DE68916026T2 - Manufacture of middle distillates. - Google Patents

Manufacture of middle distillates.

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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Mitteldestillaten, insbesondere Destillate mit hohem Paraffingehalt, z.B. Düsentreibstoff.This invention relates to a process for producing middle distillates, in particular distillates with high paraffin content, e.g. jet fuel.

Eine Gruppe von durch Erdölraffinerien in großen Mengen hergestellten Produkten sind Mitteldestillatprodukte, die Materialien, wie Dieselkraftstoff, Düsentreibstoff und Heizöl einschließen. Einige dieser Produkte können Brennstoffprodukte sein, die eine relativ höhere Qualität als andere aufweisen und als Treibstoffprodukte einen Premiumwert verdienen. Bestimmte Düsentreibstoffe mit hoher Qualität können z.B. als Premiumprodukte mit entsprechend höherem Preis gehandelt werden. Bei steigendem Bedarf nach diesen Treibstoffen besteht die Forderung nach Vergrößerung des Pools für diese Treibstoffprodukte, und zu diesem Zweck wurden verschiedene synthetische und halbsynthetische Verfahren in Betracht gezogen, um sowohl Benzin- als auch Mitteldestillatprodukte zu erzeugen.One group of products produced by petroleum refineries in large quantities are middle distillate products, which include materials such as diesel fuel, jet fuel and heating oil. Some of these products may be fuel products that are of relatively higher quality than others and deserve a premium value as fuel products. For example, certain jet fuels of high quality may be traded as premium products with a correspondingly higher price. With increasing demand for these fuels, there is a demand for increasing the pool for these fuel products and for this purpose, various synthetic and semi-synthetic processes have been considered to produce both gasoline and middle distillate products.

Ein empfehlenswertes Verfahren ist das sogenannte MOGDL- Verfahren, bei dem leichte Olefine, insbesondere olefinische Ströme aus einer Anlage zum katalytischen Cracken, zu Produkten im Siedebereich von Benzin und darüber oligomerisiert werden, wobei ein Oligomerisierungskatalysator in Form eines Zeolith mit mittlerer Porengröße verwendet wird. Verfahren dieser Art werden z.B. in US-Patenten Nr. 3 760 024, 4 211 640, 4 227 992, 4 513 156 und 4 476 330 beschrieben. Die Produkte aus diesen Verfahren neigen jedoch bei den im allgemeinen angewendeten Bedingungen zu einem aromatischen Charakter. Aus diesem Grund sind die Mitteldestillatprodukte im allgemeinen zur Verwendung als Düsentreibstoff oder Dieselkraftstoff ungeeignet, die die Beibehaltung des Aromatengehalts bei einem geringen Wert erfordern.One recommended process is the so-called MOGDL process, in which light olefins, particularly olefinic streams from a catalytic cracking unit, are oligomerized to products in the gasoline boiling range and above, using an oligomerization catalyst in the form of a medium pore size zeolite. Processes of this type are described, for example, in U.S. Patent Nos. 3,760,024, 4,211,640, 4,227,992, 4,513,156 and 4,476,330. However, the products from these processes tend to an aromatic character. For this reason, the middle distillate products are generally unsuitable for use as jet fuel or diesel fuel, which require the aromatics content to be maintained at a low level.

Ein weiteres vorgeschlagenes halbsynthetisches Verfahren wandelt paraffinische Ströme mit geringer Qualität in wertvollere Produkte mit einem im allgemeinen aromatischen Charakter um, insbesondere in Benzin mit hoher Octanzahl. Diese Verfahren werden im allgemeinen als Aromatisierungsverfahren charakterisiert, die die in der Beschickung vorhandenen Paraffine in aromatische Produkte, üblicherweise im Siedebereich von Benzin, umwandeln. Durch den aromatischen Charakter der Produkte werden sie im allgemeinen als Düsentreibstoff oder Dieselkraftstoff unbefriedigend, obwohl sie gute Mischungskomponenten für den Benzinpool darstellen. Beispiele dieser Verfahren finden sich in US-Patent Nr. 3 729 409, das ein Verfahren zur Veredlung eines paraffinhaltigen Reformat-Beschickungsmaterial beschreibt, indem die Beschickung bei relativ hohen Umwandlungstemperaturen, typischerweise von 260 bis 540ºC (500 bis 1000ºF) mit einem Zeolithkatalysator ZSM-5 in Kontakt gebracht wird, der gegebenenfalls eine Metallkomponente enthält. US 3 951 781 beschreibt auf ähnliche Weise ein Verfahren zur Veredlung eines Destillatbenzins in Kombination mit einem der Lösungsmittelextraktion unterzogenen Rückstand und einem Paraffinmaterial, wobei der Katalysator ZSM-5 eventuell mit einer Metallkomponente verwendet wird. Weitere Aromatisierungsverfahren sind in US-Patenten Nr. 4 590 323, 4 304 657 beschrieben, und der Artikel von Garwood und Chen, ACS 125(1), 84 (1980): "Octane Boosting Potential of Catalytic Processing of Reformate Over Shape Selective Zeolites" beschreibt die Umwandlung von n-Octan in Benzol über dem Katalysator ZSM-5, wobei nur Spurenmengen von C&sub2;- im Produkt erzeugt werden.Another proposed semi-synthetic process converts low quality paraffinic streams to more valuable products of generally aromatic character, particularly high octane gasoline. These processes are generally characterized as aromatization processes which convert the paraffins present in the feed to aromatic products, usually in the gasoline boiling range. The aromatic character of the products generally renders them unsatisfactory as jet fuel or diesel fuel, although they are good blending components for the gasoline pool. Examples of these processes can be found in U.S. Patent No. 3,729,409, which describes a process for upgrading a paraffinic reformate feedstock by contacting the feed with a ZSM-5 zeolite catalyst, optionally containing a metal component, at relatively high conversion temperatures, typically from 260 to 540°C (500 to 1000°F). US 3,951,781 similarly describes a process for upgrading a distillate gasoline in combination with a solvent extracted residue and a paraffinic material using the catalyst ZSM-5, possibly with a metal component. Other aromatization processes are described in US Patent Nos. 4,590,323, 4,304,657 and the article by Garwood and Chen, ACS 125(1), 84 (1980): "Octane Boosting Potential of Catalytic Processing of Reformate Over Shape Selective Zeolites" describes the conversion of n-octane to benzene. over the ZSM-5 catalyst, producing only trace amounts of C₂- in the product.

Es wurde nunmehr gefunden, daß paraffinische Mitteldestillatprodukte durch Disproportionierung geringsiedender paraffinischer Ströme mit geringem Molekulargewicht hergestellt werden können, indem Zeolithkatalysatoren mit mittlerer Porengröße bei relativ geringer bis milder Temperatur unter 500ºF (etwa 260ºC) angewendet werden.It has now been discovered that paraffinic middle distillate products can be produced by disproportionation of low boiling, low molecular weight paraffinic streams using medium pore size zeolite catalysts at relatively low to mild temperatures below 500°F (about 260°C).

Durch die vorliegende Erfindung wird folglich ein Verfahren zur Herstellung eines Mitteldestillat-Treibstoffproduktes geschaffen, das typischerweise einen Siedebereich im Bereich von 330 bis 645ºF (etwa 165 bis 345ºC) siedet, indem ein leichter C&sub5;- bis C&sub8;-paraffinischer Strom in Gegenwart eines sauren, festen, porösen Kaalysators disproportioniert wird, der einen Zeolith mit mittlerer Porengröße, gegebenenfalls mit einer Hydrierungskomponente in Form eines Metalls, z.B. Platin, umfaßt. Diese Reaktion wird normalerweise bei mäßig erhöhten Temperaturen unter 500ºF (260ºC), vorzugsweise 200 bis weniger als 260ºC (400 bis 500ºF) und vorzugsweise bei erhöhtem Druck, üblicherweise 50 bis 1000 psig (440 bis 7000 kPa) und vorzugsweise von 400 bis 1000 psig (2460 bis 7000 kPa abs.) durchgeführt. Es hat sich gezeigt, daß die Anwendung dieser Bedingungen zu einem Produkt führt, dessen Charakter vorherrschend paraffinisch ist und das als Düsentreibstoff mit Premiumqualität oder als andere paraffinische Destillate einschließlich Dieselkraftstoff vorteilhaft ist. Folglich liefert die vorliegende Erfindung einen Weg zur Umwandlung paraffinischer Ströme mit geringer Qualität, z.B. Lösungsmittelraffinate oder C&sub5;-C&sub6;- Destillatbenzine, in Destillattreibstoffe mit Premiumqualität.The present invention therefore provides a process for producing a middle distillate fuel product typically boiling in the range of 330 to 645°F (about 165 to 345°C) by disproportionating a light C5 to C8 paraffinic stream in the presence of an acidic solid porous catalyst comprising a medium pore size zeolite, optionally with a hydrogenation component in the form of a metal, e.g. platinum. This reaction is normally carried out at moderately elevated temperatures below 500ºF (260ºC), preferably 200 to less than 260ºC (400 to 500ºF), and preferably at elevated pressure, usually 50 to 1000 psig (440 to 7000 kPa) and preferably from 400 to 1000 psig (2460 to 7000 kPa abs.). It has been found that the use of these conditions results in a product which is predominantly paraffinic in character and which is advantageous as a premium quality jet fuel or as other paraffinic distillates including diesel fuel. Accordingly, the present invention provides a way to convert low quality paraffinic streams, e.g. solvent raffinates or C5-C6 distillate gasolines, into premium quality distillate fuels.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren vewendete Beschickung ist ein leichter, und zwar geringsiedender, Strom, dessen Charakter im wesentlichen paraffinisch ist, d.h. er enthält keine signifikanten Aromatenmengen. Ströme dieser Art können typischerweise C&sub5;-C&sub6;-Destillatbenzine, geringsiedende Lösungsmittelraffinate, die aus der Verarbeitung in der Petrochemie erhalten werden, z.B. Raffinate von Lösungsmittelextraktionsverfahren, wie der UDEX-Extraktion oder der Sulfolanextraktion, und andere ähnliche Erdölraffinerieströme umfassen. Das UDEX- und das Sulfolanverfahren sind in Modern Petroleum Technology, Hobson, G.D. (Ed.), Applied Science Publishers Ltd., Barking, 1973, S. 409 - 410, beschrieben, worauf für die Beschreibung dieser Verfahren Bezug genommen wird. Ströme dieser Art können als C&sub5;-C&sub8;- Ströme gekennzeichnet werden, obwohl geringfügige Mengen C&sub9;&spplus;-Paraffine typischerweise in Mengen von nicht mehr als etwa 1 Gew.-% vorhanden sein können. Diese Ströme haben im allgemeinen mindestens 60 Gew.-% im C&sub5;-C&sub7;-Siedebereich und enthalten üblicherweise weniger als 5 Gew.-% Aromaten, typischerweise Benzol und Toluol. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren besteht jedoch darin, daß der Aromatengehalt der Beschickung während der Verarbeitung signifikant reduziert wird, so daß das Endprodukt einen nahezu vollständig paraffinischen Charakter hat, wodurch es als Düsentreibstoff oder Dieselkraftstoff sehr geeignet ist.The feed used in the process of the invention is a light, low boiling stream which is essentially paraffinic in character, i.e. it does not contain significant amounts of aromatics. Streams of this type may typically comprise C5-C6 distillate gasolines, low boiling solvent raffinates obtained from petrochemical processing, e.g. raffinates from solvent extraction processes such as UDEX extraction or sulfolane extraction, and other similar petroleum refinery streams. The UDEX and sulfolane processes are described in Modern Petroleum Technology, Hobson, G.D. (Ed.), Applied Science Publishers Ltd., Barking, 1973, pp. 409-410, to which reference is made for the description of these processes. Streams of this type may be characterized as C5-C8 streams, although minor amounts of C9+ paraffins may be present, typically in amounts of no more than about 1 wt.%. These streams generally have at least 60 wt.% in the C5-C7 boiling range and usually contain less than 5 wt.% aromatics, typically benzene and toluene. A particular advantage of the process of the invention, however, is that the aromatics content of the feed is significantly reduced during processing so that the final product has an almost entirely paraffinic character, making it very suitable as a jet fuel or diesel fuel.

Diese Beschickung wird bei Bedingungen von mäßig erhöhter Temperatur und mäßig erhöhtem Druck mit einem Zeolith mit mittlerer Porengröße in Kontakt gebracht. Dieser Zeolithkatalysator kann eine Metall-Hydrierungskomponente wie Platin oder Palladium enthalten, obwohl dies bei diesem Verfahren nicht wesentlich ist. Wenn diese Metallkomponente vorhanden ist, ist sie typischerweise in einer Menge bis zu etwa 1 Gew.-% auf der Basis des Katalysators, üblicherweise von 0,1 bis 0,5 Gew.-% auf der Basis des Katalysators vorhanden. Der Katalysator kann auch ein Bindemittel umfassen, z.B. Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, um die mechanische Festigkeit zu verbessern.This feed is contacted with a medium pore size zeolite under conditions of moderately elevated temperature and pressure. This zeolite catalyst may contain a metal hydrogenation component such as platinum or palladium, although this is not essential in this process. When this metal component is present, it is typically present in an amount up to about 1 wt.% based on the catalyst, usually from 0.1 to 0.5 wt.% based on the catalyst. The catalyst may also comprise a binder, e.g. alumina, silica or silica-alumina, to improve mechanical strength.

Die wesentliche Komponente des Katalysators ist ein Zeolith mit mittlerer Porengröße, z.B. ZSM-5, ZSM-11, ZSN-22, ZSM-23 oder ein anderer Zeolith mit einem Zwangsindex von 1 bis 12. Diese beschriebenen Zeolithe sind bekannte Materialien. Der Zwangsindex kann nach dem in US-Patent Nr. 4 016 218 beschriebenen Verfahren bestimmt werden, wohingegen die Bedeutung des Zwangsindex als Indiz für die Zeolithstruktur in J. Catalysis 67, 218 - 222 (1981) beschrieben ist.The essential component of the catalyst is a zeolite with medium pore size, e.g. ZSM-5, ZSM-11, ZSN-22, ZSM-23 or another zeolite with a constraint index of 1 to 12. These described zeolites are known materials. The constraint index can be determined by the method described in U.S. Patent No. 4,016,218, while the importance of the constraint index as an indication of zeolite structure is described in J. Catalysis 67, 218 - 222 (1981).

Das Verfahren wird wie oben aufgeführt bei Bedingungen von mäßig erhöhter Temperatur und mäßig erhöhtem Druck durchgeführt, wobei Temperaturen von 400 bis weniger als 500ºF (200 bis 260ºC) bevorzugt sind. Ein Druck von mindestens 440 kPa (50 psig) sollte angewendet werden, und ein Druck von 2460 bis 7000 kPa (400 bis 1000 psig) ist bevorzugt. Die Raumgeschwindigkeit wird bei mäßigen Werten gehalten, typischerweise von 0,5 bis 2 WHSV, und außerdem wird der Beschickung kein Wasserstoff zugesetzt. Bei diesen Bedingungen findet ein deutlicher Grad der Paraffindisproportionierung statt, und typischerweise werden C&sub7;-Paraffine zu C&sub4;-C&sub6;-Paraffinen mit geringerem Molekulargewicht disproportioniert, wobei gleichzeitig C&sub8;-C&sub1;&sub0;-Paraffine erzeugt werden. Diese Reaktionsart unterscheidet sich von Reaktionen des Aromatisierungstyps, die mit den obengenannten bekannten Verfahren verbunden sind, die bei relativ hohen Temperaturen und geringem Druck arbeiten. Es erfolgt eine Disproportionierung zu einem Produkt mit höherem Molekulargewicht im Siedebereich des Mitteldestillats, und ein besonderes Merkmal dieses Verfahrens besteht darin, daß das durch diese Disproportionierung erhaltene Produkt eine geringere Menge an Aromaten enthalten kann als die Beschickung. Die Produktgewinnung kann durch geeignete Fraktionierung des Abflußstrom vom Disproportionierverfahren stattfinden.The process is carried out as above under conditions of moderately elevated temperature and pressure, with temperatures of from 400 to less than 500°F (200 to 260°C) being preferred. A pressure of at least 440 kPa (50 psig) should be used, and a pressure of from 2460 to 7000 kPa (400 to 1000 psig) is preferred. The space velocity is maintained at moderate values, typically from 0.5 to 2 WHSV, and in addition, no hydrogen is added to the feed. At these conditions a significant degree of paraffin disproportionation occurs, and typically C7 paraffins are disproportionated to lower molecular weight C4-C6 paraffins, with concomitant production of C8-C10 paraffins. This type of reaction differs from aromatization-type reactions associated with the above-mentioned known processes, which operate at relatively high temperatures and low pressure. Disproportionation to a product with a higher molecular weight occurs in the boiling range of the middle distillate, and a special feature of this process is that the product obtained by this disproportionation can contain a smaller amount of aromatics than the feed. Product recovery can take place by suitable fractionation of the effluent stream from the disproportionation process.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Produkten im Destillatbereich durch Disproportionierung eines C&sub5;-C&sub8;-paraffinischen Beschickungsstroms, der unterhalb des Siedebereichs von Destillat siedet, in Gegenwart eines sauren, festen, porösen Katalysators, der einen Zeolith mit einem Zwangsindex von 1 - 12 umfaßt, bei einer Temperatur von weniger als 260ºC (500ºF) und Gewinnung eines paraffinischen Produktes im Destillatbereich.1. A process for producing distillate range products by disproportionating a C5-C8 paraffinic feed stream boiling below the distillate boiling range in the presence of an acidic solid porous catalyst comprising a zeolite having a constraint index of 1-12 at a temperature of less than 260°C (500°F) and recovering a distillate range paraffinic product. 2. Verfahren nach Anspruch 1, das bei einem Druck von 440 bis 7000 kPa (50 bis 1000 psig) durchgeführt wird.2. The process of claim 1 which is conducted at a pressure of 440 to 7000 kPa (50 to 1000 psig). 3. Verfahren nach Anspruch 1, das bei einem Druck von 2460 bis 7000 kPa (400 bis 1000 psig) durchgeführt wird.3. The process of claim 1 which is conducted at a pressure of 2460 to 7000 kPa (400 to 1000 psig). 4. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Katalysator eine Hydrierungskomponente in Form von Platin oder Palladium umfaßt.4. A process according to claim 1, wherein the catalyst comprises a hydrogenation component in the form of platinum or palladium. 5. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Zeolith ZSM-5 ist.5. The process of claim 1 wherein the zeolite is ZSM-5. 6. Verfahren nach Anspruch 1, das bei einer Temperatur von 200 bis 260ºC (400 bis 500ºF) durchgeführt wird.6. The process of claim 1 which is conducted at a temperature of 200 to 260ºC (400 to 500ºF).
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