DE3632880A1 - Verfahren zur umwandlung von schwerem kohlenwasserstoff-ausgangsmaterial - Google Patents
Verfahren zur umwandlung von schwerem kohlenwasserstoff-ausgangsmaterialInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydroumwandlung
von schwerem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial,
und insbesondere ein dreistufiges Verfahren, bei welchem
Aufstrom-Reaktoren (upstream flow reactors)* mit Katalysatoren
in der ersten und dritten Stufe eingesetzt werden.
Verfahren zur thermischen und katalytischen Hydroumwandlung
von Kohlenwasserstoff-Chargen sind bekannt. Der hier verwendete
Begriff Hydroumwandlung bedeutet die Umwandlung von
Rückständen, Asphaltenen und Harzen, welche bei der atmosphärischen
Destillation oder Vakuumdestillation herkömmlicher
und/oder nicht herkömmlicher Rohöle in Destillatprodukte
mit niedrigerem Siedepunkt zurückbleiben. Bei
der Behandlung von Rückständen, die eine unverhältnismäßige
Menge an Kontaminaten oder Verunreinigungen - wie z. B.
Vanadium, Nickel, Stickstoff und Schwefel - aufweisen,
werden im Hydroumwandlungsverfahren oft Katalysatoren eingesetzt.
Diese im allgemeinen sehr teueren Katalysatoren
haben eine relativ kurze Lebensdauer, wenn sie solche Rückstände
behandeln.
US-PS 44 34 045 offenbart ein Verfahren zum Hydrocracken von
Rückständen in Gegenwart eines Wasserstoff-Donator-Lösungsmittels.
US-PS 44 47 313 betrifft ein Verfahren zum Hydrocracken von
Rückständen, bei welchem eine Endasphaltierungsstufe der
Hydrocrackstufe vorausgeht, so daß die meisten schweren
Fraktionen, welche den größten Teil an Kontaminaten enthalten,
entfernt werden, wobei eine beträchtliche Menge an
nicht umgewandelten Rückständen zurückbleibt.
* Reaktor mit Führung von Flüssigkeit, Gas,
Katalysator von unten nach oben
US-PS 44 31 526 betrifft ein Verfahren zur Hydrobehandlung
von Kohlenwasserstoffen, insbesondere für die Hydroentschwefelung
und die Hydrodemetallisierung (Hydro-Demet-Prozeß),
bei welchen das Verfahren in zwei Stufen durchgeführt wird
unter Verwendung durchschnittlich großer Katalysatoren unterschiedlicher
Porengröße.
US-PS 44 31 525 betrifft schließlich ein Verfahren zur Hydrobehandlung
von Kohlenwasserstoffströmen, welche Metalle,
Asphaltene, Stickstoffverbindungen und Schwefel enthalten,
wobei das Verfahren drei verschiedene Stufen umfaßt, von denen
jede einen Katalysator mit verschiedenen physikalischen und
chemischen Eigenschaften enthält.
In den genannten US-Patenten werden zwar die bei der Behandlung
schwerer Kohlenwasserstoff-Chargen auftretenden Probleme erörtert,
jedoch lehrt keines der Verfahren das spezifische, erfindungsgemäße
Verfahren unter Verwendung der mit vorliegender
Erfindung erfaßten spezifischen Anlage. Im großen und ganzen
verlängern die Verfahren nach dem Stand der Technik die Lebensdauer
der Katalysatoren i. w. nicht.
Wünschenswert wäre es, ein Verfahren zur Hydroumwandlung von
schwerem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial in verwendbare
Destillate zu entwickeln und gleichzeitig die Lebensdauer der
im Verfahren eingesetzten Katalysatoren zu verbessern.
Demgemäß ist es die übergeordnete Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zur Umwandlung von schwerem Kohlenwasserstoff-
Ausgangsmaterial, hohen Molekulargewichts, geringer
Reaktivität und hohen Metallgehalts zu entwickeln.
Insbesondere soll ein mehrstufiges Verfahren für die Umwandlung
schwerer Ausgangsmaterialien geschaffen werden, bei
welchem Aufstrom-Reaktoren (upstream flow reactors) mit
Katalysatoren in der ersten und dritten Stufe eingesetzt
werden.
Auch liegt es im Rahmen der Aufgabe, ein oben näher bezeichnetes
Verfahren zu schaffen, bei welchem die Zwischenstufe zwischen
der ersten und dritten Stufe eine Stufe des thermischen Abstrom-
Crackens (down flow thermal cracking step) beinhaltet.
Ferner soll ein Verfahren - wie oben erwähnt - geschaffen
werden, bei dem der in der ersten Verfahrensstufe verwendete
Katalysator metallorganische (organometallische) Komplexe mit
hohem Molekulargewicht und hoher Crackfestigkeit entmetallisieren
kann, und einen Katalysator in der dritten Stufe, welcher die Moleküle mit hoher Crackfestigkeit
cracken kann.
Weitere Teile der Aufgabe sowie Vorzüge der vorliegenden Erfindung
werden aus den nachfolgenden Ausführungen ersichtlich.
Die vorstehend umrissene Aufgabe und die daraus resultierenden
Vorteile werden mit der Erfindung ohne weiteres erreicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu Umwandlung
von schwerem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial, welches sich
durch hohes Molekulargewicht, geringe Reaktivität und hohe
Metallgehalte auszeichnet. Erfindungsgemäß wird ein mehrstufiges
Verfahren eingesetzt, bei welchem ein schweres Kohlenwasserstoff-
Ausgangsmaterial einer ersten Stufe zugeführt wird,
welche eine Hydro-Demet-Zone umfaßt, in welcher das Ausgangsmaterial
mit Wasserstoff und einem Katalysator in Kontakt gebracht
wird, welcher die metallorganischen Komplexe mit
hohem Molekulargewicht und hoher Crackfestigkeit entmetallisieren
kann. Danach wird der Austrag (effluent) aus der ersten
Stufe von der Demet-Zone entfernt und einer thermischen Crackzone
zugeführt, in welcher der Austrag mit Wasserstoff in Kontakt
gebracht wird. Das Produkt aus der Crackzone wird dann
einer Kohlenwasserstoff-Umwandlungszone zugeführt, in welcher
das Produkt mit Wasserstoff und einem Katalysator in Kontakt
gebracht wird, der Moleküle mit hoher Crackfestigkeit
cracken kann. Nach einem besonderen Merkmal der vorliegenden
Erfindung handelt es sich bei den in der Hydro-Demet-Zone und
der Kohlenwasserstoff-Umwandlungs-Zone verwendeten Reaktoren
um Aufstrom-Reaktoren, die erwiesenermaßen bei der Behandlung
von schwerem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial hervorragende
Ergebnisse erzielen.
Bezüglich weiterer erfindungsgemäßer Merkmale des Verfahrens
wird auf den Inhalt der Ansprüche 1 bis 13 hingewiesen.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugte
Anlage wird in den Ansprüchen 14 bis 17 umrissen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt
in
Fig. 1: ein Flußdiagramm zum erfindungsgemäßen Verfahren,
welches eine Hydro-Demet-Stufe, eine Crackstufe
und eine Hydroumwandlungsstufe umfaßt;
Fig. 2: ein Schaubild, welches die Molekular-Gewichts-
Verteilung der Asphaltene für das Produkt nach
Beispiel 6 zeigt, worin bei E das Molekulargewicht
- GPC, s. unten, der Aspahltene - und
bei H beliebige Einheiten (arbitrary units) aufgetragen
ist/sind, der Kurvenverlauf Q gibt die
ursprünglichen Asphaltene im Ausgangsmaterial an,
N 1 die Asphaltene in Experiment 1 sowie N 2 die Asphaltene
in Experiment 2.
Fig. 3: gibt ein Schaubild zur Molekulargewichtsverteilung
fünf verschiedener Abschnitte des Produktes 2 von
Beispiel 5 - lit. Z - über dem Molekulargewicht - bei G-
wieder, wobei F das Ausgangsmaterial zeigt (GPC -
s. unten - von Ausgangsmaterial und Reaktionsprodukt).
Zu Fig. 3 ergibt sich die Umwandlung der Fraktion 1 aus
Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezug
auf Anlage 10 in Fig. 1 näher beschrieben.
Ein durch hohes Molekulargewicht, geringe Reaktivität und
hohe Metallgehalte gekennzeichnetes Ausgangsmaterial wird
über eine Leitung 12 einer Hydrodemetallisierungs-Zone
(Hydro-Demet-Zone) 14 zugeführt. Erfindungsgemäß ist das
schwere Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial durch folgende
Zusammensetzung und Eigenschaften gekennzeichnet:
* APJ = American Petroleum Institute
** cst = zentistokes (kinematische Viskosität)
*** ppm = mg/kg Schweröl
Der über 500°C-grädige Rückstand hat eine niedrige Reaktivität,
gekennzeichnet durch eine Molekulargewichtsverteilung
von 400 bis 100 000 - gemessen mit der Gel-Chromatographie
bei Zimmertemperatur - und einem Druck von 2 bis
10 atm, wobei 40 Gew.-% der
Vanadium-Verteilung des besagten Rückstandes in der Fraktion
konzentriert ist, welche ein Molekulargewicht von
20 000 bis 100 000 aufweist.
Der Reaktor in der Hydro-Demet-Zone ist ein katalytischer
Festbettreaktor (reactor of the fixed bed type), gekennzeichnet
durch steigenden Aufstrom (upstream flow). In der
Hydro-Demet-Zone wird das Ausgangsmaterial mit Wasserstoff
und einem Katalysator in Kontakt gebracht, welcher
die metallorganischen Komplexe mit hohem Molekulargewicht
und hohem Crackwiderstand unter folgenden Betriebsbedingungen
entmetallisieren kann: bei einer Temperatur von
380 bis 440°C, einem Druck von 120 bis 230 atm, einer Raumgeschwindigkeit
von 0.1 bis 1.0 l/h und einem Verhältnis
Wasserstoff/Kohlenwasserstoff von 300 bis 5000 Nlt/lt*.
Gemäß der besonderen, erfindungsgemäßen Kennzeichen handelt es
sich bei dem in der Hydro-Demet-Zone 14 vorgesehenen Katalysator,
wie oben erwähnt, um einen Katalysator, welcher
metallorganische Komplexe mit hohem Molekulargewicht und
hoher Crackfestigkeit entmetallisieren kann. Der erfindungsgemäße
Hydro-Demet-Katalysator weit - gemessen mit der photoelektronischen
Spektroskopie (XPS = x-ray photoelectronic
spectroscopy) - folgende Oberflächenkonzentrationen auf:
Molybdän 4.0 bis 8.0 Gew.-%, Titan 0.15 bis 1.2 Gew.-%;
Nickel 2.0 bis 5.0 Gew.-%; Aluminum 50.0 bis 80.0 Gew.-%
und Schwefel 2.0 bis 10.0 Gew.-%.
* Nlt/lt = normalized liter of hydrogen per liter of hydrocarbon
= Standardliter Wasserstoff pro Liter Kohlenwasserstoff
Ferner hat der Katalysator ein Porenvolumen von 0.2 bis
0.5 cm3/g, eine spezifische Oberfläche von 50 bis 180 m2/g,
eine zweigipfelige (bimodal) Porenverteilung dergestalt,
daß 20% der Poren zwischen 10 und 100 Å und 60% zwischen
100 und 1000 Å aufweisen - bei einer Partikelgröße von
0.5 bis 3 mm.
Gemäß einem besonderen erfindungsgemäßen Kennzeichen ist
der Festbett-Aufstrom-Reaktor (fixed bed upstream flow
reactor) so ausgelegt, daß der Katalysator von oben her
über Leitung 16 chargiert und nach unten über Abzugsleitung
18 abgezogen werden kann.
Der im wesentlichen katalysatorfreie Flüssigkeits- und
Gasaustrag aus der Hydro-Demet-Zone 14 wird über Austragsleitung
20 entfernt und einer Thermo-Crack-Zone 22 zugeführt,
welche einen Hochtemperatur-Abstrom-Spulenreaktor (high
temperature down flow coil type reactor) umfaßt, der ohne
irgendeinen Katalysator oder Additive betrieben wird bei
einer Temperatur zwischen 360 und 480°C, einem Druck von
120 bis 230 atm, einer Raumgeschwindigkeit zwischen 0.5 und
6.0 l/h und einem Verhältnis Wasserstoff/Kohlenwasserstoff
zwischen 300 und 5000 Nlt/lt.
Das Produkt aus der Thermocrackzone 22 wird über Ableitung
24 einer Kohlenwasserstoff-Umwandlungszone 26 zugeführt,
in welcher das Produkt aus der Thermocrackzone mit Wasserstoff
und einem Katalysator in Kontakt gebracht wird, welcher
Moleküle mit hoher Crackfestigkeit cracken kann.
Erfindungsgemäß herrscht in der Hydro-Umwandlungszone eine
Temperatur von 400 bis 460°C, ein Druck zwischen 120 und
230 atm, eine Raumgeschwindigkeit zwischen 0.1 und 1.0 l/h
und ein Verhältnis Wasserstoff/Kohlenwasserstoff zwischen
300 und 5000 Nlt/lt. Der in der Kohlenwasserstoff-Umwandlungszone
verwendete Katalysator weist - gemessen mit der
photoelektronischen Spektroskopie (XPS = x-ray photoelektronic
spectroscopy) - folgende Oberflächenkonzentrationen auf:
Molybdän 1.0 bis 3.7 Gew.-%; Titan 0.15 bis 5.0 Gew.-%;
Eisen 6.0 bis 20 Gew.-%; Nickel 0.3 bis 8.0 Gew.-%;
Aluminum 1.0 bis 20 Gew.-%; Magnesium 2.0 bis 25.0 Gew.-%
und Schwefel 7.0 bis 28 Gew.-%. Ferner hat der in der
Hydro-Umwandlungs-Zone eingesetzte Katalysator ein Porenvolumen
zwischen 0.2 und 0.6 cm3/g, eine spezifische Oberfläche
von 30 bis 150 m2/g, eine bimodale
Porenverteilung dergestalt, daß 40% der Poren zwischen
10 und 100 Å aufweisen, 40% zwischen 100 und 1000 Å
bei einer Partikelgröße zwischen 0.5 und 3 mm. Wie bei der
Hydro-Demet-Zone 14 wird ein Katalysator der Kohlenwasserstoff-
Umwandlungs-Zone 26 über Zuleitung 28 von oben her zugeführt
und der verbrauchte Katalysator über Leitung 30
nach unten abgezogen. Zudem handelt es sich bei dem in der
Kohlenwasserstoff-Umwandlungs-Zone 26 verwendeten Reaktor
erfindungsgemäß um einen Aufstrom-Festbett-Reaktor (upstream
flow fixed bed reactor). Das Produkt aus der Kohlenwasserstoff-
Umwandlungszone 26 wird dann durch eine Überlaufleitung
32 entfernt. Es hat sich erwiesen, daß bei der Bearbeitung
von schwerem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial - wie vorstehend
erläutert - durch das erfindungsgemäße Verfahren
die erzielte Umwandlung der 500°C-grädigen Rückstände
mehr als 60% beträgt, die Umwandlung von Asphaltenen mehr
als 50% und die Umwandlung von Conradson-Kohle mehr als
40%, wobei die Hydrierung mehr als 30% beträgt, die Metallentfernung
und Charge mehr als 80%, während einer
Zeitdauer von über sechs Monaten, und der Verbrauch beider
Katalysatoren weniger als 0.3 kg pro behandeltem Barrel
beträgt.
Erfindungsgemäß ist es Ziel der ersten Hydro-Demetallisations-
Stufe, große Mengen an zugeführten Kontaminaten vom Ausgangsmaterial
zu entfernen, während die Thermocrack- und Hydro-
Umwandlungsstufe sich mit der thermischen und katalytischen
Umwandlung der Moleküle des Ausgangsmaterials mit hohem
Siedepunkt in Moleküle mit geringerem Molekulargewicht und
höherer Reaktivität beschäftigen. Durch das Entfernen
großer Mengen an Kontaminaten vom Ausgangsmaterial in der
ersten Hydro-Demet-Stufe wird der Hydro-Crack-Katalysator
in der Kohlenwasserstoff-Umwandlungsstufe dadurch geschützt,
daß die Metallaufnahme durch den Katalysator in dieser Hydrocarbon-
Umwandlungsstufe gering ist, wodurch seine Lebensdauer verlängert
wird. Aufgrund der geringen Reaktivität des Ausgangsmaterial
ist die Verwendung eines spezifischen
Demet-Katalysators in der Hydro-Demet-Stufe des Verfahrens
erforderlich, da der Einsatz bekannter Demet-Katalysatoren
nach dem Stand der Technik mit dem in dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendeten, besonderen Ausgangsmaterial zum vorzeitigen
Altern des Katalysators führen würde, verursacht
durch Koks und Metalle, die sich während des Hydro-Demet-
Prozesses auf der Katalysatoroberfläche absetzen würden. Daher
muß der in der Hydro-Demet-Stufe verwendete Katalysator
metallorganische Komplexe mit hohem Molekulargewicht und
hoher Crackfestigkeit entmetallisieren können. Somit müssen
die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Katalysators
es ihm erlauben, das Ausgangsmaterial zu cracken und es
gleichzeitig zu entmetallisieren. Der erfindungsgemäße, in der
Hydro-Demet-Zone verwendete Katalysator ist vorstehend erläutert.
Gemäß der besonderen Kennzeichen der vorliegenden
Erfindung muß der Katalysator der dritten Kohlenwasserstoff-
Umwandlungsstufe die Moleküle mit hoher Crackfestigkeit
cracken und Metalle ansammeln können.
Der erfindungsgemäße, in der Hydro-Umwandlungszone verwendete
Katalysator ist vorstehend erläutert.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch
folgende Beispiele vorgestellt.
Zwei Experimente wurden durchgeführt, bei welchen ein
schwerer TIA JUANA Erdölrückstand (heavy short residue)
und ein Hydro-Demet-Katalysator erfindungsgemäß in der
Hydro-Demet-Zone 14 eingesetzt wurden, die mit einer
Temperatur von 410°C, einem Druck von 1800 psig und
einer Raumgeschwindigkeit von 1.0 l/h betrieben wurde,
zunächst mit Aufstrom, dann mit Abstrom, beide mit frischen
Katalysatoren. Die Oberflächen- und Körpereigenschaften
(surface and bulk properties) des Hydro-Demet-
Katalysators sind in Tabelle 7 bzw. Tabelle 8 dargestellt.
Die Eigenschaften von Produkt und Ausgangsmaterial für
beide Experimente sind in Tabelle 1 gezeigt.
Aus Tabelle 1 geht klar hervor, daß ein deutlicher Unterschied
zwischen der Aufstrom- und der Abstrom-Betriebsweise
besteht. Die Zunahme an API Dichte, die Entschwefelung,
Entmetallisierung und Rückstandsumwandlung des über
540°Cgrädigen Rückstandes und die Reduktion der Conradson-
Kohle sind beim Aufstrom höher. Die Reduktion der Conradson-
Kohle weist auf eine geringere Kohlenstoffbildung während
des Hydro-Demet-Prozesses hin.
Ein schwerer TIA JUANA Erdölrückstand (cut residue) wurde
gemäß Beispiel 1 mit Aufstrom behandelt, das demetallisierte
Produkt wurde direkt einer Hydro-Umwandlungszone 26 mit
einem erfindungsgemäßen - die in den Tabellen 7 und 8 dargestellten
Eigenschaften aufweisenden - Hydro-Umwandlungskatalysator
zugeführt. Die Hydro-Umwandlungszone wurde mit
einer Temperatur von 410°C, einem Druck von 1800 psig und
einer Raumgeschwindigkeit von 0.6 l/h betrieben, zunächst
mit Aufstrom, dann mit Abstrom, beide mit frischem Katalysator.
Das Demet-Ausgangsmaterial für die Hydro-Umwandlungszone
und die Produkteigenschaften für beide Experimente sind
in Tabelle 2 aufgezeigt.
Aus Tabelle 2 geht klar hervor, daß ein deutlicher Unterschied
zwischen beiden Betriebsarten besteht. Die Zunahme
an API gravity, Viskositätsreduktion, Endmetalliesierung
und Umwandlung des über 500°C-grädigen Rückstandes
ist beim Aufstrom höher.
Ein Experiment wurde mit bereits demetallisiertem schwerem TIA JUANA
Erdölrückstand (cut residue) durchgeführt, das mit Aufstrom gemäß
Beispiel 1 behandelt worden war. Das Experiment wurde in zwei
Stufen aufgeteilt, um aufzuzeigen, daß eine Aufstrommethode
höherwertiger ist als die Abstrommethode selbst dann, wenn der erfindungsgemäße
Hydro-Umwandlungskatalysator (siehe Tabellen
7 und 8) durch vorherigen Gebrauch leicht entaktiviert war.
Eine Umwandlungszone wurde mit dem erfindungsgemäßen Hydro-
Umwandlungskatalysator chargiert und das Demet-Ausgangsmaterial
von Tabelle 3 ihr unter folgenden Betriebsbedingungen
zugeführt: Temperatur 410°C, Druck 1800 psig, Raumgeschwindigkeit
1.0 l/h. In Stufe I wurde der Reaktor am
ersten Tag mit der Abstrommethode betrieben, am zweiten
Tag mit der Aufstrommethode und am dritten Tag mit der Abstrommethode.
Die Produkte für die Tage 1, 2 und 3 sind in
Tabelle 3 aufgezeigt.
Zwischen beiden Betriebsarten waren keine wesentlichen
Unterschiede festzustellen. Die Zunahme der Umwandlung
des über 540°C-grädigen Rückstandes ist beim Aufstrom
wesentlich höher.
In Stufe II wurde der Reaktor 30 Tage lang mit der Aufstrommethode
betrieben. Nach 30 Tagen wurde der Reaktor
einen Tag lang mit der Abstrommethode betrieben und danach
einen Tag lang mit der Aufstrommethode. Die Produkteigenschaften
für Stufe II sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Wie aus Tabelle 4 zu ersehen, ist das Aufstromprodukt
trotz des leicht entaktivierten Katalysators von besserer
Qualität.
Ein Experiment wurde durchgeführt, bei welchem ein bereits
entmetallisierter, schwerer TIA JUANA Erdölrückstand (cut
residue) gemäß Beispiel 1 mit Aufstrom bearbeitet wurde.
Das Experiment sollte zeigen, daß die Umwandlung von
Fraktion 1 (GPC) (GPC = gel permeation chromatography = Gelpermeations-
Chromatographie) im Falle der Aufstrom-Betriebsweise
größer ist. Das Ausgangsmaterial wurde in einer Hydro-
Umwandlungszone mit dem erfindungsgemäßen Hydro-Umwandlungskatalysator
- bei einer Temperatur von 425°C, einem Druck
von 1800 psig und einer Raumgeschwindigkeit von 0.8 l/h -
zunächst mit Abstrom und dann mit Aufstrom behandelt, ohne
den Katalysator zu verändern.
Die Aktivitätsstufen des Experiments sind in Tabelle 5 aufgeführt.
Es besteht ein beträchtlicher Aktivitätsunterschied
zwischen den Betriebsarten. Die API Dichte, Viskositätsreduktion,
Entmetallisierung und die Umwandlung des über 540°C-
grädigen Rückstandes waren beim Aufstrom höher. Am wesentlichsten
ist, daß die Umwandlung von Fraktion 1 im Aufstrom
größer ist. Fig. 3 zeigt die Molekulargewichtsverteilung für
das Produkt 2.
Für Vergleichszwecke wurden zwei Experimente durchgeführt.
Im ersten wurde ein bekannter Hydro-Behandlungskatalysator
vom Typ Cyanamid Ni-Mo sowohl in der Hydro-Demet-Stufe als
auch in der Hydro-Umwandlungsstufe eingesetzt. Im zweiten
Experiment wurde der erfindungsgemäße Hydro-Demet-Katalysator
in der Hydro-Demet-Zone eingesetzt und ein erfindungsgemäßer
Hydro-Umwandlungskatalysator in der Hydro-Umwandlungszone.
Die Betriebsbedingungen waren bei beiden Experimenten
ähnlich; für den Hydro-Demet-Prozeß (HDM): 400°C,
1800 psig, 0.3 LHSV (LHSV = liquid hourly space velocity =
Raumgeschwindigkeit der Flüssigkeit pro Stunde); für die
Hydroumwandlung (HC): 420°C, 1800 psig, 0.3 LHSV. Zwischen
den Stufen wurde kein thermisches Cracken eingesetzt.
Die Aktivitätsstufen beider Experimente sind in Tabelle 6
aufgeführt. Es ist erforderlich, daß bei Verwendung einer
Kombination von erfindungsgemäßen Katalysatoren ein großer
Unterschied besteht hinsichtlich der Zunahme an API Dichte,
Entschwefelung, Entmetallisierung und Umwandlung des über
540°C-grädigen Rückstandes: sie sind höher.
Die Eigenschaften der in den Experimenten 1 und 2 verwendeten
Katalysatoren sind in den nachstehenden Tabellen 7
und 8 dargestellt.
Ein Versuch wurde unter Verwendung des erfindungsgemäßen,
in Beispiel 5 vorgestellten Katalysators durchgeführt, wobei
zwischen der Hydro-Demetallisation und der Hydro-Umwandlung
(in Experiment 1) keine Wärmestufe vorgesehen,
in Experiment 2 aber eine vorhanden war.
Aus Tabelle 9 geht die Bedeutung der Wärmestufe für den gesamten
Prozeß hervor. Ist eine Wärmestufe vorgesehen, so
ist die Zunahme an API Dichte, Entmetallisierung und Umwandlung
des über 500°C-grädigen Rückstandes höher. Fig. 2
zeigt die Molekulargewichtsverteilung für Asphaltene bei
beiden Produkten. Das Molekulargewicht der Produktfraktion
ist in der Wärmestufe beträchtlich herabgesetzt.
Ein Versuch wurde durchgeführt, der mit Experiment 2
aus Beispiel 6 identisch war, bei welchem jedoch ein
herkömmlicher Cyanamid-Katalysator statt des erfindungsgemäßen
Katalysators eingesetzt wurde, wobei die hydrothermische
Zwischenstufe und Aufstromreaktoren - wie in
Beispiel 5 beschrieben - verwendet wurden. Die mit diesem
System erzielten Ergebnisse waren wie folgt:
Die Ergebnisse weisen darauf hin, daß selbst ohne geeignetes
katalytisches System - jedoch unter Verwendung
eines Aufstrom-Reaktors und einer hydrothermischen Zwischenstufe
- die Aktivitäten für Schwefel, Conradson-Kohle,
Asphaltene und Rückstandsumwandlung verbessert werden.
Die Erfindung kann auch in anderen Ausführungsformen verkörpert
und auf andere Weise durchgeführt werden, ohne
daß man vom Erfindungsgedanken oder den kennzeichnenden
Merkmalen der Erfindung abweiche. Vorliegende Beispiele
sollen daher in jeder Hinsicht erläuternder und nicht
beschränkender Art sein; auch sollen die
Ansprüche alle Abänderungen, die in Bedeutung und Umfang
einer Äquivalenz liegen, miterfassen.
Claims (17)
1. Verfahren zur Umwandlung von schwerem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial
mit hohem Molekulargewicht, geringer Reaktivität und
hohen Metallgehalten,
dadurch gekennzeichnet,
daß
(a) das schwere Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial einer Hydro- Demetallisationszone zugeführt wird, in welcher es mit Wasserstoff und einem Katalysator in Kontakt gebracht wird, der die metallorganischen Komplexe mit hohem Molekulargewicht und hohem Crackwiderstand entmetallisiert,
(b) der Austrag aus der Demetallisationszone entfernt und einer Thermocrackzone zugeführt wird, in welcher der Austrag mit Wasserstoff in Kontakt gebracht wird, und
(c) das Produkt aus der Crackzone einer Kohlenwasserstoff-Umwandlungszone zugeführt wird, in welcher das Produkt mit Wasserstoff und einem Katalysator in Kontakt gebracht wird, welcher Moleküle mit hohem Crackwiderstand crackt.
(a) das schwere Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial einer Hydro- Demetallisationszone zugeführt wird, in welcher es mit Wasserstoff und einem Katalysator in Kontakt gebracht wird, der die metallorganischen Komplexe mit hohem Molekulargewicht und hohem Crackwiderstand entmetallisiert,
(b) der Austrag aus der Demetallisationszone entfernt und einer Thermocrackzone zugeführt wird, in welcher der Austrag mit Wasserstoff in Kontakt gebracht wird, und
(c) das Produkt aus der Crackzone einer Kohlenwasserstoff-Umwandlungszone zugeführt wird, in welcher das Produkt mit Wasserstoff und einem Katalysator in Kontakt gebracht wird, welcher Moleküle mit hohem Crackwiderstand crackt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hydro-Demet-Zone mit einer Temperatur von 380 bis
440°C, einem Druck von 120 bis 230 atm, einer Raumgeschwindigkeit
von 0.1 bis 1.0 l/h und einem Verhältnis
Wasserstoff/Kohlenwasserstoff von 300 bis 5000 Nlt/lt
betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Thermocrackzone bei einer Temperatur von 360 bis
480°C, einem Druck von 120 bis 230 atm, einer Raumgeschwindigkeit
von 0.1 bis 6.0 l/h und einem Verhältnis
Wasserstoff/Kohlenwasserstoff von 300 bis 5000 Nlt/lt
betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kohlenwasserstoff-Umwandlungszone
bei einer Temperatur von 400 bis 460°C, einem Druck von
120 bis 230 atm, einer Raumgeschwindigkeit von 0.1 bis
1.0 l/h und einem Verhältnis Kohlenstoff/Kohlenwasserstoff
von 300 bis 5000 Nlt/lt betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der in der Hydro-Demet-Zone verwendete
Katalysator folgende mit der photoelektronischen Spektroskopie
(XPS) gemessene Oberflächenkonzentrationen aufweist:
Molybdän 4.0 bis 8.0 Gew.-%, Titan 0.15 bis 1.2 Gew.-%,
Nickel 2.0 bis 5.0 Gew.-%, Aluminium 50.0 bis 80.0 Gew.-%
und Schwefel 2.0 bis 10.0 Gew.-%.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der in der Hydro-Demet-Zone verwendete
Katalysator ein Porenvolumen von 0.2 bis 0.5 cm3/g,
eine spezifische Oberfläche von 50 bis 180 m2/g, eine
bimodale Porenverteilung aufweist, daß 20% der Poren
zwischen 10 und 100 Å sowie 60% zwischen 100 und 1000 Å
aufweisen bei einer Partikelgröße von 0.5 bis 3 mm.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der in der Kohlenwasserstoff-Umwandlungszone verwendete
Katalysator folgende mit der photoelektronischen Spektroskopie
(XPS) gemessene Oberflächenkonzentrationen aufweist:
Molybdän 1.0 bis 3.7 Gew.-%, Titan 0.15 bis 5.0 Gew.-%,
Eisen 6.0 bis 20 Gew.-%, Nickel 0.3 bis 8.0 Gew.-%, Aluminum
1 bis 20 Gew.-%, Magnesium 2.0 bis 25.0 Gew.-%
und Schwefel 7.0 bis 28.0 Gew.-%.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der in der Hydro-Umwandlungszone verwendete
Katalysator ein Porenvolumen zwischen 0.2 und 0.6 cm3/g,
eine spezifische Oberfläche von 30 bis 150 m2/g, eine zweigipfelige
(bimodal) Porenverteilung aufweist dergestalt, daß
40% der Poren zwischen 10 und 100 Å sowie 40% zwischen
100 und 1000 Å, bei einer Partikelgröße zwischen 0.5 und
3 mm, aufweisen.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die in der ersten und dritten Zone
verwendeten Reaktoren mit Aufstrom betrieben werden.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der in der zweiten Zone verwendete
Reaktor mit Abstrom und ohne Katalysator betrieben wird.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das schwere Kohlenwasserstoff-
Ausgangsmaterial folgende Zusammensetzung und Eigenschaften
aufweist:
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11,
bevorzugst nach Anspruch 11, wobei der über 500°C-grädige
Rückstand eine niedrige Reaktivität hat, gekennzeichnet
durch eine Molekulargewichtsverteilung von 1000 bis 100 000,
gemessen mit der Gel-Chromatographie bei Zimmertemperatur,
sowie einen Druck von 2 bis 10 atm, wobei 40 Gew.-% der Vanadium-
Verteilung des besagten Rückstandes in der Fraktion
konzentriert ist, welche ein Molekulargewicht von 10 000
bis 100 000 aufweist.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, bevorzugt
nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
erzielte Umwandlung des 500°C-grädigen Rückstandes mehr als
60% beträgt, die Umwandlung von Asphalten mehr als 50% und
die Umwandlung von Conradson-Kohle mehr als 40%, wobei die
Hydrierung mehr als 30% beträgt, die Metallentfernung und
Charge mehr als 80% während einer Zeitdauer von über sechs
Monaten, und der Verbrauch beider Katalysatoren weniger als
0.3 kg pro behandeltes Barrel beträgt.
14. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens
einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der oberen Austragsleitung (20) einer Katalysator
enthaltenden Hydro-Demetallisierungszone (14) eine Thermo-
Crackzone (22) nachgeordnet und deren Ableitung (24)
an eine Kohlenwasserstoff-Umwandlungszone (26) mit Katalysator
angeschlossen ist.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Thermocrackzone (22) zwischen Festbettreaktoren (14, 26)
angeordnet ist, die nach dem Aufströmprinzip arbeiten.
16. Anlage nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch einen
Hochtemperatur-Coilreaktor in der Thermocrackzone (22).
17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der
Coilreaktor im Abstrom arbeitet.
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