DE3523709A1 - Verfahren zur vorbehandlung der einsatzprodukte fuer die schweroelhydrierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehand­ lung der Einsatzprodukte für die Schwerölhydrierung mit vorgewärmtem wasserstoffhaltigem Hydriergas der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Es ist bei einem Verfahren zur Kohlehydrierung be­ kannt, die gesamte notwendige Hydriergasmenge mit der Kohle-Öl-Maische zu erhitzen oder auch einen Teil des Hydriergases separat vorzuheizen und hier­ für vorzusehen, einen Teil des Hydriergases vor dem Vorheizer und einen anderen Teil des Hydriergases abstromseitig vom Vorheizer und vor Eintritt in den Hydrierreaktor zuzusetzen (vgl. EP-OS 0 083 830).

Mit der Aufheizung des Schweröl-Additiv-Gemisches in Gegenwart von wasserstoffhaltigem Hydriergas ist die Schwierigkeit verbunden, daß sich mit steigen­ der Temperatur die Tragfähigkeit der Suspension verschlechtert, so daß die Gefahr der Ausbildung von Inhomogenitäten sowie einer Sedimentierung der Feststoffanteile des Katalysatorträgers (Additiv) in den Wärmetauscherrohren besteht.

Ferner ist man bei der Steigerung der Rohrwand­ temperaturen aufgrund von Verkokungsneigung und Verschmutzung durch Ablagerungen im Inneren der Rohre (Fouling) beschränkt.

Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, den spezifischen Flächenbedarf beim Wärmeaustausch für die Aufheizung des Öl-Additiv-Gemisches zu redu­ zieren. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Bedarf an mechanischer Energie für den Betrieb der Gaskompressoren zu verringern.

Gemäß der Erfindung werden diese Aufgaben bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Art dadurch ge­ löst, daß die Merkmale des Kennzeichens von Patent­ anspruch 1 verwirklicht sind.

Nach Patentanspruch 2 wird der Strom des über den als Gaswärmetauscher ausgebildeten ersten Wärme­ tauscher geführten gasförmigen Heißabscheiderkopf­ produktes über einen Gasphasereaktor mit einem auf einem Träger fest angeordneten Kontakt und daran anschließend über mindestens einen Wärmetauscher zur Aufwärmung des Gemisches von Schweröl, Additiv und Hydriergas geführt.

Der durch Wärmetausch mit dem gasförmigen Heißab­ scheiderkopfprodukt aufgeheizte und dem vorgewärm­ ten Schwerölgemisch (Gemisch von Schweröl und Additiv bzw. Katalysatorträger) zugegebene andere Teil des Hydriergases macht vorzugsweise 40 bis 80 Vol.-% der insgesamt erforderlichen Hydriergas­ menge aus.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, einen Teil der über den Gaswärmetauscher geführten Hy­ driergasmenge dem Schwerölgemisch erst zuzusetzen, nachdem das Gemisch den Vorheizer durchlaufen hat.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, den Teil des Hydriergases, der über den ersten Wärmetauscher geführt wird, in einem Ofen weiter aufzuheizen und dem Schwerölgemisch abstrom­ seitig von dem Vorheizer zuzusetzen, wobei wiederum ein weiterer Teilstrom des in dem Ofen aufgeheizten Hydriergasstromes dem Schwerölgemisch vor Eintritt in den Vorheizer zugesetzt werden kann. Die Auf­ heizung des zunächst separat geführten Hydriergas­ anteils kann auch allein über den Ofen erfolgen.

Durch die Aufteilung der insgesamt erforderlichen Hydriergasmenge in einen Anteil, der dem auf den Verfahrensdruck gebrachten aber noch nicht über Wärmetauscher vorgewärmten Schwerölgemisch zuge­ geben wird und einen Anteil, der zunächst durch Wärmetausch mit dem gasförmigen Heißabscheiderkopf­ produkt in einem als Gaswärmetauscher ausgebildeten ersten Wärmetauscher oder auch dem Ofen separat aufgeheizt wird und durch die Zugabe des so aufge­ heizten Teils der Hydriergasmenge zu dem in einem oder mehreren Wärmetauschern vorgewärmten Schweröl­ gemisch wird bezweckt, daß in allen Wärmetauschern eine gewünschte vorteilhafte möglichst homogene Strömung erhalten werden kann. Damit ist ein ver­ besserter Wärmeübergang verbunden und dem Auftreten von Inhomogenitäten wird vorgebeugt.

Es ist auch möglich, den Strom des wasserstoff­ haltigen Hydriergases so aufzuteilen, daß der Was­ serstoffzusatz zu dem Schwerölgemisch in Form von Frischwasserstoff erfolgt und daß die verbleibende Menge des insgesamt zu ergänzenden Frischwasser­ stoffs dem Kreislaufhydriergas zugemischt wird.

Hierdurch wird ein höherer Wasserstoffpartialdruck erzielt und der Kompressor für das Kreislaufhy­ driergas kann in seiner Kapazität entsprechend kleiner ausgelegt werden, auch können kleinere Rohre ("Haarnadelrohre") im Vorheizer für das Schweröl-Gemisch vorgesehen werden.

Es ist zweckmäßig zur Temperaturregelung des Hy­ drierreaktors vorzusehen, daß ein Teilstrom des eingesetzten Frischwasserstoffs oder des Kreislauf­ hydriergases direkt in den Hydrierreaktor als Quenchgas eingeführt werden kann.

Das zunächst durch den Gaswärmetauscher geführte Kopfprodukt des Heißabscheiders wird den Wärme­ tauschern für das Schwerölgemisch zugeführt und im Gegenstrom zu dem Schwerölgemisch durch Wärmeaus­ tausch weiter abgekühlt. Hier wird das nur einen Teil, vorzugsweise 20 bis 60 Vol.-%, der Hydrier­ gasmenge enthaltende Schwerölgemisch unter weiterer Ausnutzung der in den Hydrierprodukten enthaltenen Wärme in den Wärmeaustauschern vorgewärmt.

Im Reaktionsteil, d. h. in den eigentlichen Hy­ drierreaktoren steht nach Zugabe der restlichen Menge von 40 bis 80 Vol.-% die gesamte erforder­ liche Menge des Hydriergases zur Verfügung, wo das Hydriergas auch die Aufgabe hat, die Überführung der entstandenen verdampfbaren Reaktionsprodukte in den Heißabscheider zu fördern.

Bei dem vorliegenden Verfahren wird ein Teil der Kapazität des Vorheizers von dem mit dem Heißab­ scheiderkopfprodukt beaufschlagten Gaswärmetauscher oder dem Ofen übernommen, wobei ins Gewicht fällt, daß ein Gaswärmetauscher bzw. ein Ofen, in dem ein Gas aufgeheizt wird, nur etwa ein Fünftel der Ge­ samtaustauschfläche eines Wärmetauschers bzw. Vor­ heizers für die Vorheizung des ein Mehrphasensystem darstellenden Schwerölgemisches benötigt.

Die vorliegende getrennte Vorwärmung eines Teils des Hydriergases ermöglicht eine bessere Wärmeaus­ nutzung des Wärmeinhalts des Heißabscheiderkopfpro­ duktes sowie eine vereinfachte Bauweise des Vor­ heizers. Die Auslegung und der Betrieb des Vor­ heizers für die Aufheizung des Schwerölgemisches sind kritisch für die Arbeitsweise der Schwerölhy­ drierung in der Sumpfphase.

Der in dem Gaswärmetauscher auf 350 bis 470 °C, maximal 490 °C, im Gegenstrom mit dem Kopfprodukt des Heißabscheiders bzw. in dem zusätzlichen Ofen auf Temperaturen zwischen 350 und 550 °C aufge­ heizte Teilstrom des Hydriergases kann nach den betrieblichen Erfordernissen und in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Vorheizers aufgeteilt werden in einen Teilstrom, der vor dem Vorheizer und in einen Teilstrom, der abstromseitig vom Vor­ heizer dem Schwerölgemisch zugeführt wird.

Zur Wärmerückgewinnung aus dem etwa 470 °C bis maximal 490 °C heißen Kopfprodukt des Heißabschei­ ders wird dem mit dem Hydriergas versetzten und auf Druck gebrachten Schweröl-Additiv-Gemisch in hintereinanderliegenden Wärmeaustauschern, im Gegenstrom und ggf. nach Passieren eines Gaswärme­ tauschers das Heißabscheiderkopfprodukt entgegen­ geführt. Die Absenkung der Temperatur des Heißab­ scheiderkopfproduktes in einem ersten, zweckmäßig als Gaswärmetauscher ausgebildeten, Wärmetauscher ist auch deshalb erforderlich, weil im Falle einer nachgeschalteten Gasphasenhydrierung der Festbett­ kontakt in der Regel bei etwas tiefer als der Temperatur des Heißabscheiderkopfproduktes lie­ genden Temperaturen betriebstechnisch die besten Ergebnisse bringt.

Als einzusetzende schwere Öle oder deren Rückstände kommen alle Sorten in Betracht, die wirtschaftlich hydriert werden können, z. B. Schweröl und andere Rückstände der Top- und Vakuumdestillation von kon­ ventionellen Rohölen, schweren Rohölen, Rückstände aus anderen Verarbeitungsstufen, z. B. Visbreaker, Entasphaltierung usw.

Unter Additive werden bei dem vorliegenden Ver­ fahren beispielsweise kohlenstoffhaltige Produkte mit hoher spezifischer Oberfläche, z. B. Petrol­ koks, Braunkohlenkokse, Vergasungsrückstände u. dgl. verstanden. Sie werden zugesetzt in einer Menge von etwa 2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Schweröleinsatzmenge.

Das mit dem Teilstrom des Hydriergases und ggf. dem restlichen Hydriergas versetzte Schwerölgemisch hat nach Durchlaufen der Wärmeaustauscher eine Tempe­ ratur von etwa 380 °C und nach Durchlaufen des nachgeschalteten Vorheizers eine Temperatur von etwa 460 °C.

Das Hydriergas kann zwecks Vorwärmung, ggf. nach Abtrennen eines als Quenchgas benötigten und über eine entsprechende Leitung geführten Anteils, über den letzten abstromseitigen von dem Heißabscheider­ kopfprodukt durchströmten Wärmetauscher geführt werden, bevor es dem Schwerölgemisch zugesetzt wird.

Gemäß Fig. 1 wird das auf den Verfahrensdruck ge­ brachte Schwerölgemisch über Leitung 1 mit Frisch­ gas (z. B. etwa 97 Gew.-% Wasserstoffgehalt) als Hydriergas beaufschlagt. Das Schwerölgemisch durch­ läuft nach Zumischen der ggf. vorgewärmten Hydrier­ gasmenge einen oder mehrere hintereinanderliegende Wärmetauscher 2, in denen es im Gegenstrom zu dem Kopfprodukt des Heißabscheiders oder dem Abstrom eines zwischengeschalteten Gasphasereaktors 9 vor­ gewärmt wird, anschließend den Vorheizer 4, bevor es über Leitung 5 in den ersten Hydrierreaktor ein­ tritt. Das Kopfprodukt des Heißabscheiders passiert ggf. einen Gaswärmetauscher 6, in welchem der in Leitung 7 geführte restliche Anteil der erforder­ lichen Hydriergasmenge auf 350 bis maximal 500 °C vorgewärmt wird, daran anschließend den Gasphase­ reaktor 9, in welchem direkt angekoppelt eine Wei­ terhydrierung der gas- bzw. dampfförmigen Hydrier­ produkte aus der Sumpfphase an einem fest angeord­ neten Hydrierkontakt in der Gemischtphase statt­ findet sowie die Maischevorwärmer 2 und ggf. eine nicht dargestellte Frischgasvorwärmung. Zur Auf­ heizung der über Leitung 7 geführten und in dem Gaswärmetauscher 6 aufgeheizten restlichen Menge des als Kreislaufgas zugesetzten Hydriergases, dem noch weiteres Frischgas über Leitung 3 zugeführt werden kann, ist ein Ofen 8 nachgeschaltet. Der so aufgeheizte Hydriergasstrom wird der Maische zu einem Teil vor Eintritt in den Vorheizer 4 und zum anderen Teil abstromseitig vom Vorheizer 4 zuge­ geben.

Fig. 2 zeigt die Verfahrensführung, bei der der über Leitung 7 und Gaswärmetauscher 6 geführte Strom des Hydriergases dem Schwerölgemisch auf­ stromseitig vom Vorheizer 4 zugeführt wird. Der in dem Gaswärmetauscher 6 aufgeheizte Hydriergasstrom kann dem Schwerölgemisch aber auch abstromseitig vom Vorheizer 4 zugegeben werden. Die übrigen Be­ zugszeichen haben die Bedeutung wie zu Fig. 1 erläutert.

Es kann im Rahmen der mit Fig. 1 oder 2 gegebenen vorteilhaften Ausgestaltungen des vorliegenden Ver­ fahrens ebenfalls vorteilhaft sein, zum Zwecke der Aufheizung des Hydriergases nur Ofen 8 vorzusehen und das Heißabscheiderkopfprodukt über einen ersten Wärmetauscher zur Aufheizung des Schwerölgemisches zu leiten. In diesem Falle kann das Hydriergas auf beispielsweise 550 °C aufgeheizt werden.

Die getrennte Aufheizung von Teilen des Hydrier­ gases beim vorliegenden Verfahren ermöglicht gerin­ gere Rohrwandungsstärken für die Führung des Hy­ driergases und eine vereinfachte Verteilung bzw. Aufteilung des Hydriergases, darüber hinaus eine geringere erforderliche Leistung der Aufheiz- und Vorheizöfen. Schließlich sind die Druckverluste im Kreislaufsystem um etwa 50% niedriger, weil nur jeweils der Anteil des Frischgases auf den Be­ triebsdruck hochgedrückt werden muß.

Claims (7)

1. Verfahren zur Vorbehandlung der Einsatzprodukte für die Schwerölhydrierung mit vorgewärmtem wasserstoffhaltigem Hydriergas unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, ggf. unter Zusatz eines Additivs, in einem Flüssigphasesystem, bei dem das Schweröl einem Vorheizer zugeführt wird, um anschließend in einer Reaktorkaskade einer Hydrierungsreaktion unterworfen zu werden, von wo aus die Reaktionsprodukte einem Heißab­ scheider zugeführt werden
und bei dem nur ein Teil der insgesamt in der Flüssigphase erforderlichen Hydriergasmenge dem auf den Verfahrensdruck gebrachten aber noch nicht vorgewärmten Gemisch von Schweröl und Additiv zugemischt wird
dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil der Hydriergasmenge durch Wärmetausch mit dem gas­ förmigen Heißabscheiderkopfprodukt in einem als Gaswärmetauscher ausgebildeten ersten Wärme­ tauscher aufgeheizt,
das Gemisch von Schweröl und Additiv sowie Hydriergas durch Wärmetausch in einem oder mehreren dem Gaswärmetauscher nachgeschalteten, von dem Heißabscheiderkopfprodukt nach Passieren des Gaswärmetauschers durchströmten Wärmetau­ schern vorgewärmt und
die in dem Gaswärmetauscher aufgeheizte Hydrier­ gasmenge dem vorgewärmten Gemisch von Schweröl, Additiv und Hydriergas zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strom des über den als Gaswärme­ tauscher ausgebildeten ersten Wärmetauscher ge­ führten gasförmigen Heißabscheiderkopfproduktes über einen Gasphasereaktor mit einem auf einem Träger fest angeordneten Kontakt und daran an­ schließend über mindestens einen Wärmetauscher zur Aufwärmung des Gemisches von Schweröl, Additiv und Hydriergas geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der durch Wärmetausch mit dem gasförmigen Heißabscheiderkopfprodukt aufge­ heizte und dem vorgewärmten Schwerölgemisch zu­ gegebene andere Teil des Hydriergases 40 bis 80 Vol.-% der insgesamt erforderlichen Hydrier­ gasmenge ausmacht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Teil der über den Gaswärmetauscher geführten Hydriergasmenge dem Schwerölgemisch erst zuge­ setzt wird, nachdem das Gemisch den Vorheizer durchlaufen hat.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Gas­ wärmetauscher ein Ofen zur Aufheizung des Hy­ driergasteilstromes eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß anstelle des Gaswärmetauschers ein Ofen zur Aufheizung des Hydriergasteilstromes vorge­ sehen ist und daß das Heißabscheiderkopfprodukt bereits in dem ersten Wärmetauscher zur Vor­ wärmung des Schwerölgemisches herangezogen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Strom des wasser­ stoffhaltigen Hydriergases so aufgeteilt wird, daß die Zugabe zu dem Schwerölgemisch in Form von Frischwasserstoff erfolgt und daß die ver­ bleibende Menge des insgesamt zu ergänzenden Frischwasserstoffs dem Kreislaufhydriergas zuge­ mischt wird.