DE3426036C2

DE3426036C2 -

Info

Publication number: DE3426036C2
Application number: DE3426036A
Authority: DE
Inventors: Hugh J. Waldwick N.J. Us Parkhurst Jr.; Leon M. Cherry Hill N.J. Us Lehman
Original assignee: HRI Inc
Current assignee: HRI Inc
Priority date: 1983-08-23
Filing date: 1984-07-14
Publication date: 1989-08-03
Also published as: ZA844353B; GB2145426B; JPS6055082A; CA1248487A; GB2145426A; DE3426036A1; GB8421098D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer in Dampf überführten Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung, insbesondere aus Erdöl gewonnener Dampfcrackungsteer oder aus Kohle gewonnene Schwerkohlenwasserstoffe, welches die Bildung von Koks in den Beschickungs-Vorwärmern vermeidet.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 17 70 894 bekannt. Die Kohlenwasserstoff-Beschickung wird als nicht vorerhitzte Flüssigkeit mit genügend vorerhitztem Wasserstoff in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators vermischt, so daß ein trockenes Wasserstoff-Dampf-Gemisch entsteht, welches unmittelbar danach über dem Katalysator umgesetzt wird, um Polymerbildner in nichtpolymerisierbare Verbindungen umzuwandeln.

Ein Problem bei der Hydrodealkylierung von aromatischen Schwerkohlenwasserstoff-Materialien, wie Dampfcrackungs teer, zur Herstellung von Produkten mit einem Ring besteht in der Verdampfung des in flüssiger Phase vorliegenden Beschickungsmaterials ohne übermäßige Kokserzeugung während der Vorwärmstufe. Es wurde allgemein gefunden, daß Schwerkohlenwasserstoff-Flüssigkeiten beim Erwärmen auf Temperaturen oberhalb von etwa 288°C (550°F) gegenüber Verkokung anfällig sind.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung auf einfache Weise schnell und ohne Verkokung zu verdampfen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß

(a) die Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung auf eine Temperatur zwischen 260°C und 343°C, insbesondere zwischen 288°C und 343°C, jedoch unterhalb ihres Verkokungspunktes erhitzt wird,
(b) Wasserstoff auf eine Temperatur zwischen etwa 538°C und 677°C hinreichend oberhalb der Temperatur der erhitzten Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung erhitzt wird, um einen Wärmeinhalt zur Verfügung zu stellen, der eine Verdampfung der erhitzten Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung gewährleistet, und
(c) die erhitzte Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung mit dem erhitzten Wasserstoff vermischt wird und dabei die Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung ohne Bildung von Koks verdampft wird.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Her stellung einer in Dampf überführten Schwerkohlenwasser stoff-Beschickung, welches die Bilder von Koks in den Be schickungs-Vorwärmern vermeidet, und welches in einem Ver fahren zur Qualitätsverbesserung und/oder Überführung des Schwerkohlenwasserstoffs zu leichteren Produkten geeignet ist, wie beispielsweise in einem Verfahren zur thermischen Hydrodealkylierung. Das Verfahren umfaßt das Erhitzen einer Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung auf eine Temperatur unterhalb ihrer Verkokungstemperatur, das Erhitzen von Wasserstoff auf eine Temperatur hinreichend oberhalb der Tem peratur der erhitzten Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung, so daß nach dem Vermischen der erhitzten Kohlenwasserstoff- Beschickung und des Wasserstoffes das Schwerkohlenwasser stoff-Beschickungsmaterial ohne jegliche Koksbildung völlig verdampft wird. In einer zweiten Ausführungsform der Er findung wird eine Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung zuerst in eine leichtere Fraktion mit einem normalen Siedepunkt unterhalb von etwa 288°C (550°F) und eine schwerere Frak tion mit einem normalen Siedepunktsbereich von etwa 288°C bis etwa 454°C (550°F bis etwa 850°F) fraktioniert. Die schwerere Kohlenwasserstoff-Fraktion wird auf eine Temperatur unterhalb ihres Verkokungspunktes erhitzt und die leichtere Fraktion und Wasserstoff werden gesondert auf eine Temperatur unterhalb des Verkokungspunktes der leich teren Fraktion und hinreichend oberhalb der Temperatur der erhitzten Schwerkohlenwasserstoff-Fraktion erhitzt, um einen Wärmeinhalt zur Verfügung zu stellen, der hin reichend groß ist, so daß nach dem Vermischen mit der Schwerkohlenwasserstoff-Fraktion die letztere ohne jegliche Bildung von Koks verdampft wird. Bei Anwendung der Erfin dung kann die Temperatur der Mischkammerwand bei einer we sentlich niedrigeren Temperatur gehalten werden, als sie für die Wandtemperatur einer Vorwärmeinrichtung röhrenförmigen Typs zum Verdampfen der Beschickung erforderlich wäre.

Die vorliegende Erfindung zur Verdampfung von Schwerkohlen wasserstoff-Beschickungen eignet sich für einen Druckbe reich von 3,45×10⁵ bis 3,45×10⁷ Pa (50-5000 psig). Der verdampfte Materialstrom kann sodann einem weiteren Reak tionsschritt zugeführt werden, wie beispielsweise einer Hydrodealkylierung zur Herstellung von hydrodealkylierten Produkten.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiden angefügten Diagramme erläutert.

Fig. 1 ist ein Fließdiagramm, welches eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah rens zur Verdampfung einer Schwerkohlenwasser stoff-Beschickung darstellt, und

Fig. 2 ist ein Fließdiagramm einer zweiten Ausführungs form des in Fig. 1 dargestellten Verfahrens.

In der vorliegenden Erfindung zur Verdampfung von Schwer kohlenwasserstoff-Beschickungen, um die Koksbildung zu ver meiden, wird Wasserstoff auf eine Temperatur erhitzt, die hinreichend hoch ist, daß nach dem Vermischen mit den Schwerkohlenwasserstoff-Beschickungen diese in wirksamer Weise durch ihren Trockenpunkt (dry point) hindurch erhitzt und die schwere Beschickung ohne Verkoken verdampft. Der erhitzte Wasserstoff wird mit der schweren Beschickung in einem geeigneten Vermischungsschritt, beispielsweise in einer Venturi-Mischvorrichtung, vermischt. Die Temperatur des erhitzten Wasserstoffs ist viel höher als die Temperatur des Schwerkohlenwasserstoff-Beschickungsmaterials, und ist hinreichend hoch, wie 482 bis 677°C (900-1250°F), daß sie all die Hitze liefert, die zur Verdampfung der schweren flüssigen Beschickung erforderlich ist, die normalerweise oberhalb von etwa 288°C (550°F) siedet und vorzugsweise einen Siedebereich von 288 bis 343°C (550-650°F) aufweist. Auf Grund der raschen Hitzeüberführung, die zwischen den vermischten Strömen in der Mischstufe auftritt, vermeidet dieses Erhitzungsverfahren die Übertragung von Hitze von einer heißen Wand auf die Kohlenwasserstoff-Beschickung und minimiert die Zeit, die erforderlich ist, um das schwere Beschickungsmaterial zu verdampfen, und vermeidet die Verkokung des Materials.

In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Wasserstoff mit einer leichten Kohlenwasserstoff-Frak tion mit einem normalen Siedepunktbereich von etwa 204 bis 343°C (400-650°F) vorvermischt werden und damit zusammen auf eine Temperatur unterhalb des Verkokungspunktes der leichten Kohlenwasserstoff-Fraktion erhitzt werden, wobei die Temperatur gleichzeitig hoch genug ist, daß nach dem Vermischen mit der Schwerkohlenwasserstoff-Beschickungs fraktion diese rasch durch ihren Trockenpukt hindurch er hitzt und die Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung ohne Ver kokung des Schwerkohlenwasserstoff-Beschickungsmaterials völlig verdampft wird.

Die Erfindung kann zur Verdampfung jeglichen Schwerkohlen wasserstoff-Beschickungsmaterials, für welches eine Dampf phasenreaktion erforderlich ist, verwendet werden, wie bei spielsweise für die Verdampfung von schweren Gasölen und Dampfcrackungsteer, der sich vom Erdöl ableitet und von Flüssigkeiten, die sich von Kohle ableiten, bevor das ver dampfte Kohlenwasserstoffmaterial einem weiteren Reaktions schritt zugeführt wird, wie der thermischen Hydrocrackung oder Hydrodealkylierung zur Erzeugung von Hydrodealkylie rungsprodukten. Geeignete Druckbereiche für die Erfindung sind 3,45×10⁵ bis 3,45×10⁷ Pa (50-5000 psig) und vor zugsweise 1,4×10⁶ bis 6,9×10⁶ Pa (200-1000 psig).

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird ein Schwerkohlenwas serstoff-Beschickungsmaterial, wie schweres Gasöl bei 10 eingeführt, bei 11 mit einem Druck von mindestens etwa 1,4×10⁶ Pa (200 psig) beaufschlagt und in einem Ofen 12 auf eine Temperatur, wie etwa 293°C (560°F) erhitzt, wo durch keine Koksablagerungen innerhalb der Rohre 13 des Ofens erzeugt werden. Der erhitzte Beschickungsstrom bei 14 wird einer Vermischungsstufe bei 20 zugeführt. Ebenfalls wird Wasserstoffgas bei 16 eingeführt und in einem Ofen 18 auf eine Temperatur deutlich oberhalb der Temperatur der Vermischungsstufe 20 erhitzt und ebenfalls dem Mischungs schritt zugeführt.

Die Vermischungsstufe 20 kann jegliche geeignete bekannte Vermischungsvorrichtungen umfassen, die eine völlige Vermi schung bei relativ hohen Geschwindigkeiten liefert, wie ein langes Rohr, eine Düse oder Venturi-Vorrichtung, wobei der Schweröl-Strom 14 vorzugsweise in den Halsbereich einer Venturi-Vorrichung eingeführt wird. Der Wärmeinhalt, der in dem Wasserstoffstrom 19 geschaffen wird, ist hinreichend, um den Schwerkohlenwasserstoff-Beschickungsstrom 14 völlig zu verdampfen und vermeidet somit die Erhitzung der Kohlen wasserstoff-Beschickung durch ihren Trockenpunkt durch Kontakt mit einer heißen Metallwand, die bei einer höheren Temperatur gehalten wird, und verhindert dadurch jegliches Verkoken des schweren Beschickungsmaterials während des Erhitzens.

Das erhaltene verdampfte Material bei 21 wird weiter in einer Heizvorrichtung 22 auf etwa 677°C (1250°F) erhitzt und einem weiteren Reaktionsschritt 24 zugeführt, wie einem Hydrodealkylierungsverfahren zur Erzeugung eines Produktes 26.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, wird ein schweres Beschickungs material, wie Dampfcrackungsteer bei 30 eingeführt und in den Fraktionierungsturm 32 eingespeist, der üblicher weise bei Betriebstemperaturen von etwa 93 bis 149°C (200-300°F) und einem Druck von 0,7×10⁴ Pa bis 3,5×10⁴ Pa (1-5 psia) gehalten wird. Vom Turm 32 kann ein Dampfstrom bei 33 abgezogen werden, ein leichter Flüssigkeitsstrom mit einem Siedepunkt von bis zu etwa 288°C (550°F) wird bei 34 abgezogen, ein schwerer Flüssigkeitsstrom mit einem Sie debereich von etwa 288 bis 454°C (550-850°F) wird bei 36 abgezogen, und ein schwereres Sumpfmaterial mit einem Siede punkt oberhalb von etwa 454°C (850°F) wird bei 38 abgezogen.

Der leichte Flüssigkeitsstrom 34 wird bei 35 mit einem Druck von mindestens etwa 1,4×10⁶ Pa (200 psig) beauf schlagt, Wasserstoff wird bei 40 zugesetzt und bei 41 er hitzt, und das erhaltene Gemisch wird in einer Heizvorrich tung 42 auf eine Temperatur oberhalb von etwa 510°C (950°F) erhitzt und als Strom 43 der Mischstufe 44 zugeführt, die vorteilhafterweise eine Venturi-Mischvorrichtung mit einem verengten Hals aufweist. Der schwere siedende Flüssig keitsstrom 36 wird bei 37 mit einem Druck von mindestens etwa 1,4×10⁶ Pa (200 psig) beaufschlagt, bei 46 auf eine Temperatur erhitzt, die hinreichend niedrig ist, um ein Verkoken in den Rohren der Heizvorrichtung 46 zu vermeiden, wie etwa 288°C (550°F), und ebenfalls dem Vermischungs schritt 44 unter Verwendung einer Venturi-Mischvorrichtung mit verengtem Hals zugeführt. Die in dem Strom 43 zur Ver fügung gestellte Wärme reicht hin, um den Flüssigkeitsstrom 47 zu verdampfen, so daß der erhaltene vermischte Strom, der bei 45 aus der Mischvorrichtung 44 austritt, völlig in die Dampfform überführt ist. Der Dampfstrom 45 wird sodann durch die Heizvorrichtung 48 zum weiteren Erhitzen, wie auf Temperaturen von 649°C bis 677°C (1200-1250°F) geführt, bevor er zur weiteren Reaktionsstufe 50 geleitet wird, die vorzugsweise ein Hydrodealkylierungsschritt sein kann. Wenn die Beschickung bei 30 ein polynukleares aromatisches oder polyalkyliertes Phenolmaterial ist, so kann der leichte flüssige Strom bei 34 hauptsächlich alkyliertes Naphthalin material enthalten, welches mit Wasserstoff bei 42 auf eine hinreichende Temperatur erhitzt wird, so daß nach dem Vermischen mit dem erhitzten schweren Strom 47, der über wiegend aus alkylierten Phenanthrenen bestehen kann, der letztere völlig verdampft wird. Das erhaltene verdampfte Material wird sodann einem Hydrodealkylierungs-Reaktions verfahrensschritt bei 50 zugeführt, um das Produkt bei 52 zu erzeugen.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele erläutert, die nicht zur Begrenzung ihres Um fangs dienen sollen.

Beispiel 1

Um das Verfahren und die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung zu zeigen, wird ein Schwerkohlenwasserstoff-Be schickungsmaterial, wie Gasöl mit einem normalen Siedepunkt oberhalb von etwa 316°C (600°F) mit einem Druck von etwa 4,5×10⁶ Pa (650 psia) beaufschlagt und auf eine Tempera tur von mindestens 316°C (600°F), jedoch unterhalb einer Temperatur, bei der eine Verkoken der Beschickung auftritt, erhitzt. Das erhitzte Beschickungsmaterial wird sodann ver dampft, indem es mit einem Wasserstoffstrom vermischt wird, der auf eine Temperatur erhitzt wurde, die hinreichend ober halb der Vermischungstemperatur liegt, um einen Wärmeinhalt zu haben, der hinreichend hoch ist, daß er nach dem Vermi schen mit der schweren Flüssigkeitsbeschickung die Be schickung ohne Verkoken völlig verdampft. Das molare Fließ verhältnis von Wasserstoff zur Beschickungsflüssigkeit liegt bei etwa 13, und der Wasserstoffstrom enthält 90% Wasser stoff und 10% Methan. Die Ergebnisse der Erhitzungs- und Vermischungsstufen für verschiedene Kohlenwasserstoff-Be schickungsfraktionen sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Verdampfung einer Kohlenwasserstoff-Beschickung durch Vermischen mit erhitztem Wasserstoff

Es ist zu sehen, daß die Schwerkohlenwasserstoff-Beschickungs materialien mit durchschnittlichen Siedepunkten zwi schen 316°C (600°F) und 371°C (700°F) ohne Verkoken erhitzt und völlig verdampft werden können, indem sie mit einem Wasserstoffstrom vermischt werden, der auf eine höhere Tem peratur erhitzt ist, die jedoch 677°C (1250°F) nicht über schreitet, um ein dampfförmiges Kohlenwasserstoffmaterial zur Verfügung zu stellen.

Beispiel 2

Ein Schwerkohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial, wie Dampf crackungsteer, wird in mindestens eine leichte Fraktion mit einem normalen Siedebereich von 149°C (300°F) bis 343°C (650°F) und eine schwere Fraktion mit einem Siedebereich von 343°C (650°F) bis 454°C (850°F) fraktioniert. Die Schwerkohlenwasserstoff-Fraktion wird auf eine Temperatur unterhalb ihres Verkokungspunktes erhitzt und einem Vermischungsschritt zugeführt. Der Leichtfraktions strom wird mit erhitztem Wasserstoff vermischt und der er haltene Strom wird auf eine Temperatur erhitzt, die höher als diejenige der schweren Fraktion ist und so hoch ist, daß ein Wärmeinhalt zur Verfügung gestellt wird, der hin reicht, daß nach dem Vermischen der beiden vorerhitzten Kohlenwasserstoffströme der Schwerkohlenwasserstoffstrom ohne jegliches Verkoken völlig verdampft wird. Die Ergeb nisse des Erhitzungs- und Vermischungsschrittes für ver schiedene Kohlenwasserstoff-Beschickungen bei 4,5×10⁶ Pa (650 psi) unter Verwendung von 13 Mol Wasserstoff, 1 Mol Leichtkohlenwasserstoff-Fraktion und 1 Mol Schwerkohlenwasser stoff-Fraktion-Zuspeisung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

Verdampfung einer Schwerkohlenwasserstoff-Fraktion durch Vermischen mit erhitztem Wasserstoff und einer Leichtkohlenwasserstoff-Fraktion

Es wird gesehen, daß die Schwerkohlenwasserstoff-Beschickungen mit anfänglichen Siedepunkten zwischen etwa 316°C (600°F) bis 371°C (700°F) ohne Verkokung erhitzt und völlig verdampft werden können, indem sie mit einer leichten Koh lenwasserstoff-Flüssigkeitsfraktion und Wasserstoff im Ge misch erhitzt werden auf eine Temperatur, die hinreichend oberhalb der Vermischungstemperatur liegt, jedoch etwa 538°C (1000°F) nicht übersteigt, um die schwere Beschickung zu erhitzen und zu verdampfen und ein dampfförmiges Kohlen wasserstoffmaterial zur Verfügung zu stellen.

Wenn auch diese Erfindung in breitem Umfang und unter Be zugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, soll verstanden werden, daß Modifikationen und Variationen bezüglich des Verfahrens innerhalb des Gedankens und des Umfangs der Erfindung, die in den angefügten Ansprüchen de finiert ist, durchgeführt werden können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer in Dampf überführten Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung, insbesondere aus Erdöl gewonnener Dampfcrackungsteer oder aus Kohle gewonnene Schwerkohlenwasserstoffe, welches die Bildung von Koks in den Beschickungs-Vorwärmern vermeidet, dadurch gekennzeichnet, daß

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vermischungsschritt in einer Venturi- Vorrichtung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erhitzte Gemisch aus verdampftem Kohlenwasserstoffmaterial und Wasserstoff einer weiteren Erhitzungsstufe und danach einem Hydrodealkylierungs-Reaktionsschritt zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerkohlenwasserstoff-Beschickung vor ihrer Erhitzung gemäß Schritt a) in eine leichte Fraktion mit einer normalen Siedetemperatur unterhalb von etwa 288°C und eine schwere Fraktion mit einem normalen Siedetemperaturbereich von etwa 288°C bis etwa 454°C fraktioniert wird, und die dabei erzeugte leichte Kohlenwasserstoff-Fraktion gemeinsam mit dem Wasserstoff gemäß Schritt c) weiterbehandelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fraktionierungsschritt bei Vakuumdruck erfolgt.