DE60103230T2

DE60103230T2 - Verfahren zur Destillierung in einer Kolonne mit Trennwand von gesättigten Kohlenwasserstoffen, die durch Isomerisierung erhalten werden

Info

Publication number: DE60103230T2
Application number: DE60103230T
Authority: DE
Inventors: Lynn H. Des Plaines Rice
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2021-11-10
Also published as: PT1205460E; ES2220678T3; US6472578B1; DE60103230D1; EP1205460B1; ATE266612T1; US6395950B1; TR200401463T4; EP1205460A1

Description

Hintergrund der Erfindung
In vielen gewerblich wichtigen petrochemischen und Erdöl-Industrieverfahren ist es erwünscht, nahe beieinander siedende chemische Verbindung voneinander zu trennen oder eine Trennung chemischer Verbindungen nach ihrer strukturellen Klasse durchzuführen. Es ist sehr schwierig oder unmöglich, dies mit herkömmlicher fraktionierter Destillation durchzuführen, wegen des Erfordernisses zahlreicher Fraktionierkolonnen, die übermäßige Mengen an Energie verbrauchen können. Die relevanten Industrien antworteten auf dies Problem durch Benutzung anderer Trennmethoden, die verfügbar für die Durchführung einer Trennung auf der Grundlage chemischer Struktur oder Eigenschaften sind. Absorptive Trennung ist eine solche Methode und wird weit verbreitet genutzt, um diese Trennungen durchzuführen.
In der Praxis absorptiver Trennung wird ein Beschickungsgemisch, das zwei oder mehr Verbindungen unterschiedlicher Skelettstruktur umfaßt, durch ein oder mehrere Betten eines Adsorbens geführt, welches selektiv eine Verbindung einer Skelettstruktur adsorbiert, während es andere Komponenten des Beschickungsstroms durch die Adsorptionszone in einem unveränderten Zustand hindurchgehen läßt. Der Fluß der Beschickung durch das Adsorbensbett wird angehalten, und die Adsorptionszone wird dann gespült, um nicht adsorbierte Materialien, die das Adsorbens umgeben, zu entfernen. Danach wird die erwünschte Verbindung von dem Adsorbens desorbiert, indem man einen Desorbensstrom durch das Adsorbensbett schickt. Das Desorbensmaterial wird gewöhnlich auch verwendet, um nicht adsorbierte Materialien aus den Hohlräumen, um das und in dem Adsorbens auszuspülen. Dies könnte in einem einzelnen großen Adsorbensbett oder in mehreren parallelen Betten auf Schwingbettbasis geschehen. Es wurde jedoch gefunden, daß adsorptive Trennung mit simulierten Bewegtbetten mehrere Vorteile, wie hohe Reinheit und Ausbeute, ergeben. Daher werden viele petrochemische Trennungen in gewerblichem Maßstab, insbesondere für spezielle Paraffine und Xylole, unter Verwendung simulierter Gegenstrom-Bewegtbetten-Technologie (SMB) durchgeführt.
Der Durchgang des Desorbens durch das Adsorbens verlagert die selektiv zurückgehaltenen Verbindungen, um einen Extraktstrom zu erzeugen. Der Extraktstrom enthält ein Gemisch von Desorbens und der desorbierten Verbindungen, wobei diese Materialien dann getrennt durch Destillation in als die Extraktkolonne bezeichneten Kolonnen getrennt werden. Der Raffinatstrom enthält ein Gemisch von Desorbens und der nicht adsorbierten Verbindungen, wobei das Desorbens von dem Raffinatstrom durch Destillation in einer als Raffinatkolonne bezeichneten Kolonne entfernt wird. Die vorliegende Erfindung soll das Endprodukt des Isomerisierungsverfahrens durch Verbesserung der Fraktionierung unterstützen, die bei der Gewinnung der erwünschten Endkomponenten aus dem Raffinatstrom gewonnen werden.
Mehrere ökonomische Vorteile leiten sich aus dem kontinuierlichen Arbeiten adsorptiver Trennverfahren in großem Maßstab im Vergleich mit Ansatzverfahren her. Diese Erkenntnis war ein Antrieb für die Entwicklung adsorptiver Trennverfahren mit simulierten Bewegtbetten (SMB). Diese Verfahren verwenden typischerweise ein Drehventil und mehrere Leitungen, um die Gegenstrombewegung eines Adsorbensbettes durch Adsorptions- und Desorptionszonen zu simulieren. Dies ist beispielsweise in der US-A-3,205,166 und der US-A-3,201,491 beschrieben.
Die US-A-3,510,423 von R. W. Neuzil et al. liefert eine Beschreibung der üblichen Weise einer Handhabung der Raffinat- und Extraktströme, die aus einem SMB-Verfahren entfernt werden, wobei das Desorbens rückgewonnen, vereinigt und zu der Adsorptionszone rezykliert wird. Die US-A-4,036,745 beschreibt die Verwendung von zweifach Desorbenzien mit einer einzige Adsorptionszone, um einen Paraffinextrakt höherer Reinheit zu bekommen. Die US-A-4,006,197 erstreckt diese Lehre auf Desorbens, das zu den drei Komponenten-Desorbensgemischen zurückgeführt wird.
Die Trennwand oder Petyluk-Gestalt für Fraktionierkolonnen wurde zunächst 50 Jahre zurückliegend von Petyluk et al. eingeführt. Eine jüngst vorgenommene Kommerzialisierung einer Fraktionierkolonne unter Verwendung dieser Technik spornte in noch jüngerer Zeit Untersuchungen an, wie sie in dem Artikel auf Seite s14 eines Zusatzes zu „The Chemical Engineer", 27. August 1992 beschrieben wurde.
Die Verwendung von Trennwandkolonnen bei der Trennung von Kohlenwasserstoffen ist auch in der Patentliteratur beschrieben. Beispielsweise beschreibt die US-A-2,471,134 die Verwendung einer Trennwandkolonne bei der Trennung leichter Kohlenwasserstoffe im Bereich von Methan bis Butan. Die US-A-4,230,533 beschreibt ein Kontrollsystem für eine Trennwandkolonne und erläutert die Verwendung der beanspruchten Erfindung bei der Trennung von Aromaten, die Benzol, Toluol und Orthoxylol umfassen. Die DE-33 02 525 beschreibt Destillationskolonne mit vertikalen Trennwänden, die ein Beschickungsgemisch in reine Fraktionen trennen kann.
Die Verwendung der Trennwandkolonne bei der vorliegenden Erfindung ist ein signifikanter Vorteil gegenüber Isomerisierungsflußschemata, die keine Fraktionierkolonne mit Trennwand benutzen, wie jene, die in B. Domergue, L. Watripont, World Refining, Mai 2000, Seiten 26–30 beschrieben sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liefert ein Isomerisierverfahren, bei dem man einen Beschickungsstrom, der wenigstens Normalpentan und Normalhexan enthält, mit einem Isomerisierkatalysator in einer Isomerisierzone unter Isomerisierbedingungen, um wenigstens einen Teil des Normalpentans und Normalhexans in isomerisierte Produkte umzuwandeln und einen Isomerisierzonenauslauf zu bilden, der Normalpentan, Normalhexan und isomerisierte Produkte enthält, wobei man den Isomerisierzonenauslauf zu einer adsorptiven Trennzone überführt, die wenigstens ein Bett eines selektiven Adsorbens umfaßt, das auf Adsorptionsbedingungen gehalten wird, unter welchen das Normalpentan und Normalhexan selektiv auf einer Menge des selektiven Adsorbens gehalten wird, so daß ein isomerisierter Produktstrom gebildet wird, der 2-Methylpentan, 3-Methylpentan, 2,2-Dimethylbutan, 2,3-Dimethylbutan, Isopentan, Methylcyclopentan, Cyclohexan und C₇₊-Kohlenwasserstoffe umfaßt, das Normalpentan und Normalhexan unter Desorptionsbedingungen desorbiert, um einen Normalalkanstrom zu ergeben, der wenigstens Normalpentan und Normalhexan umfaßt, den isomerisierten Produktstrom in eine Trennwand-Fraktionierkolonne überfährt, die bei Fraktionierbedingungen arbeitet und wenigstens eine erste und eine zweite parallele Fraktionierzone durch eine Trennwand geteilt ist, wobei die erste und zweite Fraktionierzone jeweils ein oberes und ein unteres Ende hat, die in der Fraktionierkolonne angeordnet sind, wobei die erste und zweite Fraktionierzone in offener Verbindung an ihren oberen Enden mit einem ungeteilten oberen Abschnitt der Fraktionierkolonne und in offener Verbindung an ihren unteren Enden mit einem ungeteilten unteren Abschnitt der Fraktionierkolonne stehen, und wobei der isomerisierte Produktstrom in die Kolonne an einem mittleren Punkt der ersten Fraktionierzone eintritt, einen Strom, der 2-Methylpentan und 3-Methylpentan umfaßt, von einem mittleren Punkt der zweiten Fraktionierzone der Trennwand-Fraktionierkolonne entfernt, einen Strom, der 2,2,-Dimethylbutan, 2,3-Dimetylbutan und Isopentan umfaßt, von einem ersten Ende der Trennwand-Fraktionierkolonne entfernt und einen Strom, der Methylcyclopentan, Cyclohexan und C₇₊-Kohlenwasserstoffe umfaßt, von einem zweiten Ende der Trennwand-Fraktionierkolonne entfernt.
Der Beschickungsstrom, der wenigstens Normalpentan und Normalhexan enthält, wird durch die adsorptive Trennzone geführt, bevor er in Kontakt mit einem Isomerisierkatalysator tritt.
Die Desorbierstufe verwendet typischerweise ein Desorbens, und der isomerisierte Produktstrom und der Normalalkanstrom aus der adsorptiven Trennzone enthalten zusätzlich das Desorbens. Das Verfahren kann weiterhin ein Entfernen des Desorbens aus dem isomerisierten Produktstrom und dem Normalalkanstrom unter Verwendung einer integrierten Fraktionierkolonne einschließen, die bei Fraktionierbedingungen arbeitet und in wenigstens eine erste und eine zweite vertikale Fraktionierzone geteilt ist, wobei jede Zone ein oberes und ein unteres Ende hat, die in der Fraktionierkolonne angeordnet sind, die erste und zweite Fraktionierzone in offener Verbindung an ihren oberen Enden bei einem ersten Ende der Kolonne sind, der isomerisierte Produktstrom in einen mittleren Punkt der ersten Fraktionierzone der integrierten Fraktionierkolonne geht und der Normalalkanstrom in einen mittleren Punkt der zweiten Fraktionierzone der integrierten Fraktionierkolonne geht, der Isomerisierproduktstrom mit vermindertem Desorbensgehalt von einem ersten Ende der ersten Fraktionierzone entfernt wird, das erste Ende nicht in Verbindung mit der zweiten Fraktionierzone steht und an dem zweiten Ende der integrierten Fraktionierkolonne angeordnet ist, der Normalalkanstrom mit vermindertem Desorbensgehalt von einem ersten Ende der zweiten Fraktionierzone entfernt wird, dieses erste Ende nicht in Verbindung mit der Fraktionierzone steht und an dem zweiten Ende der integrierten Fraktionierkolonne angeordnet ist und ein Desorbensstrom von dem ersten Ende der integrierten Fraktionierkolonne entfernt wird. Die adsorptive Trennzone arbeitet in einer Weise, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus der Verwendung einer simulierten Bewegtbett-Technik und einer Druck-Schwing-Adsorptionstechnik besteht. Das Verfahren kann weiterhin ein Sammeln von aufwärtsgehendem Dampffluß aus dem unteren Bereich der Trennwand-Fraktionierkolonne in die erste und zweite Fraktionierzonen umfassen und den Dampf zwischen der ersten und zweiten Fraktionierzone in kontrollierter Weise trennen.
Das Verfahren kann weiterhin einschließen, daß der Normalalkanstrom zu einer Fraktionierkolonne geht, um ein Desorbens von dem Normalalkanstrom abzutrennen und den resultierenden, an Desorbens verminderten Normalalkanstrom zu der Isomerisierzone zurückzuführen und den isomerisierten Produktstrom zu einer Fraktionierkolonne zu schicken, um das Desorbens von dem isomerisierten Produktstrom abzutrennen, bevor er in die Trennwand-Fraktionierkolonne eintritt.
Das Verfahren kann weiterhin ein Rezyklieren des Normalalkanstroms von der integrierten Fraktionierkolonne zu der Isomerisierzone umfassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein stark vereinfachtes Verfahrensfließdiagramm der Erfindung und zeigt den Raffinatstrom aus einer simulierten adsorptiven Bewegtbett-Trennzone, wobei das Raffinatprodukt zu einer Einzeltrennwand-Produktgewinnungskolonne geht, um die Komponenten mit hoher Oktanzahl abzutrennen und zu gewinnen.
2 ist ein vereinfachtes Verfahrenfließdiagramm nach der Erfindung und zeigt den Raffinatstrom und den Extraktstrom von einer simulierten adsorptiven Bewegtbett-Trennzone bei Eintritt in eine integrierte Fraktionierzone zur Entfernung von Desorbens und zur Bildung eines Raffinatproduktes, das zu einer Einzeltrennwand-Produktgewinnungskolonne geht, um die Komponenten hoher Oktanzahl abzutrennen und zu gewinnen.
3 ist ein stark vereinfachtes Verfahrensfließbild nach der Erfindung, worin die adsorptive Trennzone in einer Druck-Schwing-Adsorptionsweise arbeitet und die weniger stark adsorbierten isomerisierten Produkte zu einer Einzeltrennwand-Produktgewinnungskolonne gehen, um Komponenten hoher Oktanzahl abzutrennen und zu gewinnen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung ist nicht auf eine spezielle Type der Isomerisierzone oder Adsorptionszone beschränkt, doch fand man die Verbesserung in der speziellen Abstrombehandlung des isomerisierten Produktstroms (oder Raffinats) und in einer anderen Ausführungsform sowohl des Extrakts als auch des Raffinats.
Die Isomerisierzone kann aus irgendeiner Art von Isomerisierzone bestehen, die einen Strom von C₅ bis C₆-geradkettigen Kohlenwasserstoffen oder ein Gemisch aufnimmt und geradkettige Kohlenwasserstoffe in dem Beschickungsgemisch zu verzweigtkettigen Kohlenwasserstoffen umwandelt und verzweigtkettige Kohlenwasserstoffe in stärker verzweigte Kohlenwasserstoffe umwandelt und dabei einen Auslauf mit verzweigtkettigen und geradkettigen Kohlenwasserstoffen produziert. Beim Arbeiten in flüssiger Phase ist der Adsorptionsabschnitt vorzugsweise ein simuliertes Bewegtbett, obwohl auch andere Schemata für die Behandlung des Adsorbens mit dem Beschickungsgemisch und Desorbieren des Beschickungsgemisches von dem Adsorbens mit dem Desorbensmaterial benutzt werden können. Beim Arbeiten in der Dampfphase kann der Adsorptionsabschnitt so ausgewählt werden, daß man ein Druck-Schwing-Adsorptionssystem bekommt, obwohl auch andere adsorptive Trenntechniken erfolgreich verwendet werden können.
Geeignete Beschickungsmaterialien für die Isomerisierzone schließen C₅- und C₆-Kohlenwasserstoffe ein und werden wenigstens Normalhexan und Normalpentan enthalten. Die typische Beschickung für dieses Verfahren wird eine Naphthabeschickung mit einem Anfangssiedepunkt im Bereich von Normalbutan sein. Die Beschickungsmaterialien, die für diese Erfindung verwendet werden können, sind beispielsweise Kohlenwasserstofffraktionen, die reich an C₄-C₆-Normalparaffinen sind. Der Begriff „reich" ist so definiert, daß ein Strom mit mehr als 50% der erwähnten Komponente vorliegt. Brauchbare Beschickungsmaterialien schließen leichtes Naturbenzin, leichtes straight-run Naphta, Gasölkondensate, leichte Raffinate, leichtes Reformat, leichte Kohlenwasserstoffe und straigt-run-Destillate mit Destillationsendpunkten von 77°C (170°F) und einem Gehalt wesentlicher Mengen an C₄-C₆-Paraffinen ein. Die Beschickung kann auch niedrige Konzentrationen an ungesättigten Kohlenwasserstoffen und Kohlenwasserstoffen mit mehr als sechs Kohlenstoffatomen enthalten. Die Konzentrationen dieser Materialien sollten auf 10 Gew.-% für ungesättigte Verbindungen und 20 Gew.-% für schwerere Kohlenwasserstoffe begrenzt sein, um den Wasserstoffverbrauch in Crackreaktionen zu beschränken. Die Beschickung und der Normalparaffinkreislauf werden miteinander kombiniert und treten typischerweise in die Isomerisierzone mit einem Wasserstoffstrom ein. Bei einer Alternativausführungsform kann der Beschickungsstrom zunächst in die adsorptive Trennzone eingeführt werden, um verzweigte Kohlenwasserstoffe abzutrennen und zu entfernen, wobei die Normalkohlenwasserstoffe zu der Isomerisierzone zurückgeführt werden.
Wasserstoff wird mit der Beschickung zur Isomerisierzone in einer Menge zugemischt, die ein Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff von 0,01 bis 10 in dem Auslauf aus der Isomerisierzone ergibt. Vorzugsweise ist das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff im Bereich von 0,05 bis 5. Obwohl kein Nettowasserstoff in der Isomerisierreaktion verbraucht wird, wird die Isomerisierzone einen Nettoverbrauch von Wasserstoff haben, der oftmals als das stöchiometrische Wasserstofferfordernis bezeichnet wird, welches mit einer Zahl von Nebenreaktionen verbunden ist, die auftreten. Diese Nebenreaktionen schließen Sättigung von Olefinen und Aromaten, Cracken und Disproportionierung ein. Für Nahrungsmittel, die einen hohen Grad an ungesättigten Verbindungen haben, wird das Sättigen des stöchiometrischen Wasserstoffes ein höheres Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff für die Beschickung am Einlaß der Isomerisierzone erfordern. Wasserstoff im Überfluß zu den stöchiometrischen Mengen oder für die Nebenreaktionen wird oftmals in der Reaktionszone behalten, um Stabilität und Umwandlung durch Kompensieren einer Variation in Beschickungsstromzusammensetzungen zu ergeben, welche die Anforderung von stöchiometrischem Wasserstoff verändern. Höhere Molverhältnisse von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff werden oftmals angewendet, um die Katalysatorlebensdauer durch Unterdrückung von Nebenreaktionen, wie Cracken und Disproportionierung, zu verlängern. Wenn solche Nebenreaktionen auftreten, können sie die Umwandlung vermindern und zur Bildung von kohlenstoffhaltigen Verbindungen führen, die gewöhnlich als Koks bezeichnet werden, der den Katalysator vergiftet.
Es wurde gefunden, daß das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in Isomerisierzonen, die einen chloridhaltigen Platin-Aluminumoxidkatalysator verwenden, signifikant abgeschwächt sein können. In solchen Fällen ist es erwünscht, die Menge an Kohlenwasserstoff, die in die Isomerisierzone eintritt, derart zu vermindern, daß das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff des Auslaufs aus der Isomerisierzone geringer al 0,05 ist.
Wenn das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff 0,05 übersteigt, ist es nicht wirtschaftlich erwünscht, die Isomerisierzone ohne Rückführung von Wasserstoff zu der Isomerisierzone zu betreiben. Daher werden in solchen Fällen Rückgewinnungsanlagen für Wasserstoff aus dem Auslauf vorgesehen, wie nachfolgend beschrieben wird.
Das Wasserstoff- und Kohlenwasserstoffbeschickungsgemisch wird in der Reaktionszone mit einem Isomerisierkatalysator in Berührung gebracht. Die Katalysatorzusammensetzungen, die in der Isomerisierzone verwendet werden können, schließen traditionelle Isomerisierkatalysatoren ein. Solche Katalysatoren sind beispielsweise Katalysatoren auf einer Aluminiumoxidbasis mit hohem Chloridgehalt, die Platin enthalten, und kristalline Aluminosilikate oder kristalline Zeolithe. Geeignete Katalysatorzusammensetzungen dieses Typs zeigen selektive und wesentliche Isomerisierungsaktivität unter den Arbeitsbedingungen des Verfahrens.
Der bevorzugte Isomerisierkatalysator für diese Erfindung ist ein chlorierter Platin-Aluminiumoxid-Katalysator. Das Aluminiumoxid ist vorzugsweise ein wasserfreies gamma-Aluminiumoxid mit einem hohen Reinheitsgrad. Der Katalysator kann auch andere Platingruppenmetalle enthalten. Der Begriff „Platingruppenmetalle" bedeutet Edelmetalle mit Ausnahme von Silber und Gold, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Platin, Palladium, Germanium, Ruthenium, Rhodium, Osmium und Iridium besteht. Diese Metalle demonstrieren Unterschiede in der Aktivität und Selektivität, so daß nunmehr gefunden wurde, daß Platin für dieses Verfahren am geeignetsten ist. Der Katalysator wird 0,1 bis 0,25 Gew.-% des Platins enthalten. Andere Platingruppenmetalle können in einer Konzentration von 0,1 bis 0,25 Gew.-% vorliegen. Die Platinkomponente kann in der katalytischen Endzusammensetzung als ein Oxid oder Halogenit oder als ein elementares Metall vorliegen. Das Vorhandensein der Platinkomponente in ihrem reduzierten Zustand erwies sich als am meisten geeignet für dieses Verfahren. Die Chlorid-Komponente, die in der Technik als „kombiniertes Chlorid" bezeichnet wird, ist in einer Menge von 2 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das trockene Trägermaterial, vorhanden. Die Verwendung von Chlorid in größeren Mengen als 5 Gew.-% erwies sich als am günstigsten für dieses Verfahren. Das anorganische Oxid umfaßt vorzugsweise Aluminiumoxid und stärker bevorzugt gamma-Aluminiumoxid, eta-Aluminiumoxid und Gemische hiervon.
Es ist allgemein bekannt, daß stark chlorierte Platin-Aluminiumoxid-Katalysatoren dieses Typs stark empfindlich gegenüber Schwefel und sauerstoffhaltigen Verbindungen sind. Daher erfordert die Verwendung solcher Katalysatoren, daß die Beschickung relativ frei von solchen Verbindungen ist. Eine Schwefelkonzentration nicht größer als 0,5 ppm ist allgemein erforderlich. Das Vorhandensein von Schwefel in dem Beschickungsmaterial dient dazu, den Katalysator zeitweise durch Platinvergiftung zu deaktivieren. Die Aktivität des Katalysators kann durch heißes Wasserstoffausstreifen von Schwefel aus der Katalysatorzusammensetzung oder durch Verminderung der Schwefelkonzentration in hereinkommenden Beschickung auf weniger als 0,5 ppm wieder hergestellt werden, so daß der Kohlenwasser den Schwefel desorbiert, der auf dem Katalysator adsorbiert wurde. Wasser kann permanent unter Deaktivierung des Katalysators durch Entfernung von Chlorid hoher Aktivität von dem Katalysator und Ersetzen desselben durch inaktives Aluminiumhydroxid deaktivieren. Daher können Wasser sowie Oxygenate, insbesondere C₁-C₅-Oxygenate, die sich unter Bildung von Wasser zersetzen können, nur in sehr geringen Konzentrationen toleriert werden, im allgemeinen erfordert dies eine Begrenzung von Oxygenaten in der Beschickung auf 0,1 ppm oder weniger.
Als eine Klasse umfassen die kristallinen Aluminosilikat- oder kristallinen Zeolithkatalysatoren kristalline Zeolithmolekularsiebe mit einem scheinbaren Porendurchmesser, der groß genug ist, um Neopentan zu adsorbieren. Ein Molverhältnis von Kieselsäure zu Aluminiumoxid SiO₂ : AL₂O₃ größer als 3, geringer als 60 und vorzugsweise zwischen 15 und 30 ist in bevorzugter Form erwünscht, der Zeolith hat einen Äquivalentprozentsatz an Alkalimetallkationen enthalten und wird jene AlO₄-Tetraeder haben, die nicht mit Alkalimetallkationen verbunden sind, nämlich überhaupt nicht mit irgendwelchen Metallkationen verbunden sind oder mit zweiwertigen oder anderen mehrwertigen Metallkationen verbunden ist. Gewöhnlich ist das Molekularsieb ein Mordenit-Molekularsieb, welches im wesentlichen in der Säureform vorliegt oder in die Säureform überführt wird. Speziell bevorzugte Katalysatoren dieses Typs für Isomerisierung sind im einzelnen in der US-A-3,442,794 und der US-A-3,836,597 beschrieben.
Eine bevorzugte Zusammensetzung von Zeolithkatalysator für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Edelmetall der Gruppe VIII, ein kristallines Aluminosilikat in der Wasserstoffform und ein hitzebeständiges anorganisches Oxid, wobei die Katalysatorzusammensetzung eine Oberfläche von wenigstens 580 m²/g hat. Signifikante Verbesserungen der Isomerisierungsleistung werden realisiert, wenn die Oberfläche der katalytischen Zusammensetzung bei oder oberhalb 580 m²/g ist. Ein Metall der Gruppe VIII wird in die katalytische Zusammensetzung eingearbeitet, um ihm eine Hydrier/Dehydrierfunktion hinzuzufügen, und das bevorzugte Edelmetall der Gruppe VIII ist Platin. Das Edelmetall der Gruppe VIII liegt in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-% der Zusammensetzung vor und vorzugsweise in einer Menge von wenigstens 0,15 Gew.-%, aber nicht über 0,35 Gew.-%. Die zeolithische katalytische Zusammensetzung kann auch eine katalytisch wirksame Menge eines Promotormetalls, wie Zinn, Blei, Germanium, Cobalt, Nickel, Eisen, Wolfram, Chrom, Molybdän, Wismut, Indium, Gallium, Cadmium, Zink, Uran, Kupfer, Silber, Gold, Tantal oder eines oder mehrere der Seltenen Erdmetalle und Gemische hiervon enthalten. Das in der Wasserstofform vorliegende Kieselsäure-Aluminiumoxid hat entweder eine dreidimensionale oder Kanalporenstruktur als Kristallgitter. Die dreidimensionalen Aluminiumsilikate schließen sowohl synthetische als auch natürliche vorkommende Kieselsäure-Tonerden, wie Faujasite, die solche vom X-Typ, Y-Typ, vom ultrastabilen Y-Typ usw. einschließen. L-Typ, Omega-Typ und Mordenit sind Beispiele kristalliner Aluminosilikate mit Kanalporenstruktur. Mordenit entweder in natürlicher vorkommender oder synthetischer Form ist bevorzugt, besonders mit einem Verhältnis von Kieselsäure zu Aluminiumoxid von wenigstens 16 : 1. Die Wasserstofform Aluminosilikat kann in einer Menge im Bereich von 50 bis 99,5 Gew.-%, bevorzugt innerhalb des Bereichs von 75 bis 95 Gew.-% vorliegen, und ein hitzebeständiges anorganischen Oxid kann in einer Menge im Bereich von 25 bis 50 Gew.-% vorliegen.
Die Arbeitsbedingungen in der Isomerisierzone werden so ausgewählt, daß sie die Produktion von isomerisiertem Produkt aus den Beschickungskomponenten maximieren. Temperaturen in der Reaktionszone werden gewöhnlich im Bereich von 40 bis 320°C (100 bis 600°F) liegen. Niedrigere Reaktionstemperaturen sind allgemein bevorzugt, da sie gewöhnlich Gleichgewichtsgemische isomerisierter Produkte gegenüber Normalalkanen begünstigen. Niedrigere Temperaturen sind besonders brauchbar bei der Verarbeitung von Beschickungen, die aus C₅- und C₆-Alkanen aufgebaut sind, wobei die niedrigeren Temperaturen Gleichgewichtsgemische begünstigen, die die höchste Konzentration der am meisten verzweigten Isoalkane haben. Wenn das Beschickungsgemisch primär C₅- und C₆-Alkane hat, sind Temperaturen im Bereich von 60 bis 160°C bevorzugt. Höhere Reaktionstemperaturen steigern die Katalysatoraktivität und fördern die Isomerisierung von C₄-Kohlenwasserstoffen. Die Reaktionszone kann über einen weiten Druckbereich gehalten werden.
Druckbedingungen in der Isomerisierung von CF₄-C₆-Paraffinen liegen im Bereich von 700 bis 7000 kPa. Die Beschickungsgeschwindigkeit zu der Reaktionszone kann auch über einen weiteren Bereich variieren. Diese Bedingungen schließen stündliche Flüssigkeitsraumgeschwindigkeiten im Bereich von 0,5 bis 12 h^–1 ein, doch sind Raumgeschwindigkeiten zwischen 1 und 6 h^–1 bevorzugt. Die Isomerisierzone wird gewöhnlich bei einem LHSV von 1 bis 2 arbeiten.
Ein Arbeiten der Isomerisierzone mit dem bevorzugten chlorierten Platin-Aluminiumoxid-Katalysator erfordert das Vorhandensein einer kleinen Mengen eines organischen Chloridipromotors. Der organische Chloridpromotor dient dazu, einen hohen Stand des aktiven Chlorids auf dem Katalysator beizubehalten sowie niedrige Werte kontinuierlich durch die Kohlenwasserstoffbeschickung von dem Katalysator abzustreifen. Die Konzentration von Promotor in der Reaktionszone wird typischerweise auf 30 bis 300 ppm gehalten. Die bevorzugte Promotorverbindung ist Perchlorethylen. Andere geeignete Promotorverbindungen schließen sauerstofffreie zersetzbare organische Chloride, wie Propyldichlorid, Butylchlorid und Chloroform ein, um nur einige wenige solcher Verbindungen zu nennen. Die Notwendigkeit, die Reaktionspartner trocken zu halten, wird durch die Gegenwart der organischen Chloridverbindung verstärkt, welche sich in Chlorwasserstoffsäure umwandelt. Solange wie die Verfahrensströme trocken gehalten werden, gibt es keine nachteilige Wirkung durch das Vorhandensein von Chlorwasserstoffsäure.
Die Isomerisierzone enthält gewöhnlich ein Zweireaktorsystem mit einem Reaktor der ersten Stufe und einem Reaktor der zweiten Stufe, wobei der Katalysator gleichmäßig zwischen den beiden Reaktoren aufgeteilt ist. Es ist nicht erforderlich, daß die Umsetzung in zwei Reaktoren durchgeführt wird, doch ergibt die Verwendung von zwei Reaktoren mehrere Vorteile in dem Verfahren. Die Verwendung von zwei Reaktoren und spezialisierten Ventilen erlaubt einen Teilersatz des Katalysatorsystems ohne die Isomerisiereinheit aus dem Strom zu nehmen. Für die kurzen zeitlichen Perioden, während welcher ein Austausch von Katalysator erforderlich sein kann, kann der gesamte Reaktionspartnerstrom durch nur einen Reaktionsbehälter verarbeitet werden, während Katalysator in dem anderen ausgetauscht wird. Die Verwendung von zwei Reaktionszonen unterstützt auch die Aufrechterhaltung niedriger Katalysatortemperaturen. Dies wird erreicht, weil man eine exotherme Reaktion, wie eine Hydrierung ungesättigter Verbindungen hat, die in einem ersten Reaktionsbehälter durchgeführt wird, während der Rest der Reaktion in einem Endreaktionsbehälter bei günstigeren Temperaturbedingungen durchgeführt wird.
Der Auslauf aus den Reaktoren tritt in einen Stabilisator ein, der leichte Gase und Butan aus dem Auslauf (nicht gezeigt) entfernt. Die Menge an Butan, die von dem Stabilisator abgenommen wird, variiert je nach der Butanmenge, die in das Verfahren eintritt. Der Stabilisator arbeitet normalerweise bei einem Druck von 800 bis 1700 kPa. Wenn die Isomerisierungszone mit einem höherem Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff arbeitet, wird gewöhnlich eine Trenneinrichtung oberhalb des Stabilisators angeordnet. Ein wasserstoffreicher Rezykliergasstrom wird aus der Trenneinrich tung gewonnen und für eine Vereinigung mit der in die Isomerisierzone eintretenden Beschickung gewonnen.
Der Bodenstrom aus dem Stabilisator liefert einen Isomerisierzonenauslaufstrom, der C₅ und höher siedende Kohlenwasserstoffe umfaßt, die Normalparaffine für Rückführung und verzweigte isomerisierte Produkte enthalten. Die Chloride, die in der Reaktionszone vorhanden sein mögen, werden gewöhnlich ohne Problem für das Adsorbens in der Adsorptionszone angeordnet. Bei normalem Arbeiten werden jegliche Chloride, die in dem Auslauf aus der Isomerisierzone vorlanden sind, in dem Kopfprodukt aus dem Stabilisator entfernt. Wo jedoch die Isomerisierzone oder Trenneinrichtung abstromwärts von der Isomerisierzone Gegenstand von Problemen werden, kann es erwünscht sein, ein Schutzbett irgendeines Typs vorzusehen, um die Stabilisatorbodenprodukte zu behandeln und ein Mitschleppen von Chloridverbindungen in den Adsorptionsabschnitt zu verhindern.
Der Isomerisierauslauf wird durch Leitung 6 aufgenommen und geht in die adsorptive Trennzone 8, wo er mit einem Adsorbens in Berührung gebracht wird. Es ist zu erwarten, daß der Isomerisierauslauf Verbindungen enthält, wie Normalpentan, Normalhexan, Methylpentan, 2-Methylpentan, 3-Methylpentan, Methylcyclopentan, C₇₊-Isopentan, 2,2-Dimethylbutan, 2,3-Dimethylbutan, vielleicht etwas Butan und Butane sowie Spuren anderer Verbindungen. Der Adsorptionsabschnitt nach dieser Erfindung arbeitet so, daß er primär die Normalpentan- und Normalhexanfraktion aus dem Auslauf der Isomerisierzone entfernt. Dieses Verfahren ist besonders geeignet für Adsorptionssysteme, die Mehrfachöffnungen für die Aufnahme der Verfahrensströme zu dem Adsorbens verwenden und das Adsorbens auf mehrere Zonen für das Adsorbieren von Normalparaffinen, die Gewinnung von Isoparaffinen, die Reinigung des Adsorbens und das Desorbieren der Normalparaffine. Ein bekanntes Verfahren dieses Typs ist das simulierte Gegenstrom-Bewegtbett-System zur Simulierung von Bewegtbett-Gegenstromsystemen, wie oben beschrieben, sich bewegen. Zusätzliche Einzelheiten bei dem Betrieb einer typischen Adsorptionszone in einer Isomerisieranwendung kann man in der US-A-5,043,525 Bezug nehmen, die hier in der Gesamtheit eingearbeitet wird.
Obwohl viel von der Beschreibung hier die Verwendung der Erfindung in einem SMB-Verfahren betrifft, wird doch angenommen, daß die Erfindung auch auf andere Arten der adsorptiven Trennung anwendbar ist, wie für ein Schwingbettsystem unter Verwendung eines oder mehrerer getrennter Adsorbensbetten. Der größte Vorteil der vorliegenden Erfindung ist bei Anwendung in einem adsorptiven Trennverfahren, daß sie einen Strom erzeugt, der drei Verbindungen umfaßt, welche durch Fraktionierung getrennt werden. Ein Beispiel ist nachfolgend aufgeführt und beschreibt eine spezielle Ausführungsform der Erfindung, die eine Druck-Schwing-Adsorptionszone simuliert. Eine andere Variation in der simulierten Bewegtbett-Durchführung des Verfahrens ist der Austausch des Drehventils gegen ein Verteilerrohrsystem von Ventilen. Solche Systeme wurden auch im Stand der Technik, wie der US-A-4,434,051 beschrieben und werden praktischer, da die Anzahl von Adsorbens-Unterbetten abnimmt.
Eine Anzahl speziell definierter Begriffe, die gewöhnlich beim Beschreiben der simulierten Bewegtbett-Verfahren benutzt wird, folgt nun. Der Begriff „Beschickungsstrom" zeigt einen Strom in dem Verfahren an, durch welchen Beschickungsmaterial zu dem Molekularsieb geht. Ein Beschickungsmaterial umfaßt ein oder mehrere Extraktkomponenten und ein oder mehrere Raffinatkomponenten. Eine „Extraktkomponente" ist eine Verbindung oder Verbindungstype, die von dem Molekularsieb selektiver zurückgehalten wird, während eine „Raffinatkompomente" eine Verbindung oder Verbindungstype ist, die weniger selektiv zurückgehalten wird. In diesem Verfahren sind Normalkohlenwasserstoffe aus dem Beschickungsstrom Extraktkomponenten, während isomerisierte Produkte und ein Beschickungsstrom verzweigtkettige und zyklische Kohlenwasserstoffe als Raffinatkomponenten haben. Der Begriff „Verdrängungsfluid" oder „Desorbens" soll allgemein ein Material bedeuten, das eine Extraktkomponente verdrängen kann. Der Begriff „Desorbens" oder „Desorbens-Eingangsstrom" bedeutet den Strom, durch welchen Desorbens zu dem Molekularsieb gelangt. Der Begriff „Raffinatstrom" oder „Raffinatausgangsstrom" bedeutet einen Strom, durch welchen das meiste der Raffinatkomponenten aus dem Molekularsieb entfernt wird. Die Zusammensetzung des Raffinatstroms kann von 100% Desorbens bis zu im wesentlichen 100% Raffinatkomponenten variieren. Der Ausdruck „Extraktstrom" oder „Extraktausgangsstrom" bedeutet einen Strom, durch welchen ein Extraktmaterial, das durch ein Desorbens verdrängt wurde, aus dem Molekularsieb entfernt wird. Die Zusammensetzung des Extraktstroms kann also von 100% Desorbens bis im wesentlichen 100% Extraktkomponenten variieren.
Desorbens wird auch zu einer adsorptiven Trennzone 8 über Leitung 15 geführt. Für diese spezielle Ausführungsform ist das bevorzugte Desorbens ein Gemisch von Normalbutan und Isobutan. Das Verhältnis von Normalbutan zu Isobutan in einem Desorbensgemisch liegt vorzugsweise im Bereich von 80 : 20 bis 95 : 5. Wenn eine gegebenenfalls vorhandene Leitung 15 und die Leitung 6 vorliegt, können diese miteinander vereinigt werden, und Beschickung kann zu dem adsorptiven Trennabschnitt 8 in Kombination eingespeist werden. Es ist jedoch bevorzugt, das Desorbens in einem getrennten Strom einzuführen, um die Lage des Desorbenseingangs in das simulierte Bewegtbett zu steuern.
Betriebsbedingungen für Adsorption schließen im allgemeinen einen Temperaturbereich von 20 bis 250°C ein, wobei 60 bis 200°C bevorzugt sind. Temperaturen von 90°C bis 160°C sind besonders bevorzugt für die zweite Adsorptionszone. Adsorptionsbedingungen enthalten auch vorzugsweise einen Druck, der ausreicht, die Vertahrensfluide in flüssiger Phase zu halten. Dies kann von Atmosphärendruck bis 413685 kPa (600 psig) geschehen. Desorptionsbedingungen schließen allgemein die gleichen Temperaturen und Drücke ein, wie sie für Adsorptionsbedingungen benutzt werden. Es ist allgemein bevorzugt, daß ein SMB-Verfahren mit einer Fließgeschwindigkeit A : F durch die Adsorptionszone in den Breitenbereich von 1 : 1 bis 5 : 1,0 betrieben wird, wobei A die Volumenrate einer „Zirkulation" von selektivem Porenvolumen in dem Adsorbens ist und F die Beschickungsfließge schwindigkeit ist. Die Praxis der vorliegenden Erfindung erfordert keine signifikante Veränderung der Betriebsbedingungen, der Adsorbens- oder Desorbenszusammensetzung in den Adsorbenskammern. D. h., das Adsorbens bleibt bevorzugt auf der gleichen Temperatur in dem gesamten Verfahren.
Der Erfolg einer speziellen adsorptiven Trennung wird durch viele Faktoren bestimmt. Vorherrschend bei diesen Faktoren sind die Zusammensetzung des Adsorbens (stationäre Phase) und des Desorbens (mobile Phase), die in dem Verfahren verwendet werden. Die restlichen Faktoren betreffend grundsätzlich die Verfahrensbedingungen.
Das vorliegende Verfahren dürfte nicht auf die Verwendung mit irgendeiner speziellen Adsorbensform beschränkt sein. Die in dem Verfahren bevorzugt verwendeten Adsorbenzien umfassen vorzugsweise ein Molekularsieb, wie ein Zeolith vom Typ A, X oder Y oder Silikalit. Silikalit ist in der Literatur gut beschrieben. Er ist in der US-A-4,061,724 von Grose et al., beschrieben und beansprucht. Eine stärker detaillierte Beschreibung findet sich in dem Artikel „Silikalit, ein neues hydrophobes kristallines Kieselsäuremolekularsieb", Nature, Band 271, 9. Feb. 1978, der hier durch Bezugnahme mit der gesamten Beschreibung und Silikalitkennzeichnung einbezogen wird. Silikalit ist ein hydrophobes kristallines Kieselsäuremolekularsieb mit einander schneidenden, gebogen orthogonalen Kanälen, die mit zwei Querschnittsgeometrien gebildet werden, nämlich 6 Å rund und 5,1 bis 5,7 Å elliptisch auf der Hauptachse. Eine große Anzahl von Adsorbenzien ist bekannt, und ein Ausgangsmolekularsieb wird oftmals mit einem Ionenaustauscher oder durch Dämpfen usw. behandelt, um die adsorptiven Eigenschaften einzustellen. Adsorbenzien auf der Basis von Zeolithen X und Y sind in weiteren Einzelheiten in der US-A-3,663,638, der US-A-3,626,020 und der US-A-3,997,620 beschrieben.
Die aktive Komponente der Adsorbenzien wird normalerweise in der Form von Teilchenagglomeraten mit hoher physikalischer Festigkeit und Abriebbeständigkeit verwendet. Die Agglomerate enthalten das aktive adsorptive Material, das in einer amorphen anorganischen Matrix oder einem Bindemittel dispergiert ist und Kanäle und Hohlräume darin hat, die einem Fluid ermöglichen, Zugang zu dem adsorptiven Material zu bekommen. Verfahren zur Bildung der kristallinen Pulver zu solchen Agglomeraten schließen den Zusatz eines anorganischen Bindemittels ein, allgemein eines Tons, der ein Siliciumdioxid und Aluminiumoxid umfaßt, um ein äußerst reines Adsorbenspulver in einem feuchten Gemisch zu bekommen. Das Bindemittel unterstützt die Bildung oder Agglomerierung der kristallinen Teilchen. Das Ton-Adsorbensgemisch kann zu zylindrischen Pellets extrudiert werden oder zu Perlen geformt werden, die anschließend kalziniert werden, um den Ton zu einem amorphen Bindemittel von beachtlicher mechanischer Festigkeit zu bringen. Das Adsorbens kann auch in unregelmäßig geformte Teilchen überführt werden, die durch Sprühtrocknen oder Zerkleinern größerer Massen und anschließendes Größensieben gebildet werden. Die Adsorbensteilchen können somit in der Form von Extrudaten, Tabletten, Kugeln oder Granulat mit einem erwünschten Teil chenbereich, vorzugsweise 1,9 mm bis 250 Mikron (16 bis 60 Maschen (Standard US-Siebreihe)). Tone vom Kaolintyp, wasserpermeable organische Polymere oder Kieselsäure werden allgemein als Bindemittel verwendet.
Die aktive Molekularsiebkomponente der Adsorbenzien wird gewöhnlich in der Form kleiner Kristalle vorliegen, die in den Adsorbens-Teilchen in Mengen im Bereich von 75 bis 98 Gew.-% der Teilchen, bezogen auf die von flüchtigen Bestandteilen freie Zusammensetzung, auftreten. Von flüchtigen Bestandteilen freie Zusammensetzungen werden allgemein bestimmt, nachdem das Adsorbens bei 900°C kalziniert wurde, um alle flüchtigen Bestandteile auszutreiben. Der Rest des Adsorbens wird allgemein als die anorganische Matrix in dem vorhandenen Bindemittel des anfänglichen Gemisches mit den kleinen Teilchen des Silikalitmaterials vorliegen. Dieses Matrixmaterial kann ein Zusatz des Herstellungsverfahrens für den Silikalit sein, wie beispielsweise von der bewußten unvollständigen Reinigung des Silikalits während seiner Herstellung.
Die Fachleute werden erkennen, daß die Leistung eines Adsorbens oftmals stark von einer Anzahl von Faktoren beeinflußt wird, die nicht in Relation zu ihrer Zusammensetzung stehen, wie Arbeitsbedingungen, Beschickungsstromzusammensetzung und der Wassergehalt des Adsorbens. Die optimale Adsorbenszusammensetzung und Arbeitsbedingungen für das Verfahren sind daher von einer Anzahl von Variablen abhängig, die untereinander in Beziehung stehen. Eine solche Variable ist der Wassergehalt des Adsorbens, der hier als Glühverlust (LOI)-Test ausgedrückt wird. In dem LOI-Test wird der Gehalt an flüchtiger Materie des Zeolith-Adsorbens durch den Gewichtsunterschied bestimmt, den man vor und nach Trocknen einer Probe des Adsorbens bei 600°C unter einer inerten Gasatmosphäre, wie Stickstoff, während einer Zeitdauer erhält, die ausreicht, ein konstantes Gewicht zu bekommen. Für das vorliegende Verfahren ist es bevorzugt, daß der Wassergehalt des Adsorbens zu einem LOI bei 900°C von weniger als 7,0% führt und vorzugsweise im Bereich von 0 bis 4,0 Gew.-% liegt. Da die Verfahrensfluide das Adsorbens trocknen können, wird der Hydratationsgrad des Siebes normalerweise durch Steuerung der Wassereinspritzung, wie über den Desorbensstrom, gesteuert.
Weitere Einzelheiten der Ausstattung und Techniken für die Verwendung in einem SMB-Verfahren kann man in US-A-3,208,833; US-A-3,214,247; US-A-3,392,113: US-A-3,455,815; US-A-3,523,762; US-A-3,617,504; US-A-3,686,342; US-A-4,006,197; US-A-4,133,842; US-A-4,434,051 und US-A-5,177,295 finden. Ein anderer Typ von simuliertem Bewegtbettarbeiten, welches unter Verwendung ähnlicher Einrichtungen, ähnlichem Adsorbens und ähnlicher Bedingungen durchgeführt werden kann, aber Gleichstromfluß des Adsorbens und der Flüssigkeit in den Adsorptionskammern simuliert, ist in der US-A-4,402,832 und der US-A-4,498,991 beschrieben.
Es wurde in der Technik üblich, die zahlreichen Betten in den SMB-Absorptionskammern in eine Anzahl von Zonen zu gruppieren. Gewöhnlich wird das Verfahren mit vier oder fünf Zonen be schrieben. Der erste Kontakt zwischen dem Beschickungsstrom und dem Adsorbens erfolgt in der Zone I, der Adsorptionszone. Das Adsorbens oder die stationäre Phase in der Zone I wird von Flüssigkeit umgangen, die das oder die unerwünschten Isomeren enthält, d. h. mit Raffinat. Diese Flüssigkeit wird von dem Adsorbens in der Zone II entfernt, die als eine Reinigungszone bezeichnet ist. In der Reinigungszone werden die unerwünschten Raffinatkomponenten aus dem Hohlraumvolumen des Adsorbensbettes mit einem Material ausgespült, welches leicht von der erwünschten Komponente durch fraktionierte Destillation zu trennen ist. In der Zone III der Adsorbenskammern wird das erwünschte Isomer aus dem Adsorbens durch Behandlung und Spülung des Adsorbens mit dem Desorbens (mobile Phase) freigesetzt. Die freigesetzte erwünschte Komponente und begleitendes Desorbens werden aus dem Adsorbens in der Form des Extraktstroms entfernt. Die Zone IV ist ein Abschnitt des zwischen den Zonen I und III angeordneten Adsorbens und wird verwendet, die Zonen I und III zu isolieren. In der Zone IV wird Desorbens teilweise von dem Adsorbens durch ein fließendes Gemisch von Desorbens und unerwünschten Komponenten des Beschickungsstroms entfernt. Der Flüssigkeitsfluß durch die Zone IV verhindert eine Verunreinigung der Zone III durch die Flüssigkeit der Zone I mit einem Gleichstromfluß zu der simulierten Bewegung des Adsorbens von Zone III zu Zone I. Eine gründlichere Erklärung von Verfahren mit simuliertem Bewegtbett ist in dem Abschnitt „Adsorptive Trennung" von Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology auf Seite 563 zu finden. Die Begriffe „aufstromwärts" und „abstromwärts" werden hier in ihrem üblichen Sinn verwendet und werden auf der Basis der Gesamtrichtung, in welcher Flüssigkeit in der Adsorbenskammer fließt, interpretiert. D. h. wenn Flüssigkeit allgemein abwärts durch eine vertikale Adsorbenskammer fließt, dann ist aufstromwärts äquivalent zu einer Aufstrom- oder höheren Lage in der Kammer.
Der Extraktstrom wird zu einer Extraktfraktionierkolonne geschickt, wo ein Extraktprodukt, das primär Normalpentan und Normalhexan umfaßt, von dem Desorbens abgetrennt wird, welches ein Gemisch von Normalbutan und Isobutan ist. Ein Desorbens-Schleppstrom kann aus der Kolonne für fraktionierte Destillation entfernt werden, um das Verhältnis von Isobutan zu Normalbutan in einem Desorbens zu steuern, welches zu dem selektiv adsorptiven Trennabschnitt zurückgeführt wird. Der Desorbens-Schleippstrom kann verwendet werden, um überschüssige Desorbenskomponenten zu entfernen, die in das adsorptive System als Teil der Beschickung eintreten. Es ist auch machbar, den Schleppstrom unter einigen Umständen von der Raffinat-Fraktionierkolonne abzunehmen. Die Extraktfraktionierungskolonne arbeitet typischerweise im Bereich von 90 bis 160°C, wobei die Temperatur am Boden der Kolonne gemessen wird und 340 bis 1030 kPa mit 40 bis 60 Böden beträgt. Das abgetrennte Desorbens kann zu adsorptiven Trennzone zurückgeführt werden, und der abgetrennte Extraktproduktstrom kann zu der Isomerisierzone zurückgeführt werden.
Der Raffinatstrom aus der adsorptiven Trennzone wird zu einer Raffinatfraktionierkolonne geführt, um Desorbens von isomerisierten Produkten zu trennen. Desorbens wird vom Kopf der Kolonne entfernt und kann mit dem Kopfprodukt des Desorbens aus der Extraktfraktionierkolonne vereinigt werden, und das vereinigte gewonnene Desorbens kann zu der adsorptiven Trennzone zurückgeführt werden. Der Raffinatproduktstrom wird vom Boden der Raffinatfraktionierkolonne abgezogen und enthält primär 2,3-Dimethylbutan, 2,2-Dimethylbutan, Isopentan, 2-Methylpentan, 3-Methylpentan, Methylcyclopentan, Cyclohexan und C₇+. Die Raffinatfraktionierkolonne arbeitet typischerweise im Bereich von 90 bis 160°C, wobei die Temperatur am Boden der Kolonne gemessen wird, und bei 340 bis 1030 kPa mit 40 bis 60 Böden.
Der Raffinatproduktstrom wird zu einer Oktanzahl verbessernden Zone mit einer Trennwand-Kolonne für fraktionierte Destillation geschickt. In der Trennwand-Kolonne für fraktionierte Destillation sind zwei parallele Fraktionierzonen. Eine erste Fraktionierzone nimmt einen großen Teil der linken Seite des Mittelabschnittes der Kolonne für fraktionierte Destillation ein. Man bemerke, daß die Begriffe „links" und „rechts" hier in Bezug auf die Zeichnungen verwendet werden. In der aktuellen Praxis ist die Plazierung der Zonen links oder rechts bezüglich der Kolonne nicht kritisch. Diese erste Fraktionierzone ist von einer parallelen zweiten Fraktionierzone getrennt, die die andere Hälfte des Kolonnenquerschnitts durch eine im wesentlichen fluiddichte vertikale Wand einnimmt. Die vertikale Wand ist nicht notwendigerweise in der Kolonne zentriert, und die beiden Fraktionierzonen können in der Querschnittfläche oder Form sich unterscheiden. Die vertikale Wand teilt einen großen vertikalen Abschnitt der Kolonne in zwei parallele Fraktionierzonen. Die beiden Zonen sind voneinander isoliert über die Höhe dieser Wand, doch stehen sie an beiden Enden der Kolonne, dem oberen und dem Bodenende in Verbindung miteinander. Es gibt keinen direkten Dampf- oder Flüssigkeitsfluß zwischen den beiden Fraktionierzonen durch die Trennwand, aber das obere Ende der Fraktionierzone, das das Raffinatprodukt aufnimmt, ist offen zu dem inneren Volumen der Destillationskolonne, die eine ungeteilte Fraktionierzone, vorzugsweise mit zusätzlichen Böden, enthält. Flüssigkeit kann unter der Trennwand am Boden der zwei Fraktionierabschnitte hindurchgehen, obwohl Dampffluß vorzugsweise beschränkt ist. So können Dampf und Flüssigkeit sich frei um die Wand zwischen den beiden Abschnitten der Kolonne bewegen. Während des Betriebs wird das Raffinatprodukt in der ersten Fraktionierzone getrennt, wobei sich die flüchtigeren Verbindungen aufwärts aus der linken ersten Fraktionierzone bewegen und in den ungeteilten oberen Abschnitt der Destillationskolonne austreten. Wie bei der ersten Fraktionierzone ist das obere Ende der rechten zweiten Zone in offener Verbindung mit dem oberen Abschnitt der Destillationskolonne, die vorzugsweise zusätzliche Fraktionierböden enthält, die sich quer zu dem gesamten Kolonnenquerschnitt erstrecken.
Der Raffinatproduktstrom enthält 2,3-Dimethylbutan, 2,2,-Dimethylbutan, Isopentan, 2-Methylpentan, 3-Methylpentan, Methylcyclopentan, Cyclohexan und C₇+. Zur Erleichterung der Diskussion werden die Raffinatproduktstromkomponenten nach dem Siedepunkt gruppiert, welcher der Hauptfaktor bei der Bestimmung ihres Verhaltens in der Kolonne für fraktionierte Destillation ist. Die Komponenten mit relativ niedrigen Siedepunkten werden als Gruppe A bezeichnet und bestehen aus 2,3-Dimethylbutan, 2,2-Dimethylbutan und Isopentan. Die Gruppe A enthält Komponenten mit hoher Oktanzahl, die erwünschte Produkte des gesamten Isomerisierverfahrens sind. Die Komponenten, die im Mittelbereich sieden, gehören zur Gruppe B und enthalten 2-Methylpentan und 3-Methylpentan. Die Gruppe B enthält Oktanzahlkomponenten, die am besten zu der Isomerisierzone zurückgeführt werden und nicht in einem Endprodukt eingeschlossen sind (oder die beim Desorbieren der Normalalkane in einer Druck-Schwing-Adsorptionszone verwendet werden). Abtrennung und Rückführung des 2-Methylpentans und 3-Methylpentans führen in dem Endprodukt dazu, daß es eine höhere Gesamtoktanzahl hat.
Die Komponenten mit relativ hohen Siedepunkten werden in der Gruppe C eingeordnet und bestehen aus Methylcyclopentan, Cyclohexan und C₇+. Die Gruppe C enthält auch Komponenten mit hoher Oktanzahl und erwünschte Produkte des gesamten Isomeriserungsverfahrens. Die Kombination der Gruppe A und der Gruppe C bildet das endgültige Verfahrensprodukt der Isomerisierung mit hoher Oktanzahl.
Der Raffinatproduktstrom aus der Raffinatkolonne wird in eine erste vertikale Fraktionierzone geführt, die einen großen Teil der linken Seite des Mittelabschnitts der Kolonne für fraktionierte Destillation einnimmt. Die Komponenten der Gruppe A zusammen mit einem Teil der Komponenten der Gruppe B, die in dem Raffinatstrom vorliegen, werden aufwärts in die erste Fraktionierzone getrieben und treten in die Spitze der Kolonne ein. Die Spitze der Kolonne ist eine Reinigungszone, die dazu bestimmt ist, die Komponenten der Gruppe A von den Komponenten der Gruppe B zu trennen. Ein Gruppe A-reicher Strom wird von der Spitze der Trennwand entfernt und geht durch einen Kopfkondensor (nicht gezeigt), um Flüssigkeit zu bilden, die an die Aufnahmeeinrichtung abgegeben wird. Ein Strom in flüssiger Phase der Komponenten der Gruppe A wird von der Aufnahmeeinrichtung entfernt und in einen ersten Anteil, der zu der Spitze der Trennwand-Fraktionierkolonne als Rückfluß zurückgeführt wird, und einen zweiten Anteil, der aus dem Verfahren entfernt wird, aufgeteilt. Wie hier verwendet, soll der Begriff „reich" eine Konzentration der angegebenen Verbindung oder Verbindungsklasse größer als 50 und vorzugsweise größer als 75 Mol.-% anzeigen.
Der Boden der Trennwandkolonne umfaßt auch eine ungeteilte Fraktionierzone. Diese Zone kann Flüssigkeit aufnehmen, die von der ersten und zweiten Fraktionierzone abläuft. Diese Flüssigkeit wird einer fraktionierten Destillation unterzogen, welche die Komponenten der Gruppe B aufwärts als Dampf treibt, während die weniger flüchtigen Komponenten der Gruppe C sich in einer Bodenflüssigkeit konzentrieren, die aus der Trennwand-Fraktionierkolonne entfernt wird. Diese Trennung wird durch die Verwendung eines Aufkochers (nicht gezeigt) bewirkt, der Dampf zu der ungeteilten Bodenzone der Fraktionierkolonne führt. Die Gruppe C-reiche Bodenflüssigkeit wird mit dem Gruppe A-reichen Strom von der Spitze der Kolonne vereinigt, um ein Gesamtprodukt des Isomerisierungsverfahrens mit hoher Oktanzahl zu bekommen. Die Komponenten der Gruppe B werden von der Trennwand-Fraktionierkolonne in einem Seitenabzug von der rechten Fraktionierzone abgezogen.
Die Komponenten der Gruppe B können zu der Isomerisierungszone für Isomerisierung in Komponenten mit einer höheren Oktanzahl zurückgeführt werden.
In einer spezielleren Ausführungsform der Erfindung ist der ungeteilte Bodenabschnitt der Trennwand-Fraktionierkolonne als von den beiden parallelen Fraktionierzonen durch eine Gasflußsteuereinrichtung oder Gasfalle gezeichnet, die gerade unterhalb des Bodens der Wand liegt. Ein kleiner Spalt an diesem Punkt erlaubt horizontalen Flüssigkeitsfluß zwischen den parallelen Fraktionierzonen. Dieser Boden kann flüssigkeitsdichte Perforationen haben, die den normalen Abwärtsfluß von Flüssigkeit erlauben, aber deren Struktur derart ist, daß der Aufwärtsfluß von Dampf wenigstens stark eingeschränkt ist. Der Boden kann den Aufwärtsdampffluß total blockieren. Die Verwendung dieses Bodens ist bevorzugt, da er ein Mittel verfügbar macht, die Teilung des Aufwärtsgasflusses zwischen den beiden Fraktionierzonen positiv zu steuern, was ein Hauptmittel zur Steuerung der Leistung der beiden Zonen ist. Der Gesamtdampffluß wird daher vorzugsweise von der Kolonne über eine Leitung entfernt und zwischen zwei separaten Leitungen aufgeteilt, die den Dampf zum Boden der beiden parallelen Fraktionierzonen einspeist. Der Gasfluß kann durch eine oder mehrere Fließkontrollventile oder durch Einstellung der relativen Flüssigkeitslevel im Boden der beiden Zonen gesteuert werden. Dies ist in einigen Einzelheiten in der bereits zitierten US-A-4,230,553 für eine etwas andere Anordnung beschrieben.
Ein repräsentativer Vergleich der Trennung, wie in 1 auf der Basis von Ingenieurberechnungen gezeigt, welche für den herkömmlichen Fall den Vorteil eines Vergleichs mit vielen Betriebseinheiten haben, zeigt, daß eine herkömmliche Fraktionierkolonne, die gewöhnlich als eine Isohexanentfernungseinrichtung bezeichnet wird und die insgesamt 80 Böden enthält, könnte mit der Trennwandkolonne nach der vorliegenden Erfindung insgesamt 65 Böden enthalten Die Trennwandkolonne erfordert insgesamt eine Aufkochenergie 3,62 × 10⁷ kJ/h (3,43 × 10⁷ BTU/h) gegenüber 5,75 × 10⁷ kJ/h (5,45 × 10⁷ BTU/h) für die herkömmliche Kolonne. Die Trennwandkolonne erfordert insgesamt eine Kondensorenergie von 4,21 × 10¹³ kJ/h (3,99 × 10⁷ MM BTU/h) gegenüber 6,54 × 10¹³ kJ/h (6,20 × 10⁷ MM BTU/h) für den Standardkolonnenfall. Daher vermindert die vorliegende Erfindung durch die Verwendung der Trennwandkolonne die Kapitalkosten sowie die Anzahl der Böden und die Wartungskosten im Vergleich mit einer herkömmlichen Fraktionierkolonne.
1 ist eine schematische Erläuterung für die Verfahrensanordnung. Beschickung wird über Leitung 2 zu der Isomerisierzone 4 geführt, die beide wie oben im Detail beschrieben sind. Rückgeführtes und frisches Desorbens, ein Gemisch von Normalbutan und Isobutan, wird zur adsorptiven Trennzone 8 über Leitung 15 geschickt. Die bevorzugte Arbeitsweise der adsorptiven Trennzone 8 ist ein simuliertes Bewegtbett, jedoch zur Erleichterung des Verständnisses zeigt 1 ein vereinfachtes simuliertes Bewegtbett, d. h. das Drehventil und Unterbetten sind nicht gezeigt. Eine alternative Arbeitsweise der adsorptiven Trennzone 8 ist die Druck-Schwing-Adsorption, die mehrere Betten einschließen kann (siehe 3, die nachfolgend diskutiert wir d). Ein Extraktstrom, der Norma lalkane und Desorbens enthält, wird von der adsorptiven Trennzone über Leitung 10 entfernt. Ein Raffinatstrom, der isomerisierte Produkte und C₇+-Kohlenwasserstoffe enthält, wird über Leitung 18 aus der adsorptiven Trennzone über Leitung 18 entfernt.
Der Extraktstrom in Leitung 10 geht zu einer Extrakt-Butanentfernungseinrichtung 12, und ein Desorbensstrom 14 wird von einem Extraktproduktstrom 16 durch Fraktionierung abgetrennt. Extraktproduktstrom 16 enthält Normalpentan und Normalhexan und kann zu der Isomerisierungszone 4 für die Produktion von weiteren erwünschten Komponenten rezyklisiert werden. Desorbensstrom 14 kann mit Leitung 15 vereinigt und zu der adsorptiven Trennzone 8 zurückgeführt werden. Der Raffinatstrom in Leitung 18 geht zu einer Raffinat-Butanentfernungskolonne und ein Desorbensstrom 22 wird von einem Raffinatproduktstrom 24 durch Fraktionierung abgetrennt. Der Desorbensstrom 22 kann mit der Leitung 15 vereinigt und zu der adsorptiven Trennzone 8 zurückgeführt werden.
Die Raffinatproduktleitung 24 wird in dem Mittelabschnitt der linken Seite oder der ersten Fraktionierzone der Trennwand-Fraktionierkolonne 26 mit der Trennwand 34 eingeführt. Die Dimethylbutane und Isopentan werden zusammen mit einem Teil der Monomethylpentane in der ersten Fraktionierzone aufwärts getrieben und treten in die Spitze der Kolonne 26 ein. Ein an Dimethylbutanen und Isopentan reicher Strom wird von der Spitze der Trennwand-Kolonne 26 in Leitung 28 entfernt. Die Leitung 28 kann über einen Überkopf-Kondensor (nicht gezeigt) geführt werden, um Flüssigkeit zu bilden, die an die Aufnahmeeinrichtung abgegeben wird. Ein Strom in flüssiger Phase wird aus der Aufnahmeeinrichtung entfernt und in einen ersten Teil, der zu der Spitze der Trennwand-Fraktionierkolonne als Rückfluß zurückgeführt wird, und einen zweiten Teil, der aus dem Verfahren entfernt wird (nicht gezeigt), geteilt.
Methylcyclopentan, Cyclohexan und C₇+-Verbindungen und etwas Monomethylpentane laufen die erste Fraktionierzone abwärts und treten am Boden in die Kolonne 26 ein. Die Monomethylpentane werden aufwärts in den zweiten Fraktionierabschnitt getrieben. Ein an Methylcyclopentan, Cyclohexan und C₇+-Verbindungen reicher Strom wird vom Boden der Trennwand-Kolonne 26 in Leitung 32 entfernt. Ein Strom, der 2-Methylpentan und 3-Methylpentan enthält, wird von der Trennwand-Fraktionierkolonne in einem Seitenspund von der rechten Seite oder der zweiten Fraktionierzone in Leitung 30 abgezogen. Die Monomethylpentane in Leitung 30 können zu der Isomerisierzone zur Isomerisierung unter Bildung von Komponenten mit einer höheren Oktanzahl zurückgeführt werden. Der Strom in Leitung 28 kann mit dem Strom in Leitung 32 vereinigt werden, um ein Produkt mit hoher Oktanzahl des Gesamtisomerisierverfahrens zu bilden.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die Extraktkolonne und die Raffinatkolonne, die oben beschrieben wurden, durch eine integrierte Fraktionierkolonne ersetzt. 2 ist eine schematische Erläuterung für die Anordnung des Verfahrens. Beschickung wird über Leitung 102 zur Isomerisierzone 104 geschickt, die beide wie oben beschrieben sind. Der Isomerisierzonenaus lauf wird über Leitung 106 zu einer adsorptiven Trennzone 108 geführt, welche wie oben beschrieben ist. Rückgeführtes (in Leitung 113) und frisches (in Leitung 115) Desorbens, ein Gemisch von Normalbutan und Isobutan, wird zu der adsorptiven Trennzone 108 über Leitung 113 geschickt. Die bevorzugte Arbeitsweise für die adsorptive Trennzone 108 ist ein simuliertes Bewegtbett, jedoch zur leichteren Verständlichkeit zeigt 2 ein vereinfachtes simuliertes Bewegtbett, d. h. das Drehventil und die Unterbetten sind nicht gezeigt. Ein Extraktstrom, der Normalalkane und Desorbens enthält, wird aus der adsorptiven Trennzone 108 über Leitung 110 entfernt. Ein Raffinatstrom, der isomerisierte Produkte und C₇+-Kohlenwasserstoffe enthält, wird aus der adsorptiven Trennzone über Leitung 118 entfernt.
Die Kolonne für integrierte Fraktionierung 109 enthält zwei parallele Fraktionierzonen, die in der Kolonne durch eine im wesentlichen fluiddichte vertikale Wand 111 getrennt sind. Die vertikale Wand ist nicht notwendigerweise in der Kolonne zentriert. Die vertikale Wand 111 teilt einen Hauptanteil der Kolonne 109 in zwei parallele Fraktionierzonen. Die beiden Zonen sind gegeneinander über die Höhe der Wand isoliert, auch an dem Boden der Wand. Diese Abdichtung am Boden der ersten Zone unterscheidet die Kolonne von einer echten Trennwandkolonne wegen des Begriffs der integrierten Fraktionierkolonne. Somit gibt es keinen direkten Dampf- oder Flüssigkeitsfluß zwischen den beiden Fraktionierzonen. Das obere Ende der Fraktionierzone, das den Raffinatstrom aufnimmt, ist jedoch offen zu dem Innenvolumen der Kolonne 109. So kann Dampf und Flüssigkeit sich frei zwischen diesen beiden Abschnitten der Kolonne bewegen. Diese Öffnung der Spitze einer jeden Fraktionierzone in eine größere Fraktionierzone erlaubt es dem Dampf, aus beiden parallelen Zonen aufwärts zu fließen. Die beiden kleineren Zonen werden somit als in offener Verbindung miteinander und der größeren Zone an diesem Punkt in der Kolonne stehend beschrieben. Flüssigkeitsfluß abwärts kann, aber braucht nicht, zwischen den Zonen reguliert zu werden. Beide Fraktionierzonen haben unabhängige Aufkochereinrichtungen (nicht gezeigt).
Der Extraktstrom 110 aus der adsorptiven Trennzone 108 wird Desorbens und Normalparaffine, speziell Normalpentan und Normalhexan enthalten. Der Raffinatstrom 118 aus der adsorptiven Trennzone 108 wird Isomerisierungsprodukte, wie Methylpentan, 2-Methylpentan, 3-Methylpentan, Methylcyclopentan, Cyclohexan, Isopentan, 2,2-Dimethylbutan, 2,3-Dimethylbutan, C₇+ und andere Spurenverbindungen enthalten. Sowohl der Extraktstrom 110 als auch der Raffinatstrom 118 werden zu der integrierten Fraktionierkolonne 109 geschickt. Der Raffinatstrom wird in die Fraktionierzone eingeführt, die Anteile der rechten Seite der integrierten Fraktionierkolonne einnimmt. Diese Fraktionierzone ist von der anderen durch eine im wesentlichen fluiddichte vertikale Wand 111 getrennt. Das obere Ende der Fraktionierzone, die den Raffinatstrom aufnimmt, ist offen zu dem Innenvolumen der Kolonne 1090. Somit kann Dampf oder Flüssigkeit sich frei zwischen den beiden Abschnitten der Kolonne bewegen. Die flüchtigeren Desorbenskomponenten des Raffinatstroms 118 werden aufwärts aus den Fraktionierzonen fraktioniert und tauchen in dem oberen Abschnitt der Kolonne 109 auf. Die weniger flüchtigen Raffinatkomponenten, zum Beispiel die verzweigten Paraffine, wei den in einem Bodenstrom konzentriert und aus der ersten Fraktionierzone wie das Raffinatprodukt in Leitung 124 entfernt.
Konkurrierend wird Extraktstrom 110 an eine zweite vertikale Fraktionierzone abgegeben, die einen großen Anteil der linken Seite der Kolonne 109 einnimmt. Die weniger flüchtigen Extraktkomponenten, das Normalpentan und Normalhexan, werden in einem Bodenstrom konzentriert und aus der ersten Fraktionierzone entfernt wie das Extraktprodukt über Leitung 116. Wie mit der ersten Fraktionierzone ist das obere Ende der zweiten Zone in offener Verbindung mit dem oberen Abschnitt der Kolonne 109, die zusätzliche Fraktionierböden enthält, die sich quer zu dem gesamten Kolonnenquerschnitt erstrecken. Desorbenzien in dem Extraktstrom 110 werden aufwärts in der zweiten Fraktionierzone getrieben und treten in die Spitze der Fraktionierkolonne 109 ein. Die Spitze der Kolonne 109 ist eine Reinigungszone, die nicht dazu bestimmt ist, Extrakt- oder Raffinatverbindungen von dem Desorbens abzutrennen. Dieser Abschnitt kann in der vorliegenden Ausführungsform dazu verwendet werden, das Verhältnis von Normalbutan zu Isobutan auf das erwünschte Verhältnis für die Desorbensfunktion einzustellen. Ein Strom von Desorbens in flüssiger Phase in dem erwünschten Verhältnis von Normalbutan zu Isobutan wird aus der Kolonne 109 in Leitung 113 entfernt und kann zu der adsorptiven Trennzone 108 zurückgeführt werden. Ein Dampfstrom, der Desorbenzien 117 umfaßt, wird von der Spitze der Kolonne 109 entfernt und geht durch einen Kopfkondensor 119, um flüssiges Desorbens zu bilden, welches aus dem Kondensor über Leitung 121 entfernt werden kann und von dem ein Teil zu der Kolonne für Rückfluß zurückgeführt werden kann.
Jede der ersten und zweiten Fraktionierzonen hat unabhängige Aufkochersysteme (nicht gezeigt). Das Integrieren der traditionellen Destillationskolonnen jedoch, eine für den Extraktstrom und eine für den Raffinatstrom, in einer einzelnen integrierten Destillationskolonne vermindert signifikant den erforderlichen Kapitalaufwand. Speziell wird das Überkopfsystem für jede der traditionellen Destillationskolonnen zu einem einzelnen Überkopfsystem an der integrierten Destillationskolonne kombiniert, und dadurch werden Kapital und Betriebskosten reduziert. Das Extraktprodukt in Leitung 116 kann zu der Isomerisierungszone für eine Umwandlung der Normalalkane in isomerisierte Produkte mit höherer Oktanzahl rückgeführt werden. Die Raffinatproduktleitung 124 wird in die Trennwand-Fraktionierkolonne 126 mit der Trennwand 134, wie in der obigen Ausführungsform beschrieben, eingeführt, um einen 2-Methylpentan- und 3-Methylpentanstrom in der Leitung 130 zu bilden, welcher von einem mittleren Punkt der zweiten Fraktionierzone der Trennwand-Fraktionierkolonne 126 entfernt wird, einen 2,2-Dimethylbutan-, 2,3-Dimethylpentan- und Isopentanstrom in Leitung 128, welcher von einem ersten Ende der Trennwand-Fraktionierkolonne 126 entfernt wird, und einen Methylcyclopentan-, Cyclohexan- und C₇+-Kohlenwasserstoffstrom in Leitung 132, der von einem zweiten Ende der Trennwand-Fraktionierkolonne 126 entfernt wird, zu bilden.
Eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von Druck-Schwing-Adsorption kann beispielhalber durch 3 dargestellt werden. Beschickung wird über Leitung 202 in die Isomerisier zone 204 eingeführt, von denen beide wie oben im Detail beschrieben sind. Der Auslauf aus der Isomerisierzone wird über Leitung 206 zu einer adsorptiven Trennzone 208 geführt, die eine Druck-Schwing-Adsorptionszone mit Bett 208a und 208b ist. Druck-Schwing-Adsorption ist eine bekannte Technik, und jede bekannte Druck-Schwing-Operation kann hier verwendet werden. 3 zeigt das Fließschema zu einem Zeitpunkt. Es ist leicht verständlich für den Fachmann, daß Druck-Schwing-Betrieb verlangt, daß periodisch ein Strom von dem Unterbett aktiv eine Trennung zu einem Unterbett erfordern würde, das regeneriert wurde und umgekehrt. Ähnlich kann der Auslauf eines jeden Unterbettes periodisch neu ausgerichtet werden. 3 ist die Zeichnung eines Unterbettes 208b als das aktiv trennende Bett, und Unterbett 208a ist das der Regenerierung unterzogene Bett.
Der Isomerisierzonenauslauf wird über Leitung 206 zu der adsorptiven Trennzone, Unterbett 208b geführt, wo Normalalkane adsorbiert werden. Ein isomerisierter Produktstrom, der isomerisierte Produkte und C₇+-Kohlenwasserstoffe enthält, wird von der adsorptiven Trennzone, Unterbett 208b über Leitung 210 entfernt. Der isomerisierte Produktstrom kann auch eine kleine Menge an Regeneriermittel enthalten.
Die Leitung 210 für isomerisiertes Produkt wird im Mittelabschnitt der linken Seite oder ersten Fraktionierzone einer Trennwand-Fraktionierkolonne 226 eingeführt. Die Dimethylbutane und Isopentan zusammen mit einem Teil der Monomethylpentane werden aufwärts in der ersten Fraktionierzone getrieben und treten in die Spitze der Kolonne 226 ein. Ein Strom reich an Dimethylbutanen und Isopentan wird von der Spitze der Trennwandkolonne 226 in Leitung 228 entfernt. Die Leitung 228 kann durch einen Überkopfkondensor (nicht gezeigt) gehen, um Flüssigkeit zu bilden, die an die Aufnahmeeinrichtung abgegeben wird. Ein Strom in flüssiger Phase wird von der Aufnahmeeinrichtung entfernt und in einen ersten Anteil, der zu der Spitze der Trennwand-Fraktionierkolonne als Rückfluß zurückgeführt wird, und einen zweiten Anteil, der aus dem Verfahren entfernt wird (nicht gezeigt), aufgeteilt.
Methylcyclopentan, Cyclohexan und C₇+-Verbindungen sowie einige Monomethylpentane laufen von der ersten Fraktionierzone ab und treten in den Bodenbereich der Kolonne 226 ein. Die Monomethylpentane werden in dem zweiten Fraktionierabschnitt nach oben getrieben. Ein Strom, reich an Methylcyclopentan, Cyclohexan und C₇+-Verbindungen, wird vom Boden der Trennwandkolonne 226 in der Leitung 232 entfernt. Ein Strom, der 2-Methylpentan und 3-Methylpentan enthält, wird von der Trennwand-Fraktionierkolonne in einem Seitenabzug von der rechten, zweiten Fraktionierzone in Leitung 230 abgezogen.
Die Monomethylpentane in Leitung 230 werden auf die adsorptive Druck-Schwing-Trennzone 208 für die Verwendung als ein Regeneriermittel gerichtet. Leitung 230 wird in das Unterbett 208a eingeführt, um die Normalalkane zu desorbieren. Der Auslauf des Unterbetts 208a enthält Normalalka ne und Monomethylpentane und wird in Leitung 312 zu der Reaktorzone 204 für Isomerisierung zu Komponenten mit einer höheren Oktanzahl geschickt. Alternativ kann der Beschickungsstrom an einem Punkt zwischen der Isomerisierzone und der adsorptiven Trennzone abgeführt werden. Beispielsweise kann der Beschickungsstrom über Leitung 201 eingeführt werden. Der Strom in Leitung 228 kann mit dem Strom in Leitung 232 unter Bildung des Gesamtisomeriserungsverfahrensproduktes kombiniert werden.

Claims

Isomerisierungsverfahren umfaseend: das Kontaktieren eines mindestens normales Pentan und normales Hexan enthaltenden Zulaufs mit einem Isomerisierungskatalysator in einer Isomerisierungszone unter Isomerisierungsbedingungen zum Umwandeln mindestens eines Teils des normalen Pentans und normalen Hexans in isomerisierte Produkte und zum Bilden eines normales Pentan, normales Hexan und isomerisierte Produkte enthaltenden Isomerisierungszonenabflusses, Überleiten des Isomerisierungszonenabflusses an eine adsorptionsfähige Trennungszone, die mindestens ein Bett aus einem selektiven Adsorptionsmittel umfasst, das unter Adsorptionsbedingungen gehalten wird, unter denen das normale Pentan und das normale Hexan selektiv auf einer Menge des selektiven Adsorptionsmittels gehalten werden, unter Bildung eines isomerisierten Produktstroms, der 2-Methylpentan, 3-Methylpentan, 2,2,-Demethylbutan, 2,3-Dimethylbutan, Isopentan, Methylcyclopentan, Cyclohexan und C₇₊-Kohlenwasserstoffe umfasst, Desorbieren des normalen Pentans und normalen Hexans unter Desorptionsbedingungen unter Bildung eines Stroms von normalem Alkan, der mindestens normales Pentan und normales Hexan umfasst, Überleiten des Stroms von isomerisiertem Produkt in eine Trennwandfraktioniersäule, die unter Fraktionierbedingungen betrieben wird und durch eine Trennwand in mindestens eine erste und eine zweite parallele Fraktionierzone geteilt ist, wobei die ersten und zweiten Fraktionierzonen jeweils ein sich innerhalb der Fraktioniersäule befindendes oberes und unteres Ende aufweisen, wobei die ersten und zweiten Fraktionierzonen an ihren oberen Enden mit einem ungeteilten oberen Abschnitt der Fraktioniersäule in offener Kommunikation stehen und an ihren unteren Enden mit einem ungeteilten unteren Abschnitt der Fraktioniersäule in offener Kommunikation stehen und wobei der Strom von isomerisiertem Produkt an einer Zwischenstelle der ersten Fraktionierzone in die Säule eintritt, Entfernen eines 2-Methylpentan und 3-Methylpentan umfassenden Stroms von einer Zwischenstelle der zweiten Fraktionierzone der Trennwandfraktioniersäule, Entfernen eines 2,2-Dimethylbutan, 2,3-Dimethylbutan und Isopentan umfassenden Stroms von einem ernsten Ende der Trennwandfraktioniersäule und Entfernen eines Methylcyclopentan, Cyclohexan und C₇₊-Kohlenwasserstoffe umfassenden Stroms von einem zweiten Ende der Trennwandfraktioniersäule.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens normales Pentan und normales Hexan enthaltende Zulauf vor dem Kontaktieren mit einem Isomerisierungskatalysator durch die adsorptionsfähige Trennungszone geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei beim Desorbieren ein Desorptionsmittel verwendet wird und der Strom von isomerisiertem Produkt und der Strom von normalem Alkan aus der adsorptionsfähigen Trennungszone zusätzlich das Desorptionsmittel enthalten, Entfernen des Desorptionsmittels aus dem Strom von isomerisiertem Produkt und dem Strom von normalem Alkan unter Zuhilfenahme einer integrierten Fraktioniersäule, die unter Fraktionierbedingungen betrieben wird und in mindestens eine erste und eine zweite vertikale Fraktionierzone geteilt ist, wobei jede Zone ein sich innerhalb der Fraktioniersäule befindendes oberes und unteres Ende aufweist, wobei die ersten und zweiten Fraktionierzonen an ihren oberen Enden mit einem ersten Ende der Säule in offener Kommunikation stehen, der Strom von isomerisiertem Produkt in eine Zwischenstelle der ersten Fraktionierzone der integrierten Fraktioniersäule eintritt und der Strom von normalem Alkan in eine Zwischenstelle der zweiten Fraktionierzone der integrierten Fraktioniersäule eintritt, der Strom von Isomerisationsprodukt von reduziertem Desorptionsmittelgehalt aus einem ersten Ende der ersten Fraktionierzone entfernt wird, wobei das erste Ende nicht mit der zweiten Fraktionierzone in Kommunikation steht und sich an dem zweiten Ende der integrierten Fraktioniersäule befindet, der Strom von normalem Alkan von reduziertem Desorptionsmittelgehalt von einem ersten Ende der zweiten Fraktionierzone entfernt wird, wobei das erste Ende nicht mit der ersten Fraktionierzone in Kommunikation steht und sich am zweiten Ende der integrierten Fraktioniersäule befindet, ein Desorptionsmittelstrom vom ersten Ende der integrierten Fraktioniersäule entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die absorptionsfähige Trennungszone auf eine Art und Weise betrieben wird, die aus der Gruppe ausgewählt wird bestehend aus einer simulierten Wirbelbettmethode und einer Druckschwingadsorptionsmethode.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, das Folgendes umfasst: Einsammeln der Aufwärtsströmung von Dampf aus dem unteren Abschnitt der Trennwandfraktioniersäule in die ersten und zweiten Fraktionierzonen und darauffolgendes Verteilen des Dampfes auf kontrollierte Weise zwischen den ersten und zweiten Fraktionierzonen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das des Weiteren das Überleiten des Stroms von normalem Alkan an eine Fraktioniersäule zum Abtrennen eines Desorptionsmittels von dem Strom von normalem Alkan und das Recyceln des so erhaltenen Stroms von normalem Alkan von reduziertem Desorptionsmittelgehalt in die Isomerisierungszone und das Überleiten des Stroms von isomerisiertem Produkt an eine Fraktioniersäule zum Abtrennen des Desorptionsmittels von dem Strom von isomerisiertem Produkt vor dem Eintritt in die Trennwandfraktioniersäule umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, das des Weiteren das Recyceln des Stroms von normalem Alkan aus der integrierten Fraktioniersäule in die Isomerisierungszone umfasst.