstoffumwandlungsverfahrens und kontrollsystem zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zur regulierung des molverhaeltnisses von wasserstoff zu kohlenwasserstoff in der beschickung eines kontinuierlichen kohlenwasserstoffumwandlungsverfahrens und kontrollsystem zur durchfuehrung dieses verfahrens

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DE2634543A1 DE19762634543 DE2634543A DE2634543A1 DE 2634543 A1 DE2634543 A1 DE 2634543A1 DE 19762634543 DE19762634543 DE 19762634543 DE 2634543 A DE2634543 A DE 2634543A DE 2634543 A1 DE2634543 A1 DE 2634543A1
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Walter Adam Bajek
James Herbert Mclaughlin
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    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10G35/00Reforming naphtha
    • C10G35/24Controlling or regulating of reforming operations
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    • C10G49/00Treatment of hydrocarbon oils, in the presence of hydrogen or hydrogen-generating compounds, not provided for in a single one of groups C10G45/02, C10G45/32, C10G45/44, C10G45/58 or C10G47/00
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Description

  • Verfahren zur Regulierung des Molverhältnisses von Wasserstoff
  • zu Kohlenwasserstoff in der Beschickung eines kontinuierlichen Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahrens und Kontrollsystem zur Durchführung dieses Verfahrens Das Verfahren zur Regulierung des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff und das Kontrollsystem zur Durchführung dieses Verfahrens nach der Erfindung sind allgemein anwendbar auf Verfahren zur katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in einer waserstoffhaltigen Atmosphäre. Solche Verfahren sind beispielsweise das katalytische Reformieren von Naphthafraktionen unter Bildung eines flüssigen Produktes mit relativ hoher Oktanzahl, das Hydrokracken unter Bildungniedermolekularer Kohlenwasserstoffe, die Paraffindehydrierung unter Bildung olefinischer Kohlenwasserstoffe, die Kohinwasserstoffisomerisierung und Kohlenwasserstoffhydroraffinierung zum Zwecke der Entfernung von Verunreinigungen und so weiter. Obwohl diese Verfahren Wasserstoffverbrauchende Reaktionen und/oder wasserstoffproduzierende Reaktionen einschließen, umfaßt eine üblicherweise praktizierte Methode die Benutzung einer wasserstoffreichen Dampfphase, die zurückgeführt wird, um mit der frischen Kohlenwasserstoffbeschickung zu der Reaktionszone vereinigt zu werden.
  • In Verfahren zur katalytischen Umwandlung eines kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsmaterials ist die Methode einer Rückführung einer wasserstoffreichen Dampfphase, die von dem Auslauf der Reaktionszone abgetrennt wurde, eine übliche Praxis.
  • Praktische Gründe zur Benützung dieser Methode bestehen darin, daß man die Aktivität und Stabilität des zur Erwirkung der erwünschten Reaktionen verwendeten Katalysators aufrechthält und daß man gewährleistet, die gewünschte Menge und/oder Qualität des Produktes zu bekommen. In wasserstoffproduzierenden Verfahren, wie beim katalytischen Reformieren, wird mehr Wasserstoff als s für Rückführzwecke erforderlich ist, gewonnen und in anderen Verfahren benützt, die in der Gesamtraffinerie durchgeführt werden. Beispielsweise wird überschüssiger Wasserstoff aus einer katalytischen Reformieranlage oftmals als Ergänzungswasserstoff in einem Hydrokrackverfahren verwendet, worin die durchzuführenden Reaktionen hauptsächlich wassersto-ffverbrauchend sind. Ungeachtet des speziellen Verfahrens wird der rückgeführte Wasserstoff allgemein durch Kondensation des Produktauslaufes aus der Reaktionszone, meist bei einer Temperatur im Bereich von etwa 16 bis etwa 600C (etwa 60 bis 140 F)4nd Einführung des so gekühlten Auslaufes in eine Dampf-Flüssigkeitstrennzone erhalten. Jener Anteil der gewonnenen Dampfphase, der erforderlich ist, um die Wasserstofferfordernisse in der Reaktionszone zu befriedigen, wird zurückgeführt, um mit der Kohlenwasserstoffbeschickung vor deren Einführung in die Reaktionszone vereiDigL~z=~werden..
  • Im Stand der Technik gibt es reichlich Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, bei denen ein relativ heißer Reaktionszonenauslauf kondensiert und gekühlt und in eine I1ochdrucktrenneinrichtung eingeführt wird, aus der eine wasserstoffreiche Dampfphase und eine normalerweise flüssige Produktphase gewonnen werden. Allgemein wird wenigstens ein Teil der Dampfphase ohne weitere Behandlung zurückgeführt, um mit dem Beschickungsmaterial vor der Einführung in die katalytische Reaktionszone vereinigt zu werden. In einigen Fällen jedoch, gewöhnlich bei Verwendung von Schwefel, wird jener zurückzuführende Anteil der Dampfphase behandelt, um Schwefelwasserstoff daraus zu entfernen.
  • Ein Beispiel der zahlreichen Verfahren unter Verwendung dieser Grundtechnik, auf die die vorliegende Erfindung gerichtet ist, ist die Pentanisomerisierung genäß der US-PS 3 131 325.
  • Sihnlich erläutert die US-PS 3 133 012 die Anwendung dieser Technik auf ein katalytisches Reformiersystem. In der US-PS 3 718 575, die auf ein zweistufiges Hydrokrackverfahren gerichtet ist, wird der Auslauf aus der zweiten Stufe vor seiner I.inführung in die Dampf-Flüssigkeitstrennzone gekühlt. Der Wasserstoffstrom daraus wird zu der ersten Stufe zurückgeführt, um ihn mit dem Beschickungsmaterial zu vereinigen. Die vorliegende Methode zur Regulierung des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in der vereinigten Beschickung zu einer katalytischen Reaktionszone und das Kontrollsystem hierfür sind anwendbar auf jedes ohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, worin eine I;ohlenwas serstof fbeschickung und Wasserstoff in einer katalytischen Reaktionszone miteinander in Kontakt gebracht werden. Daher kann die vorliegende Erfindung leicht mit kleineren Modifikationen in Verfahren integriert werden, wie Hydrierverfahren, Isomerisierverfahren, Hydroraffinierverfahren, Iiydrokrackverfahren, Hydrodealkylierverfahren, Dehydrierverfahren und besonders in katalytische Reformierverfahren usw.
  • Beispiele von Hydrokrackverfahren, in denen die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, sind jene gemäß den US-PS 3 252 018, 3 502 572 und 3 472 758. Hydrokrackreaktionen werden allgemein bei erhöhten Drücken von etwa 34 bis etwa 340 atü (500 bis 5000 psig) durchgeführt. Zirkulierender Wasserstoff wird mit dem Beschickungsmaterial in einer Menge von etwa 3000 bis etwa 50 000 scf/Bbl vermischt, einschließlich Ergänzungswasserstoff aus einer äußeren Quelle. Das BeschickungsmateriAl tritt in Kontakt mit dem Katalysator, der sich in der Hydrokrackreaktionszone befindet, mit einer stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit von etwa 0,25 bis etwa 5,0. Da die Masse der zu bewirkenden Reaktionen exothermer Natur ist, stellt man einen steigenden Temperaturgradienten fest, wenn das Beschickungsmaterial das Katalysatorbett durchquert. Die maximalen Katalysatorbettemperaturen werden allgemein im Bereich von etwa 731 bis etwa 482 0C (700 bis 9000F) gehalten und können durch Verwendung üblicher Abkühlströme kontrolliert werden, die an mittleren Stellen eingeführt werden.
  • Beispiele katalytischer Reformierverfahren finden sich in den US-PS 2 9O5 620, 3 000 812 und 3 296 118. Wirksame Reformierbedingungen sind Temperaturen im Bereich von etwa 427 bis etwa 593 0C (etwa 800 bis 11000F) und vorzugsweise im Bereich von etwa 454 bis etwa 5660C (etwa 850 bis 10500F). Die stündliche Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 1,0 bis etwa 5,0, obwohl Raumgeschwindigkeiten von etwa 0,5 bis etwa 15,0 ebenfalls verwendet werden können. Die Menge an wasserstoffreichem Rückführgas im Gemisch mit der Kohlenwasserstoffbeschickung liegt allgemein bei etwa 1,0 bis etwa 20,0 Mol Wasserstoff je Mol Kohlenwasserstoff.
  • Drücke im Bereich von etwa 7 bis etwa 102 atü (l0o bis etwa 1500 psig) sind geeignet.
  • Katalytische Isomerisierverfahren sind in den US-PS 2 900 425 und 2 924 628 gezeigt. Isomerisierreaktionen werden vorzugsweise in einer Wasserstoffatmosphäre unter Benützung von ausreichend Wasserstoff, so daß das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in der Reaktionszone im Bereich von etwa 0,25 bis etwa 10,0 liegt, dirchgeführt. Die Betriebsbedingungen schließen weiterhin Temperaturen im Bereich von etwa 100 bis etwa 3000C (212 bis 572 0F) ein, obwohl allgemein Temperaturen in dem engeren Bereich von etwa 150 bis 2750C (302 bis 5270F) benützt werden. Der Druck, unter dem die Reaktionszone gehalten wird, liegt im Bereich von 3,4 bis etwa 102 atü (50 bis etwa 1500 psig). Die stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeiten werden im Bereich von etwa 0,25 bis etwa 10,0 und vorzugsweise im Bereich von 0,25 bis etwa 5,0 gehalten.
  • Die oben kurz beschriebenen Verfahren sind Beispiele für jene, in denen die vorliegende Erfindung mit Vorteil angewendet werden kann. In allen solchen Verfahren stellt das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in der vereinigten Beschickung zu der Reaktionszone eine wichtige Verfahrensvariable dar. Veränderungen in Zusammensetzungseigenschaften des Beschickungsmaterials erfordern Veränderungen im Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff, um die annehmbare Katalysatoraktivität und Katalysatorstabilität beizubehalten. Außerdem sind Veränderungen in der Schärfe der Bedingungen in der Reaktionszone (hauptsächlich der Temperaturen und des Druckes) erforderlich, wenn die Produktqualität und/oder Produktquantität sich verändert. Dies beeinflußt jedoch auch das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff. Veränderungen im Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff beeinflussen auch die Produktqualität und/oder Produktquantität. Kurz gesagt, fühlt man nach der vorliegenden Kontrollmethode eine ZusammEnsetzungseigenschaft des Beschickungsmaterials ab (es kann auch eine Zusammensetzungseigenschaft des Produktes abgefühlt werden) und außerdem fühlt man die Wasserstoffkonzentration in der Dampfphase ab, die zusammen mit dem Beschickungsmaterial in die Reaktionszone eingeführt wird. Entsprechende Ausgangs signale werden zu einem Komparator-Computer bzw. MaßvergleicheriComputer übermittelt, der seinerseits Computerausgangssignale erzeugt, die derart übermittelt werden, wie es erforderlich ist, um die Schärfe der Bedingungen in der Reaktionszone (Temperatur und Druck), den Fluß des Beschickungsmaterials und den Rückführgasfluß einzustellen und so das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff zu regulieren, während gleichzeitig die erwünschte Produktqualität undtoder Produktquantität erhalten werden.
  • Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in einem katalytischen Kohlenwasserstoffurmqandlungsverfahren zu kontrollieren.
  • Ein weiteres Ziel ist es, die Katalysatoraktivität und Katalysatorstabilität beizubehalten, während man die erwünschte Produktqualität bekommt. Ein anderes Ziel ist es, ein Kontrollsystem für die Kontrolle des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff zu erhalten. In Verbindung damit ist es ein spezielles Ziel der Erfindung, eine Methode zu liefern, die schnell Veränderungen von Eigenschaften des Beschickungsmaterials und von Verfahrensparametern zu kompensieren hat, wenn solche Veränderungen die Einstellung des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff erforderlich machen.
  • Daher bettifft nach einer Ausführungsform die vorliegende Erfindung ein Kontrollsystem zur Benützung in einem kontinuierlichen Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, bei dem 1) ein kohlenwasserstoffhaltiges Beschickungsmaterial in eine Vorheizeinrichtung mit einer mit ihr verbundenen Wärmezufuhreinrichtung eingeführt wird, 2) das resultierende erhitzte Beschickungsmaterial und Wasserstoff in einer katalytischen Reaktionszone in Kontakt miteinander gebracht werden, 3) ein wasserstoffhaltiger Kohlenwasserstoffausflußstrom aus der Reaktionszone abgezogen wird, 4) dieser Ausflußstrom kondensiert und unter Bildung einer Dampfphase und einer flüssigen Phase getrennt wird, 5) wenigstens ein erster Teil dieser Dampfphase bei erhöhtem Druck über komprimierende Einrichtungen zu der Reaktionszone zurückgeführt wird und 6) ein zweiter Teil der Dampfphase aus dem Umwandlungsverfahren über eine Druckkontrolle abgezogen wird, und dieses Kontrollsystem zur Regulierung des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in dem vereinigten Gemisch aus Wasserstoff und Beschickungsmaterial zu der Reaktionszone umfaßt folgende zusammenwirkende Merkmalskombination: a) eine erste Flußveränderungseinrichtung zur Einstellung der Wärmemenge, welche der Vorheizeinrichtung zugeführt wird, b) eine zweite Flußveränderungseinrichtung zur Einstellung der Menge des zweiten Anteils der Dampfphase, der aus dem Umwandlungsverfahren abgezogen wird, c) eine dritte flußverändernde Einrichtung zur Einstellung des Flusses von komprimierter Dampfphase, die vom Ausgang der komprimierenden Einrichtung zurückgeführt wird, d) einen ersten Kohlenwasserstoffanalysator, der eine Probe des kohlenwasserstoffhaltigen BeschickungsmateriaAs aufnimmt und ein für ein Zusammensetzungsmerkmal dieser Probe repräsentatives erstes Ausgangs signal erzeugt, e) einen zweiten Analysator, der eine Probe jenes Anteils der Dampfphase, der zu der Reaktionszone zurückgeführt wird, aufnimmt und ein zweites, für die Wasserstoffkonzentration dieser Probe repräsentatives Ausgangssignal erzeugt, f) eine Einrichtung zur Abfühlung des Druckes der abgetrennten Dampfphase und zur Erzeugung eines für diesen Druck repräsentativen dritten Ausgangssignals und g) einen Komparator bzw. Maßvergleicher, der i) das erste, zweite und dritte Ausgangssignal aufnimmt, ii) den hauptsächlichen Wert des Zusammensetzungsmarkmals der Beschickung sowie den tatsächlichen Wert der Wasserstoffkonzentration der Dampfphase vergleicht und iii) ein viertes, fünftes und sechstes Ausgangssignal erzeugt, wobei das Kontrollsystem weiter dadurch gekennzeichnet ist, daß der Computer über signalübermittelnde Einrichtungen in Verbindung mit der ersten, zweiten und dritten Flußveränderungseinrichtung steht, die signalübermittelnden Einrichtungen das vierte, fünfte und sechste Komparatorausgangssignal zu diesen Flußveränderungseinrichtungen übermitteln und so (i) die dem Vorerhitzer zugeführte Wärmemenge, (ii) die Menge der Dampfphase, die aus dem Verfahren abgezogen wird, und/oder (iii) den Fluß der komprimierten Dampfphase aus dem Ausgangsende der komprimierenden Einrichtung in Abhängigkeit von diesen Komparatorausgangssignalen eingestellt werden und so das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff reguliert wird.
  • In einer anderen Aus führungs form fühlt die Flußabfühleinrichtung den Fluß des Beschickungsmaterial zu der Reaktionszone ab, erzeugt ein für diesen Fluß repräsentatives Ausgangssignal und übermittelt dieses Ausgangs signal zu dem Komparator, der seinerseits ein Ausgangs signal zu einer vierten Flußveränderungseinrichtung übermittelt, wodurch der Fluß des Beschickungsin Abhängigkeit von diesem Ausgangs signal eingestellt wird.
  • Eine andere spezielle Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung des Molverhältnisees von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in dem Beschickungsstrom zu der Reaktionszone eines kontinuierlichen Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahrens, von dem 1) ein kohlenwasserstoffhaltiges Beschickungsmaterial in eine Vorheizeinrichtung mit einer mit ihr verbundenen brennstoffzuführenden Einrichtung eingeführt wird, 2) des resultierende erhitzte Beschickungsmaterial und Wasserstoff in einer katalytischen Reaktionszone miteinander in Kontakt gebracht werden, 3) ein wasserstoffhaltiger Kohlenwasserstoffauslaufstrom von der Reaktionszone abgezogen wird, 4) dieser Auslaufstrom kondensiert und unter Bildung einer Dampfphase und einer flüssigen Phase getrennt wird, 5) wenigstens ein erster Anteil dieser Dampfphase über komprimierende Einrichtungen bei erhöhtem Druck zu der Reaktionszone zurückgeführt wird und 6) ein zweiter Anteil dieser Dampfphase über eine Druckkontrolle aus dem Umwandlungsverfahren abgezogen wird, und dieses Verfahren besteht darin, daß man a) die zu der Vorheizeinrichtung geführt Brennstoffmenge durch Einstellung einer ersten Flußveränderungseinrichtung in der Brennstoffzuführeinrichtung reguliert, b) die Menge des zweiten Anteils der Dampfphase, die aus dem Umwandlungsverfahren abgezogen wird, durch Einstellung einer zweiten Flußveränderungseinrichtung reguliert, c) die Menge an komprimierter Dampfphase, die vom Ausgang der komprimierenden Einrichtung zu ihrem Saugende fließt, durch Einstellung einer dritten Flußveränderungseinrichtung reguliert, d) eine Probe des kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsmaterials in einen ersten Kohlenwasserstoffanalysator einführt und darin ein erstes, für ein Zusammensetzungsmerkmal der Probe repräsentatives Ausgangs signal erzeugt, e) eine Probe der abgetrennten flüssigen Phase in einen zweiten Kohlenwasserstoff analysator einführt und darin ein zweites, für ein Zusammensetzungsmerkmal dieser Probe repräsentatives Ausgangs signal erzeugt, f) eine Probe der rückgeführten Dampfphase in einen dritten Analysator einführt und darin ein drittes, für die Wasserstoffkonzentratfon dieser Probe repräsentatives Ausgangssignal erzeugt, g) den Druck der abgetrennten Dampfphase abfühlt und ein viertes für diesen Druck repräsentatives Ausgangssignal erzeugt, h) das erste, zweite, dritte und vierte Ausgangssignal zu dem Komparator übermittelt, der ihre Veränderungsrate und die aktuellen Werte der Zusammensetzungsmerkmale uns der Wasserstoffkonzentration vergleicht und darin ein fünftes, sechstes und siebentes Ausgangssignal erzeugt und i) wenigstens eines dieser letzteren Ausgangssignale zu wenigstens einer der ersten, zweiten und dritten Flußseränderungseinrichtung übermittelt, wodurch man den Fluß des Brennstoffes, die abgezogene überschüssige Dampfphase und/oder den Fluß komprimierter Dampfphase vom Ausgang der komprimierenden Einrichtung zu ihrem Saugende in Abhängigkeit zu den Zusammensetzungsmerkmalen, der Wasserstoffkonzentration und dem Druck der abgetrennten Dampfphase einstellt und so das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in dem Beschickungsstrom zu der Reaktons zone reguliert.
  • Diese und andere Ziele und Aus führungs formen der Erfindung werden dem Fachmann auf Grund der folgenden Beschreibung offenbar.
  • Die Benützung und Integration verfeinerter Kontrollsysteme in ein Erdölraffinierverfahren werden allgemein als technologische Neuerungen jüngerer Zeit angesehen. Wenn man ehrlich ist, muß man jedoch erkennen, daß die veröffentlichte Literatur sich auf diesem Gebiet ständig in Entwicklung befindet. Beispielsweise diskutiert die US-PS 3 759 820 die systematisierte Kontrolle eines Verfahrens mit mehreren Reaktionszonen in Abhängigkeit zu zwei unterschiedlichen Qualitätseigenschaften des letztlich erwünschten Produktes. In einer speziellen Erläuterung für ein katalytisches Reformierverfahren für eine Naphthabeschickung sind die beiden Produktqualitäten die Octanzahl und die gemessene flüssige Ausbeute. Ausgangssignale, die für diese beiden Produktqualitäten repräsentativ sind, werden benützt, um die Schärfe der Bedingungen in der Reaktionszone in Abhängigkeit von diesen Produktqualitäten zu regulieren. In der US-PS 3 751 229 wird die Schärfe der Bedingungen der Reaktionszone in einer katalytischen Reformieranlage in Abhängigkeit zu der Octanzahl der Auslaufflüssigkeit bei dem Reaktionszonendruck kontrolliert.
  • Die US-PS 3 756 921 beschreibt ein Kontrollsystem für eine Benzinaufspaltkolonne unter Verwendung einer Octanzahlabfühleinrichtung und in Verbindung mit einer Flußmeßeinrichtung sowohl bezüglich des Kopfstromes als auch bezüglich des Bodenstromes. Übergreifende Einrichtungen werden benützt, um zu verhindern, daß die Aufspaltkolonne leerläuft, wenn überi ge Mengen an Bodenmaterial produziert werden solLten. Ähnlich beschreibt die US-PS 3 755 087 die Kontrolle einer fraktionierten Destillationskolonne, die als Benzinaufspalteinrichtung arbeitet, durch Messung der Octanzahl der Kopffraktion und Einstellung des Rückflusses zu der Kolonne in Abhängigkeit hiervon.
  • Die US-PS 3 649 202 erläutert die Kontrolle der Schärfe der Bedingungen in der Reaktionszone in Abhängigkeit von der Octanzahl des flüssigen Auslaufes aus dem katalytischen Reformierverfahren. In dieser Erläuterung wird die Schärfe der Bedingungen in der Reaktionszone in jedem der drei Reaktionskessel einzeln in Abhängigkeit zu der Octanzahl und dem Temperaturunterschied quer für jede der Reaktionszonen reguliert.
  • Das Kontrollsystem nach der vorliegenden Erfindung reguliert gleichermaßen die Schärfe der Betriebsbedingungen in einer oder in mehreren Reaktionszonen eines Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahrens. Eine wesentliche Verbesserung bekommt man jedoch insofern, als man eine längere Benützung des Katalysators in der Reaktionszone bei seiner optimalen Aktivität sowie eine maximale volumetrische Ausbeute des Zielproduktes während der gesamten effektiven Katalysatorlebensdauer bekommt. Das vorliegende Verfahren schließt die Kontrolle des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in Abhängigkeit von Veränderungen in der Zusammensetzung des Beschickungsmaterials und des Produktes, der Zusammensetzung des Reaktionszonenauslaufes und der dann laufenden Lebensdauer des Katalysators ein, um die Zielproduktqualität über eine längere Zeit wirksamer Katalysatoraktivität zu bekommen.
  • Kurz gesagt, besteht das bevorzugte Verfahren darin, daß man das Produkt hinsichtlich eines Zusammensetzungsmerkmals, das Beschickungsmaterial hinsichtlich eines Zusammensetzungsmerkmals und die rückgeführte Dampfphase hinsichtlich der Wasserstoffkonzentration analysiert und Verf ahrensvariable einschließlich der Reaktionszonentemperaturen, -drücke, -fließgeschwindigkeiten usw.
  • i hlt. Ausgangssignale, die für diese Parameter repräsentativ sind, werden zu einem Computer-Komparator übermittelt, der weitere Ausgangssignale erzeugt und verwendet, um die Schärfe der Bedingungen in der Reaktionszone, die Fließgeschwindigkeiten usw., zu regulieren.
  • Eine komplette Raffinerie in derErdölindustrieunfaßt eine Vielzahl von Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, die miteinander integriert sind, um den Hauptzweck eines speziell erwünschten Produktes zu erreichen. Solche Verfahren sind beispielsweise das katalytische Reformieren von Naphthafraktionen unter Bildung eines flüssigen Produktes mit relativ hoher Octanzahl, das Hydrokracken unter Bildung niedermolekularer Kohlenwasserstoffe, von denen ein Teil als Beschickung für die katalytische Reformieranlage benützt werden kann, Paraffindehydrierung unter Bildung von Olefinen, Kohlenwassersfoffisomerisierung und -hydroraffinierung zum Zwecke einer Verunreinigungsentfernung usw. Außerdem enthalten viele Raffinerien Verfahren zur Produktion spezieller Verbindungen, die als Petrochemikalien Verwendung finden, wie beispielsweise die Aromatenisomerisierung unter Bildung von Paraxylol oder die Alkylierung unter Bildung alkylsubstituierter aromatischer Kohlenwasserstoffe usw. Diese Verfahren enthalten Wassesstoffverbrauchende Reaktionen, wasserstoffproduzierende Reaktionen oder beides und werden allgemein durch Behandlung der kohlenwasserstoffhiitigen Beschickung mit einem Katalysator in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck bewirkt. Im Interesse der Kürze dieser Beschreibung wird die weitere Diskussion des Erfindungskonzeptes, seiner Funktion und der Methode zur Durchführung der Erfindung spz8all auf das bekannte uns sorgfältig dokumentierte katalytische Reformierverfahren gerichtet. Eine solche spezielle Diskussion soll aber nicht bedeuten, daß der Erfindungsgegenstand etwa auf ein solches Verfahren beschränkt ist.
  • In katalytischen Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, wie sie hier beispielshalber angegeben wurden, und speziell beim katalytischen Reformieren von Naphthafraktionen ist die Rückführung einer wasserstoffreichen Dampfphase, um sie mit dem frischen Beschickungsmaterial zu vereinigen, eine übliche Praxis. Erfahrungen haben gezeigt, daß diese Methode einen "sauberen" Katalysator aufrechterhält, was eine annehmbare Katalysatoraktivität und die für ein wirksames Funktionieren über eine längere Zeitdauer erforderliche Stabilität fördert.
  • Unabhängig davon, ob man nun ein einstufiges Verfahren oder ein mehrstufiges Verfahren betrachtet, bekommt man die rückgeführte wasserstoffhaltige Dampfphase aus dem Auslauf der Reaktionszona über eine Hochdrucktrennung bei einerTemperatur im Bereich von etwa 16 bis etwa 600C (etwa 60 bis etwa 1400F). In einem wasserstoffproduzierenden VerfahrenlW wie beim katalytischen Reformieren, wird jener Anteil des abgetrennten Wasserstoffes, der nicht erforderlich ist, um den Wasserstoffkreislauf aufrechtzuhalten, aus dem System entfernt und irgendwo sonst benützt, wie beispielsweise in einem wasserstoffverbrauchenden Verfahren, wie beim Hydrokracken.
  • Außer der Temperatur, dem Druck und der Raumgeschwindigkeit der Reaktionszone wird allgemein zugegeben, daß das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in der kombinierten Beschickung zu der Reaktionszone eine außerordentlich wichtige Verfahrensvariable darstellt. Konstante Veränderung eines Zusammensetzungsmerkmals der Beschickung macht entsprechende Veränderungen in dem Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff erforderlich, um eine akzeptable Katalysatoraktivität und Katalysatorstabilität beizubehalten. Wenn sich die Produktqualität und/oder Produktquantität verändert, muß notwendigerweise die Schärfe der Bedingungen in der Reaktionszone, hauptsächlich Temperatur und Druck, eingestellt werden.
  • Dies aber beeinflußt wiederum das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff.
  • Gemäß dem vorliegenden Kontrollverfahren und Kontrollsystem wird ein Zusammensetzungsmerkmal des Beschickungsmaterials und die Wasserstoffkonzentration in der abgetrennten Dampfphase, welche in die Reaktionszone eingeführt wird, abgefühlt.
  • In einem bevorzugten System wird auch ein Zusammensetzungsmerkmal des abgetrennten flüssigen Produktes abgefühlt. Entsprechende Ausgangssignale werden zu einem Komparator-Computer übermittelt, welcher seinerseits Computerausgangssignale erzeugt, die dorthin übermittelt werden, wo es erforderlich ist, um dE Schärfe der Bedingungen in der Reaktionszone (Temperatur und Druck), den Beschickungsmaterialfluß und den Rückführgasfluß einzustellen, um so das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff zu regulieren. Außerdem werden Ausgangssignale, die repräsentativ tgr die Temperatur des Reaktionszoneneinlasses und des Reaktionszonenauslasses und für den Druck der Dampfphase, die von dem Produktauslauf der Reaktionszone abgetrennt wurde, zu dem Komparator-Computer übermittelt. Auf diese Weise sind die Computerausgangssignale Repräsentativ für alle Verfahrensvariablen, die das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff oder den Wasserstoffpartialdruck in der Reaktionszone sowie die Produktqualität und/oder Produktquantität beeinflussen. Vor dem Anlassen einer katalytischen Reformieranlage oder eines anderen Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahrens werden zunächst die verschiedenen Verfahrensvariablen bestimmt, indem man eine Ausbeuteschätzung erstellt, die auf eine vorhersagbare Produktqualität und/oder Produktquantität auf Grund einer relativ detallierten Analyse des kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsmaterials gerichtet ist. Beschickungsmaterialanalysen schließen allgemein solche des Molekulargewichts, des spezifischen Gewthts, des Siedebereichs und der relativen Paraffinkonzentrationen, Naphthenkonzentrationen und Aromatenkonzentrationen ein. Das geschätzte erforderliche Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff wird berechnet, und der Computer-Komparator wird entsprechend programmiert, um das angegebene Molverhältnis aufrechtzuerhalten. Veränderungen des Zusammensetzungsmerkmals des Beschickungsmaterials werden zu dem Computer-Komparator übermittelt, und ebenso die Fließgeschwindigkeit des Beschickungsmaterials. Der Druck und die Fließgeschwindigkeit der rückgeführten Dampfphase sowie deren Wasserstoffkonzentration werden ebenfalls zu dem Computer-Komparator übermittelt. Letzerer rechnet das erforderliche Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff zurück und übermittelt entsprechende Ausgangssignale, um die so angegebenen Werte zu bekommen. Eine spätere Veränderung der Produktqualität und/oder Produktquaatität wird abgefühlt, und der Computer-Komparator stellt die Ofenfeuerung entsprechend ein, um die Reaktionszonentemperaturen Hu regulieren und/oder den Betriebsdruck in der Reaktionszone einzustellen, um wieder die Zielprodukteigenschaften zu bekommen. Der Computer-Komparator vergleicht dann das resultierende Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff und übermittelt wieder entsprechende Ausgangssignale, um das Optimum zu bekommen.
  • Das Kontrollsystem nach der vorliegenden Erfindung benützt wenigstens drei Analysatoren, von denen zwei dazu dienen, Zusanimensetzungsnierkmale hauptsächlich flüssiger Ströme zu bestimmen, und von denen der dritte die Wasserstoffkonzentration in jenem Anteil des abgetrennten dampfförmigen Materials bestimmt, der zu der Reaktionszone zurückgeführt wird. Einer der Kohlenwasserstoffanalysatoren erzeugt ein Ausgangssignal, das in Abhängigkeit zu der Octanzahl des abgetrennten normalerweise flüssigen Stromes steht. Vollständige Einzelheiten dieses Kohlenwasserstoffanalysators, der hier als eine Octanzahlabfühleinrichtung bezeichnet wird, können der US-PS 3 463 613 entnommen werden. Wie darin festgestellt wird, kann eine Zusammensetzungseigenschaft einer Kohlenwasserstoffprobe in der Weise bestimmt werden, daß man die Probe in einer Verbrennungsröhre unter Bedingungen verbrennt, die eine stabilisierte kühle Flamme erzeugen. Die Position der Flammenfront wird automatisch ermittelt und verwendet, um ein Signal zu erzeugen, welches seinerseits verwendet wird, u einen Verbrennungsparameter, wie den Verbrennungsdruck, die Induktionszonentemperatur oder den Luftzustrom, in einer Weise zu verändern, die die Flammenfront ungeachtet der Veränderungen in dem Zusammensetzungsmerkmal der Kohlenwasserstoffprobe mobilisiert. Die Veränderung des Verbrennungsparameters, die erforderlich ist, um die Flammenfront zu immobilisieren, nach einer Veränderung einer Probenzusammensetzung steht in Abhängigkeit zu der Veränderung der Zusammen setzungseigenschaft. Eine geeignete Ableseinrichtung, die damit verbunden ist, kann gemäß dem erwünschten Identifizierungsmerkmal, wie nach der Octanzahl, kalibriert sein.
  • Der Kohlenwasserstoffanalysator ist beguemerweise ein solcher, der einen Generator zur Entwicklung einer stabilisierten kühlen Flamme mit einer dervo-gesteuerten Flammenfront umfaßt.
  • Die Art der dabei erhaltenen Analyse ist nicht eine Analyse von Verbindung zu Verbindung, wie bei Massenspektrometern oder Dampfphasenchromatographen, die, wie nachfolgend ausgeführt, verwendet werden können. Im Gegensatz dazu gibt die Analyse hier ein kontinuierliches-Ausgangssignal, das in Abhängigkeit zu der Kohlenwasserstoffzusammensetzung steht und diese anzeigt und spezieller von einer oder mehreren herkömmlichen Identifikationen oder Spezifikationen von Erdölprodukten abhängtwr von dem Reid-Dampfdruck,der ASTM- oder Engler-Destillation, den Siedepunkten, den Paraffin-, tiaphthen- und Aromatenkonzentrationen, dan Paraffingehalt oder der Motorölen, den Antiklopfeigenschaften, wie der experimentellen Octanzahl und/oder Motoroctanzahl.
  • Andere Beispiele von Generatoren, die eine kühle Flamme erzeugen und servogesteuerte Flammenfronten haben, und ihre Verwendung bei der Analyse von Kohlenwasserstoffzusammensetzungen und zur Aufzeichnung von Analysenergebnisse sind in den US-PS 3 533 745, 3 533 746 und 3 533 747 beschrieben. Diese Art von Kohlenwasserstoffanalysator ist es, die auch zur Abfühlung und Aufzeichnung eines oder mehrerer Zusammensetzungsmerkmale der Kohlenwasserstoffbeschickung einschließlich des Paraffingehaltes des Siedepunktes und/oder der Dichte und des Molekulargewichtes bevorzugt ist.
  • Bezüglich der Wasserstoffkonzentration in der rückgeführten Dampfphase sind chromatographische Abfühl- und Aufzeichnungsgeräte geeignet, wie sie in den US-PS 3 o97 517 und 3 257 847 beschrieben sind. Außerdem ist eine Dichte-Abfühleinrichtung, die nach Wasserstoffmolprozenten kalibriert ist, für die Benützung als Analysator für den rückgeführten Dampfstrom geeignet. Noch andere geeignete Analysatoren sind Druckdifferenzabfühleinrichtungen, die den Wasserstoffpartialdruck des durh ein heißes Palladiumdiaphragma diffundierenden Wasserstoffes bestimmen. In jedem Fall erzeugen die beiden Kohlenwasserstoffanalysatoren und der Wasserstoffanalysator Ausganysignale, die repräsentativ für das Zusammensetzungsmerkmal und die Wasserstoffkonzentration sind, und diese Ausgangssignale werden zu dem Computer-Komparator übermittelt.
  • Das vorliegende Kontrollsystem und die vorliegende Methode zur Regulierung des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff benützt einen Computer-Komparator beziehungsweise Computer-Maßvergleicher, der verschiedene Ausgangssignale von den Stromanalysatoren und Verfahrensvaribblenanzeigern aufnimmt, weitere Computerausgangssignale erzeugt und diese zu verschiedenen Kontrolleinrichtungen und/oder Kontrollschleifen innerhalb des Gesamtverfahrens übermittelt. Von dem Computer aufgenommene Signale werden mit vorher aufgenommenen Signalen verglichen, um den tatsächlichen Wert des Stromzusanunensetzungsmerkmales und der Wasserstoffkonzentration zu bestimmen. Vorzugsweise bestimmt der Computer auch deren Veränderungseschwindigkeit. Weitere Ausgangssignale, die von dem Computer aufgenommen werden, repräsentieren Temperaturen, die mit der Umwandlungszone oder den Umwandlungszonen verbunden sind, die Fließgeschwindigkeit des frischen Beschickungsmaterials, die Fließgeschwindigkeit der rückgeführten Dampfphase, die Temperatur des Beschickungsmaterials nach dem Wärmeaustausch mit einem heißen Auslaufstrom der Reaktionszone, den Fluß der gesamten Dampfphase aus der Hochdrucktrenneinrichtung und den Druck der Dampfphase aus der Trenneinrichtung.
  • Wie nachfolgend noch im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben werden wird, erzeugt der Computer, der so programmiert wurde, daß er in Abhängigkeit von allen aufgenommenen Signalen das optimale Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff auswählt, weitere Ausgangssignale, die zu einer Kontrollschleife übermittelt werden, welche ihrerseits die Brennstoffzufuhr zu der Heizeinrichtung, in welche die Beschickung der Reaktionszone eingeführt wird, die Kontrolleinrichtung für die Kontrolle des Beschickungsflusses, die Kontrolleinrichtung, welche den Fluß der aus dem System entfernten dampfförmigen Phase regelt, und die Kontrolleinrichtung, welche die Menge an komprimierter Dampfphase aus der komprimierenden Einrichtung, welche verwendet wird, um die wasserstoffreiche rückgeführte Dampfphase zirkulieren zu lassen, einstellt. Es kann sein, daß eines oder mehrere der zusätzlichen Computerausgangssignale angeben, daß keine Veränderung in irgendeiner der oben beschriebenen Kontrolleinrichtungen zur Regelung von Verfahrensvariablen erforderlich ist. Der Computer-Komparator kann Zubehör einschließen, das für einen Vergleich der tatsächlichen Werte der aufgenommenen Signale mit vorher bestimmten Abweichungsgrenzen vergleicht und von diesem Vergleich abhängige Einstellungssignale erzeugt. Beispielsweise kann die praktische maximale Katalysatortemperatur in einer katalytischen Reformieranlage 5660C (1050 F) betragen. Sollte der Komparator einen Trend zum Überschreiten der angegebenen Grenze anzeigen, wird das entsprechende Einstellungssignal übermittelt. Als ein anderes Beispiel für die Integration von Abweichungsgrenzen sei angenommen, daß die erwünschte Octanzahl der abgetrennten flüssigen Phase 91,0 ist. Die Abweichungsgrenze kann bei 92,0 festgesetzt werden, so daß ein Einstellungssignal übermittelt wird, wenn andere Computerausgangssignale eine maximale Abweichung anzeigen.
  • Die beikiegende Zeichnung erläutert verschiedene Ausführungsformen des vorliegenden Kontrollsystems in einem mehrstufigen katalytischen Reformierverfahren. Es ist nicht daran gedacht, die Erfindung dadurch hinsichtlich des Schutzuffangs und Erfindungsgedankens zu beschränken. Modifikationen des schematischen Fließbildes liegenftir den Fachmann auf der Hand.
  • Das erläuterte katalytische Reformierverfahren benützt eine dreistufige Anlage mit Reaktionszonen- 1 i und 15. Eingeschlossen sind ein Wärmeaustauscher 3, ein Beschickungserhitzer 5, Zwischerhitzer 9 und 13, ein Kompressor 24 und eine Hochdrucktrenneinrichtung 20. Der Computer-Komparator 31 empfängt verschiedene Ausgangssignale über Instrumentenleitungen 30, 51, 54, 58, 73, 76, 80, 38, 93, 96, 99, 105, 108, 115 und 35, erzeugt zusätzliche Computerausgangssignale und übermittelt diese über die Instrumentenleitungen 48, 60, 63, 90, 102 und 116. Der Kohlenwasserstoffanalysator 28 nimmt eine Probe des Beschickungsmaterials aus Leitung 1 auf, erzeugt ein für ein Zusammensetzungsmerkmal dieser Probe repräsentatives Ausgangs signal und übermittelt dieses Ausgangs signal über die Instrumentenleitung 30 zu dem Computer-Komparator 31. Der Analysator 37 nimmt eine Probe der rückgeführten wasserstoffreichen Dampfphase in Leitung 2 auf, erzeugt ein für den Wasserstoffgehalt repräsentatives Ausgangs signal und übermittelt dieses Ausgangssignal über Instrumentenleitung 38.
  • Da das erläuterte Verfahren ein katalytisches Reformierverfahren ist, ist der Kohlenwasserstoffanalysator 33 ein Octanzahlermittler, der einen Generator zur Erzeugung einer stabilisierten kühlen Flamme mit einer servogesteuerten Flammenfront benützt. Der Fluß von Oxidationsmittel (Luft) und Brennstoff (Probe der flüssigen Phase der Trenneinrichtung aus Leitung 21 über Leitung 32) sind feststehend, und ebenso die Temperatur der Induktionszone. Der Verbrennungsdruck ist der Parameter, der in solcher Weise verändert wird, daß die stabilisierte kühle Flammenfront inmosrtwird. Bei Feststellung einer Veränderung der Octanzahl der abgetrennten flüssigen Phase, liefert die Druckveränderung, welche erforderlich ist, die kühle Flammenfront zu immobilisieren, ein direktes Folgeanzeichen der Octanzahlveränderung. Typische Betriebsbedingungen für den Octanzahlermittler 33 sind: ein Luftfluß von 3 500 cm3/Min.
  • 3 (STP), ein Brennstoffluß von 1,0 cm /Min., ein Verbrennungsdruck von 0,27 bis 1,36 atü (4,0 bis 20,0 psig) und ein Octanzahlbereich (ungebleit) von 80 bis 102. Die tatsächliche kalibrierte Spanne der Octanzahlbestimmungseinrichtung, wie sie hier benützt wird, ist im allgemeinen wesentlich schmaler.
  • Wenn beispiesweise die Zieloctanzahl (experimentelle Methode klar) 92,0 ist, könnte eine geeignete Spanne bei 89,0 bis etwa 95,0 liegen. Wenn dieser relativ schmale Bereich verwendet wird, ist die Octanzahlveränderung im wesentlichen direkt proportional zu der Veränderung des Verbrennungsdruckes.
  • Wie oben ausgeführt wurde, wird das katalytische Reformieren, ob nun in einer feststehenden Schicht oder kontinuierlich, in einem mehrstufigen System bei Katalysatortepperaturen von 427 bis etwa 5940C (800 bis etwa 11000F) bewirkt, obwohl die meisten Verfahren bei 454 bis etwa 5660C (850 bis etwa 10500F) durchgeführt werden. Die Menge an rückgeführter wasserstoffreicher Dampfphase ist derart, daß das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff im Bereich von etwa 1,0 bis 20,0 liegt. Drücke im Bereich von 7 bis 102 atü (100 bis 1500 psig) werden angewendet, und das Beschickungsmaterial tritt mit dem Katalysator mit einer stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit von etwa 0,5 bis etwa 15,0 in Kontakt.
  • Die Auswalll des Katalysators für die Verwendung in den Reformierreaktionszonen wird hauptsächlich nach einer eingehenden Analyse des Naphthabe6chickungsmaterials und einer darauf beruhenden Ausbeuteschätzung bestimmt und richtet sich nach der Zielproduktqualität und -quantität. Obwohl der Katalysator für eine spezielle Verwendung zugeschnitten wird, wird allgemein Tonerde verwendet, die ein Edelmetall der Gruppe VIII des Periodensystems enthält. Platin scheint am geeignetsten zu sein, obwohl auch Palladium, Osmium, Iridium, Rhodium und Ruthenium und Gemische derselben mit Platin verwendet werden können. Relativ neue Untersuchungen zeigten, daß die Zugabe eines oder mehrerer unedler Metalle unter Bildung bimetallischer, trimetallischer oder tetrametallischer Katalysatoren die Aktivität und Stabilität verbessert. Solche unedlen Metalle sind beispielsweise Zinn, Rhenium, Germanium, Nickel, Kobalt, Gold usw. Die genaue Zusammensetzung des Reformierkatalysators stellt kein wesentliches Merkmal der Erfindung dar.
  • Als das Verständnis der Reaktionsmechanismen beim katalytischen Reformieren von Naphthafraktion wuchs, wurde es möglich, Methoden und Betriebsbedingungen mit speziellen Katalysatoren in Ubereinstimmung mit den Beschickungsmaterialeigenschaften in Wechselbeziehung zu bringen und so das Erreichen der Zielproduktqualltät und -quantität zu verbessern. Der Hauptzweck des katalytischen Reformierens besteht darin, ein im wesentlichen verunreinigungsfreies Beschickungsmaterial vom Benzinsiedebereich erhöhten Temperaturen und Drücken in Gegenwart von Wasserstoff auszusetzen, um seine Antiklopfeigenschaften zu verbessern. Diese Verbesserung führt zu einem Benzinprodukt mit einer relativ hohen Octanzahl und stammt hauptsächlich aus vier speziellen chemischen Reaktionen: 1) der Dehydrierung von naphthenischen Kohlenwasserstoffen unter Bildung der entsprechenden Aromaten, 2) der Dehydrocyclisierung von Paraffinkohlenwasserstoffen unter Bildung weiterer Aromaten, 3) dem Hydrokracken hochmolekularer Kohlenwasserstoffe unter Bildung niedermolekularer Kohlenwasserstoffe und 4) der Isomerisierung normalparaffinischer Kohlenwasserstoffe unter Bildung verzweigtkettiger Isomerer.
  • Jeder dieser Reaktionsmechanismen verbessert Kohlenwasserstoffe mit niedriger Octanzahl und bildet Kohlenwasserstoffe mit höherer Octanzahl. Als jedoch die Automobilindustrie die Kompressionsverhältnisse in den Verbrennungsmaschinen erhöhte, wurde es erforderlich, die Methoden daran anzupassen und neue Katalysatoren zu entwickeln, um den Reaktionsmechanismus selektiv einzustellen und gleichzeitig mit einem möglichst geringen Verlust an flüssiger Ausbeute die Octanzahl des Produktes zu maximierea. Ungeachtet der Zusammensetzungsmerkmale des Katalysators wurde bestimmt und erkannt, daß die Dehydrierung von Naphthenen bei niedrigeren Drücken gefördert wird, die Dehydrierung von Paraffinen zu Aromaten bei relativ niedrigen Drücken und erhöhten Temperaturen gefördert wird, das Hydrokracken von Paraffinen sowohl bei erhöhtem Druck als auch bei erhöhter Temperatur und relativ langer Verweilzeit des Beschickungsmaterials auf dem Katalysator gefördert wird und die Isomerisierung von Paraffinen bei mittlerer Temperatur gefördert wird. Im Hinblick auf die Tatsache, daß aromatische Kohlenwasserstoffe wesentlich höhere Octanzahlen als andere Kohlenwasserstoffe äquivalenten Molekulargewichtes besitzen, haben derzeitige katalytische Reformierverfahren die Tendenz gezeigt, bei höheren Temperaturen und niedrigeren Drücken zu arbeiten. Daher wurden die katalytischen Reformieranlagen typischerweise auf Betriebsbedingungen gehalten, die ausreichen, die Dehydrierung von Naphthenenunddie Dehydrocyclisierung von Paraffinen zu verbessern, um die Produktion sowohl aromatischer Kohlenwasserstoffe als auch von Wasserstoff zu maximieren, wobei ktzters erwünscht ist, da er normalerweise irgendwo in der Gesamtraffinerie verbraucht wird.
  • Probleme und Schwierigkeiten, die mit der Regelung des katalytischen Reformierens verbunden sind, um die wirksame Lebensdauer des Katalysators beständig zu verbessern, (diese wird allgemein als Barrel Beschickungsmaterial je Pound Katalysator in dem System definiert) sind weiterhin zahllos. Einige dieser Probleme und Schwierigkeiten wurden wirksam gelöst und ausgeschaltet durch die Einbeziehung von Kontrollsystemen und automatischen Probenahmeeinrichtungen. Beispielsweise wurde das Arbeiten "im Dunkeln", bis manuelle Produktanalysen verfügbar sind, und Schätzarbeiten wesentlich durch die Regelung der Schärfe der Reaktionszonenbedingungen in Übeeeinstimmung mit der Produktoctanzahl erleichtert, wie in der US-PS 3 649 202 gezeigt ist. Es bleiben aberlandere Probleme und Schwierigkeiten und stammen aus einer Vielzahl von Aspekten einschließlich einer ständig sich verändernden Produktzusammensetzung mit dem damit verbundenen Effekt auf die Produktqualität. Sich verändernde Zusammensetzungen des Gesamtauslaufes der Reaktionszone beeinträchtigen weiter die Produktqualität und Produktquantität und die Schärfe der Betriebsbedingungen in dem Reaktionssystem als Ergebnis der sich verändernden Zusammensetzungen der Dampfphasen und flüssigen Phasen, die in der Hochdrucktrenneinrichtung voneinander getrennt werden.
  • Zu berücksichtigen ist auch die normale Verschlechterung der aktiven Metallkomponenten in den Katalysatoren, deren Geschwindigkeit durch Verwendung von rückgeführtem Wasserstoff in Mengen, bezogen auf den Fluß frischer Beschickung, verlangsamt wird. Im Hinblick auf diese Tatsachen bleibt ein kontinuierliches Erreichen der Zielproduktqualität und -quantität unter gleichzeitiger Verlängerung der effektiven Lebensdauer des ausgewählten Katalysators ein Dilemma, das den Raffinierer betrifft. Die Regelung des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff gemäß der vorliegenden Erfindung löst wirksam die Probleme und vermeidet so die mit ihnen verbundenen Schwierigkeiten.
  • Das vorliegende Verfahren zur Regelung des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in einem katalytischen Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren und das kontrolliystem hierfür werden leichter verständlich unter Bezugnahme auf das beiliegende schematische Fließbild. Obwohl die Zeichnung auf ein mehrstufiges katalytisches Reformierverfahren mit feststehendem Katalysatorbett berichtet ist, ist das Verfahren in gleicher Weise für das in jüngerer Zeit entwickelte mehrstufige kontinuierlich regenerierte Verfahren geeignet, wie es beispielhalber in der US-PS 3 647 680 dargestellt ist.
  • Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist außerdem tot? trot dEr Erläuterung eines katalytischen Reformierverfahrens nicht daran gedacht, die Erfindung hierauf zu beschränken. In der Zeichnung sind die Verfahrensflußleitungen einschließlich Zapfstellen und größerer Verfahrens einrichtungen darin als ausgezogene Linien dargestellt, während die gestrichelten Linien Signalübermittlungseinrichtungen zu und von dem Computer-Komparator und in den gezeigten Kaskadenregelschleifen bedeuten.
  • Gemäß der Zeichnung wird ein Beschickungsmaterial mit niedriger Octanzahl, welches Naphtha oder im Bezinbereich siedende Kohlenwasserstoffe umfaßt und einen Endsiedepunkt von etwa 177 bis etwa 193 0C (350 bis 3800F) hat, in das Verfahren über Leitung 1 eingeführt. Eine wasserstoffriiche,hauptsächlich dampfförmige Phase aus Leitung 2 wird damit vermischt, das Gemisch wird weiter durch Leitung 1 in den Wärmeaustauscher 3 geführt. Der Wärmeaustauscher 3 ist ein indirekter Wärmeaustauscher, allgemein vom Röhren- und Schalentyp. Das Heizmedium ist relativ heißer Auslauf aus der Reaktionszone, der über Leitung 16 in den Wärmeaustauscher eingeführt wird. Das so vorerhitzte Gemisch von Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff wird über Leitung 4 in einen direkt befeuerten Ofenerhitzer 5 eingeführt. Obwohl der Erhitzer 5 irgendein Wärmeaustauschertyp unter Verwendung verschiedener Heizmedien, wie Wasserdampf, heißes Ö1, heißer Dampf, Verbrennungsgas usw., sein kann, um die erforderliche hohe Temperatur zu erreichen, ist hier der Erhitzer als ein direkt befeuerter Ofen erläutert.
  • Das erhitzte Reaktionsgemisch wird über Leitung 6 abgezogen, typischerweise mit einer Temperatur im Bereich von etwa 454 bis 5940C (850 bis 11000F), je nach der Zusammensetzung des Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials, und wird dabei in den Reaktor 7 eingeführt. Das heiße Gemisch geht in die Reaktionszone 7 mit einem Druck von etwa 7 bis etwa 34 atü (100 bis etwa 500 psig) und typischerweise mit einem Druck von etwa 17 atü (etwa 250 psig) und tritt darin in Kontakt mit einem feststehenden Bett von Reformierkatalysatoren, die Edelmetall enthalten. Die Hauptreaktion, die in dem Reaktor 7 bewirkt wird, besteht aus der Dehydrierung naphthenischer Kohlenwasserstoffe unter Bildung aromatischer Kohlenwasserstoffe, und diese Reaktion ist endotherm. Folglich ist der Auslauf der Reaktionszone, der über Leitung 8 erscheint, auf einer niedrigeren Temperatur als die Einlaßtemperatur der Reaktionszone und allgemein auf einer Temperatur von etwa 16 bis etwa 600C (etwa 60 bis etwa 1500F). Das Ausmaß des Temperaturabfalls in dem Reaktor 7 hängt allgemein von dem Naphthengehalt der frischen kohlenwasserstoffhaltigen Beschickung, der Einlaßtemperatur des Katalysatorbettes, dem Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in der Umwandlungszone und dem aufgesetzten Druck ab.
  • Im Hinblick auf den Druckabfall, den man in der Reaktionszone 7 feststellt, wird der Aaslauf in Leitung 8 in einen zweiten direkt befeuerten Erhitzer 9 eingeführt, um seine Temperatur zu steigern. Das erhitzte Reaktionsgemisch wird über Leitung 10 abgezogen, und zwar wiederum typischerweise mit einer Temperatur im Bereich von etwa 154 bis 594 0C (etwa 850 bis 11000F), und dabei in den Reaktor 11 eingeführt. Die Reaktionszone 11 arbeitet bei etwas geringerem Druck als die Reaktionszone 7 infolge des normalerweise auftretenden Druckabfalls als Ergebnis des Fließmittelflusses durch die daziischenliegenden Anlagen und das Katalysatorbett in der Redktionszone 7. Die Reaktionszone 11 enthält auch ein feststehendes Bett von Reformierkatalysator mit einem Edelmetallgehalt, und dieser Katalysator kann die gleiche Zusammensetzung wie der in der Reaktionszone 7 haben, kann von diesem aber auch verschieden sein. Das Reaktionsgemisch unterliegt durch weitere Dehydrierung von Naphthenen und Dehydrocyclisierung von Paraffinen unter Bildung aromatischer Kohlenwasserstoffe sowie etwas Isomerisierung von Normalparaffinen zu den entsprechenden Isoparaffinen einer weiteren Umwandlung. Entsprechend ist die Gesamtreaktion endothermfund folglich verläßt das Reaktionsgemisch den Reaktor 11 über Leitung 12 mit einer Temperatur allgemein von etwa -7 bis +38 0C (etwa 20 bis 1000F) niedriger als die Temperatur im Einlaß zu dem Reaktor 11. Der Endothermheitsgrad der in die Reaktionszone 11 ablaufenden Reaktionen hängt hauptsächlich von dem restlichen Naphthengehalt des Reaktionsgemisches sowie den dort herrschenden Betriebsbedingungen ab.
  • Der Auslauf aus dem Reaktor 11 wird über Leitung 12 in einen dritten direkt befeuerten Erhitzer 13 eingeführt, um seine Temperatur zu steigern. Wiederum liegt die Temperatur allgemein im Bereich von etwa 454 bis etwa 5940C (etwa 850 bis etwa 11000F), obwohl in vielen Situationen die gesteigerte Temperatur etwa 6 0C (100F) höher als die des Reaktionsstromes ist, welcher in die Reaktionszonen 7 und 11 eintritt. Das so erhitzte Reaktionsgemisch wird über Leitung 14 in den Reaktor 15 eingeführt. Der Druck am Einlaß des Reaktors 15 ist im wesentlichen der gleiche wie jener am Einlaß des Reaktors 11, wobei man lediglich den Druckabfall zuläßt, der aus dem Fließmittelfluß durch zwischenliegende Anlagen und die Katalysatorschicht stammt. Der als feststehendes Bett in dem Reaktor 15 befindliche Katalysator enthält eine Edelmetallkomponente und kann gleich oder verschieden hinsichtlich der Zusammensetzung wie der Katalysator in den Reaktoren 7 und 11 sein. Da der Hauptteil der Naphthendehydrierung und Paraffindehydrocyclisierung bereits in den Reaktoren 7 und 11 bewirkt wurde,bestehen die Reaktionen in dem Reaktor 15 hauptsächlich aus einem Hydrokracken relativ langkettiger Paraffine zu relativ kurzkettigen Paraffinen. Folglich zeigt der gesamte Temperaturunterschied entweder eine leicht endotherme oder eine leicht exotherme Reaktion. Demnach befindet sich der Reaktionsauslauf, der aus dem Reaktor 15 über Leitung 16 erschemht, auf einer Temperatur, die normalerweise etwa 60C (100F) unterhalb der Reaktoreinlaßtemperatur bis etwa 60C (100F) oberhalb der Reaktoreinlaßtemperatur ist.
  • Der Auslauf aus der letzten Reaktionszone, dem Reaktor 15, geht durch Leitung 16 in den Wärmeaustauscher 3, worin er als fleizmedium benützt wird, um im Anfang das frische Beschickungsmaterial und rückgeführten Wasserstoff vor deren Einführung in den direkt befeuerten Erhitzer 5 vorzuerhitzen. Der resultierende gekühlte Auslauf aus der Reaktionszone wird über Leitung 17 in den Kondensor 18 eingeführt, worin seine normalerweise flüssigen Kohlenwasserstoffbestandteile kondensiert werden. Das kondensierte Gemisch mit einer Temperatur im Bereich von etwa 15 bis etwa BOOC (etwa 60 bis 1400F) und normalerweise mit einer Temperatur von etwa 38 0C (1000F) geht durch Leitung 19 in die Ilochdrucktrenneinrichtung 20. Die Trenneinrichtung 20 arbeitet bei einem etwas geringeren Druck als der Reaktor 15, wiederum infolge der dazwischenliegenden Anlagen und der Katalysatorschicht darin. Bezüglich jenes Anteils des Verfahrens, soweit es mit beschrieben wurde, wo der Anfangsdruck am Einlaß der Reaktionszone 7 im Bereich von etwa 7 bis 34 atü (etwa 100 bis 500 spig) liegt, befindet sich die Trenneinrichtung 20 normalerweise auf einem Druck von etwa 3,4 atü (5U psig) weniger. Das heißt, wenn der Einlaßdruck bei dem Reaktor 7 20,4 atü (300 psig) beträgt, arbeitet die Trennvorrichtung 20 bei einem Druck von etwa 17 atü (250 psig).
  • Der gekühlte und kondensierte Reaktionszonenauslauf, der in die Trennvorrichtung 20 über Leitung 19 eintritt, wird darin in eine wasserstoffrtihhe Dampfphase und eine hauptsächlich flüssige Phase getrennt. Die Dampfphase wird über Leitung 23 abgezogen und dabei in die komprimierende Einrichtung 24 einführt. Die komprimierende Einrichtung 24 gibt hier den rückgeführten Anteil des wasserstoffreichen Gases über Leitung 2 ab, damit dieser mit der frischen Beschickung in Leitung 1 vereinigt wird. Der Abgabedruck ist natürlich etwas höher als der Druck des Einlasses vom Reaktor 7. Uberflüssigerr Wasserstoff wird zusammen mit relativ kleinen Mengen der niedermolekularen Kohlenwasserstoffe aus dem System über Leitung 25 mit Regelventil 26 entfernt. Der Überschußwasserstoff wird allgemein in eine andere Anlage inder Gesamtraffinerie und speziell in wasserstoffverbrauchende Anlagen eingeführt.
  • Die kondensierte, normalerweise flüssige Kohlenwasserstoffphase, die in der Hochdrucktrenneinrichtung 20 abgetrennt wirde, wird über Leitung 21 mit Regelventil 22 abgezogen und dabei zu einer geeigneten Fraktionierung oder zu Stabilisierungsanlagen transportiert, um gelösten Wasserstoff und normalerweise gasförmige Kohlenwasserstoffe aus ihr zu entfernen. Das Abziehen der hauptsächlich flüssigen Phase wird durch Verwendung eines den Flüssigkeitsspiegel regelnden Systems eingestellt und geregelt, das aus einer den Fläsäigkeitsspiegel abfühlenden Einrichtung besteht, die ein Flüssigkeitsspiegelausgangssignal über die Instrumentenleitung 109 zu dem Flußregler 110 übermittelt, welcher seinerseits das Arbeiten des Regelventils 22 reguliert, indem er ein entsprechendes Signal durch die Instrumentenleitung 111 übermittelt. Die Elüssigkeitsspiegelabfühlende Einrichtung kann ein Schwimmer-Hebelmechanismus, eine dielektrische Sonde, eine DP-Zelle oder irgendeine ähnliche Einrichtung sein, die in der Lage ist, einen Verschluß für den vorbestimmten Flüssigkeitsspiegel im unteren Teil der Hochdrucktrenneinrichtung 20 aufrechtzuhalten. Der Flußregler 110 reguliert das Ventil 22 durch Übermittlung eines elektrischen pneumatischen oder ähnlichen Ausgangssignales zu ihm.
  • In der bevorzugten erläuterten Ausführungsform wird ein Kohlenwasserstoffanalysator 33, in diesem Beispiel auf das katalytische Reformierverfahren gerichtet, eine Octanzahlbestimmungseinrichtung, die einen Generator zur Erzeugung einer stabilisierten kühlen Flamme mit einer servogesteuerten Flammenfront benützt, unmittelbar in Nachbarschaft zu der Hochdrucktrenneinrichtung 20 installiert. Eine Probenschleife verbindet die Octanzahlbestimmungseinrichtung 32 mit dem normalerweise flüssigen Trenneinrichtungsbodenmaterial in der Leitung 21 und besteht aus Leitung 32, die eine Probe mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 cm3/Min. entfernt, und Leitung 34, die überschüssiges Probenmaterial mit einer Geschwindigkeit von etwa 99 cm/Min. zurückführt. Die Probe selbst wird von der Octanzahlbestimmungseinrichtung von irgendeinem mittleren Punkt der Probenschleife abgezogen und mit vollem Leitungsdruck und sorgfältig gesteuerter Geschwindigkeit von 1,0 cm3/Min. in die Verbrennungszone der Octanzahlbestimmungseinrichtung 33 eingespritzt. Da die Flüssigphasenprobe, die inæ Verbrennungszone eingespritzt wird, sich im tsentlichen auf dem gleichen Druck wie die letzte Reaktionszone befindet, enthält sie flüssige Kohlenwasserstoffe, gelösten Wasserstoff und gelöste iiedermolekulare normalerweise dampfförmige Kohlenwasserstoffe.
  • Das Ausgangssignal der Octanzahlbestimmungseinrichtung ist vorzugsweise direkt in Maßen der Octanzahl ausgedrückt, ungeachtet des Vorhandenseins des wesentlichen Anteils von Bestandteilen mit hohem Dampfdruck in der Probe. Das Ausgangssignal aus der Octanzahlbestimmungseinrichtung 33 wird dann über Leitung 35 zu dem Computer 31 übermittelt, der wirkungsmäßig auf das Ausgangssignal der Octanzahlbestimmungseinrichtung anspricht und seinerseits ein Computerausgangssignal erzeugt, welches eine Funktion der Octanzahl der Probe ist, die aus der Leitung 21 abgezogen wird.
  • Die Stellung der Octanzahlbestimmungseinrichtung 33, d.h.
  • die Probennahme von dem Trennvorrichtungsbodenmaterial bei dem Trennvorrichtungsdruck gewährleistet somit, daß die flüssige Phase des Reaktionszonenauslaufes (das unstabilisierte Benzin wird zu der Stabilisatorsäule transportiert) immer in Abhängigkeit von der Octanzahl bleibt, ungeachtet äußerer Störungen.
  • Die Probentransportverzögerungen oder Totzeit einer Octanzahlbestimmungseinrichtung mit geschlossener Schaltung, wie sie hier in dem Beispiel verwendet wird, ist in der Größenordnung von etwa 2 Minuten oder weniger, und ihre Ansprechzeit ist wiederum 2 Minuten. Dies gibt eine enere Annäherung an ein augenblickliches oder zeitnahes Ausgangssignal. Mit einer so geringen Totzeit in der geschlossenen Schleife wird eine geregelte Stabilität erreicht und aufrechtgehalten und ein ungedämpfter Kreislauf tatsächlich ausgeschaltet.
  • Um eine optimale Regelung des Molverhältnisses von Wsseerstoff zu Kohlenwasserstoff in den Reaktionszonen zu bewirken, empfängt der Computer-Komparator 31 eine Reihe anderer Ausgangssignale zusätzlich zu dem für die Octanzahl der flüssigen Phase in Leitung 21 repräsentativen Ausgangssignal, und diese zusätzlichen Ausgangssignale zeigen BetriebsbedinglsUen in dem Verfahren sowie Zusammensetzungsmerkmale.
  • Die Verfahrensausgangssignale bzw. Eingangssignale zu dem repräsentativ Computer-Komparator schließen ein solches ein, das für wenigstens ein Zusammensetzungsmerkmal der kohlenwasserstoffhaltigen Beschickung in Leitung 1 ist. EineP robe von 100 cm³/Min. des Beschickungsmaterials wird durch Leitung 27 abgezogen, in den Kohlenwasserstoffanalysator 28 eingeführt, wobei der Überschuß über Leitung 29 zurückgeführt wird. Geeignete Zusammensetzungsmerkmale sind beispielsweise der Siedepunkt, die Dichte, die Kohlenwasserstoffart usw. Von diesen ist der Paraffingehalt des Beschickungsmaterials bevorzugt, da Veränderungen darin die größte Auswirkung auf die Produktqualität und -quantität und das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff haben. Es liegt natürlich innerhalb des Gedankens des erfinderischen Kontrollsystems, mehrere Analysatoren zu benützen, und mehrere Beschickungsmaterialeigenschaften abzufühlen. So übermittelt die Instrumentenleitung 30 ein oder mehrere Ausgangssignale, die für eine oder mehrere Zusammensetzungseigenschaften des Beschickungsmaterials repräsentativ sind. Je mehr Verfahrensausgangssignale zu dem Computer-Komparator übermittelt werden, desto genauer ist natürlich die Regelung des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff.
  • Um das Nolverhältnis von Waseerstoff zu Kohlenwasserstoff zu regeln, muß die Wasserstoffkonzentration in der Dampfphase, die in das Verfahren zurückgeführt wird, bekannt sein. Das heißt, der Analysator 37 erzeugt ein Ausgangssignal, das für den Wasserstoffgehalt in der Dampfphase in Leitung 2 repräsentativ und von diesem abhängig ist. Die Probe wird über Leitung 36 eingeführt, und das repräsentative Ausgangssignal wird von dem Analysator 37 über die Instrumentenleitung 38 übermittelt. Wie oben beschrieben, ist der Analysator 37 nur erforderlich, um ein für die Wasserstoffkonzentration repräsentatives Ausgangsmaterial zu erzeugen und kann daher aus einer Vielzahl geeigneter Einrichtungen nach dem Stand der Technik ausgewählt werden. Beispielsweise kann eine Dichtebestimmungseinrichtung, die nach Prozenten Wasserstoff kalibriert ist, verwendet werden. Auch ist eine chromatographische Bestimmungseinrichtung geeignet, aber etwas weniger bevorzugt.
  • Oder es kann eine Druckdifferenzbestimmungseinrichtung verwendet werden, die den Partialdruck von Wasserstoff bestimmt, der durch ein heißes Palladiumdiaphragma diffundiert.
  • Andere Verfahrensausgangssignale, die erzeugt und zu dem Computer 31 übermittelt werden, sind beispielsweise Verfahrensvariable;und werden benützt, um das vorliegende Kontrollsystem weiter zu verfeinern und so den Gesahtbetrieb des Verfahrens zu verbessern. Eine hauptsächliche Verfahrensvariable ist der Druck, bei dem die rückgeführte Dampfphase von dem Reaktionszonenauslaß in der Hochdrucktrenneinrichtung 20 abgetrennt wird. Das hierfür repräsentative Ausgangssignal wird über Leitung 106 durch den Druckanzeiger 107 abgefühlt und über die Instrumentenleitung 108 zu dem Computer-Komparator übermittelt. Außerdem fühlt der Flußanzeiger 55 die Fließgeschwindigkeit des Beschickungsmaterials durch die Leitung 1 mit Hilfe der Leitung 56, etwa durch eine flußbestimmende Einrichtung 57, ab, welche letztere eine Venturi-, b.ffnungs-, Turbinen- oder andere geeignete Meßeinrichtung ist. Das für die Fließgeschwindigkeit des Beschickungsmaterials repräsentative Ausgangssignal wird über Leitung 58 übermittelt. Ähnlich wird die Fließgeschwindigkeit-der wasserstoffreichen Dampfphase, die über Leitung 2 zurückgeführt wird, mit Hilfe der Flußbestimmungseinrichtung 77, der Leitung 78 und Flußanzeigers 79 gemessen und abgefühlt.
  • Das Ausgangssignal wird über Leitung 80 übermittelt. Obwohl nicht wesentlich für das vorliegende Kontrollsystem, jedoch bevorzugt vom Standpunkt des Gesamtbetriebs, sind die Fließt geschwindigkeiten der flüssigen und der dampfförmigen Phase, die von der iiochdrucktrenneinrichtung 20 abgetrennt werden.
  • Erstere wird mit Hilfe der Flußbestimmunqseinrichtung 112 gemessen, über Leitung 113 zu dem Flußanzeiger 114 übermittelt, dessen Ausgangs signal über Leitung 115 zu dem Computer 31 übermittelt wird. Wenn der Raffinierer nicht nur an der Produktqualität (Octanzahl) interessiert ist, sondern auch an einer Maximierung des sogenannten "Octan-Barrel", wird dieses repräsentative Ausgangssignal relevant für das Arbeiten des Computers 31, um die geeigneten Computerausgangssignale zu bekommen. Die Fließgeschwindigkeit der abgetrennten und durch Leitung 23 abgezogenen Dampfphase wird durch die Flußbestimmungseinrichtung 103 gemessen, die ein Signal über Leitung 117 zu dem Flußanzeiger 104 übermittelt, dessen Ausgangs signal seinerseits über die Instrumentenleitung 105 zu dem Computer-Komparator 31 übermittelt wird.
  • Andere Ausgangssignale, die Verfahrensbedingungen in den Reaktionszonen des erläuterten Umwandlungsverfahrens zeigen, sind repräsentativ für verschiedene Temperaturen darin. Eine solche Temperatur ist jene des vereinigten Beschickungsstromes, der in dem Wärmeaustauscher 3 vorerhitzt und in den direkt befeuerten Erhitzer 5 über Leitung 4 eingeführt wird. Die Temperatur des Vorerhitzteh Stromes wird über Leitung 91 und den Temperaturanzeiger 92 abgefühlt.Letabrer übermittelt ein repaäsentatives Ausgangssignal zu dem Computer-Komparator 31 über die Instrumentenleitung 93. Die Einlaß- und Auslaßtemperatur einer jeden der drei Reaktionszonen wird abgefühlt, und entsprechende Signale werden zu dem Computer-Komparator 31 übermittelt. Wie oben festgestellt, ist die Temperaturdifferenz (bT) quer zu jedem Katalysatorbett eine wichtige Variable bezüglich der Produkteigenschaften und der Katalysatoraktivität und -stabilität. Das 4 T quer zu der Katalysatorschicht in dem Reaktor 7 wird durch die Einlaßtemperatur, die mit Hilfe der Temperaturabfühleinrichtung 49 und des Temperaturanzeigers 50 abgefühlt wird, und.;die Auslaßtemperatur, die mit Hilfe der Temperaturabfühleinrichtung 52 und des Temperaturanzeigers 53 abgefühlt wird, bestimmt. Die repräsentativen Ausgangssignale werden über die Instrunlentenleitungen 51 hzw. 54 übermittelt. Ähnlich wird das 4T bezüglich des Reaktors 11 durch die Einlaßtemperatur, welche mit Hilfe der Temperaturabfühleinrichtung 71 und des Temperaturanzeigers 72 abgefühlt wird, und die Auslaßtemperatur, die mit Hilfe der Temperaturabfühleinrichtung 74 und des Temperaturanzeigers 75 abgefühlt wird, bestimmt.
  • Die repräsentativen Ausgangssignale werden über die Instrumentenleitungen 73 bzw. 76 zu dem Computer-Komparator 31 übermittelt. Minlich wird das AT quer zur letzten Reaktionszone, dem Reaktor 15, durch Abfühlen der Einlaßtemperatur über die Temperatorabfühleinrichtung 94 und den Temperaturanzeiger 95, wobei das Ausgangssignal über Leitung 96 übermittelt wird, und der Auslaßtemperatur berechnet, welche letztere mit Hilfe der Temperaturabfühleinrichtung 97 und der Anzeigeeinrichtung 98 abgefühlt wird, wobei des repräsentative Ausgangs signal über Instrumentenleitungen 99 übermittelt wird.
  • Der Computer-Komparator 31 wird im Inneren so programmiert, daß er auf die in dem Verfahren erzeugten verschiedenen Ausgangssignale anspricht und Computerausgangssignale erzeugt, die benützt werden, um die erforderlichen Einstellungen in dem Verfahren zu machen und so das Mblverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in Ubereinstimmung mit der Qualität und Quantität des flüssigen Produktes oder des Octan-Barrel-Wertes zu regeln und so über eine längere Zeit eine annehmbare Katalysatoraktivität anfrechtzuhalten. Computerausgangssignale 48, 63 und 90 werden in ausreichender Weise erzeugt, um die Temperatur in den drei Reaktionszonen 7, 11 und 15 einzustellen. Wärmezufuhr zu jeder der drei Reaktionszonen wird vorgesehen durch Einführung einer geeigneten Menge verbrennbaren Brennstoffes in jeden der drei direkt befeuerten Erhitzer 5, 9 und 13. Der Brennstoff, der eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Gemisch derselben sein kann, wird in der Verbrennzungszone verbrannt, und das heiße Verbrennungsgas geht durch den Ofen und aus dem Raffinerieschornstein. Die Wärmezufuhr zu dem Reaktionsgemisch wird durch Einstellung der Geschwindigkeit des Brennstofflusses zu dem direkt befeuerten Erhitzer geregelt. Unter Berücksichtigung des direkt befeuerten Erhitzers 5 wird Brennstoff in diesen über Leitung 39 und die Verbrennungsdüse 42 eingeführt. Die Regelung derselben erreicht man durch die Flußregelungsschleife, die die Flußabfühleinrichtung 40, d.h., ein Turbinenmeßgerät, das Regelventil 41, die Flußregeleinrichtung 44 und die Flußsignalleitung 43 umfaßt, welche letztere das Flußsignal von der Abfühleinrichtung 40 zu der Regeleinrichtung 44 übermittelt. Die Flußregeleinrichtung 44, die mit einem automatisch einstellbaren Sollwert (set point) ausgestattet ist, übermittelt dann ein geeignetes Einstellungssignal zu dem Regelventil 41.
  • Zusätzlich zu der Flußregelschleife in dem Brennstoffeinführsystem eines jeden der direkt befeuerten Erhitzer ist vorzugsweise ein Temperaturaufzeichner-Regler in der Art einer Kaskadenschaltung damit verbunden , der ebenfalls einen automatisch einstellbaren Sollwert hat und die Temperatur des Reaktionsgemisches, welches aus dem direkt befeuerten Erhitzer kommt, abfühlt. Bei dem Erhitzer 5 ist ein Thermoelement 46 gezeigt, das in der Reaktoreinlaßleitung 6 enthalten ist und ein Temperatursignal zu dem Temperaturregler 47 übermittelt.
  • Der Regler 47 erzeugt ein Ausgangssignal, das über Leitung 45 zu dem Flußregler 44 übermittelt wird, um dessen automatisch einstellbaren Sollwert einzustellen oder zurückzustellen.
  • Der Temperaturregler 47, der auch einen einstellbaren Sollwert hat, empfängt das entsprechende Computerausgangssignal über Leitung 48. Der Computer-Komparator 31 stellt so die mit dem Reaktor 6 verbundenen Temperaturen durch Zurückstellung des Sollwertes des Temperaturreglers 47 ein, welcher seinerseits den autpmatisch einstellbaren Sollwert des Flußreglers 44 einstellt.
  • Bei dem direkt befeuerten Erhitzer 9 wird Brennstoff diesem über Leitung 67 und Verbrennungsdüse 68 zugeführt. Die damit verbundene Flußreglerschleife umfaßt die Flußmeßeinrichtung 69, den Flußregler 65, das Regelventil 66 und die Flußsignalübermittlungsleitung 70. In der Kaskadenanordnung mit dem Flußregler 65 ist der Temperaturaufzeichner-Regler 62, der ein Temperatursignal von dem Thermoelement 61 aufnimmt, in der Leitung 10 eingebaut. Der Temperaturregler 62 und der Flußregler 65 sind mit automatisch einstellbaren Sollwerten ausgestattet. Das entsprechende Computerausgangssignal wird über Leitung 63 übermittelt, um den Sollwert des Temperaturreglers 62 wieder einzustellen. Letzterer stellt seinerseits über Instrumentenleitung 64 den Sollwert des Flußreglers 65 wieder ein, der seinerseits in geeigneter Weise das Regelventil 66 einstellt und so den Brennstoffluß in den Erhitzer 9 über Leitung 67 reguliert.
  • Ähnlich ist der direkt befeuerte Erhitzer 13 mit einer Brennstoffzufuhrflußregelschleife ausgestattet. Der Brennstofffluß in Leitung 81, der über die Verbrennungsdüse 84 in den Erhitzer 13 eingeführt wird, enthält eine Flußmeßeinrichtung 82 und ein Regelventil 83. Die Flußmeßeinrichtung 82 übermittelt ein Flußsignal über Leitung 86 zu dem Flußregler 85, der einen autpmatiFch einstellbaren Sollwert hat.
  • Das Thermoelement 88 fühlt die Temperatur des Erhitzerauslaufs in Leitung 14 ab und übermittelt ein Temperatursignal zu dem Temperaturregler 98, der ebenfalls einen automatisch einstellbaren Sollwert hat und in Kaskadenanordnung mit dem Flußregler 85 über Instrumentenleitung 87 geschaltet ist.
  • Zusätzlich zu den oben beschriebenen Computerausgangssignalen ist in dem Computerprogramm vorgesehen, die Fließgeschwindigkeit der frischen Beschickung, die Fließgeschwindigkeit der wasserstoffreichen wückgeführten Dampfphase und die Menge an Dampfphase, die aus dem Verfahren über Leitung 25 mit dem Regelventil 26 entfernt wird, zu regulieren. Der Flußanzeiger 55 übermittelt ein Ausgangssignal, das für die Fließgeschwindigkeit der Beschickung repräsentativ ist, über die Instrumentenleitung 58 zu dem Computer-Komparator 31. Dieses Signal bestimmt die erforderlichen Einstellungen, um das dann beste Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff zu bekommen, ein entsprechendes Computerausgangssignal wird über die Instrumentenleitung 60 übermittelt, um das Flußregelventil 59 einzustellen und so den Fluß des Beschickungsmaterialn durch Leitung 1 entweder zu vermehren oder zu vermindern. Ähnlich wird die Fließgeschwindigkeit der rückgeführten Gasphase durch den Flußanzeiger 79 abgefühlt, ein repräsentatives Signal wird erzeugt und über die Instrumentenleitung 80 übermittelt. Dieses Signal wird in Verbindung mit dem für den Trenneinrichtungsdruck repräsentativen Signal, das durch den Druckanzeiger 107 abgefühlt und über die Instrumentenleitung 108 übermittelt wird, verwendet, um Computerausgangssignale in Leitungen 102 und 116 zu erzeugen. Das letztere Signal stellt das Regelventil 26 in Leitung 25 so ein, daß die Menge an abgetrennter Dampfphase, die aus dem System entfernt wird, reguliert wird.
  • Das erstere Signal in Leitung 102 wird verwendet, um die Flußveränderungseinrichtungen einzustellen und die Menge an rückgeführtem Gas, das aus dem Kompressor 24 über Leitung 2 ausgetragen wird, zu regulieren. Es kann jedes geeignete Flußveränderungsmittel verwendet werden, wie beispielsweise ein Druckabfall, die Kompressorgeschwindigkeit usw. Erläutert ist eine bevorzugte Methode, bei der das flußverändernde Mittel ein Regelventil 101 ist, welches so eingestellt wird, daß es die Menge an Rücklauf durch Leitung 100 reguliert. Auf diese Weise wird der Reaktionszonendrucs und die Fließgeschwindigkeit der rückgeführten Dampfphase in einer Weise eingestellt, die mit den verschiedenen anderen von dem Computer-Komparator 21 aufgenommenen Signalen in Einklang steht, um das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff auf dem Optimum einzustellen und so 1) Produktqualität und -quantität und 2) Katalysatoraktivität und -stabilität zu halten.
  • Aus der obigen Diskussion ist das Verfahren, nach dem das vorliegende Kontrollsystem arbeitet, leicht ftlr den Fachmann erkennbar. Auch wurden die Vorteile dieses Kontrollsystems erkennbar. Unter den Vorteilen sind hauptsächlich zu nennen das kontinuierliche Abfühl- und Kontrollsystem, das die Katalysatorstabilität verbessert und die Katalysatoraktivität aufrechterhält, indem das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in der Reaktionszone auf dem für die Produktqualität und Produktquantität optimalen Wert eingestellt wird.
  • Die oben beschriebenen bekannten Kontrollsysteme, die nur die Octanzahl der flüssigen Phase der iiochdrucktrenneinrichtung abfühlen und nur die Schärfe der Bedingungen (Temperatur) in der Reaktionszone in Abhängigkeit hiervon einstellen, müssen notwendigerweise hinnehmen, was immer mit der Katalysatoraktivität und Katalysatbrstabilität geschieht. Im Gegensatz dazu richtet sich das vorliegende Kontrollsystem auf das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff, um die Katalysatorstabilität zu verbessern oder die Dauer, während derer der Katalysator annehmbar arbeitet, zu verlängern, während gleichzeitig die erwünschte Produktqualität und -quantität erhalten wird. Die Erfindung erkennt die Notwendigkeit der zusätzlichen Abfühlung von Merkmalen des Beschickungsmaterials und seiner Fließgeschwindigkeit sowie des Flusses und des Wasserstoffgehaltes der rückgeführten Dampfphase.
  • Leerseite

Claims (17)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Regulierung des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in dem Beschickungsstrom zu der Reaktions zone eines kontinuierlichen Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahrens, bei dem 1) ein kohlenwasserstoffhaltiges Beschickungsmaterial in eine Voæheizeinrichtung mit einer damit verbundenen Brennstoffzlführeinrichtung eingeführt wird, 2) das resultierende erhitzte Beschickungsmaterial und Wasserstoff in einer katalytischen Reaktionszone in Kontakt gebracht werden, 3) ein wasserstoffhaltiger Kohlenwasserstoffauslaufstrom aus der Reaktionszone abgezogen wird, 4) dieser Auslaufstrom kondensiert und unter Bildung einer Dampfphase und einer flüssigen Phase getrennt wird, 5) wenigstens ein Teil dieser Dampfphase bei erhöhtem Druck über eine komprimierende Einrichtung zu der Reaktionszone zurückgeführt wird und 6) ein zweiter Anteil der Dampfphase aus dem Umwandlungsverfahren über eine Druckkontrolle abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man a) die Brennstoffmenge, die der Vorheizeinrichtung zugeführt wird, durch Einstellung einer ersten Flußveränderungseinrichtung in der Brennstoffzuführeinrichtung reguliert, b) die Menge des zweiten Anteils der dampf förmigen Phase, der aus dem Umwandlungsverfahren abgezogen wird, durch Einstellung einer zweiten Flußveränderungseinrichtung reguliert, c) die Menge an komprimierter Dampfphase, die vom Ausgang der komprimierenden Einrichtung zu deren Saugseite fließt, durch Einstellung einer dritten Flußveränderungseinrichtung reguliert, d) eine Probe des kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsmaterials in einen ersten Kohlenwasserstoffanalysator einführt und darin ein für ein Zusammensetzungsmerkmal dieser Probe repräsentatives erstes Ausgangs signal erzeugt, e) eine Probe der abgetrennten flüssigen Phase in einen zweiten Kohlenwasserstoffanalysator einführt und darin ein für ein Zusammansetzungsmerkmal dieser Probe repräsentatives zweites Ausgangssignal erzeugt, f) eine Probe der rückgeführten Dampfphase in einen dritten Analysator einführt und darin ein für die Wasserstoffkonzentration dieser Probe repräsentatives drittes Ausgangssignal erzeugt, g) den Druck der abgetrennten Dampfphase ab fühlt und ein für diesen Druck reprasentatives viertes Ausgangssignal erzeugt, h) das erste, zweite, dritte und vierte Ausganassignal zu einem Komparator bzw. Slaßvergleicher übermittelt, der deren Veränderungsgeschwindigkeit und die tatsächlichen Werte der Zusammensetzungsmerkmale und der Wasserstoffkonzentration vergleicht und ein fünftes, sechstes und siebentes Ausgangssignal erzeugt, und i) wenigstens eines des fünften, sechsten und siebten Ausgangssignals zu wenigstens einerderersten, zweiten und dritten Flußveränderungseinrichtung übermittelt und so den Fluß des Brennstoffes, den abgezogenen Überschuß der Dampfphase und/ oder den Fluß der komprimierten Dampfphase von dem Ausgang der komprimierenden Einrichtung zu ihrem Saugende in Abhängigkeit von den Zusammensetzungsmerkmalen, der Wasserstoffkonzentration und dem Druck der abgetrennten Dampfphase einstellt und auf diese Weise das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in dem Beschickungsstrom zu der Reaktionszone reguliert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kohlenwasserstoffouswandlungsverfahren ein katalytisches Reformierverfahren aurchführt.und in dem zweiten Kohlenwasserstoffanalysator ein für die Octanzahl der flüssigen Phase repräsentatives Signal erzeugt.
  3. 3. Fsontrollsystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch a) eine erste Flußveränderungseinrichtung zur Einstellung der der Vorheizeinrichtung zugeführten Wärmemenge, b) eine zweite Flußveränderungseinrichtung zur Einstellung der Menge des aus dem Umwandlungsverfahren abgezogenen zweiten Anteils der Dampfphase, c) eine dritte Flußveränderungseinrichtung zur Einstellung des Flusses der komprimierten Dampfphase, die von dem Ausgang der komprimierenden Einrichtung zurückgeführt wird, d) einen ersten Kohlenwasserstoffanalysator, der eine Probe des kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsmaterials aufnimmt und ein für ein Zusammensetzungsmerkmal derselben repräsentatives erstes Ausgangssignal erzeugt, e) einen zweiten Analysator, der eine Probe des Anteils der dampfförmigen Phase, der zu der Reaktionszone zurückgeführt wird, aufnimmt und ein für die Wasserstoffkonzentration dieser Probe repräsentatives zweites Ausgangssignal erzeugt, f) eine Linrichtung zur Abfühlung des Druckes der abgetrennten Dampfphase und zur Erzeugung eines hierfür repräsentativen dritten Ausgangssignals und g) einen Komparator bzw. Maßvergleicher, der das erste, zweite und dritte Ausgangssignalempfängt den tatsächlichen Wert des Zusammensetzungsmerkmals der Beschickung sowie der Wasserstoffkonzentration der Dampfphase vergleicht und ein viertes, fünftes,und sechstes Ausgangssignal erzeugt, wobei der Komparator über signalübermittelnde Einrichtungen, die das vierte, fünfte und sechste Komparatorausgangssignal übermitteln, in Verbindung mit der ersten, zweiten und dritten Flußveränderungseinrichtung steht und so die der Vorheizeinrichtung zugeführte Wärmemenge, die Menge der aus dem Verfahren abgezogenen Dampfphase und den Fluß der komprimierten Dampfphase von dem Ausgang der komprimierenden Einrichtung aus in Abhängigkeit zu diesem Komparatorausgangssignalen einstellt und so das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff reguliert.
  4. 4. Kontrollsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen dritten Kohlenwasserstoffanalysator, der eine Probe der flüssigen Phase aufnimmt und ein für ein Zusammensetzungsmerkmal in der Probe repräsentatives siebtes Ausgangssignal erzeugt, welches zu dem Komparator übermittelt wird, und einen Komparator, der ein achtes Ausgangssignal erzeugt, das zusammen mit dem vierten, fünften und sechsten Ausgangssignal zu der ersten, zweiten und dritten Flußveränderungseinrichtung übermittelt wird.
  5. 5. Kontrollsystem nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und dritte Kohlenwasserstoffanalysator Generatoren zur Erzeugung einer stabilisierten kühlen Flamme mit servogeregelten Flammenfronten umfassen.
  6. 6. Kontrollsystem nah Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Flußveränderungseinrichtung den Fluß der komprimierten Dampfphase vom Ausgang der komprimierenden Einrichtung zu ihrem Saugende einstellt.
  7. 7. Kontrollsystem nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ausgangssignal für den Siedepunkt, die Dichte und/oder den Paraffingehalt des Beschickungsmaterials repräsentativ ist.
  8. 8. Kontrollsystem nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das siebente Ausgangssignal für die Octanzahl der flüssigen Phase repräsentativ ist.
  9. 9. Kontrollsystem nach Anspruch 3 bis 8, gekennzeichnet durch eine Flußabfühleinrichtung, die den Fluß des Beschickungsmaterials zu der Reaktionszone abfühlt, ein für diesen Fluß repräsentatives neuntes Ausgangssignal erzeugt und zu dem Komparator übermittelt.
  10. 10. Kontrollsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeihnet, daß der Komparator ein zehntes Ausgangssignal zu einer vierten Flußveränderungseinrichtung übermittelt und so den Fluß des Beschickungsmaterials in Abhängigkeit hiervon einstellt.
  11. 11. Kontrollsystem nach Anspruch 3 bis 10, gekennzeichnet durch eine erste Temperaturabfühleinrichtung, die eine erste Temperatur in der Reaktionszone abfühlt, ein für diese Temperatur reprasentatives elftes Ausgangssignal erzeugt unddem Komparator übermittelt.
  12. 12. Kontrollsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator ein Ausgangssignal, das eine Funktion der Reaktionszonentemperatur und des Zusammensetzungsmerkmals der flüssigen Phase ist, zu der ersten Flußveränderungseinrichtung übermittelt.
  13. 13. Kontrollsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flußveränderungseinrichtung eine Flußregelschleife mit einem Flußregler mit einem einstellbaren Sollwert umfaßt, der die Wärmezufuhr zu der Vorheizeinrichtung reguliert, wobei der Sollwert in Abhängigkeit von dem Komparatorausgangssignal eingestellt wird.
  14. 14. Kontrollsystem nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Temperaturregeleinrichtung mit einem einstellbaren Sollwert, die ein für die Temperatur des erhitzten Beschickungsmaterials aus der Vorheizeinrichtung repräsentatives Ausgangs signal erzeugt und zu dem Flußregler übermittelt und so dessen Sollwert in Abhängigkeit von diesem Signal einstellt, wobei das Komparatorausgangssignal zu der Temperaturregeleinrichtung übermittelt und deren Sollwert in Abhängigkeit von diesem Signal eingestellt wird.
  15. 15. Kontrollsystem nach Anspruch 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine zweite Temperaturabfühleinrichtung, die eine zweite Temperatur in der Reaktionszone abfühlt, ein zwölftes, für diese Tei:1j)ertur repräsentatives Ausgangssignal erzeugen und zu dem IcLparator übermittelt.
  16. 16. Kontrollsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Romparator ein Ausgangssignal, welches eine Funktion der ersten und zweiten Temperatur und des Zusammensetzungsmerkmals der abgetrennten flüssigen Phase ist, zu der ersten Flußveränderungseinrichtung übermittelt.
  17. 17. Kontrollsystem nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperaturabfühleinrichtung eine erste Temperatur in einem Auslaßabschnitt der Reaktionszone abfühlt, die zweite Temperaturabfühleinrichtung eine zweite Temperatur in einem Einlaßabschnitt der Reaktionszone abfühlt und der Komparator ein Ausgangssignal, welches eine Funktion des Unterschiedes zwischen der ersten und zweiten Temperatur und des Zusammensetzungsmerkmals der abgetrennten flüssigen Phase ist, zu der ersten Flußveränderungseinrichtung übermittelt.
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