DE69107448T2

DE69107448T2 - Integriertes Verfahren mit zwei Reaktionszonen zur Isomerisierung von C4, C5 und C6 Kohlenwasserstoffen.

Info

Publication number: DE69107448T2
Application number: DE69107448T
Authority: DE
Inventors: Brian H Johnson
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1991-06-24
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2011-06-25
Also published as: DE69107448D1; EP0520100A1; US5082989A; ES2067867T3; EP0520100B1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft allgemein die Isomerisierung von Kohlenwasserstoffen. Spezieller betrifft die Erfindung die Isomerisierung von zyklischen C&sub4;-, C&sub5;- und C&sub6;-Kohlenwasserstoffen unter Verwendung eines festen Katalysators.

Hintergrund der Erfindung

Benzin mit hoher Oktanzahl ist für moderne Benzinmotoren erforderlich. Früher war es üblich, eine Oktanzahlverbesserung durch die Verwendung verschiedener bleihaltiger Zusätze zu erreichen. Da aus Umweltgründen Blei aus Benzin verbannt wird, wurde es zunehmend erforderlich, die Struktur der in Benzingemischen verwendeten Kohlenwasserstoffe umzulagern, um hohe Oktanzahl zu erreichen. Katalytisches Reformieren und katalytisches Isomerisieren sind zwei weit verbreitete Verfahren für diese Verbesserung.
Eine Benzingemischansammlung enthielt normalerweise C&sub4;- und schwerere Kohlenwasserstoffe mit Siedepunkten von weniger als 205 ºC (400 ºF) bei Atmosphärendruck. Dieser Kohlenwasserstoffbereich schließt C&sub4;-C&sub6;-Paraffine ein und insbesondere die C&sub5;- und C&sub6;- Normalparaffine, die relativ niedrige Oktanzahlen haben. Die C&sub4;-C&sub6;-Kohlenwasserstoffe sind am empfänglichsten für Oktanzahlverbesserung durch Bleizusatz und wurden bisher auf diese Weise verbessert. Eine Oktanzahlverbesserung kann auch durch Verwendung von Isomerisierung, um die Struktur der Paraffinkohlenwasserstoffe in verzweigtkettige Paraffine umzulagern, oder durch Reformieren, um die C&sub6;- und schwereren Kohlenwasserstoffe in aromatische Verbindungen umzuwandeln, erhalten werden. C&sub5;-Normalkohlenwasserstoffe werden nicht leicht in Aromaten umgewandelt. Daher war es die übliche Praxis, diese leichteren Kohlenwasserstoffe zu entsprechenden verzweigtkettigen Isoparaffinen zu isomerisieren. Obwohl die C&sub6;- und schwereren Kohlenwasserstoffe durch Hydrozyklisierung zu Aromaten aufgebessert werden können, erzeugt die Umwandlung von C&sub6;-Kohlenwasserstoffen zu Aromaten Materialien höherer Dichte und erhöht die Gasausbeuten, wobei beide Effekte zu einer Verminderung der Flüssigvolumenausbeuten führen. Daher ist es eine übliche Praxis, die C&sub6;-Paraffine einer Isomerisierungsanlage zuzuführen, um C&sub6;-Isoparaffinkohlenwasserstoffe zu erhalten. Folglich verwendet eine Oktanzahlverbesserung gewöhnlich eine Isomerisierung, um C&sub6;- und leichter siedende Kohlenwasserstoffe umzuwandeln, sowie ein Reformieren, um C&sub7;- und höher siedende Kohlenwasserstoffe umzuwandeln.
Die Isomerisierung von Paraffinen ist eine reversible Reaktion erster Ordnung. Die Reaktion ist durch thermodynamisches Gleichgewicht beschränkt. Es wurde allgemein gefunden, daß niedrigere Temperaturen das Gleichgewicht von C&sub5;- und C&sub6;-Kohlenwasserstoffen zu höheren Verhältnissen von Isoparaffin zu Normalparaffin wechseln. Diese Temperaturen liegen typischerweise im Bereich von 105 bis 180 ºC (200 bis 355 ºF). Beim Isomerisieren von Butan erfordert dessen hitzebeständige Natur etwas höhere Temperaturen gewöhnlich höher als 170 ºC (340 ºF), um hohe Gleichgewichtsverhältnisse von Isobutan zu Butan zu erhalten.
Eine Anzahl von Katalysatorsystemen wurde bei der Durchführung von Isomerisierungsreaktionen verwendet. Traditionelle Katalysatorsysteme sind ein mit Chlorwasserstoffsäure gefördertes Aluminiumchloridsystem und ein Aluminiumchlorid-Trägerkatalysator. Jüngst fanden auch Zeolithkatalysatoren, insbesondere Mordenit erhöhte Verwendung infolge ihrer verminderten Empfindlichkeit gegenüber Schwefel und Wasser. Ein Platingruppenmetall wird gewöhnlich in beide Katalysatoren eingearbeitet. Alle diese Katalysatorsysteme sind sehr reaktiv und können unerwünschte Nebenreaktionen, wie Disproportionierung und Kracken, erzeugen. Diese Nebenreaktionen vermindern nicht nur die Produktausbeute, sondern können auch olefinische Bruchstücke bilden, die sich mit dem Katalysator vereinigen und dessen Lebensdauer verkürzen. Eine üblicherweise praktizierte Methode zur Steuerung dieser unerwünschten Reaktionen war die, die Reaktion in Gegenwart von Wasserstoff durchzuführen. Hohe Wasserstoffkonzentrationen und Stoffe mit hohem Molekulargewicht neigen jedoch dazu, die Butanisomerisierungsreaktionen zu hemmen. Daher war es schwierig, Butan in Gegenwart von C&sub5;-C&sub6;-Kohlenwasserstoffen zu isomerisieren, ohne Isobutanausbeuten zu opfern oder niedrige Ausbeuten an C&sub4;-C&sub6;-Isoparaffinen zusammen mit unerwünscht hoher Gasbildung und Katalysatorverschmutzung zu erhalten.
Demzufolge werden Butanisomerisiernng und die Isomerisierung von C&sub5;- und C&sub6;-Kohlenwasserstoffen typischerweise in getrennten Reaktionszonen und Verfahren durchgeführt. Die Verwendung getrennter Verfahren erhöht die Anlagen- und Betriebskosten, die mit der Isomerisierung von C&sub4;- bis C&sub6;-Kohlenwasserstoffen verbunden sind.
Die Riordan et al erteilte US-Patentschrift 3 242 228 lehrt einen Isomerisierungskatalysator, der aus einer Aluminiumoxidbasis mit 0,01 bis 10 Gew.-% Platin und 2,5 bis 7,0 Gew.-% Chlor besteht. Der Katalysator wird bei Verahrensbedingungen einschließlich einer stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit (LHSV) von 0,5 bis 2,0 h&supmin;¹, eines Molverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff im Bereich von 0,1 : 1 bis 5,0 : 1 und einer Temperatur von 150 bis 200 ºC (300 bis 390 ºF) für Butanisomerisierung oder einer Temperatur von 120 bis 160 ºC (250 bis 320 ºF) für C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierung verwendet.
Die US-Patentschrift 3 789 082 ist auf ein Verfahren zur Durchführung einer Niedertemperaturisomerisierung unter Verwendung eines chlorierten Platin-Aluminiumoxidkatalysators gerichtet. Das Verfahren arbeitet in Gegenwart eines Chlorwasserstoffsäurepromotors in einer Menge bis zu 0,1 bis 5 Gew.-% des Beschickungsmaterials und bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 200 ºC (210 bis 390 ºF) für die Isomerisierung von Beschickungsmaterialien, die C&sub4;- und/oder C&sub5;- und/oder C&sub6;-Fraktionen umfassen.
Die US-Patentschrift 4 113 789 erwähnt die Isomerisierung von C&sub4;-C&sub6;-Kohlenwasserstoffen bei Temperaturen im Bereich von 120 bis 180 ºC (250 bis 355 ºF) und von Butan bei Temperaturen im Bereich von 150 bis 200 ºC (300 bis 390 ºF) in Gegenwart eines chlorierten Platin-Aluminiumoxidkatalysators und bei Verhältnissen von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff im Bereich von 0,1 : 1,0 bis 1 : 1.
Die US-Patentschrift 4 804 803 beschreibt ein Verfahren zur Isomerisierung von C&sub4;-C&sub6;- Paraffinen, das einen sehr aktiven chlorierten Platin-Aluminiumoxidkatalysator verwendet, um das Verfahren mit einem Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwassestoff von 0,05 oder weniger im Auslauf aus der Isomerisierungszone durchzuführen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Diese Erfindung ist ein Verfahren zur Isomerisierung einer C&sub4;-Beschickung und einer C&sub5;-C&sub6;- Beschickung, das die Anlagen- und Betriebskosten vermindert, indem es ein Verfahrensfließschema benutzt, das vorteilhafte Wärmeintegration liefert und die Verwendung einer gemeinsamen Gewinnungszone erleichtert, während es eine große Variationsbreite in dem relativen Verhältnis der C&sub4;- zur C&sub5;-C&sub6;-Beschickung gestattet. Die Isomerisierung der C&sub4;-Beschickung findet in einer getrennten Reaktionszone statt, die bei einer höheren Temperatur als die Stufe der C&sub5;- und C&sub6;-Kohlenwasserstoffisomerisierung verläuft. Der Auslauf aus der C&sub4;-Isomerisierungszone wird gegen die C&sub5;-C&sub6;-Beschickung vor einer zusätzlichen Isomerisierungszone, die die C&sub5;-C&sub6;-Kohlenwasserstoffe umwandelt, und wenn C&sub4;-Normalkohlenwasserstoffe vorliegen, mit höher verzweigten Kohlenwasserstoffen wärmeausgetauscht oder vermischt. Ausläufe aus beiden Isomerisierungszonen treten in einen gemeinsamen Trennabschnitt ein, der leichte Gase von dem Isomerisatprodukt entfernt.
Demnach ist nach einer Ausführungsform diese Erfindung ein Verfahren zur Isomerisierung einer ersten Beschickung, die Normalbutan umfaßt, und einer zweiten Beschickung, die C&sub5;- und C&sub6;-Paraffinkohlenwasserstoffe umfaßt. Das Verfahren vereinigt die erste Beschickung mit einem ersten Wasserstoffstrom, um einen ersten vereinigten Beschickungsstrom zu erzeugen, der Wasserstoff und Normalbutan umfaßt. Der erste vereinigte Beschickungsstrom wird zu einer ersten Isomerisierungszone geführt und bei Butanisomerisierungsbedingungen einschließlich einer höheren Temperatur als jener, die in der zweiten Isomerisierungsstufe verwendet wird, mit einem Isomerisierungskatalysator in Berührung gebracht. Ein erster Isomerisierungszonenauslauf, der Isobutan und Wasserstoff umfaßt, wird aus der ersten Isomerisierungszone abgezogen. Der Auslauf der ersten Isomerisierungszone tritt wenigstens indirekt mit der zweiten Beschickung in Berührung und erwärmt dabei die zweite Beschickung, und ein zweiter Wasserstoffstrom wird hiermit vermischt, um einen zweiten vereinigten Beschickungsstrom zu erzeugen. Der zweite vereinigte Beschickungsstrom geht zu einer zweiten Isomerisierungszone und tritt mit einem Isomerisierungskatalysator bei Bedingungen einschließlich einer Temperatur geringer als jener, die in der ersten Stufe benutzt wird, für die Isomerisierung von C&sub5;- und C&sub6;-Kohlenwasserstoffen in Berührung. Ein zweiter Isomerisatauslauf wird aus der zweiten Isomerisierungszone abgezogen und zusammen mit dem ersten Auslauf zu einer gemeinsamen Trennzone geführt. Ein leichter wasserstoffhaltiger Gasstrom und wenigstens ein verzweigtkettige Kohlenwasserstoffe umfassender Produktstrom werden von der Trennzone abgezogen.
In einer stärker beschränkten Ausführungsform umfaßt diese Erfindung ein Verfahren zur Isomerisierung einer ersten Normalbutan umfassenden Beschickung und einer zweiten C&sub5;- und C&sub6;-Paraffinkohlenwasserstoffe umfassenden Beschickung. Das Verfahren enthält die Stufen, in denen man die erste Beschickung mit einem ersten Wasserstoffstrom vereinigt, um einen ersten vereinigten Beschickungsstrom zu erzeugen, der Wasserstoff und Normalbutan umfaßt, den ersten vereinigten Beschickungsstrom zu einer ersten Isomerisierungszone führt und den ersten vereinigten Beschickungsstrom bei Butanisomerisierungsbedingungen einschließlich einer höheren Temperatur als jener, die in der zweiten Isomerisierungszone verwendet wird, mit einem Isomerisierungskatalysator in Kontakt bringt, der Aluminumoxid, 0,01 bis 0,25 Gew.-% Platin und 2 bis 10 Gew.-% einer Chloridkomponente umfaßt, und den Auslauf der ersten Isomerisierungszone, der Isobutan und Wasserstoff umfaßt, abzieht, wenigstens einen Teil des Auslaufs der ersten Isomerisierungszone mit der zweiten Beschickung vermischt, um diese zu erwärmen und einen zweiten vereinigten wasserstoffhaltigen Beschickungsstrom zu erzeugen, und eine Wasserstoffkonzentration in dem zweiten vereinigten Beschickungsstrom derart aufrechterhält, daß ein Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in einem zweiten Auslaufstrom aus einer zweiten Isomerisiernngszone erzeugt wird, der geringer als 0,1 ist, den zweiten vereinigten Beschickungsstrom zu der zweiten Isomerisierungszone führt und den zweiten vereinigten Beschickungsstrom mit einem Isomerisierungskatalysator, der Aluminiumoxid, 0,01 bis 0,25 Gew.-% Platin und 2 bis 10 Gew.-% einer Chloridkomponente umfaßt bei Bedingungen für die Isomerisierung von C&sub5;- und C&sub6;-Kohlenwasserstoffen in Berührung bringt, wobei die Bedingungen eine Temperatur einschließen, die geringer als die Temperatur in der ersten Isomerisierungszone ist, und einen zweiten Isomerisierungszonenauslauf mit diesem Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff geringer als 0,1 aus der zweiten Isomerisierungszone abzieht, den ersten und zweiten Auslaufstrom zu einer Trennzone führt, einen ersten leichten Gasstrom, der im wesentlichen den gesamten in die Trennzone eintretenden Wasserstoff enthält, aus der Trennzone abzieht und den leichten Gasstrom aus dem Verfahren entfernt und wenigstens einen Produktstrom, der verzweigtkettige Kohlenwasserstoffe umfaßt, aus der Trennzone abzieht.
Weitere Einzelheiten, Ziele und Ausführungsformen dieser Erfindung sind in der folgenden detaillierten Beschreibung dieser Erfindung offenbart.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Isomerisierungsverfahrens gemäß dieser Erfindung und zeigt einen indirekten Kontakt des ersten Auslaufes mit der zweiten Beschickung und die Rückführung von Wasserstoff aus dem Trennabschnitt.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Isomerisierungszone gemäß dieser Erfindung und zeigt das direkte Vermischen des ersten Auslaufes mit der zweiten Beschickung und das Vermischen eines Teils des Wasserstoffstromes mit der zweiten Beschickung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Diese Erfindung vereinfacht die gleichzeitige Isomerisierung von C&sub4;- und C&sub5;-C&sub6;-Beschikkungen. Sie bietet wesentliche Kosten- und Betriebsvorteile für neu gestaltete Anlagen und ist bei der Erneuerung existierender Isomerisierungsanlagen vorteilhaft, entweder um Butanisomerisierungsmöglichkeiten hinzuzufügen oder zu verbessern. Beispielsweise kann die Butanisomerisierbarkeit in eine bestehende C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungsanlage eingefügt werden, indem man wenige Teile von größerem Zubehör wie einen Butantrockner, einen Beschickungsaustauscher und einen Reaktor, zusetzt. Außerdem kann diese Erfindung in eine neue oder bestehende Isomerisierungsanlage in einer Vielzahl von Anordnungen eingearbeitet werden.
Fig. 1 liefert ein vereinfachtes Fließschema einer Anordnung für das Verfahren dieser Erfindung. Um ein Verständnis dieser Erfindung zu erleichtern, wurden zusätzliche Ausrüstungen, wie Ventile, Pumpen und Instrumente, aus Fig. 1 weggelassen.
Wie Fig. 1 zeigt, verwendet das Verfahren dieser Erfindung eine C&sub4;-Isomerisierungszone 10, eine C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone 12 und eine gemeinsame Trennanlage 14. Dieses Verfahren benutzt zwei Beschickungsströme, eine erste Beschickung, die in eine für C&sub4;-Isomerisierung arbeitende Isomerisierungszone eintritt, und eine zweite Beschickung, die in eine Isomerisierungszone eintritt, die für C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierung arbeitet. Die erste Beschickung und die zweite Beschickung treten über Leitungen 16 bzw. 18 in das Verfahren ein, während ein Strom von Ergänzungswasserstoff durch Leitung 20 in das Verfahren eintritt. Beide Beschikkungen und der Ergänzungswasserstoff gehen jeweils durch einen Trockner 17, 19 und 21, bevor sie in die Isomerisierungszonen eintreten. Die Trockner enthalten vorzugsweise ein Adsorbensmaterial mit einem Molekularsieb vom Typ 4A, das für Wasserstoff und C&sub5;-C&sub6;- Beschickung besonders bevorzugt ist, und rnit einem Molekularsieb vom Typ 13X, das für die C&sub4;-Beschickung besonders bevorzugt ist. Es kann jedoch jede Art von Trockner für die Beschickungsmaterialien und Wasserstoff verwendet werden, die die nachfolgend diskutierten Beschränkungen für Feuchtigkeit haben.
Die von der Leitung 16 getragene Beschickung wird mit Ergänzungswasserstoff aus Leitung 20 vermischt, um einen ersten vereinigten Beschickungsstrom zu bilden. Leitung 22 trägt den ersten vereinigten Beschickungsstrom durch einen Austauscher 24, um die ankommende Beschickung mit dem Auslauf aus der Isomerisierungszone 10, der von der Leitung 29 getragen wird, zu erwärmen. Das Enderhitzen des vereinigten Beschickungsstromes findet in einem Chargenerhitzer 26 statt, der den Beschickungsstrom gegen Mitteldruck-Wasserdampf austauscht. Nach dem Enderhitzen tritt der vereinigte Beschickungsstrom in einen einzelnen Reaktor 28 ein, der eine nachfolgend beschriebene bevorzugte Katalysatorzusammensetzung enthält. Der Auslauf aus dem Reaktor 28, der einen C&sub4;-Isomerisatproduktstrom umfaßt, wird von dem Reaktor 28 durch Leitung 29 entnommen, in einem Chargenerhitzer 30 und Austauscher 24 gekühlt, bevor er in den Trennabschnitt 14 eintritt.
Nach dem Durchgang durch den Trocker 19 trägt die Leitung 18 die zweite Beschickung im Gemisch mit einem Strom von rückgeführtem Wasserstoff, der durch die Leitung 32 befördert wird, um einen zweiten, durch Lekung 34 transportierten vereinigten Beschickungsstrom zu bilden. Leitung 34 führt den zweiten vereinigten Beschickungsstrom durch eine Reihe von Austauschern 36, 38 und einen Chargenerhitzer 30. Die Isomerisierungszone 12 enthält einen ersten Reaktor 40 und einen zweiten Reaktor 42. Beide Reaktoren 40 und 42 enthalten eine bevorzugte Katalysatorzusammensetzung, wie nachfolgend beschrieben. Aus dem Chargenerhitzer 30 führt die Leitung 34 den zweiten vereinigten Beschickungsstrom zu dem Reaktor 40. Der Reaktor 40 bringt den Beschickungsstrom mit dem darin enthaltenen Katalysator in Berührung, um ein Zwischenisomerisatprodukt zu erzeugen, das primär aus Isopentanen und Isohexanen besteht. Die Leitung 44 befördert das Isomerisatprodukt durch den Austauscher 38 und in den Reaktor 42. Berührung mit dem Katalysator im Reaktor 42 isomerisiert den Zwischenisomerisatproduktstrom unter Erzeugung eines C&sub5;-C&sub6;-Isomerisatproduktes weiter. Das C&sub5;-C&sub6;-Isomerisatprodukt wird aus dem Reaktor 42 über eine Leitung 46 abgezogen, die das C&sub5;-C&sub6;-Isomerisatprcdukt durch den Austauscher 36 und im Gemisch mit dem C&sub4;-Isomerisatprodukt, das von der Leitung 29 befördert wird, leitet, um ein einzelnes Isomerisatprodukt aus den beiden Beschickungen, die zunächst in das Verfahren eintreten, zu erzeugen.
Die Beschickungen, die bei dieser Erfindung verwendet werden können, schließen Kohlenwasserstofffraktionen, die reich an C&sub4;-Normalparaffinen sind, und Kohlenwasserstofffraktionen, die reich an C&sub5;-C&sub6;-Normalparaffinen sind, ein. Der Begriff "reich" ist so definiert, daß er einen Strom mit mehr als 50 % der erwähnten Komponente bedeutet. Ein geeigneter Beschikkungsstrom für die C&sub4;-Isomerisierungszone wird wenigstens 40 mol-% Normalbutan haben, wobei der Rest wenigstens 25 % Isobutan umfaßt. Bevorzugte Beschickungen sind im wesentlichen reine Normalparaffinströme mit über 60 mol-% Normalbutan. Geeignete C&sub4;- Beschickungsströme sind aus verschiedenen Quellen in einer Raffinerie oder als Feldbutanströme verfügbar.
Der Beschickungsstrom für die C&sub5;-C&sub6;-Isomerisiernngszone wird große Mengen an Normalparaffinen und verweigten Monomethylpariffinen enthalten. Ein bevorzugtes Beschickungsmaterial besteht aus im wesentlichen reinen Normalkohlenwasserstoffen ungefähr gleicher Mengenverhältnisse von C&sub5;- und C&sub6;-Paraffinen. Andere brauchbare Beschickungsmaterialien schließen leichtes Naturbenzin, leichtes Straight-run-Naphtha, Gasölkondensat, leichte Raffinate, leichtes Reformat, leichte Kohlenwasserstoffe und Straight-run-Destillate mit Destillationsendpunkten von etwa 77 ºC (170 ºF) und mit einem Gehalt von wesentlichen Mengen an C&sub5;- und C&sub6;-Paraffinen ein. Der Beschickungsstrom kann auch niedrige Konzentrationen an ungesättigten Kohlenwasserstoffen und an Kohlenwasserstoffen mit mehr als 6 Kohlenstoffatomen enthalten. Die Konzentration dieser Materialien sollte auf 10 Gew.-% für ungesättigte Verbindungen und 20 Gew.-% für schwerere Kohlenwasserstoffe beschränkt werden, um den Wasserstoffverbrauch und Krackreaktionen zu beschänken. Die Beschikkung kann auch wesentliche Mengen an Naphthenkohlenwasserstoffen enthalten. Die Konzentration dieser Komponenten sollte normalerweise 35 mol-% nicht übersteigen.
Wasserstoff wird mit jeder Beschickung in einer Menge vermischt, die ein Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff gleich oder geringer als 1,0 am Einlaß der Isomerisierungszone liefert. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff von 1 oder weniger ergibt, wie gefunden wurde, genügend überschüssigen Wasserstoff für einen Betrieb der Isomerisierungszonen. Obwohl kein Nettowasserstoff in den Isomerisierungsreaktionen verbraucht wird, haben die Isomerisierungszonen gewöhnlich einen Nettowassertoffverbrauch, der oft als das stöchiometrische Wasserstofferfordernis bezeichnet wird, welches mit einer Anzahl von auftretenden Nebenreaktionen verbunden ist. Diese Nebenreaktionen schließen Kracken und Disproportionierung ein. Andere Reaktionen, die auch Wasserstoff verbrauchen, schließen Olefin- und Aromatensättigung ein. Hohe Wasserstoffkonzentrationen neigen dazu, die Isomerisierung von Butanen durch Reduzierung des Partialdruckes von Butan in der Dampfphase und damit Reduzierung der Reaktionsgeschwindigkeit zu hemmen, und daher sollten hohe Verhältnisse von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff in der C&sub4;-Isomerisierungszone vermieden werden. Im allgemeinen liegt ein bevorzugtes Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff zwischen 0,05 und 0,5.
Wasserstoff kann dem Beschickungsgemisch in irgendeiner Weise zugesetzt werden, die die erforderliche Steuerung für die Zugabe kleiner Wasserstoffmengen liefert. Zumeß- und Überwachungseinrichtungen für diesen Zweck sind dem Fachmann bekannt. Wie derzeit praktiziert, wird ein Steuerventil benutzt, um die Zugabe von Wasserstoff zu dem Beschikkungsgemisch zuzumessen. Die Wasserstoffkonzentration in einem oder beiden der Auslaufströme oder einer der Auslaufstromfraktionen kann durch ein Wasserstoffüberwachungsgerät und die Steuerventilpositionen überwacht werden, die so eingestellt werden, daß die erwünschte Wasserstoffkonzentration aufrechterhalten wird.
Das Beschickungsgemisch von Wasserstoff und Kohlenwasserstoff, das in jede Isomerisierungszone eintritt, wird in wenigstens einer Reaktionszone mit einem Isomerisierungskatalysator in Berührung gebracht. Diese Erfindung kann unter Verwendung verschiedener Katalysatorzusammensetzungen praktiziert werden und ist nicht auf einen speziellen Katalysator oder eine spezielle Katalysatorkombination für irgendeine Isomerisierungszone beschränkt. Ein bevorzugter Isomerisierungskatalysator besteht aus einem Katalysator mit hohem Chloridgehalt auf einem Aluminiumoxidträger, der Platin enthält. In diesem Fall ist das Aluminiumoxid vorzugsweise ein wasserfreies gamma-Aluminiumoxid mit einem hohen Reinheitsgrad. Der Katalysator kann auch andere Platingrupperimetalle enthalten. Der Begriff "Platingruppenmetalle" bezeichnet Edelmetalle ausschließlich Silber und Gold, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Platin, Palladium, Germanium, Ruthenium, Rhodium, Osmium und Iridium besteht. Diese Metalle demonstrieren Unterschiede in der Aktivität und Selektivität, so daß nun gefunden wurde, daß Platin für dieses Verfahren am geeignetsten ist. Der Katalysator wird typischerweise etwa 0,1 bis 0,25 Gew.-% des Platins enthalten. Andere Platingruppenmetalle können in einer Konzentration von 0,1 bis 0,25 Gew.-% vorhanden sein. Die Platinkomponente kann in der fertigen katalytischen Zusammensetzung als ein Oxid oder Halogenid oder ein elementares Metall vorliegen. Das Vorhandensein der Platinkomponente in ihrem reduzierten Zustand erwies sich als für dieses Verfahren am geeignetsten.
Der bevorzugte Katalysator enthält auch eine Chloridkomponente. Die in der Technik als "gebundenes Chlorid" bezeichnete Chloridkomponente ist in einer Menge von etwa 2 bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das trockene Trägermaterial, vorhanden. Die Verwendung von Chlorid in größeren Menge als 4 Gew.-% erwies sich als am günstigsten für dieses Verfahren.
Es gibt verschiedene Wege zur Herstellung der bevorzugten katalytischen Zusammensetzung und zur Einarbeitung des Platinmetalls und des Chlorids darin. Das Verfahren, das die besten Ergebnisse bei dieser Erfindung zeigte, stellte den Katalysator durch Imprägnieren des Trägermaterials durch Berührung mit einer wäßrigen Lösung einer wasserlöslichen zersetzlichen Verbindung des Platingruppenmetalles her. Für die besten Ergebnisse wird die Imprägnierung durch Eintauchen des Trägermaterials in eine Lösung von Chlorplatinsäure durchgeführt. Zusätzliche Lösungen, die verwendet werden können, schließen Ammoniumchlorplatinat, Bromplatinsäure oder Platindichlorid ein. Die Verwendung der Platinchloridverbindung dient zu einer Doppelfunktion einer Einarbeitung der Platinkomponente und wenigstens einer kleineren Menge des Chlorids in den Katalysator. Zusätzliche Mengen des Chlorids müssen in den Katalysator durch Zugabe oder Bildung von Aluminiumchlorid zu oder auf der Platin-Aluminium-Katalysatorbasis eingearbeitet werden. Eine andere Methode zur Erhöhung der Halogenkonzentration in der fertigen Katalysatorzusammensetzung ist die, ein Aluminiumhydrosol zu verwenden, um das Aluminiumträgermaterial zu bilden, so daß das Tägermaterial auch wenigstens einen Teil des Halogens enthält. Halogen kann auch zu dem Trägermaterial durch Behandlung des calcinierten Trägermaterials mit einer wäßrigen Lösung der Halogensäure, wie Chlorwasserstoffsäure, Fluorwasserstoffsäure oder Bromwasserstoffsäure, zugesetzt werden.
Es ist allgemein bekannt, daß hochchlorierte Platin-Aluminiumoxidkatalysatoren dieses Typs äußerst empfindlich gegenüber Schwefel und sauerstoffhaltigen Verbindungen sind. Daher müssen die Beschickungsmaterialien und Ergänzungswasserstoff, die in das Verfahren eintreten, relativ frei von solchen Verbindungen sein, wenn der bevorzugte Katalysator verwendet wird. Eine Schwefelkonzentration nicht größer als 0,5 ppm ist allgemein erforderlich. Das Vorhandensein von Schwefel in dem Beschickungsmaterial dient dazu, den Katalysator durch Platinvergiftung zeitweilig zu deaktivieren. Die Aktivität des Katalysators kann durch Ausstreifen des Schwefels aus der Katalysatorzusammensetzung mit heißem Wasserstoff oder durch Senkung der Schwefelkonzentration in der ankommenden Beschickung auf unterhalb 0,5 ppm, so daß der Kohlenwasserstoff den Schwefel desorbiert, der auf dem Katalysator adsorbiert wurde, wieder herge< telk werden. Wasser kann so wirken, daß es den Katalysator permanent deaktiviert, indem es hochaktives Chlorid von dem Katalysator entfernt und es durch inaktives Aluminiumhydroxid ersetzt. Daher können Wasser sowie Oxygenate, insbesondere C&sub1;-C&sub5;-Oxygenate, die sich unter Bildung von Wasser zersetzen können, nur in sehr geringen Konzentrationen toleriert werden. Im allgemeinen erfordert dies eine Beschränkung von Oxygenaten in der Beschickung auf etwa 0,1 ppm oder weniger. Das Beschickungsmaterial und der Wasserstoffstrom können nach irgendeiner Methode behandelt werden, die Wasser und Schwefelverbindungen entfernt. Schwefel kann aus dem Beschickungsstrom durch Wasserstoffbehandlung entfernt werden. Verschiedene handelsübliche Trocknungsmittel sind verfügbar, um Wasser aus den Eleschickungskomponenten zu entfernen. Adsorptionsverfahren für die Entfernung von Schwefel und Wasser aus Kohlenwasserstoffströmen sind den Fachmann auch wohlbekannt.
Das Arbeiten der Isomerisierungszonen mit dem bevorzugten Katalysator erfordert auch die Anwesenheit einer kleinen Menge eines organischen Chloridpromotors. Der organische Chloridpromotor dient dazu, einen hohen Gehalt an aktivem Chlorid auf dem Katalysator aufrechtzuerhalten, da geringe Mengen kontinuierlich durch die Kohlenwasserstoffbeschickung aus dem Katalysator extrahiert werden. Die Promotorkonzentration in der Reaktionszone wird auf 30 bis 300 ppm gehalten. Die bevorzugte Promotorverbindung ist Tetrachlorkohlenstoff. Andere geeignete Promotorverbindungen schließen sauerstofffreie zersetzliche organische Chloride, wie Propyldichlorid, Butylchlorid, Methylenchlorid und Chloroform, ein, um nur einige wenige solche Verbindungen zu nennen. Die Notwendigkeit, die Reaktionspartner trocken zu halten, wird durch die Anwesenheit der organischen Chloridverbindung verstärkt, die sich teilweise in Chlorwasserstoffsäure umwandeln kann. Solange die Verfahrensströme trocken gehalten werden, gibt es keine nachteilige Wirkung aufgrund der Anwesenheit kleiner Mengen von Chlorwasserstoffsäure.
Die Betriebsbedingungen in den Isomerisierungszonen werden so ausgewählt, daß sie eine gute Selektivität des betreffenden Isoalkanproduktes aus den Beschickungskomponenten liefern. Der Kern des Betriebs der C&sub4;-Isomensierungszone ist der Durchgang des C&sub4;-Beschikkungsmaterials durch einen Reaktor bei butanisomerisierungsfördernden Bedingungen einschließlich der Anwesenheit eines sauren Isomerisierungskatalysators. Dies ist normalerweise ein Arbeiten bei relativ niedrigem Druck, das bei einem Überdruck von etwa 700 bis 4000 kPa und bei einer erhöhten Temperatur durchgeführt wird, wie durch die Aktivität des Katalysators erforderlich ist. Die mittlere Reaktionspartnertemperatur kann so hoch wie 500 ºC sein, doch liegt sie vorzugsweise zwischen 100 und 320 ºC. Es ist bevorzugt, daß das C&sub4;-Beschickungsmaterial vertikal durch eine oder mehrere ortsfeste Katalysatorbetten, die in dem Reaktor angeordnet sind, mit einer stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit zwischen 2,0 und 100 h&supmin;¹ geht, doch können gegebenenfalls auch Raumgeschwindigkeiten im breiten Bereich von 0,5 bis 12,0 h&supmin;¹ verwendet wercen.
Die C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone arbeitet bei Bedingungen, die die Isomerisierung von C&sub5;- und C&sub6;-Kohlenwasserstoffen maximieren. So werden Temperaturen in der Reaktionszone im Bereich von etwa 90 bis 225 ºC (194 bis 435 ºF) liegen. Niedrigere Reaktionstemperaturen in diesem Bereich begünstigen Gleichgewichtsgemische von C&sub5;- und C&sub6;-Isoalkanen genüber Normalpentan und -hexan. Höhere Temperaturen in dem Bereich von 200 bis 225 ºC (390 bis 435 ºF) sind jedoch bevorzugt, wenn große Mengen von Normalbutanen in der vereinigten Beschickung zu der C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone geschickt werden. Die höheren Temperaturen bieten eine signifikante Steigerung der Isobutanproduktion mit nur minimaler Abnahme im Verhältnis von C&sub5;- und C&sub6;-Isoalkanen zu Pentan und Hexan. Natürlich wird die geeignetste Temperatur von der Zusammensetzung der Beschickung abhängen. Für Beschickungen mit wenig isomerisierbaren C&sub4;-Kohlenwasserstoffen können Temperaturen zwischen 120 und 205 ºC (248 bis 400 ºF) am vorteilhaftesten sein. Die C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone kann auch über einen weiten Bereich von Drücken aufrechterhaken werden. Druckbedingungen in der Isomerisierung von C&sub5;-C&sub6;-Paraffinen liegen im Bemich von 700 bis 7000 kPa Überdruck. Bevorzugte Überdrücke für diese Isomerisierung liegen im Bereich von 2000 bis 3000 kPa. Die Beschikkungsgeschwindigkeit zu dieser Reaktionszone kann auch über einen weiten Bereich variieren und schließt stündliche Flüssigkeitsraumgeschwindigkeiten im Bereich von 0,5 bis 10 h&supmin;¹ ein, doch sind Raumgeschwindigkeiten zwischen 0,5 und 4 h&supmin;¹ bevorzugt.
Die C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone wird gewöhnlich mehrere Stufen enthalten. Eine typische C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone hat ein System mit zwei Reaktoren, das einen Reaktor der ersten Stufe und einen Reaktor der zweiten Stufe umfaßt. Der in einem System mit mehreren Reaktionsstufen verwendete Katalysator wird gewöhnlich gleich zwischen den verschiedenen Reaktionsstufen verteilt. Es ist nicht erforderlich, daß jede Reaktionszone in zwei oder mehr Reaktoren durchgeführt wird, doch erbringt die Verwendung von wenigstens zwei Reaktoren mehrere Vorteile für das Verfahren. Die Verwendung von zwei Reaktoren und (nicht gezeigter) spezialisierter Ventilschaltung erlaubt einen Teilersatz des Katalysators in dem System, ohne die betreffende Isomerisierungszone aus dem Strom zu nehmen. Für die kurzen Zeitperioden, während welchen ein Austausch von Katalysator erforderlich sein kann, kann der gesamte Reaktionspartnerstrom durch nur einen Reaktionsbehäker verarbeitet werden, während Katalysator in dem anderen ersetzt wird. Zwei Reaktoren können auch verwendet werden, um niedrigere Katalysatortemperaturen in einem Teil der C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone aufrechtzuerhalten. Dies erreicht man, indem man irgendeine exotherme Reaktion, wie eine Hydrierung von ungesättigten Verbindungen in einem ersten Reaktionsbehälter stattfinden läßt, wobei der Rest der Reaktion in einer Endreaktorstufe bei niedrigeren Temperaturbedingungen durchgeführt wird. Daher kann der erste Reaktor bei einer etwas höheren Temperatur von etwa 200 bis 225 ºC (390 bis 435 ºF) arbeiten, was die Isomerisierung von Butanen begünstigt, und die niedrigere Temperatur des zweiten Reaktors wird die Verhältnisse von C&sub5;- und C&sub6;-Isoparaffin zu Paraffinen um eine kleine Menge erhöhen, ohne die Isobutanausbeute umzukehren. Wenn zwei Reaktoren auf diese Weise verwendet werden, kann der letzte Reaktor in der C&sub5;- C&sub6;-Isomerisierungszone bei einer Temperatur unterhalb 190 ºC (375 ºF) und gegebenenfalls so niedrig wie 150 ºC (302 ºF) arbeiten.
Ein Arbeiten der C&sub4;-Isomerisierungszone bei einer relativ höheren Temperatur als jener der C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone und das Arbeien des Reaktors 40 bei einer relativ höheren Betriebstemperatur als der des Reaktors 42 erlaubt, daß sich die Verfahrensanordnung dieser Erfindung eine günstige Wärmeintegration zunutze macht. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird die zweite vereinigte Beschickung zunächst zunehmend durch indirekten Wärmetausch mit dem Auslauf aus den Reaktoren 42 und 40 erwärmt. Nach dem anfänglichen Wärmetausch hat das durch Leitung 29 beförderte C&sub4;-Isomerisatprodukt in den meisten Fällen genügend Wärme, um die Temperatur des zweiten vereinigten Beschickungsstromes auf die erwünschte Einlaßtemperatur für den Reaktor 40 anzuheben. Natürlich kann, wenn erforderlich, Wärme aus Leitung 29 durch einen weiteren Wärmetauscher zugeführt werden, wenn eine höhere Einlaßtemperatur für den Reaktor 40 erwünscht ist. Wie nachfolgend beschrieben, kann Wärme aus dem C&sub4;- Isomerisatprodukt zu dem zweiten vereinigten Beschickungsstrom durch indirekten Wärmetausch, direkten Kontakt oder eine Kombination hiervon übertragen werden.
Die Ausläufe aus beiden Isomerisierungszonen werden nach irgendeinem Wärmetausch miteinander vereinigt. Fig. 1 zeigt die durch Leitungen 29 und 46 beförderten Isomerisatprodukte, welche zu einem gemeinsamen Produktstrom 48 vereinigt wurden, welcher zur Gewinnung des Isomerisationsproduktes in die Trenneinrichtungen eintritt. Die Trenneinrichtungen trennen den Reaktionszonenauslauf wenigstens in einen Produktstrom, der C&sub4;- und schwerere Kohlenwasserstoffe umfaßt und einen Gasstrom, der aus leichteren Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff besteht. Geeignete Konstruktionen für Rektifizierungssäulen und Trennbehälter sind dem Fachmann bekannt. Der Trennabschnitt kann auch Einrichtungen zur Gewinnung von Normalalkanen einschließen. Aus den Trenneinrichtungen gewonnene Normalalkane können zu der Isomerisiewngszone zurückgeführt werden, um die Umwandlung von Normalalkanen zu Isoalkanen zu erhöhen. Eine typische Anordnung für die Trenneinrichtungen ist in Fig. 1 gezeigt und enthält einen Kopfkondensor 50, der die vereinigten Isomerisatprodukte kühlt, und eine Produkttrenneinrichtung 52, die den gekühlten Auslauf aus dem Kondensor 50 über Leitung 48 aufnimmt. Die Produkttrenneinrichtung 52 gewinnt Wasserstoff und andere leichte Gase im Rückführstrom 54 und führt unstabilisierte flüssige Produkte zu einer Stabilisatorkolonne 56 über Leitung 58. Wasserstoff aus Leitung 54 wird in einem Rückführkompressor 55 für eine Rückführung zu der C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone über Leitung 32 komprimiert. Die Stabilisatorkolonne 56 arbeftet so, daß sie eine Bodenfraktion 60, die C&sub4;- und schwerere Kohlenwasserstoffe enthält, und eine Kopffraktion 62 von C&sub3;-Kohlenwasserstoffen und leichter siedenden Verbindungen liefert. Vom Boden der Kolonne abgenommene Produkte können mit dem vereinigten Produktstrom im Wärmetauscher 64 gekühlt werden, bevor sie in die Kolonne eintreten. C&sub3;- und leichtere Kohlenwasserstoffe, die vom Kopf der Stabilisatorkolonne 56 abgenommen wurden, können gekühlt und in einen Gasstrom und Rückfluß getrennt werden, welcher zu der Trennsäule zurückgeführt wird.
Wenn der bevorzugte Katalysator verwendet wird, wird gewöhnlich Nettogas aus der Trennsäule in einen Gaswäscherabschnitt 66 eintreten, der das Gas mit einer geeigneten Behandlungslösung zum Neutralisieren und/oder Entfernen saurer Komponenten in Berührung bringt, welche aus der Chloridzugabe zu der Isomerisierungszone stammen können und in dem Gasstrom vorhanden sein können. Typischerweise wird die Behandlungslösung eine Ätzalkalilösung sein, die in eine Schleife um eirien Behandlungsbehälter gepumpt wird. Nach der Behandlung in dem Gaswäscherabschnitt wird das Nettogas aus dem Verfahren über Leitung 63 entfernt und gewöhnlich als Brennstoff verwendet.
In den meisten Isomerisierungsverfahren und, wie in Fig. 1 dargestellt, wird Wasserstoff aus dem Auslauf in einem Produktgewinnungsabschnitt abgetrennt und zu der Isomerisierungszone zurückgeführt. Wenn das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff des Reaktorauslaufes geringer als 0,05 ist, ist es möglich, leichte Endfraktionen von einem Isomerisierungsauslauf ohne die Gewinnung und Rückführung von Wasserstoff zu irgendeiner der Isomerisierungszonen abzutrennen. Wenn die Wasserstoffmenge, die den Produktgewinnungsabschnitt verläßt, zunimmt, werden zusätzliche Mengen an C&sub4;- und anderen Produktkohlenwasserstoffen mit den leichten Endfraktionen abgenommen, die von dem Verfahren abgetrennt werden. Diese Produktkohlenwasserstoffe sind typischerweise in dem Brennstoffgasstrom aus dem Produktgewinnungsabschnitt. Der Wert des verlorenen Produktes oder die zusätzlichen Kosten, die mit den Gewinnungsanlagen verbunden sind, um den Produktverlust zu verhindern, rechtfertigen normalerweise nicht ein Arbeiten des Verfahrens ohne Rückführung bei Auslaufverhältnissen von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff oberhalb 0,05.
Bei einer anderen Ausführungsform dieses Verfahrens, wie durch Fig. 2 erläutert, tritt Isomerisatprodukt aus der C&sub4;-Isomerisierungszone direkt in Berührung mit dem Isomerisatprodukt aus der C&sub5;-C&sub6;-Isomerisiewngszone, und die Trenneinrichtungen arbeiten ohne Wasserstoffrückführung. Die Verfahrensanordnung von Fig. 2 enthält noch Isomerisierungszonen 10 und 12 und auch, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben ist, Trenneinrichtungen. Diese Anordnung vereinfacht die Verfahrensanordnung von Fig. 1 durch Ausschaltung der Produkttrenneinrichtung 52, des Rückführkompressors 55 und des Erhitzers 30, wie in Fig. 1 gezeigt.
Betrachtet man nun Fig. 2, so tritt wiederum C&sub4;-Beschickung in das Verfahren über Leitung 16 ein und wird nach dem Trocknen in dem Trockner 17 mit dem getrockneten Wasserstoffstrom aus Leitung 20 vereinigt. Die mit der C&sub4;-Beschickung vereinigte Wasserstoffmenge kann variieren und wird mindestens gleich der Mindestmenge an Wasserstoff sein, die für den Betrieb der C&sub4;-Isomerisierungszone erforderlich ist, und maximal genügend Wasserstoff sein, um die Wasserstofferfordernisse beider Isomerisierungszonen zu befriedigen. Der erste vereinigte Beschickungsstrom wird über Leitung 22 abgenommen und geht durch die erste Isomerisierungszone in der oben für die Beschreibung von Fig. 1 angegebenen Weise. Der Auslauf aus dem Reaktor 28 wird über Leitung 100 abgenommen und geht durch den Austauscher 24, um die ankommende Beschickung zu erwärmen.
Je nach der Strömungskapazität der Reaktoren in der C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone wird alles oder ein Teil des Isomerisatproduktes aus der C&sub4;-Isomerisierungszone direkt mit dem zweiten vereinigten Beschickungsstrom vermischt, der durch Leitung 34 transportiert wird, um einen gemischten Beschickungsstrom zu bekomrnen, der über Leitung 34' befördert wird. Es ist bevorzugt, das gesamte Isomerisatprodukt aus Leitung 100 direkt mit dem zweiten vereinigten Beschickungsstrom zu vereinigen, da dies erlaubt, den gesamten erforderlichen Wasserstoff für die C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone direkt auf das zweite Beschickungsmaterial zu übertragen und die gesamte verfügbare Wärme in Leitung 100 auszunutzen. Irgendeine Strömungskapazitätsbeschränkung wird aus Raumgeschwindigkeitsbeschränkungen in den Reaktoren der Isomerisierungszone 12 stammen. Wenn die C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone ungenügend Strömungskapazität für den gesamten Auslauf hat, der über Leitung 100 befördert wird, wird ein Teil des Auslaufs der Leitung 100 in den Auslauf aus der C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone durch Leitung 102 umgelenkt. Wenn der Fluß durch Leitung 102 groß ist, kann ein Erhitzer ähnlich dem Erhitzer 30, der in Fig. 1 gezeigt ist, vorgesehen werden, um die zweite Beschickung zur Leitung 102 zu erwärmen. So kann in einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung der Auslauf aus der C&sub4;-Isomerisierung zwischen der Leitung 100 und der Leitung 102 aufgespalten werden, und die Aufspaltung kann so gesteuert werden, daß die Raumgeschwindigkeit in der Isomerisierungszone 12, die Wasserstoffmenge, die der zweiten Beschikkung über Leitung 100 zugegeben wird, und die Menge von direktem Erwärmen, die man aus Leitung 100 erhält, gesteuert werden.
Wenn nicht die gesamten Wasserstofferfordernisse für die Isomerisierungszone 12 durch den Auslauf aus der Isomerisierungszone 10 befriedigt werden können, wird ein Teil des Wasserstoffs für die C&sub5;-C&sub6;-Isomerisierungszone durch Umlenken eines Teils des Wasserstoffstromes aus Leitung 20 in Leitung 104 zugeführt. Selbst wenn der gesamte Auslauf aus der Isomerisierungszone 10 mit dem C&sub5;-C&sub6;-Beschickungsmaterial vereinigt wird, kann es doch noch erwünscht sein, einen Teil der Wasserstofferfordernisse für die Isomerisierungszone 12 durch Leitung 104 zuzuführen, um den Wasserstoffpartialdruck in der Isomerisierungszone 10 zu senken.
Fig. 2 zeigt auch den Zusatz eines Chargenerhitzers 106 für die Zufuhr von zusätzlicher Wärme zu dem gemischten Beschickungsstrom, der durch Leitung 34' befördert wird. Die Verwendung des Chargenerhitzers ergibt zusätzliche Flexibilität für das Verfahren durch Ergänzung von Wärmeverlust durch die Umlenkung des C&sub4;-Isomerisats durch Leitung 102. Wenn nicht anders beschrieben, sind die Reaktoren und der Auslaufwärmetausch für die Isomerisierungszone 12 im wesentlichen die gleichen wie jene, die in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben sind.
Der gesamte Auslauf aus beiden Isomerisierungszonen wird gegebenenfalls vereinigt und tritt gemeinsam in eine Trenneinrichtung 108 über Leitung 110 ein. Der vereinigte Auslauf wird über Leitung 110 zu einem Kondensor 112 und direkt in eine Stabilisatorkolonne getragen. Da bei dieser Ausführungsform beide Isomerisierungszonen mit einem Minimumverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff arbeiten, gibt es keine Notwendigkeit für eine Produkttrenneinrichtung, um Wasserstoff für eine Rückführung zu den Isomerisierungszonen zu gewinnen. Abgesehen von einer etwas höheren Wasserstoffkonzentration in dem Stabilisatorkopfstrom ist der Betrieb des Stabilisatorabschnittes für die Ausführungsform von Fig. 2 parallel jener von Fig. 1.

Claims

1. Verfahren zum Isomerisieren eines Normalbutan umfassenden ersten Beschickungsmaterials und eines azyklische C&sub5;- und C&sub6;-Kohlenwasserstoffe umfassenden zweiten Beschickungsmaterials, bei man

a) das erste Beschickungsmaterial mit einem ersten Wasserstoffstrom vereinigt, um einen Wasserstoff und Normalbutan umfassenden ersten vereinigten Beschickungsstrom zu erzeugen,

b) diesen ersten vereinigten Beschickungsstrom zu einer ersten Isomerisierungszone führt und den ersten vereinigten Beschickungsstrom bei Butanisomerisierungsbedingungen einschießlich einer Temperatur höher als jener, die in Stufe

a) benutzt wird, mit einem Isomerisierungskatalysator in Berührung bringt und einen Isobutan und Wasserstoff umfassenden ersten Auslaufstrom abzieht,

c) das zweite Beschickungsmaterial durch wenigstens indirekten Kontakt des ersten Isomerisierungszonenauslaufes mit dem zweiten Beschickungsmaterial erwärmt und einen zweiten Wasserstoffstrom mit dem zweiten Beschickungsmaterial vermischt, um einen zweiten vereinigten Beschickungsstrom zu erzeugen,

d) den zweiten vereinigten Beschickungsstrom zu einer zweiten Isomerisierungszone führt und den zweiten vereinigten Beschickungsstrom mit einem Isomerisierungskatalysator bei Bedingungen einschließlich einer Temperatur geringer als jener, die in der Stufe b) benutzt wird, für die Isomerisierung von C&sub5;- und C&sub6;-Kohlenwasserstoffen in Berührung bringt und einen zweiten isomerisierte C&sub5;- und C&sub6;-Kohlenwasserstoffe umfassenden Auslaufstrom abzieht,

e) die ersten und zweiten Auslaufströme zu einer gemeinsamen Trennzone führt,

f) aus dieser Trennzone einen ersten Wasserstoff umfassenden leichten Gasstrom abzieht und

g) aus der Trennzone wenigstens einen verzweigtkettige Kohlenwasserstoffe umfassenden Produktstrom abzieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zweite Wasserstoffstrom durch Rückführung wenigstens eines Teils des ersten leichten Gasstromes erhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem wenigstens ein Teil des ersten Auslaufstromes mit dem zweiten Beschickurigsmaterial vermischt wird, um die Erwärmungsstufe c) zu bewirken und wenigstens einen Teil des zweiten Wasserstoffstromes zuzuführen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Isomerisierungsbedingungen in der ersten Isomerisierungszone ein LHSV im Bereich von 2 bis 10 h&supmin;¹, eine Temperatur im Bereich von 100 bis 300 ºC und einen Überdruck im Bereich von 700 bis 4000 kPa einschließen und die Isomerisiewngsbedingungen in der zweiten Isomerisierungszone ein LHSV im Bereich von 0,5 bis 4 h&supmin;¹ bei einer Temperatur im Bereich von 90 bis 225 ºC und einen Überdruck im Bereich von 2000 bis 3000 kPa einschließen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das erste Beschickungsmaterial mit Wasserstoff in einer Menge vermischt wird, die ein Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff geringer als 0,5 in dem ersten Auslaufstrom erzeugt, und das zweite Beschickungsmaterial mit Wasserstoff in einer Menge vermischt wird, die ein Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff von weniger als 0,05 in dem zweiten Auslaufstrom erzeugt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Isomerisierungskatalysator in den ersten und zweiten Isomerisierungszonen Aluminiumoxid, 0,01 bis 0,25 Gew.- % Platin und 2 bis 10 Gew.-% einer Chloridkomponente umfaßt.