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Verfahren zur Regulierung des Molverhältnisses von Wasserstoff
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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.
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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.
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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..
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Drücke im Bereich von etwa 7 bis etwa 102 atü (l0o bis etwa 1500 psig)
sind geeignet.
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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.
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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.
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Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, das Molverhältnis
von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in einem katalytischen Kohlenwasserstoffurmqandlungsverfahren
zu kontrollieren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese und andere Ziele und Aus führungs formen der Erfindung werden
dem Fachmann auf Grund der folgenden Beschreibung offenbar.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dies aber beeinflußt wiederum das Molverhältnis von Wasserstoff zu
Kohlenwasserstoff.
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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.
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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.
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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.
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Der Kohlenwasserstoffanalysator ist beguemerweise ein solcher, der
einen Generator zur Entwicklung einer stabilisierten kühlen Flamme mit einer dervo-gesteuerten
Flammenfront umfaßt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Stellung der Octanzahlbestimmungseinrichtung 33, d.h.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Oder es kann eine Druckdifferenzbestimmungseinrichtung verwendet werden,
die den Partialdruck von Wasserstoff bestimmt, der durch ein heißes Palladiumdiaphragma
diffundiert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der Regler 47 erzeugt ein Ausgangssignal, das über Leitung 45 zu dem
Flußregler 44 übermittelt wird, um dessen automatisch
einstellbaren
Sollwert einzustellen oder zurückzustellen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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