DE2730565C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren
zur hydrierenden Entmetallisierung in Gegenwart eines Katalysators
von Kohlenwasserstoffölen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem
Druck.
In der niederländischen Patentanmeldung Nr. 73 09 387 werden Katalysatoren
beschrieben, welche ein oder mehrere Metallkomponenten
mit Hydrieraktivität als Promotorzusatz enthalten und die folgenden
Bedingungen erfüllen:
- (1) Es gilt die Ungleichung p/d < 3,5-0,02 v, in der p den spezifischen mittleren Porendurchmesser in nm, d den spezifischen mittleren Teilchendurchmesser in mm und v denjenigen Prozentsatz des Gesamtporenvolumens bedeutet, der in Form von Poren mit einem Durchmesser über 100 nm vorliegt;
- (2) das Gesamtporenvolumen hat einen Wert von mehr als 0,40 ml/g;
- (3) die Größe v hat einen Wert von weniger als 50% und
- (4) die spezifische Oberflächenausdehnung hat einen Wert von
mehr als 100 m²/g,
mit der Maßgabe, daß für Katalysatoren mit solchen Werten für p und d, daß der Quotient p/d nicht größer als 10-0,15 v ist, noch zusätzlich folgende Bedingungen erfüllt sind:- (a) Das Stickstoffporenvolumen hat einen Wert von mehr als 0,60 ml/g;
- (b) die spezifische Oberflächenausdehnung hat einen Wert von mehr als 150 m²/g und
- (c) der spezifische mittlere Porendurchmesser p hat einen Wert von mehr als 5 nm.
Gemäß den Angaben in der betreffenden niederländischen Patentanmeldung
eignen sich derartige Katalysatoren ausgezeichnet
für die hydrierende Entmetallisierung von metallhaltigen Kohlenwasserstoffölen.
Aus den Ausführungsbeispielen der betreffenden
niederländischen Patentanmeldung ist jedoch ersichtlich,
daß es von größter Bedeutung ist, nur Katalysatoren zu verwenden,
welche ein oder mehrere Metalle mit Hydrieraktivität als
Promotorzusatz enthalten. Diesbezüglich wird auf Versuch Nr. 40
hingewiesen, bei dem ein Katalysator ohne einen solchen Promotorzusatz
zur Entmetallisierung eines Öls mit einem Gesamtgehalt
an Vanadium und Nickel von 245 Gewichtsanteilen pro Million verwendet
worden ist.
Weitere Untersuchungen bezüglich der Anwendbarkeit von Katalysatoren,
welche den vorstehend erwähnten Bedingungen in bezug
auf Porosität und Teilchengröße entsprechen, für die Entmetallisierung
verschiedener Kohlenwasserstofföle haben gezeigt, daß
entsprechende Katalysatoren, die aber keine Metalle mit Hydrieraktivität
als Promotorzusatz enthalten, doch sehr gut für die
hydrierende Entmetallisierung geeignet sind, sofern man sie bei
Kohlenwasserstoffölen anwendet, die einen Gesamtgehalt an Vanadium
und Nickel von mehr als 500 Gewichtsteilen pro Million aufweisen.
Katalysatoren, die den vorstehend erwähnten Bedingungen
bezüglich der Porosität und Teilchengröße entsprechen, aber
keinen Promotorzusatz in Form von Metallen mit Hydrieraktivität
aufweisen, werden nachstehend der Einfachheit halber als
"Katalysatoren ohne Promotorzusatz" bezeichnet.
Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur hydrierenden Entmetallisierung von
Kohlenwasserstoffölen, welche insgesamt mehr als 500 ppm
an Vanadium und Nickel enthalten,
in Gegenwart eines Katalysators ohne Promotorzusatz bei erhöhten
Temperaturen und Drucken bereitzustellen.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
ein Katalysator verwendet wird, der die nachstehenden
Bedingungen erfüllt:
- (1) Es gilt die nachstehende Ungleichung p/d < 3,5-0,02 v, in der p den spezifischen mittleren Porendurchmesser in nm, d den spezifischen mittleren Teilchendurchmesser in mm und v denjenigen Prozentsatz des Gesamtporenvolumens bedeutet, der in Form von Poren mit einem Durchmesser über 100 nm vorliegt;
- (2) das Gesamtporenvolumen hat einen Wert von mehr als 0,40 ml/g;
- (3) die Größe v hat einen Wert von weniger als 50% und
- (4) die spezifische Oberflächenausdehnung hat einen Wert von
mehr als 100 m²/g,
mit der Maßgabe, daß für Katalysatoren mit solchen Werten
für p und d, daß der Quotient p/d nicht größer als
10-0,15 v ist, noch zusätzlich folgende Bedingungen erfüllt
sind:
- (a) Das Stickstoffporenvolumen hat einen Wert von mehr als 0,60 ml/g;
- (b) die spezifische Oberflächenausdehnung hat einen Wert von mehr als 150 m²/g und
- (c) der spezifische mittlere Porendurchmesser p hat einen Wert von mehr als 5 nm
Bezüglich der Bestimmung des spezifischen mittleren Porendurchmessers
p und des spezifischen mittleren Teilchendurchmessers d
wird auf die Angaben in der vorstehend erwähnten niederländischen
Patentanmeldung verwiesen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können als
Katalysatoren sehr gut Oxide von Elementen der
Gruppen II, III und IV des Periodensystems der Elemente sowie
Mischungen solcher Oxide eingesetzt werden, beispielsweise Siliciumdioxid,
Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Boroxid
sowie Kombinationen aus Siliciumdioxid-Aluminiumoxid,
Siliciumdioxid-Magnesiumoxid und Aluminium-Magnesiumoxid.
Auch Ruß hat sich im Rahmen der Erfindung als geeignetes Katalysatormaterial
bzw. als geeigneter Katalysatorträger erwiesen,
insbesondere Ruß, der als Nebenprodukt bei der Teilverbrennung
von Kohlenwasserstoffen mit Luft, Sauerstoff oder Mischungen
aus Luft und Sauerstoff, gegebenenfalls in Anwesenheit von Dampf,
erhalten wird.
Im Rahmen der Erfindung sind als Katalysatoren
Aluminiumoxide, Siliciumdioxide und Kombinationen aus
Siliciumdioxid-Aluminiumoxid bevorzugt. Sehr geeignet für die
Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Teilchen aus Aluminiumoxid
und Siliciumdioxid, die durch Sprühtrocknen eines
Aluminiumoxid- oder Siliciumdioxidgels und anschließende Verformung
der sprühgetrockneten Mikroteilchen in größere Teilchen
erhalten werden, beispielsweise durch Extrudieren, sowie kugelförmige
Aluminiumoxid- oder Siliciumdioxidteilchen, welche mittels
der an sich bekannten Öltropfenmethode herstellbar sind.
Diese zuletztgenannte Methode besteht darin, daß man zunächst
ein Hydrosol aus Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid herstellt,
ein solches Hydrosol mit einem gelierenden Mittel kombiniert
und diese Mischung in Form von Tröpfchen in einem Öl dispergiert,
welches auf erhöhter Temperatur gehalten werden kann. Die Tropfen
verbleiben so lange in dem Öl, bis sie sich unter Bildung kugelförmiger
Hydrogelteilchen verfestigt haben, die anschließend
abgetrennt, gewaschen, getrocknet und calciniert werden. Sehr
geeignet als Katalysatoren sind auch
Cogele aus Aluminiumhydroxidgel, welches auf ein Siliciumdioxidhydrogel
niedergeschlagen ist.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren
können in beliebiger Weise verformt werden, beispielsweise
durch Extrudieren oder Pelletisieren. Auch andere Verformungstechniken
können angewendet werden, beispielsweise die an sich
bekannte Körnungstechnik (nodulizing), die für die erfindungsgemäß
einzusetzenden Katalysatoren besonders
günstig ist. Gemäß dieser zuletztgenannten Methode werden
Katalysatorteilchen mit einem Durchmesser von höchstens 0,1 mm
mittels einer granulierend wirkenden Flüssigkeit zu Teilchen mit
einem Durchmesser von mindestens 1,0 mm agglomeriert.
Es hat sich weiter gezeigt, daß die Entmetallisierungsaktivität
von Katalysatoren ohne Promotorzusatz durch die Mitverwendung
von Schwefelwasserstoff verbessert werden kann, so wie es auch
für Katalysatoren mit Promotorzusatz in der niederländischen
Patentanmeldung Nr. 73 09 387 beschrieben ist. Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
daher die betreffenden schweren Kohlenwasserstofföle unter
Zusatz von Schwefelwasserstoff entmetallisiert. Es hat sich außerdem
gezeigt, daß die Aktivitätsverbesserung der Katalysatoren
ohne Promotorzusatz durch eine Mitverwendung von Schwefelwasserstoff
in großem Ausmaß vom angewendeten Wasserstoffpartialdruck
und vom Gesamtdruck abhängt.
Es hat sich gezeigt,
daß die Mitverwendung von Schwefelwasserstoff bei der Entmetallisierung
besonders dann wirtschaftlich von Bedeutung ist, wenn
bei vorgegebenem Gesamtdruck die Entmetallisierungsaktivität
um mehr als 50% verbessert wird. Es hat sich gezeigt, daß unter
solchen Verhältnissen gearbeitet werden kann, wenn die Menge an
mitverwendetem Schwefelwasserstoff so gewählt wird, daß der Quotient
aus P H₂S : P H₂ mindestens dem Wert
entspricht, wobei P T den Gesamtdruck bedeutet.
Innerhalb der durch diese Formeln gegebenen Grenzen erreicht
die Entmetallisierungsaktivität der Katalysatoren einen Optimalwert
bei einem bestimmten Partialdruck P H₂S, der nachstehend als
P H₂S bezeichnet wird. Der Wert für P H₂S ist für die verschiedenen Katalysatoren unterschiedlich, kann aber durch einige einfache
Vorversuche leicht festgestellt werden. Falls man einen
Wert für den Partialdruck P H₂S anwendet, der unterhalb oder überhalb
dem kritischen Partialdruck P H₂S, aber noch innerhalb der
angegebenen Bereiche liegt, dann läßt sich immer noch eine Verbesserung
der Entmetallisierungsaktivität um mehr als 50% erzielen,
doch ist die Verbesserung geringer als bei dem vorstehend
angegebenen Optimalwert.
Während der Durchführung der Entmetallisierungsstufe läßt sich
der Partialdruck entsprechend P H₂S oder P H₂ einregeln, indem
man kontinuierlich eine ausreichende Menge an Schwefelwasserstoff
von einer äußeren Quelle zu dem zu entmetallisierenden Öl zusetzt.
Wirtschaftlich besonders attraktiv ist es jedoch, in einem maximal
möglichen Ausmaß denjenigen Schwefelwasserstoff zu verwenden,
der in der Entmetallisierungsstufe selbst oder in einer nachgeschalteten
Entschwefelungsstufe freigesetzt wird.
Auf diese Weise ergeben sich drei sehr interessante Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Entmetallisierungsverfahrens unter
Zusatz von zusätzlichem Schwefelwasserstoff:
- (1) Verwendung einer Gaskreislaufführung in der Entmetallisierungsstufe, wobei die größtmögliche Menge an Schwefelwasserstoff in dem Kreislaufgas belassen wird, bis der gewünschte Partialdruck P H₂S erreicht ist. Anschließend wird eine bestimmte Menge Schwefelwasserstoff aus dem Kreislaufgas abgetrennt, um in diesem die gewünschte Schwefelwasserstoffkonzentration aufrechtzuerhalten.
- (2) Insbesondere wenn ein hoher Schwefelwasserstoffpartialdruck erwünscht ist, kann es beträchtliche Zeit dauern, bevor die Schwefelwasserstoffkonzentration in dem im Kreislauf geführten Gas den gewünschten Wert erreicht hat. Diese Schwierigkeit kann umgangen werden, indem man während der Anfangsphase des Verfahrens zusätzlichen Schwefelwasserstoff von außen in das System einspeist und in dem Maß, wie das Verfahren fortschreitet, diese Zufuhr von Schwefelwasserstoff von außen allmählich verringert. Die zusätzliche Menge an Schwefelwasserstoff kann beispielsweise aus einer Stufe der hydrierenden Entschwefelung stammen.
- (3) Anstelle einer Kreislaufführung bezüglich der Entmetallisierungsstufe oder kombiniert damit kann auch das Abgas einer Entschwefelungsstufe, die der Entmetallisierungsstufe nachgeschaltet ist, als Einspeisungsgas für die Entmetallisierungsstufe verwendet werden. Eine Verfahrensvariante dieser Art für einen kombinierten Entmetallisierungs-Entschwefelungsprozeß in Gegenwart von Wasserstoff, welche auf dem vorstehend erläuterten Prinzip beruht, ist im Fließdiagramm der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.
Die Gesamtanlage besteht in Stromrichtung gesehen aus einer
hydrierenden Entmetallisierungseinheit (1), einer ersten Einheit
(2) für die Gas-Flüssigkeitstrennung, einer hydrierenden
Entschwefelungseinheit (3), einer zweiten Einheit (4) für die
Gas-Flüssigkeitstrennung sowie einer Einheit (5) für die Entfernung
von Schwefelwasserstoff. Ein Metallkomponenten und Schwefel
enthaltendes Kohlenwasserstoffrückstandsöl wird über Leitung (6)
zusammen mit zwei wasserstoff- und schwefelwasserstoffhaltigen
Gasströmen (7) und (8) in die Entmetallisierungsstufe (1) eingespeist.
Gewünschtenfalls kann auch noch von außen ein zusätzlicher
Schwefelwasserstoffstrom (9) eingespeist werden. Das so
erhaltene Produkt wird über Leitung (10) ausgetragen und in der
Trennstufe (2) in einen Flüssigkeitsstrom (11) mit niedrigem
Metallgehalt und einen Wasserstoff sowie Schwefelwasserstoff enthaltenden
Gasstrom (7) aufgetrennt, wobei dieser Gasstrom (7)
wieder in die Entmetallisierungsstufe im Kreislauf zurückgeführt
wird. Der Flüssigkeitsstrom (11) wird in die hydrierende Entschwefelungsstufe
(3) zusammen mit einem wasserstoffhaltigen
Gasstrom (12) und zusätzlichem Wasserstoff (13) von einer äußeren
Quelle eingespeist. Das über Leitung (14) abgezogene Produkt
wird in der zweiten Trenneinheit (4) in einen Flüssigkeitsstrom
(15) mit niedrigem Metall- und niedrigem Schwefelgehalt
sowie in einen wasserstoff- und schwefelwasserstoffhaltigen Gasstrom
(16) aufgetrennt, wobei dieser Gasstrom in zwei Anteile
gleicher Zusammensetzung unterteilt wird, die über Leitung (8)
bzw. über Leitung (17) abgezogen werden. Der Anteil in Leitung
(8) wird wieder in die Entmetallisierungsstufe zurückgeführt,
während der Anteil in Leitung (17) nach Entfernen des Schwefelwasserstoffes
in der Behandlungseinheit (5) über Leitung (12)
in die Entschwefelungsstufe (3) zurückgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise durchgeführt,
indem man die Kohlenwasserstofföle bei erhöhter Temperatur und
erhöhtem Druck in Anwesenheit von Wasserstoff von unten nach
oben, von oben nach unten oder in radialer Richtung durch ein
oder mehrere vertikal angeordnete Reaktoren hindurchleitet, welche
ein Katalysatorfestbett oder ein sich fortbewegendes Katalysatorbett
enthalten. Beispielsweise kann man das erfindungsgemäße
Verfahren derart durchführen, daß man die betreffenden Kohlenwasserstofföle
zusammen mit Wasserstoff durch ein vertikal angeordnetes
Katalysatorbett von unten nach oben hindurchleitet,
wobei die Flüssigkeitsgeschwindigkeiten und Gasgeschwindigkeiten
so aufeinander abgestimmt werden, daß sich das Katalysatorbett
ausdehnt (siedende oder brodelnde Wirbelschicht). Eine sehr günstige
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß das Kohlenwasserstofföl durch ein vertikal angeordnetes
Katalysatorbett geleitet wird, wobei während des Betriebs
frischer Katalysator periodisch am Kopf des Katalysatorbettes
zugeführt und verbrauchter Katalysator am unteren Ende des Bettes
abgezogen wird (Bunkerfließbetrieb). Eine andere zweckmäßige
Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß mehrere Reaktoren,
welche Katalysatorfestbetten enthalten, verwendet werden,
wobei die Reaktoren wechselweise für die Durchführung des Verfahrens
eingesetzt werden. Während die Entmetallisierung in
einem oder mehreren dieser Reaktoren abläuft, wird der Katalysator
in anderen Betten der Reaktoren erneuert (Festbett-Pendelbetrieb).
Gewünschtenfalls läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren
auch derart durchführen, daß man den Katalysator in dem
zu behandelnden Kohlenwasserstofföl suspendiert (Arbeiten in
Schlammphase).
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise Katalysatoren
verwendet, deren spezifischer mittlerer Teilchendurchmesser d
einen Wert im Bereich von 0,5 bis 4,0 mm und vorzugsweise im
Bereich von 0,6 bis 3,0 mm aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei Temperaturen
im Bereich von 350 bis 450°C, einem Wasserstoffpartialdruck im
Bereich von 25 bis 200 bar und einer stündlichen Raumgeschwindigkeit
im Bereich von 0,1 bis 10 kg · kg-1 · h-1 durchgeführt. Besonders
günstig sind die folgenden Bedingungen: Temperatur im Bereich
von 375 bis 425°C, Wasserstoffpartialdruck im Bereich von 50 bis
150 bar und stündliche Raumgeschwindigkeit im Bereich von 0,5 bis
5 kg · kg-1 · h-1.
Die hydrierende Entmetallisierung von metallhaltigen Kohlenwasserstoffölen
ist besonders dann von Bedeutung, wenn das betreffende
Öl anschließend noch einer katalytischen Behandlung unterworfen
werden soll, beispielsweise einer Crackbehandlung, einem Hydrocracken
oder einer hydrierenden Entschwefelung. Infolge der erfindungsgemäß
durchgeführten hydrierenden Entmetallisierung wird
die Desaktivierung von Katalysatoren in den nachgeschalteten Verfahren
zu einem ganz wesentlichen Ausmaß verhindert. Das Hydrocracken
oder eine hydrierende Entschwefelung von Kohlenwasserstoffölen
kann erfolgen, indem man die betreffenden Öle bei erhöhter
Temperatur und erhöhtem Druck in Anwesenheit von Wasserstoff
mit einem geeigneten Katalysator kontaktiert, der in Form
eines Festbettes, eines sich bewegenden Bettes oder einer Suspension
von Katalysatorteilchen vorliegen kann. Eine sehr günstige
Kombination einer erfindungsgemäßen Entmetallisierungsbehandlung
mit einer hydrierenden Crackbehandlung oder einer hydrierenden
Entschwefelungsbehandlung besteht darin, daß man die Entmetallisierung
im Festbett-Pendelbetrieb oder im Bunkerfließverfahren
durchführt, während das Hydrocracken bzw. die hydrierende Entschwefelung
in einem üblichen Festbett erfolgt.
Als erfindungsgemäß zu behandelnde Kohlenwasserstofföle mit
einem Gesamtgehalt an Vanadium und Nickel von mehr als 500 Gewichtsteilen
pro Million eignen sich beispielsweise Rohöle und
bei der Destillation solcher Rohöle anfallende Rückstände, wie
getoppte Rohöle, lange Rückstände und kurze Rückstände.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die nachstehenden
Beispiele näher erläutert.
Ein Rückstandskohlenwasserstofföl mit einem Gesamtgehalt an
Vanadium und Nickel von 1250 Gewichtsteilen pro Million, welches
durch Abtoppen und Entwässern eines Rohöls aus einem südamerikanischen
Erdölvorkommen erhalten wurde, wird unter Verwendung
von sechs verschiedenen Katalysatoren ohne Promotorzusatz hydrierend
entmetallisiert. Zu diesem Zweck wird das Öl zusammen mit
Wasserstoff von oben nach unten durch ein zylindrisches, vertikal
angeordnetes festes Katalysatorbett geschickt, wobei folgende
Bedingungen aufrechterhalten werden: Temperatur 410°C, am Reaktoreinlaß
gemessener Wasserstoffpartialdruck 150 bar, stündliche
Raumgeschwindigkeit 2,1 kg frische Zufuhr je kg Katalysator je
Stunde und Gasgeschwindigkeit 1000 Nl H₂/kg frische Zufuhr. Das
flüssige Reaktionsprodukt wird in zwei Teilmengen gleicher
Zusammensetzung im Volumenverhältnis 22 : 1 aufgetrennt. Die
kleinere Teilmenge wird aus dem System abgezogen, und die größere
Teilmenge wird zum Reaktoreinlaß im Kreislauf zurückgeführt.
Die Ergebnisse dieser Entmetallisierungsversuche sind zusammen
mit den Eigenschaften der eingesetzten Katalysatoren in der
nachstehenden Tabelle A zusammengefaßt. Die Bestimmung der Größen
p und v sowie des Gesamtporenvolumens und des Stickstoffporenvolumens
erfolgte mittels der Stickstoff-Adsorptions-Desorptionsmethode
und der Quecksilberpenetrationsmethode, die in der
niederländischen Patentanmeldung Nr. 73 09 387 näher erläutert
worden sind.
Das Verhalten der Katalysatoren wird unter Bezugnahme auf die
Größen V max und k 1,5 ausgewertet. V max ist die Maximalmenge an
Vanadium, ausgedrückt in Gewichtsprozent und bezogen auf frischen
Katalysator, die von den Katalysatorteilchen in ihren
Poren absorbiert werden kann, und k 1,5 ist die Aktivität des
Katalysators, ausgedrückt in kg · kg-1 · h-1 (Gewichtsteile pro Million
an V)-½, nachdem die halbe Katalysatorlebensdauer (ausgedrückt
als Menge des absorbierten Vanadiums) verstrichen ist. Die Größe
k 1,5 berechnet sich nach der nachstehenden Formel:
Das Verhalten eines Katalysators wird unter den bei der Entmetallisierungsbehandlung
angewendeten Bedingungen als gut bezeichnet,
wenn der Wert für V max größer ist als 30 Gewichtsprozent
und wenn der Wert für k 1,5 größer ist als 0,08 kg · kg-1 · h-1
(Gewichtsteile pM V)-½.
Die Versuche Nr. 1 und 2, bei denen die Bedingungen bezüglich
V max und k 1,5 erfüllt sind, sind erfindungsgemäße Ausführungsweisen.
Bei Versuch Nr. 1 ist ein Katalysator verwendet worden,
der die nachstehende Ungleichung erfüllt
10-0,15 v < p/d < 3,5-0,02 v, und der außerdem die zusätzlichen
nachstehenden Bedingungen erfüllt: Gesamtporenvolumen (< 0,40 ml/g),
v (< 50%), Stickstoffporenvolumen (< 0,6 ml/g), Oberflächenausdehnung
(< 150 m²/g) und p (< 5 nm). In Versuch Nr. 2
wurde ein Katalysator verwendet, der der Ungleichung
p/d < 10-0,15 v entspricht und außerdem die weiteren nachstehenden
Bedingungen gemäß der Erfindung erfüllt: Gesamtporenvolumen
(< 0,40 ml/g), v (< 50%) und Oberflächenausdehnung
(< 100 m²/g).
Bei den Versuchen Nr. 3 bis Nr. 6 werden hingegen die Bedingungen
bezüglich V max und k 1,5 nicht erfüllt, und es handelt
sich dabei um Vergleichsversuche. In Versuch Nr. 3 ist ein Katalysator
verwendet worden, der der folgenden Ungleichung entspricht:
10-0,15 < p/d < 3,5-0,02 v, aber ein Stickstoffporenvolumen
von weniger als 0,60 ml/g aufweist. In Versuch Nr. 4 ist
ein Katalysator verwendet worden, der der nachstehenden Ungleichung
entspricht: 10-0,15 v < p/d < 3,5-0,02 v, aber dessen spezifische
Oberflächenausdehnung einen Wert von weniger als 150 m²/g
aufweist. In Versuch Nr. 5 wurde ein Katalysator verwendet, der
der Ungleichung p/d < 10-0,15 v entspricht, aber ein Gesamtporenvolumen
von weniger als 0,40 ml/g aufweist. In Versuch Nr. 6
ist ein Katalysator verwendet worden, der der folgenden Ungleichung
entspricht: p/d < 3,5-0,02 v.
Versuch Nr. 1 von Beispiel 1 wurde mehrere Male wiederholt und
zwar unter Anwendung eines Schwefelwasserstoffzusatzes mit variierendem
Partialdruck. Bei diesen Versuchen wurde der erforderliche
Schwefelwasserstoff von außen in das System eingespeist.
Bei allen Versuchen wurde ein am Reaktoreinlaß gemessener Gesamtdruck
von 150 bar aufrechterhalten. Die dabei erzielten Ergebnisse
sind nachstehend in Tabelle B zusammengefaßt.
In den Versuchen 8 bis 10 ist ein Verhältnis P H₂S : P H₂ angewendet
worden, welches der nachstehenden Ungleichung entspricht:
Auf diese Weise konnte eine Verbesserung der Entmetallisierungsaktivität
von mehr als 50% erzielt werden. In Versuch Nr. 7
wurde hingegen ein entsprechendes Verhältnis der Partialdrucke
verwendet, welches der oben angegebenen Ungleichung nicht entspricht,
und daher ist auch die Verbesserung in der Entmetallisierungsaktivität
kleiner als 50%.
Claims (14)
1. Verfahren zur hydrierenden Entmetallisierung in Gegenwart
eines Katalysators ohne Promotorzusatz von Kohlenwasserstoffölen,
welche insgesamt mehr als 500 ppm
an Vanadium und Nickel enthalten, bei erhöhten Temperaturen und
Drucken, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator
verwendet wird, der die nachstehenden Bedingungen erfüllt:
- (1) Es gilt die Ungleichung p/d < 3,5-0,02 v, in der p den spezifischen mittleren Porendurchmesser in nm, d den spezifischen mittleren Teilchendurchmesser in mm und v denjenigen Prozentsatz des Gesamtporenvolumens bedeutet, der in Form von Poren mit einem Durchmesser über 100 nm vorliegt;
- (2) das Gesamtporenvolumen hat einen Wert von mehr als 0,40 ml/g;
- (3) die Größe v hat einen Wert von weniger als 50% und
- (4) die spezifische Oberflächenausdehnung hat einen Wert von
mehr als 100 m²/g,
mit der Maßgabe, daß für Katalysatoren mit solchen Werten für p und d, daß der Quotient p/d nicht größer als 10-0,15 v ist, noch zusätzlich folgende Bedingungen erfüllt sind:- (a) das Stickstoffporenvolumen hat einen Wert von mehr als 0,60 ml/g;
- (b) die spezifische Oberflächenausdehnung hat einen Wert von mehr als 150 m²/g und
- (c) der spezifische mittlere Porendurchmesser p hat einen Wert von mehr als 5 nm.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Katalysator ein Oxid eines Elementes aus den Gruppen II,
III oder IV des Periodensystems der Elemente oder eine Mischung
solcher Oxide eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder eine Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-
Kombination als Katalysator eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Katalysator verwendet wird, dessen spezifischer mittlerer
Teilchendurchmesser d einen Wert im Bereich von 0,5 bis
4,0 mm und vorzugsweise im Bereich von 0,6 bis 3,0 mm aufweist
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bunkerfließbetrieb oder im Festbett-Pendelbetrieb
gearbeitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich Schwefelwasserstoff mitverwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die hydrierende Entmetallisierung in Gegenwart solcher Mengen
von Schwefelwasserstoff durchgeführt wird, daß der Quotient
P H₂S : P H₂ die nachstehende Ungleichung erfüllt:
in welcher P H₂ den Wasserstoffpartialdruck, P H₂S den Schwefelwasserstoffpartialdruck
und P T den Gesamtdruck bedeutet, jeweils
ausgedrückt in bar.
8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der im Entmetallisierungsverfahren selbst oder der in einer
nachgeschalteten hydrierenden Entschwefelung erzeugte Schwefelwasserstoff
verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Entmetallisierungsstufe ein im Kreislauf geführtes Gas
verwendet wird, wobei man die größtmögliche Menge an Schwefelwasserstoff
im Kreislaufgas beläßt, bis sich der gewünschte Wert
für P H₂S eingestellt hat, und daß anschließend eine bestimmte
Menge Schwefelwasserstoff aus dem Kreislaufgas abgetrennt wird,
um die gewünschte H₂S-Konzentration aufrechtzuerhalten.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Anfangsphase des Verfahrens Schwefelwasserstoff von einer
äußeren Quelle zugeführt wird und daß die Menge dieses Anteils
an Schwefelwasserstoff mit fortschreitender Umsetzung allmählich
verringert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
ein sowohl Schwefel als auch Metallkomponenten enthaltendes Rückstands-
Kohlenwasserstofföl mit zwei im System erzeugten wasserstoff-
und schwefelwasserstoffhaltigen Gasströmen (A) und (B) und
gewünschtenfalls einer von außen zugeführten Teilmenge an Schwefelwasserstoff
entmetallisiert wird, daß das Behandlungsgut in
einen flüssigen Produktstrom mit niedrigem Metallgehalt und
einen Wasserstoff und Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasstrom
aufgetrennt wird, daß der Gasstrom als Strom (A) in die Entmetallisierungszone zurückgeführt wird, daß der flüssige Produktstrom
mit niedrigem Metallgehalt zusammen mit einem wasserstoffhaltigen
Gasstrom (C) und zusätzlichen,von außen zugeführtem
Wasserstoff in eine hydrierende Entschwefelungszone eingespeist
wird, daß das entschwefelte Behandlungsgut in einen flüssigen
Produktstrom mit niedrigem Metall- und Schwefelgehalt sowie
einen Wasserstoff und Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasstrom
aufgetrennt wird, daß der Gasstrom in zwei Anteile gleicher
Zusammensetzung aufgetrennt wird, daß der eine Anteil als Strom
(B) in die Entmetallisierungsstufe und der andere Anteil nach
Abtrennen des Schwefelwasserstoffes als Strom (C) in die Entschwefelungsstufe
zurückgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kohlenwasserstofföl im Anschluß an die Entmetallisierungsbehandlung
katalytisch weiter aufgearbeitet wird, insbesondere
in einem Crack-, Hydrocrack- und/oder hydrierenden Entschwefelungsverfahren.
13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entmetallisierungsbehandlung bei einer Temperatur im
Bereich von 350 bis 450°C, einem Wasserstoffpartialdruck im
Bereich von 25 bis 200 bar und einer stündlichen Raumgeschwindigkeit
im Bereich von 0,1 bis 10 kg · kg-1· h-1 durchgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Entmetallisierungsbehandlung bei einer Temperatur im Bereich
von 375 bis 425°C, einem Wasserstoffpartialdruck im Bereich von
50 bis 150 bar und einer stündlichen Raumgeschwindigkeit im
Bereich von 0,5 bis 5 kg · kg-1· h-1 durchgeführt wird.
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