DE2819753A1

DE2819753A1 - Mehrstufiges katalytisches verfahren zur umwandlung einer kohlenwasserstoffbeschickung

Info

Publication number: DE2819753A1
Application number: DE19782819753
Authority: DE
Inventors: Donald Edward Felch; Kenneth David Peters; Elliot Veinerman
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1977-05-09
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1978-11-16
Also published as: JPS5721551B2; PT67978B; AU516463B2; YU105478A; TR20185A; NL7804957A; FR2390494A1; ES469583A1; RO75624A; JPS5410303A; PT67978A; FR2390494B1; IT7823131A0; GB1600928A; CA1100899A; AU3588678A; IT1094599B; MX148920A

Description

Mehrstufiges katalytisches Verfahren zur Umwandlung einer Kohlenwasser stoff beschickung

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Methode zur katalytischen Umwandlung eines Kohlenwasserstoffstromes in einem mehrstufigen Reaktionssystem, worin 1. der Reaktionspartnerstrom in Reihe durch mehrere Reaktionszonen fließt und 2. die Katalysatorteilchen durch einen Fluß unter der Schwerkraft durch jede Reaktionszone bewegbar sind. Spezieller ist das beschriebene Verfahren für die Benutzung in Dampfphasensystemen anpaßbar, worin die Umwandlungsreaktionen hauptsächlich endotherm sind und worin der Fluß des Kohlenwasserstoffreaktionspartnerstromes bezüglich der Abwärtsrichtung der Katalysatorteilchenbewegung im Gleichstrom und im wesentlichen radial verläuft.

Verschiedene Typen von mehrstufigen Reaktionssystemen fanden weit verbreitete Verwendung in der Erdölindustrie und der petrochemisehen Industrie zur Durchführung mannigfacher Reaktionen, besonders zur Durchführung von Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen. Solche Reaktionen sind entweder exotherm oder endotherm und umfassen sowohl wasserstoffproduzierende als auch wasserstoffverbrauchende Verfahren. Mehrstufige Reaktionssysteme besitzen allgemein eine der beiden folgenden Formen: 1. Die Reaktionszonen sind Seite an Seite angeordnet mit Zwischenerhitzung zwischen den Reaktionszonen, und der Reaktionspartnerstrom bzw. das Reaktionspartnergemisch fließt in Reihe von einer Zone zur anderen. 2. Die Reaktionszonen sind übereinander angeordnet, wobei eine einzelne Reaktionskammer oder mehrere

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Reaktionskammern die mehrfachen katalytisehen Kontaktstufen enthalten. Solche Reaktorsysteme, wie sei beim Raffinieren von Erdöl angewendet werden, wurden benutzt, um zahlreiche Kohlenwasserstoff Umwandlungsreaktionen einschließlich jener zu bewirken, die weit verbreitet beim katalytischen Reformieren, beim Alkylieren, bei der Dehydrierung von Äthylbenzol unter Bildung von Styrol und bei anderen Dehydrierverfahren sind. Die Erfindung ist speziell zur Benutzung in jenen Verfahren gedacht, wo die Umwandlungsreaktionen in der Dampfphase erfolgen, Katalysatorteilchen unter der Schwerkraft bewegbar sind, das Reaktionssystem mit Reaktoren Seite an Seite ausgestattet ist, zwei oder mehr katalytische Kontaktzonen übereinandergestapelt sind oder eine oder mehrere zusätzliche Reaktionszonen Seite an Seite mit den übereinandergestapelten Reaktionszonen vorliegen.

Da Katalysatorteilchen, die unter der Schwerkraft durch ein Reaktionssystem bewegbar sind, sich notwendigerweise in Abwärtsrichtung bewegen, betrachtet das vorliegende Verfahren das Abziehen von Katalysatorteilchen von einem Bodenabschnitt einer Reaktionszone und die Einführung frischer oder regenerierter Katalysatorteilchen in einem Abschnitt am oberen Ende einer zweiten Reaktionszone. Das vorliegende Verfahren ist auch für die Anwendung auf jene Reaktionssysteme gedacht, worin der Katalysator als eine ringförmige Schicht angeordnet ist und der Reaktionspartnerstrom in Reihe von einer Zone zur anderen Reaktionszone senkrecht oder radial zu der Bewegung der Katalysatorteilchen fließt. Der Kürze halber befaßt sich die folgende Diskussion mit jenen Systemen, worin eine sich abwärts bewegende Schicht von Katalysatorteilchen in der Umwandlung eines Koh-

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lenwasserstoffreaktionspartnerstromes verwendet wird, wobei die Katalysatorteilchen in der Form einer ringförmigen Schicht angeordnet sind, durch welche der Reaktionspartnerstrom seitlich und radial fließt.

Ein Reaktionssystem mit radialem Fluß besteht im allgemeinen aus röhrenförmigen Abschnitten mit variierenden nominalen Querschnittsflächen, die vertikal und koaxial angeordnet sind und den Reaktionskessel bilden. Kurz gesagt umfaßt das System eine Reaktionskammer, die ein koaxial angeordnetes, den Katalysator zurückhaltendes Sieb enthält, welches eine kleinere nominale innere Querschnittsfläche als die Kammer besitzt, und die außerdem eine perforierte Mittelleitung mit einer nominalen inneren QuerSchnittsfläche, die kleiner als das Katalysator zurückhaltende Sieb ist, aufweist. Der Reaktionspartnerstrom wird in der Dampfphase in den ringförmigen Raum eingeführt, der zwischen der Innenwand der Kammer und der Außenfläche eines Katalysator zurückhaltenden Siebes gebildet wird. Letzteres bildet eine ringförmige Katalysator enthaltende Zone mit der Außenfläche der perforierten Mitte!leitung. Dampfförmiger Reaktionspartner fließt seitlich und radial durch das Sieb und die Katalysatorzone in die Mittelleitung und aus der Reaktionskammer. Obwohl die röhrenförmige Gestalt der verschiedenen Reaktorkomponenten irgendeinen geeigneten Querschnitt haben können, wie dreieckigen, quadratischen, länglichen, rhombusförmigen usw., bestimmen viele Überlegungen bezüglich der Gestalt, der Herstellung und der Technik die Vorteile einer Verwendung von Komponenten, die einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzen.

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Ein mehrstufiges übereinandergestapeltes Reaktorsystem, auf welches die vorliegende Erfindung besonders anwendbar ist, ist jenes, das in der US-PS 3 706 536 gezeigt ist. überführung der unter der Schwerkraft fließenden Katalysatorteilchen von einer Reaktionszone zur anderen sowie Einführung frischer Katalysatorteilchen und Abzug verwendeter Katalysatorteilchen erfolgt durch Benutzung einer Vielzahl von KatalysatorÜberführungslei tun gen. Die Erfahrung bei der Verwendung solcher Systeme sowie jener, wo die Reaktionszonen Seite an Seite angeordnet sind, zeigt, daß der hohe Dampffluß durch die ringförmigen, Katalysator enthaltenden Abschnitte dazu führt, daß die Katalysatorteilchen nicht in der Lage sind, in die Näher der perforierten Mitteilleitung sich zu bewegen, so daß stagnierende Katalysatorbereiche erzeugt werden, wo die Katalysatorwerden
teilchen daran gehindert, unter der Schwerkraft zu fließen.

Demnach betrifft die vorliegende Erfindung ein mehrstufiges katalytisches Umwandlungssystem, worin 1. erhitzte Kohlenwasser stoff beschickung und Wasserstoff in Reihe durch mehrere katalytische Reaktionszonen fließen, 2. der Reaktionsproduktauslauf aus jeder Zone vor seiner Einführung in die nächstnachfolgende Reaktionszone erhitzt wird und 3. Katalysatorteilchen durch Fluß unter der Schwerkraft durch jede der Reaktionszonen bewegbar sind, und das Verfahren zur Umwandlung dieser Beschickung ist dadurch gekennzeichnet, daß man a) die Beschikkung und Wasserstoff erhitzt und das erhitzte Gemisch in eine auf KohlenwasserstoffUmwandlungsbedingungen gehaltene erste Reaktionszone einführt, b) den resultierenden Auslauf der ersten Reaktionszone erhitzt und den erhitzten Auslauf in eine

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auf Kohlenwasserstoffumwandlungsbedingungen gehaltene nachfolgende Reaktionszone einführt, c) den Fluß des Auslaufes aus wenigstens einer Reaktionszone in diesen mehreren Reaktionszonen begrenzt oder eingeengt und den Auslauf aus der letzten Reaktionszone trennt und so 1. einen normalerweise flüssigen Produktstrom und 2. eine wasserstoffreiche Dampfphase bekommt, d) wenigstens periodisch Katalysatorteilchen von der letzten der Reaktionszonen abzieht und e) wenigstens periodisch frische oder regenerierte Katalysatorteilchen in die erste der Reaktionszonen einführt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Erfindung weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Produktauslaufes aus einer mittleren Reaktionszone begrenzt oder eingeengt wird, bevor er in die nächstnachfolgende Reaktionszone eingeführt wird und der Fluß des Auslaufes aus der letzten Reaktionszone vor seiner Trennung begrenzt oder eingeengt wird.

In einer stärker bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der wasserstoffreichen Dampfphase ebenfalls beschränkt oder begrenzt und zu der ersten Reaktionszone zurückgeführt wird.

Verschiedene Typen von Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren benutzen mehrstufige Reaktorsysteme entweder Seite an Seite, als ein vertikal übereinander angeordneter Stapel oder als eine Kombination eines gestapelten Systems Seite an Seite mit einer oder mehreren getrennten Reaktionszonen.

Solche Systeme können in einer großen Vielzahl von Kohlenwasser stoff Umwandlungsreaktionen verwendet werden. Während das Erfindungskonzept auf viele ümwandlungsreaktionen und Verfahren

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anwendbar ist, durch deren Reaktorsystem die Katalysatorteilchen unter Schwerefluß bewegbar sind, wird die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit dem bekannten endothermen katalytischen Reformierverfahren beschrieben.

Früher erfolgte das katalytische Reformieren in einem nicht regenerativen System mit feststehender Katalysatorschicht (fixed bed) mit mehreren Reaktionszonen Seite an Seite. Wenn der Katalysator soweit deaktiviert war, daß ein kontinuierlicher Betrieb nicht mehr langer wirtschaftlich durchführbar war, wurde die gesamte Anlage abgeschaltet und der Katalysator in situ regeneriert. Aus jüngerer Zeit stammte das sogenannte "Schwingbettsystem" , in welchem ein zusätzlicher Reaktor einen solchen ersetzte, der für Regenerierzwecke aus dem Strom genommen werden mußte. Noch kürzlicher wurden mehrstufige Reaktorsysteme vorgesehen, in welchen die Katalysatorteilchen unter der Schwerkraft durch jede Reaktionszone fließen. In einem "gestapelten System" fließen die Katalysatorteilchen auch abwärts von einer katalysatorhaltxgen Zone zur anderen, und am Ende werden sie zu einem geeigneten Regeneriersystem überführt, das vorzugsweise ebenfalls mit einer abwärts sich bewegenden Schicht von Katalysatorteilchen arbeitet. Im Effekt werden die Katalysatorteilchen von einem Abschnitt zum anderen derart gehalten, daß der Katalysatorteilchenfluß kontinuierlich mit häufigen Intervallen oder mit längeren Intervallen ist, wobei die Bewegung durch die aus der letzten der Reihe der einzelnen Reaktionszonen abgezogene Katalysatormenge gesteuert wird.

Die US-PS 3 470 090 erläutert ein mehrstufiges Reaktionssystem mit einer Anordnung Seite an Seite mit Zwischenerhitzen des Reaktionspartnerstromes, welcher in Reihe durch die einzelnen

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Reaktionszonen fließt. Von irgendeiner der Reaktionszonen abgezogene Katalysatorteilchen werden zu einer geeigneten Regenerieranlage transportiert. Diese Systemtype kann so weit modifiziert werden, daß die von einer bestimmten Reaktionszone abgezogenen Katalysatorteilchen zu der nächstnachfolgenden Reaktionszone transportiert werden, während der von der letzten Reaktionszone abgezogene Katalysator zu einer geeigneten Regenerieranlage transportiert werden kann. Die erforderlichen Modifikationen können in der in der US-PS 3 839 197 beschriebenen Weise einschließlich einer Katalysatortransportmethode zwischen den Reaktoren vorgenommen werden. Die Katalysatorüberführung von der letzten Reaktionszone in der Anzahl der mehreren Reaktionszonen zur Spitze der Katalysatorregenerierzone erfolgt möglicherweise unter Verwendung der in der US-PS 3 839 196 erläuterten Methode.

Eine übereinandergestapelte Reaktionszonenausführung ist in der US-PS 3 647 680 als ein zweistufiges System mit einer integrierten Regenerieranlage gezeigt, welche den von der Bodenreaktionszone abgezogenen Katalysator aufnimmt. Ähnlich übereinander gestapelte Ausbildungen sind in den US-PSen 3 692 496 und 3 725 249 erläutert.

Die US-PS 3 725 24 8 erläutert ein mehrstufiges System mit einer Anordnung Seite an Seite, wobei unter der Schwerkraft fließende Katalysatorteilchen vom Boden einer Reaktionszone zur Spitze der nächstnachfolgenden Reaktionszone transportiert werden, wobei jene Katalysatorteilchen, die aus der letzten Reaktionszone entfernt werden, zu geeigneten Regeneriereinrichtungen überführt werden.

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Allgemeine Einzelheiten eines Systems mit drei übereinandergestapelten Reaktionszone sind in der US-PS 3 706 536 dargestellt, und diese erläutert einen Typ eines mehrstufigen Systems, auf welches das Konzept der vorliegenden Erfindung anwendbar ist. Wie allgemein in einer Katalystorreformieranlage praktiziert wird, enthält jede folgende Reaktionszone ein größeres Katalysatorvolumen, in dem die ringförmige, den Katalysator enthaltende Zone eine größere QuerSchnittsfläche besitzt.

Diese Erläuterungen dürften ziemlich repräsentativ für den Stand der Technik sein, der bezüglich mehrstufiger Umwandlungssysteme entwickelt wurde, worin Katalysatorteilchen durch jede Reaktionszone unter der Schwerkraft bewegbar sind. Bemerkenswert ist die Tatsache, daß niemand die Existenz stagnierender Katalysatorbereiche feststellte, die resultieren, wenn Katalysatorteilchen durch den seitlichen/radialen Dampffluß quer zu der ringförmigen Katalysatorschicht zu der perforierten Mittelleitung hin geführt werden. Gleichermaßen ist leicht festzustellen, daß niemand gekannt hat, daß ein Einengen oder Beschränken des Reaktionszonenauslaufes diese Schwierigkeiten mildert und das Problem löst.

Das Verfahren nach der Erfindung ist geeignet für die Verwendung in Kohlenwasserstoffumwandlungssystemen, die als mehrstufig gekennzeichnet sind und in welchen Katalysatorteilchen unter der Schwerkraft durch jede Reaktionszone bewegbar sind. Die vorliegende Erfindung ist hauptsächlich für die Benutzung in Reaktorsystemen bestimmt, wo die Hauptreaktionen endotherm sind und in der Dampfphase durchgeführt werden. Obwohl die nachfolgende Diskussion speziell auf das katalytische Reformieren von Frak-

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tionen im Naphthasiedebereich gerichtet ist, ist nicht daran gedacht, die vorliegende Erfindung hierauf zu beschränken. Katalytisches Reformieren sowie viele andere Verfahren ergaben mehrere Entwicklungsphasen, die gegenwärtig in dem System abgeschlossen sind, in welchem die Katalysatorschichten die Form einer absteigenden Säule in einem oder in mehreren Reaktionskesseln haben. Typischerweise werden die Katalysatoren in Kugelform mit einem Nominaldurchmesser im Bereich von 0,8 bis 4,0 mm benutzt, um frei fließende Eigenschaften zu bieten, die die absteigende Säule oder Katalysatorsäulen innerhalb des Gesamtreaktorsystems weder überbrücken noch blockieren.

In einem solchen mehrstufigen System sind die Reaktionskammern vertikal übereinander gestapelt oder angeordnet, und mehrere (allgemein etwa 6 bis 16) Leitungen mit relativ kleinem Durchmesser werden verwendet, um Katalysatorteilchen von einer Reaktionszone in die nächsttiefere Reaktionszone (durch Fluß unter der Schwerkraft) zu überführen und schließlich Katalysatorteilchen aus der letzten Reaktionszone abzuziehen. Die Katalysatorteilchen werden dann zu der Spitze einer Katalysatorregenerieranlage transportiert, die auch mit einer absteigenden Säule von Katalysatorteilchen arbeitet. Regenerierte Katalystorteilchen werden dann zu der Spitze der obersten Reaktionszone des Stapels transportiert. Um den Schwerefluß innerhalb eines jeden Reaktionskessels und von einer Zone zur anderen zu erleichtern und zu verbessern, ist es besonders wichtig, daß die Katalysatorteilchen einen relativ kleinen nominalen Durchmesser besitzen, und zwar einen, der vorzugsweise kleiner als 4,0 mm ist. In einem Umwandlungssystem mit den einzelnen Reaktionszonen Seite an Seite werden Katalysatortransportkessel (des in der

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US-PS 3 839 197 gezeigten Typs) für die überführung der Katalysatorteilchen vom Boden einer Zone zur Spitze der nachfolgenden Zone und von der letzten Reaktionszone zur Spitze der Regenerier anlage verwendet.

Das katalytische Reformieren von Kohlenwasserstoffen im Naphthasiedebereich in der Dampfphase erfolgt bei Umwandlungsbedingungen, die Katalysatorschichttemperaturen im Bereich von 371 bis 549 C einschließen. Andere Bedingungen sind allgemein ein Druck von 4,4 bis 69 at, eine stündliche Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit (definiert als Volumenteile frischer Beschichtung je Stunde je Volumenteil der gesamten Katalysatorteilchen) von 0,2 bis 10,0 und und ein Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff allgemein im Bereich von 1,0 : 1,0 bis 10,0 : 1,0. Kontinuierliche regenerative Reformiersysteme bieten zahlreiche Vorteile im Vergleich mit bekannten Systemen mit feststehenden Schichten. Unter diesen Vorteilen ist jener eines wirksamen Betriebs bei vergleichsweise niedrigeren Drücken im Bereich von 4,4 bis 14,6 at und im Einklang damit höheren Einlaßkatalysatorschichttemperaturen im Bereich von 510 bis 543° C.

Katalytische Reformierreaktionen schließen das Dehydrieren von Naphthenen zu Aromaten, die Dehydrozyklisierung von Paraffinen zu Aromaten, das Hydrokracken langkettiger Paraffine zu niedriger siedendem, normalerweise flüssigem Material und die Insomerisierung von Paraffinen ein. Die Reaktionen, deren Nettoergebnis endotherm ist, werden durch Benutzung eines oder mehrerer Edelmetalle der Gruppe VIII (z.B. Platin, Iridium, Rhodium oder Palladium) in Kombination mit einem Halogen (wie Chlor und/oder Fluor) und einem porösen Trägermaterial, wie Tonerde, bewirkt.

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Jüngste Untersuchungen zeigten, daß vorteilhaftere Ergebnisse durch gemeinsame Verwendung eines katalytischen Modifiziermittels zu erhalten sind. Diese werden allgemein aus der Gruppe Kobalt, Nickel, Gallium, Germanium, Zinn, Rhenium, Vanadin und Gemischen hiervon ausgewählt. Ungeachtet der speziell ausgewählten katalytischen Zusammensetzung ist die Möglichkeit, den Vorteil gegenüber den üblichen Systemen mit feststehenden Schichten zu erhalten, stark davon abhängig, daß man einen annehmbaren Katalysatorfluß abwärts durch das System bekommt.

Katalytische Reformierverfahren benutzen allgemein mehrere Stufen, von denen jede eine unterschiedliche Katalysatormenge enthält, welche allgemein als Volumenprozente ausgedrückt wird. Der Reaktionspartnerstrom, Wasserstoff und die Kohlenwasserstoffbeschickung, fließt in Reihe durch die Reaktionszonen in der Reihenfolge steigenden Katalysatorvolumens mit einem Erhitzen zwischen den einzelnen Stufen. In einem System mit drei Reaktionszonen sind typische Katalysatorbeladungen folgende: 1. 10,0 % bis 30,0 %, 2. 20,0 % bis 40,0 % und 3. 40,0 % bis 60,0 %. Bei einem System mit vier Reaktionszonen wären geeignete Katalysatorbeladungen folgende: 1. 5,0 % bis 15,0 %, 2. 15,0 % bis 25,0 %, 3. 25.0 % bis 35,0 % und 4. 35,0 % bis 50,0 %. Ungleiche Katalysatorverteilung, die in der Reihe in Richtung des Reaktionspartnerstromflusses steigt, erleichtert und verbessert die Verteilung der Reaktionen sowie der Gesamtreaktionswärme.

Das Stoßen von Katalysator zu der perforierten Mittelleitung stammt hauptsächlich von der hohen Dampfgeschwindigkeit seitlich quer zu der ringförmigen katalysatorhaltigen Zone, wobei dieser nachteilige Effekt ansteigt, wenn die Querschnittsfläche und die Länge der Katalysatorschicht abnimmt. In mehrstufigen kata-

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lytischen Reformiersystemen ist der Effekt daher am stärksten in den ersten und zweiten Reaktionszonen mit den kleineren ringförmigen Querschnittsflächen, etwas geringer in der dritten Reaktionszone und von relativ geringer Folge in der vierten Reaktionszone wegen deren Länge und deren größerer Querschnittsfläche der Katalysatorschicht. Einengung des Flusses des Produktauslaufes aus der letzten Reaktionszone in der Reihe mehrerer Reaktionszonen vermindert die Menge an zu der Mitteilleitung gedrücktem Katalysator. Vorzugsweise wird der Fluß des Produktauslaufes aus allen Reaktionszonen begrenzt oder beschränkt, bevor er in die nächstnachfolgende Reaktionszone eingeführt wird, oder dies geschieht mit der letzten Reaktionszone, bevor dessen Auslauf in ein normalerweise flüssiges Produkt und eine wasserstoffreiche Dampfphase getrennt wird. In einem Vierzonensystem ist es bezüglich der mittleren Reaktionszonen, deren Zahl in einem Vierzonensystem zwei oder drei ist, bevorzugt, den Fluß des Auslaufes desselben zusätzlich zu dem, der aus der vierten Reaktionszone kommt, einzuengen oder zu begrenzen, und zwar mit oder ohne Einengung oder Begrenzung des Auslaufes der ersten Zone.

Die Flußeinengungen oder -begrenzungen der Ausläufe der verschiedenen Reaktionszonen kann in irgendeiner geeigneten Weise erfolgen, die eine zusätzliche Druckabfallsteigerung für das Gesamtreaktorsystem von 0,07 bis 0,7 at für jede dieser Einengungen oder Begrenzungen ergibt. Die Einengung oder Begrenzung des Ausflusses kann durch die Verwendung von VentürirÖhren, Lochplatten usw. folgen, wobei die Lochplatte für das Arbeiten in der Dampfphase bevorzugt ist.

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Hauptsächlich ist das Hindrücken von Katalysator zu der perforierten Mittelleitung eine Funktion von zwei abhängigen Variablen: 1. Der Fließgeschwindigkeit der Dampfmasse und 2. der Dichte der Dämpfe, die seitlich durch die ringförmige Katalysatorschicht fließen. Um das Drücken von Katalysator gegen die Mittelleitung für einen bestimmten Beschickungsfluß auszuschalten, muß die Geschwindigkeit der Rückführung von wasserstoffreichem Gas zu dem System vermindert werden. Dies jedoch vermindert den Gesamtmassenfluß zu einer bestimmten Reaktionszone, was seinerseits den Druckabfall des Reaktorsystems vermindert. Natürlich wird der effektive Druck in der Anfangsreaktionszone, worin das Katalysatordrücken am stärksten und am meisten störend ist, vermindert. Eine entsprechende Verminderung der Dampfdichte ist das Ergebnis. Die Benutzung von einengenden oder Begrenzungsöffnungen (oder anderer geeigneter Einrichtungen) zwischen den Reaktionszonen steigert den Druckabfall in der Reaktorschaltung. Dies steigert den Druck in der ersten Reaktionszone und somit die Dichte der Dämpfe. Höhere Dampfdichte erleichtert das Problem des Katalysatordrückens gegen die Mittelleitung, das zu stagnierenden Katalysatorbereichen führt. Die Verwendung von begrenzenden oder eingengenden öffnungen ergibt auch einen größeren Gasrückführfluß, der die Ablagerung von kohlenstoffhaltigem Material und die Regenerierbelastung in der Regenerieranlage vermindert. Außerdem arbeitet die letzte Reaktionszone bei einem niedrigeren Druck, was den Vorteil eines Anstiegs der Flüssigkeitsausbeute ergibt. Vorzugsweise liegen die einengenden oder begrenzenden öffnungen aufstromwärts von den Zwischenerhitzern zwischen den Reaktionszonen, um den Betriebsdruck der Erhitzer

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zu senken und die Geschwindigkeit des Reaktorauslaufes in den Erhitzerröhren zu erhöhen. Nach einer stärker bevorzugten Durchführungsweise der vorliegenden Erfindung wird auch der Rückführwasserstoff strom eingeengt. Obwohl die Einengung des rückgeführten Wasserstoffstromes nicht so stark an der Erleichterung des Problems der stagnierenden Katalysatorbereiche teilhat, wie die Einengungen des Reaktionszonenauslaufes, dient er doch dazu, eine bessere Strömungsverteilung des Reaktionspartnerstromes zu dem kombinierten Beschickungswärmeaustauscher zu gewährleisten, insbesondere wenn der Wärmeaustauscher aus wenigstens zwei parallel liegenden Wärmeaustauschern besteht.

In der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung und ihrer Betriebsweise wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese dient lediglich der Erläuterung und nicht der Einschränkung des Erfindungsgedankens. Daher wurden verschiedene Zubehörteile, die nicht für das volle Verständnis der Erfindung erforderlich sind, weggelassen oder in ihrer Zahl vermindert. Solche Teile liegen jedoch für den Fachmann auf der Hand. Die erläuterte Ausführungsform ist ein vereinfachtes schematisches Fließbild, das ein katalytisches Reformiersystem 1 mit vier übereinandergestapelten Reaktionszonen, einer oberen ersten Reaktionszone I, zwei mittleren Reaktionszonen II und III und einer untersten vierten Reaktionszone IV zeigt.

Die Zeichnung erläutert die besonders bevorzugte Ausführungsform, in welcher der Produktauslauf aus jeder der Reaktionszonen eingeengt wird und außerdem auch der Fluß des wasserstoff reichen Rückführgases eingeengt wird. Bezüglich der vier Reaktionszonen I, II, III und IV erfolgt dies durch die Verwen-

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dung von Einengungsöffnungen 10, 14, 18 bzw. 22. Der Fluß des was s er stoff reichen Rückfütirgases wird durch die Benutzung der Einengungsöffnung 3 eingeengt oder begrenzt.

Das katalytische Reaktionssystem 8 mit übereinandergestapelten Reaktionszonen und unter der Schwerkraft fließendem Katalysator ist so gezeigt, daß es vier einzelne Reaktionszonen besitzt, die bezüglich der Länge und der QuerSchnittsfläche der ringförmigen Katalysatorschicht so bemessen sind, daß die· Verteilung des gesamten Katalysatorvolumens 10,0 % (Zone I), 15,0 % (Zone II), 25,0 % (Zone III) und 50,0 % (Zone IV) ist. In einem normalen, im wesentlichen problemfreien Betrieb werden frische oder regenerierte Katalysatorteilchen durch die Leitung 29 und die Einlaßöffnung 30 in die oberste Zone I eingeführt und fließen unter der Schwerkraft von dort in die Reaktionszone II, von der Zone II in die Zone III, von der Zone III in die Zone IV und werden schließlich aus dem Reaktorsystem durch mehrere Auslaßöffnungen 31 und Leitungen 32 abgezogen. So entfernte Katalysatorteilchen können zu einer kontinuierlichen (nicht erläuterten) Regenerierzone transportiert oder aber gelagert werden, bis eine ausreichende Menge für eine ansatzweise Regenerierung verfügbar ist. Die Geschwindigkeit des Katalysatorflusses durch das übereinandergestapelte Reaktorsystem 8 oder die Zeit, die erforderlich ist, um die Katalysatorteilchen in das System einzuführen, sie die vier Reaktionszonen durchqueren zu lassen und für die Regenerierung abzuziehen, wird durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der letztere durchgeführt wird. Durch Abfühlen verschiedener Betriebsparameter, während sich das System in kontinuierlichem Betrieb befindet, kann die Katalysatorabzugsgeschwindigkeit oder die Regenerierbelastung gesteuert werden.

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Das Beschickungsinaterial mit Naphthasiedebereich wird in das Verfahren über Leitung 1 eingeführt, mit einer wasserstoffreichen Dampfphase aus Leitung 2, welche letztere eine einengende öffnung 3 mit einer Bemessung für etwa 0,41 at besitzt, vermischt und in den Wärmeaustauscher 4 eingeführt. Die Temperatur des Gemisches wird durch indirekten Wärmeaustausch mit heißem Produktausfluß, der über Leitung 21 eintritt, erhöht. Das so erhitzte Gemisch geht weiter durch Leitung 5 in den Erhitzer 6 und von dort durch die Leitung 7 in die oberste Reaktionszone I mit einer Temperatur, die erforderlich ist, um die erwünschte Temperatur am Einlaß zu der ersten darin angeordneten Katalysatorschicht zu bekommen.

Der Reaktionsproduktausfluß aus der Katalysatorzone I geht durch Leitung 9, welche die Einengungsöffnung 10 besitzt, welche auf etwa 0,34 at eingestellt ist, in den Zwischenerhitzer und von dort durch Leitung 12 in die erste mittlere Reaktionszone II. Produktauslauf aus der Katalysatorzone II wird mit Hilfe der Leitung 13 abgezogen, welche eine Einengungsöffnung 14 besitzt, die auf etwa 0,14 at eingestellt ist, und wird dann in den Zwischenerhitzer 15 eingeführt. Das erhitzte dampfförmige Material wird in die zweite Zwischenreaktionszone III mit Hilfe der Leitung 16 eingeführt. Die Leitung 17, die eine Einengungsöffnung 18 enthält, welche ebenfalls 0,41 at ergibt, trägt den Auslauf aus der katalytischen Zone III in den Zwischenerhitzer 19, und das erhitzte Gemisch wird in die unterste Reaktionszone IV mit Hilfe der Leitung 20 eingeführt.

Der Reaktionsproduktauslauf aus der untersten katalytischen Zone IV wird über die Leitung 21 abgezogen, welche eine Einen-

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gungsöffimng 22 enthält, die einen Druck von etwa 7,0 psi ergibt. Der Produktauslauf geht weiter durch Leitung 21 und wird als das Wärmeaustauschmediuin in dem Wärmeaustauscher 4 verwendet. So gekühlt geht der Produktauslauf durch die Leitung 23 in den Kondensator 24, worin Kühlen und Kondensation bei einer Temperatur im Bereich von etwa 16 bis etwa 60° C stattfindet, und das Gemisch geht durch Leitung 25 in die Trennzone 26. Wasserstoffreiches dampfförmiges Material wird durch Leitung 2 abgezogen, die eine Einengungsöffnung 3 enthält, um wenigstens zum Teil zu der obersten Reaktionszone I zurückgeführt zu., werden, überschüssiger Wasserstoff wird aus dem Verfahren durch Leitung 28 abgezogen, wobei die Geschwindigkeit durch geeignete Druckregeleinrichtungen bestimmt wird. Der normalerweise flüssige Produktauslauf wird über Leitung 27 abgezogen und dabei in geeignete, nicht erläuterte Fraktioniereinrichtungen eingeführt.

Obwohl ein einzelner Trennbehälter 26 und ein einzelner Kondensator 24 gezeigt ist, kann die Trennung des Produktauslaufes in Leitung 25 zunächst unter Verwendung einer Niederdrucktrenneinrichtung und anschließend unter Verwendung einer Hochdrucktrenneinrichtung bewirkt werden. Dampfförmiges Material aus der Niederdrucktrenneinrichtung wird komprimiert und in den Hochdruckkühler im Gemisch mit dem flüssigen Material eingeführt, welches aus der Niederdrucktrenneinrichtung gewonnen wird. Das Gemisch wird dann in die Hochdrucktrenneinrichtung eingeführt, aus welcher die wasserstoffreiche Rückführdampfphase und ein normalerweise flüssiger Produktauslauf gewonnen werden.

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Leerseite

Claims

Dr. Hans-Heinrich WiUrath f Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seififert PATENTANWÄLTE D - 6200 "WIESBADEN 1 2. Mai 1978 Postfach 6145 Gusttv-fteyag-Sttiße 25 Dr . We/Wh 5? (06121)372720 Telegrammadresse: WILLPATENT Tefcx: 4-186247 Case 1796 UOP Inc., Ten UDP Plaza - Algonquin & Mt. Prospect Roads, Des Piaines, Illinois 60016, USA Mehrstufiges katalytisches Verfahren zur Umwandlung einer Kohlenwasserstoff beschickung Prioritäten: Serial Nos. 795 054 und 795 250 vom 9. Mai 1977 in USA Patentansprüche

1. Mehrstufiges Verfahren zur katalytischen Umwandlung einer Kohlenwasserstoffbeschickung, bei dem erhitzte Kohlenwasserstoff beschickung und Wasserstoff in Reihe durch mehrere katalytisch© Reaktion szonen fließen, der Reaktionsproduktauslauf aus jeder Zone vor seiner Einführung in die nächstnachfolgende Re-

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aktionszone erhitzt wird und Katalysatorteilchen durch Fluß unter der Schwerkraft durch jede Reaktionszone bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die Beschickung und den Wasserstoff erhitzt und das erhitzte Gemisch in eine auf KohlenwasserstoffUmwandlungsbedingungen gehaltene erste Reaktionszone einführt,

b) den resultierenden Auslauf der ersten Reaktionszone erhitzt und den erhitzten Auslauf in eine auf Kohlenwasserstoffumwandlungsbedingungen gehaltene nachfolgende Reaktionszone einführt,

c) den Fluß des Auslaufes aus wenigstens einer Reaktionszone in mehreren Reaktionszonen einengt und den Auslauf aus der letzten Reaktionszone derart trennt, daß man einen normalerweise flüssigen Produktstrom und eine wasserstoffreiche dampfförmige Phase bekommt,

d) wenigstens periodisch Katalysatorteilchen von der letzten der Reaktionszonen abzieht und

e) wenigstens periodisch frische oder regenerierte Katalysatorteilchen in die erste der Reaktionszonen einführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fluß des Produktauslaufes aus der letzten Reaktionszone vor seiner Trennung einengt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fluß des Produktauslaufes aus einer mittleren Reaktionszone vor seiner Einführung in die nächstnachfolgende Reaktionszone einengt und den Fluß des Auslaufes aus der letzten Reaktionszone vor dessen Trennung ebenfalls einengt.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fluß wenigstens eines Teils der wasserstoffreichen, dampfförmigen Phase einengt und zu der ersten Reaktionszone zurückführt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Seite an Seite angeordnete Reaktionszonen verwendet und die Katalysatorteilchen vom Boden einer Reaktionszone zur Spitze der nächstnachfolgenden Reaktionszone überführt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere übereinander angeordnete Reaktionszonen mit einer gemeinsamen vertikalen Achse verwendet und die Katalysatorteilchen unter der Schwerkraft von einer Reaktionszone in die nächste darunterliegende Reaktionszone in dem Stapel fließen läßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Reaktionszonen wenigstens drei katalytische Reaktionszonen enthalten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktauslauf aus jeder der drei Reaktionszonen eingeengt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Reaktionszonen vier katalytische Reaktionszonen enthalten.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Auslaufes aus jeder von nur den letzten drei Reaktionszonen eingeengt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Produktauslaufes aus jeder der vier Reaktionszonen eingeengt wird.

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12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einengung des Flusses des Auslaufes aus der letzten Reaktionszone einen zusätzlichen Reaktorsystemdruckafafall von etwa 1/0 bis etwa 1O₇O psi ergibt.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einengung des Flusses des Auslaufes aus den letzten drei Reaktionszonen einen zusätzlichen Reaktorsystemdruckabfall im Bereich von etwa 1,0 bis etwa 10,0 psi ergibt.

14. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einengung des Flusses des rückgeführten Anteils der wasserstoffreichen dampfförmigen Phase einen zusätzlichen Druckabfall von 1,0 bis etwa 10,0 psi ergibt.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren als mehrstufiges katalytisches Kohlenwasserstoffreformierverfahren durchgeführt wird.

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