DE69932314T2

DE69932314T2 - Verfahren mit erhöhter Kapazität unter Verwendung einer gestaffelten Umführung von Rektionstufen

Info

Publication number: DE69932314T2
Application number: DE69932314T
Authority: DE
Inventors: Kenneth D. Elmhurst Peters
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2019-03-05
Also published as: CA2264498C; RU2208623C2; CN1266038A; CN1200914C; EP1033398A1; PT1033398E; AU1857699A; US5879537A; ZA991838B; ES2268829T3; TW499473B; JP2000256673A; ATE332952T1; AU767083B2; CA2264498A1; DE69932314D1; JP4018835B2; SG83703A1; EP1033398B1

Description

GEBIET
Das Gebiet dieser Erfindung betrifft Kohlenwasserstoffumwandlungsprozesse mit mehreren Reaktionszonen.
HINTERGRUND
Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren verwenden oft mehrere Reaktionszonen, durch die Kohlenwasserstoffe im Reihendurchfluß hindurchströmen. Oft hat jede Reaktionszone in der Reihe einen eigenen Satz von Ausgestaltungserfordernissen. Ein Mindesterfordernis der Ausgestaltung jeder Reaktionszone in der Reihe ist die hydraulische Kapazität für das Hindurchströmen des gewünschten Durchsatzes an Kohlenwasserstoffen, die durch die Reihe strömen. Ein zusätzliches Ausgestaltungserfordernis jeder Reaktionszone ist die Fähigkeit, ein bestimmtes Maß an Kohlenwasserstoffumwandlung durchzuführen. Die Ausgestaltung einer Reaktionszone für ein bestimmtes Maß an Kohlenwasserstoffumwandlung führt jedoch oft zu einer Reaktionszone, die größer ist als die Mindestgröße, die für die hydraulische Kapazität allein erforderlich ist. Folglich kann bei einem Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren mit mehreren Reaktionszonen mit Reihendurchfluß von Kohlenwasserstoffen eine Reaktionszone eine größere hydraulische Kapazität besitzen als irgendeine andere Reaktionszone in der Reihe. Beispielsweise hat in einem Kohlenwasserstoffreformierungsverfahren die letzte oder vorletzte Reformierungsreaktionszone im Vergleich zur ersten oder zweiten Reformierungsreaktionszone oft eine überschüssige hydraulische Kapazität.
Im allgemeinen wirkt sich eine solche überschüssige hydraulische Kapazität für einen zusätzlichen Durchsatz nicht nachteilig auf die Leistungsfähigkeit der überdimensionierten Reaktionszone oder jeder anderen Reaktionszone in der Reihe aus. Theoretisch könnte eine Verarbeitungseinheit mit zusätzlicher hydraulischer Kapazität in einer oder mehreren der Reaktionszonen in der Reihe jahrelang laufen, ohne daß eine schädliche Wirkung auftritt. Dennoch kommt es vielleicht Jahre später, wenn die Verarbeitungseinheit zur Erzielung eines gesteigerten Durchsatzes überholt wird, zu einem interessanten Dilemma bei der Beseitigung von Engpässen: Wie kann im Hinblick darauf, daß zwei oder mehrere kleinere Reaktionszonen in der Reihe wenig oder keine überschüssige hydraulische Kapazität haben, die zusätzliche, bislang ungenutzte hydraulische Kapazität in einer großen Reaktionszone effektiv genutzt werden?
Als Antworten auf diese Frage liefert der Stand der Technik (siehe US-A-4,325,806 und US-A-4,325,807) zwei Lösungen zur Beseitigung von Engpässen, die das Umleiten des Kohlenwasserstoffstroms um zwei kleinere aufeinanderfolgende Reaktionszonen in der Reihe herum umfassen. Eine Lösung aus dem Stand der Technik umfaßt das Umleiten eines Teils (B%) des gesamten (100%) Kohlenwasserstoffstroms durch eine Umgehungsleitung vollständig um die beiden kleineren Reaktionszonen herum, das Leiten des Rests (100% minus B%) des gesamten Kohlenwasserstoffstroms durch die beiden kleineren Reaktionszonen in der Reihe im Reihendurchfluß, das Vereinigen des umgeleiteten Teils mit dem Abflußstrom aus der zweiten der beiden kleineren Reaktionszonen, und das Leiten des gesamten Kohlenwasserstoffstroms nur durch die größere(n) Reaktionszone(n). Der Strom von Kohlenwasserstoffen durch die Reihe kann dann auf die geringere der vereinigten hydraulischen Kapazität der kleinsten Reaktionszone und der Umgehungsleitung oder auf die kleinste hydraulische Kapazität der anderen größeren Reaktionszone(n) der Reihe gesteigert werden. Der Hauptnachteil dieser Lösung besteht natürlich darin, daß alle Kohlenwasserstoffe, die eine der kleineren Reaktionszonen umgehen, auch die andere kleinere Reaktionszone umgehen. Ein weiterer Nachteil bei dieser Lösung besteht darin, daß von der Gesamtmenge an Kohlenwasserstoffen, die durch die Reihe hindurchströmen, nur 100% minus B% durch alle beide der zwei kleineren Reaktionszonen strömen. Daher durchströmen die Kohlenwasserstoffe im Schnitt weniger Reaktionszonen, kommen mit weniger Katalysator in Kontakt oder sind auf andere Weise Kohlenwasserstoffumwandlungsbedingungen für eine kürzere Zeitdauer ausgesetzt und werden daher weniger Kohlenwasserstoffumwandlung unterzogen. Wenn ein Teil des gesamten Kohlenwasserstoffstroms um mehr als zwei Reaktionszonen herum geleitet wird, vervielfältigen sich die Nachteile.
Eine weitere Lösung des Standes der Technik umfaßt das Anordnen zweier aufeinanderfolgender kleinerer Reaktionszonen im Parallelfluß statt im Reihenfluß und das Leiten nur eines Teils anstelle der Gesamtmenge an Kohlenwasserstoffen durch jede der parallelen Reaktionszonen. Diese Lösung kombiniert die kleineren Parallelfluß-Reaktionszonen effektiv zu einer großen Reaktionszone, die mit der (den) anderen größeren Reaktionszone(n) der Reihe im Reihenfluß angeordnet ist. Der Strom von Kohlenwasserstoffen durch die Reihe kann dann auf die geringere der vereinigten hydraulischen Kapazität der Parallelfluß-Reaktionszonen oder die kleinste hydraulische Kapazität der anderen größeren Reaktionszone(n) der Reihe gesteigert werden. Obwohl diese zweite Lösung dahingehend einen Vorteil hat, daß keiner der Kohlenwasserstoffe, die eine der Parallelfluß-Reaktionszonen umgehen, auch die andere Parallelfluß-Reaktionszone umgeht, besteht der Nachteil dieser zweiten Lösung darin, daß keiner aus der Gesamtmenge des Kohlenwasserstoffstroms durch die Reihe durch alle beide der zwei kleineren Reaktionszonen hindurchströmt. Je mehr kleinere Reaktionszonen parallel angeordnet werden, umso größer sind die Nachteile dieser zweiten Lösung.
Folglich besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zum Leiten von Kohlenwasserstoffen durch mehrere Reaktionszonen, wobei ein Teil des gesamten Reaktantenstroms um zwei oder mehr aufeinanderfolgende Reaktionszonen herum geleitet werden muß, wobei jedoch die nachteiligen Auswirkungen auf die Kohlenwasserstoffumwandlung minimiert werden. Das Verfahren muß verhindern, daß Kohlenwasserstoffe, die eine der Reaktionszonen umgehen, auch die nächste Reaktionszone in der Reihe umgehen. Weiterhin muß das Verfahren die Gesamtmenge an Kohlenwasserstoffen, die durch alle umgangenen Reaktionszonen strömen, maximieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Erfindung ist ein Verfahren zur Kohlenwasserstoffumwandlung, wobei ein Teil des gesamten Kohlenwasserstoffstroms um eine Reaktionszone in einer Reihe von zwei oder mehr Re aktionszonen herum geleitet wird. Ehe der aus einer Reaktionszone abfließende Strom mit Kohlenwasserstoffen, die diese Reaktionszone umgangen haben, vereinigt wird, wird der Abflußstrom aus dieser Reaktionszone zunächst in zwei Teile geteilt. Ein Teil des Abflußstroms wird mit Kohlenwasserstoffen, die diese Reaktionszone umgangen haben, vereinigt, und der kombinierte Strom wird zu der nächsten Reaktionszone in der Reihe geleitet, so daß keiner der Kohlenwasserstoffe, die diese Reaktionszone umgangen haben, auch die nächste Reaktionszone in der Reihe umgeht. Der andere Teil des Abflußstroms umgeht die nächste Reaktionszone in der Reihe und wird zu der übernächsten Reaktionszone in der Reihe geleitet. Da der Teil des Abflußstroms, der die nächste Reaktionszone umgeht, von dem Abflußstrom abgetrennt wird, ehe der Abflußstrom mit irgendwelchen Kohlenwasserstoffen vereinigt wird, die die Reaktionszone, welche den Abflußstrom erzeugt hat, umgangen haben, wird das Verfahren dieser Erfindung als "gestaffelte Umgehung" bezeichnet.
Einer der Hauptvorteile dieser Erfindung besteht darin, daß keiner, oder 0%, der Kohlenwasserstoffe, die eine der Reaktionszonen umgehen, auch die nächste Reaktionszone in der Reihe umgeht. In diesem Aspekt ist diese Erfindung ebensogut wie das Parallelflußverfahren des Standes der Technik, bei dem keiner, oder 0%, der Kohlenwasserstoffe, die eine Reaktionszone umgehen, auch die nächste Reaktionszone in der Reihe umgeht, und ist dem Umgehungsverfahren des Standes der Technik, bei dem alle, oder 100%, der Kohlenwasserstoffe, die eine Reaktionszone umgehen, auch die nächste Reaktionszone in der Reihe umgehen, bei weitem überlegen.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß diese Erfindung die Gesamtmenge an zugeführten Kohlenwasserstoffen, die durch alle Reaktionszonen, die umgangen werden, hindurchströmen, maximiert. In dieser Erfindung ist, wenn B₁% der Massenanteil des Kohlenwasserstoff enthaltenden Zufuhrstroms in die erste Reaktionszone ist, der um die erste Reaktionszone herum geleitet wird, und B₂% der Massenanteil des Kohlenwasserstoff enthaltenden Abflußstroms der ersten Reaktionszone ist, der um die zweite Reaktionszone herum geleitet wird, das Produkt (100 minus B₁%) mal (100 minus B₂%), ausgedrückt als ein Prozentsatz. Wenn beispielsweise 10% der Masse der der Einheit zugeführten Kohlenwasserstoffe um sowohl die erste als auch die zweite Reaktionszone herum geleitet werden sollen, ist B₁% 10%, B₂% ist 11,1% und das Produkt (100% minus B₁%) mal (100 minus B₂%) ist 80%. In diesem Beispiel leitet diese Erfindung dann 80% der zugeführten Kohlenwasserstoffe durch beide Reaktionszonen, im Vergleich zu einem nur leicht höheren Wert von 100% minus 10%, oder 90%, für das Umgehungsverfahren des Standes der Technik und einem weitaus niedrigeren Wert von 0% für das Parallelflußverfahren des Standes der Technik.
Diese Vorteile zusammenfassend, stellt diese Erfindung eine Verbesserung gegenüber dem Umgehungsverfahren des Standes der Technik dar, da, während bei dieser Erfindung nur etwas weniger Kohlenwasserstoffe durch beide Reaktionszonen geleitet werden, bei dieser Erfindung keine Kohlenwasserstoffe um beide Reaktionszonen herum geleitet werden. Diese Erfindung stellt auch eine Verbesserung gegenüber dem Parallelflußverfahren des Standes der Technik dar, da, während keines davon Kohlenwasserstoffe um beide Reaktionszonen herum leitet, diese Erfindung viel mehr Kohlenwasserstoffe durch beide Reaktionszonen leitet. Es wird angenommen, daß sowohl durch Minimieren der Menge an Kohlenwasserstoffen, die beide Reaktionszonen umgehen, als auch durch Maximieren der Menge an Kohlenwasserstoffen, die durch beide Reaktionszonen strömen, diese Erfindung im Vergleich zu den Verfahren des Standes der Technik zu einer größeren Kohlenwasserstoffumwandlungskapazität führt.
Diese Erfindung ist insbesondere vorteilhaft für diejenigen Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, die nicht nur eine Reihe von Reaktionszonen verwenden, sondern die, weil die Reaktionen endotherm oder exotherm sind, auch eine Reihe von zwischengeschalteten Heiz- oder Kühlzonen zwischen den Reaktionszonen verwenden. Unter Verwendung dieser Erfindung können die Aufgaben der zwischengeschalteten Heiz- oder Kühlzonen zwischen den früheren oder aufstromigen Reaktionszonen in der Reihe zu den späteren oder abstromigen Reaktionszonen in der Reihe verlagert werden. Dies kann für diejenigen Verfahren, die eine Beseitigung von Engpässen nicht nur in den Reaktionszonen, sondern auch in den zwischengeschalteten Heiz- oder Kühlzonen erfordern, vorteilhaft sein.
Obwohl diese Erfindung sich hauptsächlich auf eine Überholung zur Erzielung eines höheren Durchsatzes bei solchen bestehenden Verarbeitungseinheiten, die eine Reihe von Reaktionszonen verwenden, von denen einige eine größere hydraulische Kapazität haben als andere, anwenden läßt, ist diese Erfindung auch auf neue Verarbeitungseinheiten anwendbar, die ohne diese Erfindung ansonsten ausschließlich für den Reihendurchfluß von Kohlenwasserstoffen durch eine Reihe von Reaktionszonen ausgestaltet worden wären.
Diese Erfindung ist ein Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, welches folgendes umfaßt:

a) das Leiten eines ersten Teils (38) eines Kohlenwasserstoff enthaltenden Aufgabestroms (22) zu einer ersten Reaktionszone (10), das Reagieren von Kohlenwasserstoffen in der ersten Reaktionszone (10) und das Abziehen eines Kohlenwasserstoff enthaltenden ersten Abflußstroms aus der ersten Reaktionszone (10),
b) das Leiten eines zweiten Teils (36) des Aufgabestroms (22) zu einer zweiten Reaktionszone (20), das Reagieren von Kohlenwasserstoffen in der zweiten Reaktionszone (20) und das Abziehen eines Kohlenwasserstoff enthaltenden zweiten Abflußstroms (76) aus der zweiten Reaktionszone (20), und
c) das Gewinnen eines kombinieren Stroms, umfassend einen ersten Teil (52) des ersten Abflußstroms, und wenigstens eines Teils des zweiten Abflußstroms (76),

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In einer weiteren Ausführungsform ist diese Erfindung ein Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, bei dem ein zweiter Teil des ersten Abflußstroms und wenigstens ein erster Teil des zweiten Abflußstroms zu einer dritten Reaktionszone geleitet werden. Die Kohlenwasserstoffe reagieren in der dritten Reaktionszone, und ein Kohlenwasserstoff enthaltender Abflußstrom wird aus der dritten Reaktionszone abgezogen.
In einer weiteren Ausführungsform ist diese Erfindung ein Reformierungsverfahren, bei dem ein Kohlenwasserstoff enthaltender Aufgabestrom und ein Kohlenwasserstoff enthaltender Rückführungsstrom unter Bildung eines ersten kombinierten Stroms vereinigt werden. Ein erster Teil des ersten kombinierten Stroms wird erhitzt und zu einer ersten Reformierungszone geleitet, wo die Kohlenwasserstoffe reformiert werden. Ein Kohlenwasserstoff enthaltender erster Abflußstrom wird aus der ersten Reformierungszone abgezogen. Ein zweiter Teil des ersten kombinierten Stroms und ein erster Teil des ersten Abflußstroms werden unter Bildung eines zweiten kombinierten Stroms vereinigt. Der zweite kombinierte Strom wird erhitzt und in eine zweite Reformierungszone geleitet. Die Kohlenwasserstoffe werden in der zweiten Reformierungszone reformiert, und ein Kohlenwasserstoff enthaltender zweiter Abflußstrom wird aus der zweiten Reformierungszone abgezogen. Ein zweiter Teil des ersten Abflußstroms und ein erster Teil des zweiten Abflußstroms werden unter Bildung eines dritten kombinierten Stroms vereinigt. Der dritte kombinierte Strom wird erhitzt und zu einer dritten Reformierungszone geleitet. In der dritten Reformierungszone werden die Kohlenwasserstoffe reformiert, und ein Kohlenwasserstoff enthaltender dritter Abflußstrom wird aus der dritten Reformierungszone abgezogen. Ein zweiter Teil des zweiten Abflußstroms und der dritte Abflußstrom werden unter Bildung eines vierten kombinierten Stroms vereinigt. Der vierte kombinierte Strom wird erhitzt und zu einer vierten Reformierungszone geleitet, wo die Kohlenwasserstoffe reformiert werden und aus der ein Kohlenwasserstoff enthaltender Produktstrom gewonnen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Zeichnung ist ein schematisches Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Erfindung ist auf die katalytische Umwandlung eines Kohlenwasserstoff enthaltenden Reaktantenstroms in einem Reaktionssystem mit wenigstens zwei Reaktionszonen anwendbar, wobei der Reaktantenstrom der Reihe nach durch die Reaktionszonen strömt. Reaktionssysteme mit mehreren Zonen haben allgemein eine von zwei Formen, und zwar entweder eine Form mit einer Anordnung nebeneinander oder eine Form mit einer stufenweisen Anordnung. In der Form mit nebeneinander erfolgender Anordnung werden mehrere voneinander getrennte Reaktionsgefäße, die jeweils eine Reaktionszone umfassen, nebeneinander angeordnet. In der Form mit stufenweiser Anordnung enthält ein gemeinsames Reaktionsgefäß die mehreren voneinander getrennten Reaktionszonen, die übereinander angeordnet sind. In beiden Reaktionssystemen kann es in Abhängigkeit davon, ob die Reaktionen endotherm oder exotherm sind, zwischengeschaltete Heiz- oder Kühlzonen zwischen den Reaktionszonen geben.
Obwohl die Reaktionszonen irgendeine Anzahl von Anordnungen für den Kohlenwasserstoffstrom, wie z.B. Abwärtsfluß, Aufwärtsfluß und Querfluß, umfassen können, sind die üblichsten Reaktionszonen, auf die diese Erfindung angewandt wird, Radialflußzonen. Eine Radialfluß-Reaktionszone besteht im allgemeinen aus zylindrischen Abschnitten mit variierenden nominalen Querschnittsflächen, die unter Bildung der Reaktionszone vertikal und koaxial angeordnet sind. Kurz gesagt umfaßt eine Radialfluß-Reaktionszone typischerweise ein zylindrisches Reaktionsgefäß, welches eine zylindrische äußere Katalysatorhaltewand und eine zylindrische innere Katalysatorhaltewand enthält, die beide koaxial in dem Reaktionsgefäß angeordnet sind. Die innere Wand hat eine nominale innere Querschnittsfläche, die kleiner ist als die der äußeren Wand, welche eine nominale innere Querschnittsfläche hat, die kleiner ist als die des Reaktionsgefäßes. Der Reaktantenstrom wird in den ringförmigen Raum zwischen der Innenwand des Reaktionsgefäßes und der Außenoberfläche der äußeren Wand eingebracht. Der Reaktantenstrom durchströmt die äußere Wand, fließt in radialer Richtung durch den ringförmigen Raum zwischen der äußeren Wand und der inneren Wand und durchströmt die innere Wand. Der Strom, der in dem zylindrischen Raum innerhalb der inneren Wand gesammelt wird, wird aus dem Reaktionsgefäß abgezogen. Obwohl das Reaktionsgefäß, die äußere Wand und die innere Wand zylindrisch sein können, können sie in Abhängigkeit von vielen Erwägungen bei der Ausgestaltung und der Herstellung sowie technischen Erwägungen auch jede andere geeignete Form, wie beispielsweise dreieckig, viereckig, rechteckig und rautenförmig, annehmen. Beispielsweise ist es üblich, daß die äußere Wand keine kontinuierliche zylindrische Wand ist, sondern daß es sich dabei stattdessen um eine Anordnung separater elliptischer rohrförmiger Wände handelt, die als Langetten bezeichnet werden und die um den Umfang der Innenwand des Reaktionsgefäßes herum angeordnet sind. Die innere Wand ist üblicherweise ein perforiertes Mittelrohr, welches um seinen Außenumfang herum durch eine Abdeckung abgedeckt ist.
Diese Erfindung ist vorzugsweise auf katalytische Umwandlungsverfahren anwendbar, bei denen der Katalysator Teilchen umfaßt, die durch die Reaktionszonen bewegt werden können. Die Katalysatorteilchen können mittels einer Anzahl von Bewegungsvorrichtungen, einschließlich Fördermitteln oder Transportfluid, durch die Reaktionszone bewegt werden, jedoch werden die Katalysatorteilchen für gewöhnlich durch die Wirkung der Schwerkraft durch die Reaktionszone bewegt. In einer Radialfluß-Reaktionszone füllen die Katalysatorteilchen typischerweise den ringförmigen Raum zwischen der inneren und der äußeren Wand, der als Katalysatorbett bezeichnet wird. Katalysatorteilchen werden aus einem Bodenabschnitt einer Reaktionszone abgezogen, und Katalysatorteilchen werden in einen oberen Abschnitt der Reaktionszone eingebracht. Die aus einer Reaktionszone abgezogenen Katalysatorteilchen können nachfolgend aus dem Prozeß gewonnen, in einer Regenerationszone des Prozesses regeneriert oder in eine andere Reaktionszone überführt werden. Gleichermaßen können die zu einer Reaktionszone hinzugefügten Katalysatorteilchen ein Katalysator, der neu in den Prozeß eingebracht wird, ein Katalysator, der während des Prozesses in einer Regenerationszone regeneriert wurde, oder ein Katalysator, der aus einer anderen Reaktionszone übertragen wurde, sein.
Veranschaulichende Reaktionsgefäße mit übereinander angeordneten Reaktionszonen, die zur Ausübung dieser Erfindung verwendet werden können, sind in der US-A-3,706,536 und der US-A-5,130,106 gezeigt. Die Übertragung der durch die Wirkung der Schwerkraft fließenden Katalysatorteilchen von einer Reaktion zu einer anderen, die Einbringung frischer Katalysatorteilchen und das Abziehen verbrauchter Katalysatorteilchen wird durch Katalysatorübertragungsleitungen durchgeführt.
Erfahrungen im Gebrauch solcher Stapelsysteme sowie von Systemen mit einer nebeneinander erfolgenden Anordnung haben gezeigt, daß es eine Beschränkung der hydraulischen Kapazität von Reaktionszonen gibt, wo Reaktanten durch ein sich bewegendes Bett von Katalysatorteilchen strömen. Diese Einschränkung ist ein Phänomen, das für gewöhnlich als Hängenbleiben des Katalysators oder Katalysator-Pinning bezeichnet wird. Kurz gefaßt tritt das Pinning in einer Radialfluß-Reaktionszone auf, wenn die horizontal wirkende Kraft des Prozeßdampfs auf einem Katalysatorteilchen entweder auf dem Mittelrohr oder auf anderen Katalysatorteilchen eine Reibungskraft erzeugt, die größer ist als die Erdanziehungskraft. Folglich wird das Katalysatorteilchen an das Mittelrohr "geheftet" und strömt nicht frei nach unten durch die Reaktionszone. Das Pinning ist in Spalte 2, Zeilen 4-40 der US-A-5,130,106 ausführlicher beschrieben.
Verfahren mit mehreren Reaktionszonen, auf die diese Erfindung anwendbar ist, beinhalten eine große Vielzahl von Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, wie Hydrierungs-, Hydrotreating-, Dehydrierungs-, Isomerisierungs-, Dehydroisomerisierungs-, Dehydrozyklisierungs-, Krack- und Hydrokrackverfahren, aber das am häufigsten praktizierte Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, auf welches die vorliegende Erfindung anwendbar ist, ist die katalytische Reformierung. Daher bezieht sich zur leichten Bezugnahme die hierin enthaltene Diskussion der Erfindung auf deren Anwendung auf ein Reaktionssystem der katalytischen Reformierung.
Bei der katalytischen Reformierung wird kurz gefaßt ein Ausgangsmaterial mit einem Rückführungsdampf, der Wasserstoff enthält, gemischt und in einer Reaktionszone mit Katalysator in Kontakt gebracht. Das übliche Ausgangsmaterial für die katalytische Reformierung ist eine Petroleumfraktion, die als Naphtha bekannt ist und die einen anfänglichen Siedepunkt von 82°C (180°F) und einen Endsiedepunkt von etwa 203°C (400°C) hat. Der Prozeß der katalytischen Reformierung ist insbesondere auf die Behandlung von Straightrun-Naphthas anwendbar, die aus relativ hohen Konzentrationen von naphthenischen und im wesentlichen geradkettigen paraffinischen Kohlenwasserstoffen bestehen, die einer Aromatisierung durch Dehydrierungs- und/oder Zyklisierungsreaktionen unterworfen sind.
Die Reformierung kann als die Gesamtwirkung definiert werden, die durch die Dehydrierung von Cyclohexanen und die Dehydroisomerisierung von Alkylcyclopentanen unter Erhalt von Aromaten, die Dehydrierung von Paraffinen unter Erhalt von Olefinen, die Dehydrozyklisierung von Paraffinen und Olefinen unter Erhalt von Aromaten, die Isomerisierung von n-Paraffinen, die Isomerisierung von Alkylcycloparaffinen unter Erhalt von Cyclohexanen, die Isomerisierung von substituierten Aromaten und das Hydrokracken von Paraffinen produziert wird. Weitere Informationen über Reformierungsprozesse sind beispielsweise in der US-A-4,119,526, der US-A-4,409,095 und der US-A-4,440,626 zu finden.
Eine katalytische Reformierungsreaktion findet normalerweise in Gegenwart von Katalysatorteilchen statt, die aus einem oder mehreren Edelmetallen der Gruppe VIII (IUPAC 8-10) (z.B. Platin, Iridium, Rhodium, Palladium) und einem Halogen in Kombination mit einem porösen Träger, wie z.B. einem feuerfesten anorganischen Oxid, bestehen. Der Katalysator kann 0,05-2,0 Gew.-% eines Gruppe VIII-Metalls enthalten. Das bevorzugte Edelmetall ist Platin. Das Halogen ist normalerweise Chlor. Aluminiumoxid ist ein allgemein verwendeter Träger. Die bevorzugten Aluminiumoxidmaterialien sind als Gamma-, Eta- und Theta-Aluminiumoxid bekannt, wobei Gamma- und Eta-Aluminiumoxid die besten Ergebnisse liefern. Eine wichtige Eigenschaft, die mit der Leistungsfähigkeit des Katalysators in Verbindung steht, ist die Oberfläche des Trägers. Vorzugsweise hat der Träger eine Oberfläche von 100 bis 500 m²/g. Die Teilchen sind für gewöhnlich kugelförmig und haben einen Durchmesser von 1,5 bis 3,1 mm (1/16 bis 1/8 In), obwohl sie auch bis zu 6,35 mm (1/4 In) groß sein können. In einem bestimmten Regenerator ist es jedoch wünschenswert, Katalysatorteilchen zu verwenden, die in einen relativ engen Größenbereich fallen. Ein bevorzugter Durchmesser der Katalysatorteilchen ist 3,1 mm (1/16 In).
Im Verlaufe einer Reformierungsreaktion werden Katalysatorteilchen infolge von Mechanismen, wie der Ablagerung von Koks auf den Teilchen, deaktiviert, d.h. nach einer Zeitdauer des Gebrauchs nimmt die Fähigkeit der Katalysatorteilchen, Reformierungsreaktionen zu fördern, bis zu dem Punkt ab, an dem der Katalysator keinen Nutzen mehr hat. Der Katalysator muß wieder instandgesetzt oder regeneriert werden, ehe er erneut in einem Reformierungsprozeß verwendet werden kann.
In der bevorzugten Form setzt der Reformierungsprozeß ein Wirbelbett-Reaktionsgefäß und ein Wirbelbett-Regenerierungsgefäß ein, und die vorliegende Erfindung ist auf einen solchen Reformierungsprozeß anwendbar. Regenerierte Katalysatorteilchen werden dem Reaktionsgefäß, welches typischerweise aus mehreren Reaktionszonen besteht, zugeführt, und die Teilchen strömen durch die Wirkung der Schwerkraft durch das Reaktionsgefäß. Der Katalysator wird von dem Boden des Reaktionsgefäßes abgezogen und zu dem Regenerationsgefäß transportiert. In dem Regenerationsgefäß wird typischerweise ein mehrstufiger Regenerationsprozeß verwendet, um den Katalysator so zu regenerieren, daß seine Fähigkeit zur Förderung von Reformierungsreaktionen vollständig wiederhergestellt wird. Die US-A-3,652,231, die US-A-3,647,680 und die US-A-3,692,496 beschreiben Katalysatorregenerationsgefäße, die zur Verwendung in einem Reformierungsprozeß geeignet sind. Katalysator strömt durch die Wirkung der Schwerkraft durch die verschiedenen Regenerationsstufen und wird dann aus dem Regenerationsgefäß abgezogen und zu dem Reaktionsgefäß transportiert. Es werden Anordnungen bereitgestellt, um frischen Katalysator zum Ausgleich zuzugeben und um verbrauchten Katalysator aus dem Prozeß abzuziehen. Die Bewegung des Katalysators durch die Reaktions- und Regenerationsgefäße wird oft als kontinuierlich bezeichnet, obwohl sie in der Praxis nur halbkontinuierlich ist. Mit halbkontinuierlicher Bewegung ist die wiederholte Übertragung von relativ kleinen Mengen an Katalysator zu nahe beieinander liegenden Zeitpunkten gemeint. Beispielsweise kann alle zwanzig Minuten eine Charge vom Boden des Reaktionsgefäßes abgezogen werden und das Abziehen kann fünf Minuten dauern, d.h. Katalysator strömt für eine Dauer von fünf Minuten. Wenn die Menge an Katalysator in einem Gefäß im Vergleich zur Größe der entnommenen Charge relativ groß ist, kann das Katalysatorbett in dem Gefäß als ein sich konti nuierlich bewegendes Bett betrachtet werden. Ein Wirbelbettsystem hat den Vorteil, daß die Produktion aufrechterhalten wird, während der Katalysator entfernt oder ersetzt wird.
Die Zeichnung veranschaulicht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie auf einen katalytischen Reformierungsprozeß angewandt wird. Die Zeichnung zeigt nur die Ausrüstung und die Leitungen, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Die Zeichnung zeigt ein gemeinsames Reaktionsgefäß 100, welches vier übereinander angeordnete Reaktionszonen aufweist: eine obere erste Reaktionszone 10, eine zwischengeschaltete zweite Reaktionszone 20, eine zwischengeschaltete dritte Reaktionszone 30 und eine untere vierte Reaktionszone 40. Diese vier Reaktionszonen sind im Hinblick auf die Länge und den ringförmigen Querschnittsbereich des Katalysatorbetts so bemessen, daß die Verteilung des gesamten Katalysatorvolumens 10% in Reaktionszone 10, 15% in Reaktionszone 20, 25% in Reaktionszone 30 und 50% in Reaktionszone 40 beträgt. Im normalen Betrieb werden frische oder regenerierte Katalysatorteilchen durch eine Leitung 46 und eine Einlaßdüse 44 in die erste Reaktionszone 10 eingebracht. Die Katalysatorteilchen fließen durch die Wirkung der Schwerkraft von der ersten Reaktionszone 10 zu der zweiten Reaktionszone 20, von der zweiten Reaktionszone 20 zu der dritten Reaktionszone 30 und von der dritten Reaktionszone 30 zu der vierten Reaktionszone 40. Die Katalysatorteilchen werden schließlich durch einen Auslaßanschluß 104 und eine Leitung 106 aus dem gemeinsamen Reaktionsgefäß 100 abgezogen. Katalysatorteilchen, die durch die Leitung 106 abgezogen werden, können zu einer herkömmlichen kontinuierlichen Regenerationszone transportiert werden, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Die Fließgeschwindigkeit des Katalysators durch das gemeinsame Reaktionsgefäß 100 kann durch Regulieren der Geschwindigkeit des Abziehens von Katalysatorteilchen durch die Leitung 106 so gesteuert werden, daß ein gewünschter Grad an Katalysatorleistung (d.h. Aktivität des Katalysators, Ausbeute an gewünschten Produkten und Selektivität der gewünschten Produkte gegenüber unerwünschten Nebenprodukten) in den Reaktionszonen 10, 20, 30 und 40 erzielt wird.
Unter Bezugnahme auf den Kohlenwasserstoffstrom, dem wir uns als nächstes zuwenden, wird eine Fraktion von Straightrun-Naphtha-Benzin, das im Bereich von 82 bis 204°C (180-400°F) siedet, dem Prozeß durch eine Leitung 12 zugeführt und mit einem wasserstoffreichen Gasstrom, der durch eine Leitung 16 strömt, unter Bildung eines kombinierten Zuführstromes gemischt. Der kombinierte Zuführstrom fließt durch eine Leitung 14 zu einem Wärmetauscher 110, der den kombinierten Zuführstrom durch Wärmeaustausch mit dem Abflußstrom der vierten Reaktionszone 40, der durch eine Leitung 108 strömt, erhitzt. Der erhitzte kombinierte Zuführstrom strömt durch eine Leitung 22 und teilt sich in zwei Teile auf. Ungefähr 90 Massen-% des kombinierten Zuführstroms bilden den Zuführstrom zu der ersten Reaktionszone 10. Dieser Teil des kombinierten Zuführstroms strömt durch eine Leitung 38 zu einem Beschickungserhitzer 50, welcher den Strom auf die gewünschte Temperatur des Einlasses der ersten Reaktionszone 10 erhitzt, und strömt dann durch eine Leitung 42 zur ersten Reaktionszone 10. Typische Temperaturen am Einlaß der Reaktionszone liegen zwischen 454 und 545°C (850 bis 1020°F) bei Reaktionsdrücken von 3,5 bis 14 kg/cm² (g) (50 bis 200 psig). Die verbleibenden ungefähr 10 Massen-% des kombinierten Zuführstroms werden sowohl um den Beschickungserhitzer 50 als auch um die erste Reaktionszone 10 herum umgeleitet und zu der zweiten Reaktionszone 20 geleitet. Dieser umgeleitete Teil des kombinierten Zuführstroms strömt durch eine Leitung 24, das Durchflußmeßinstrument 28, die Leitung 26, das Regelventil 34 und die Leitung 36 und tritt dann über die Leitung 72, den Erhitzer 60 und die Leitung 74 in die zweite Reaktionszone 20 ein. Die Steuerung dieses Teils des kombinierten Zuführstroms erfolgt mit dem bei der Durchflußsteuerung betätigten Regelventil 34. In dem Instrument 28 ist ein Sollwert vorhanden, der der gewünschten Fließgeschwindigkeit durch die Leitung 24 entspricht. Das Instrument 28 liefert ein Signal 32, welches der Differenz zwischen der tatsächlichen Fließgeschwindigkeit und der gewünschten Fließgeschwindigkeit durch die Leitung 24 entspricht.
Ein Abflußstrom wird durch eine Leitung 48 aus der ersten Reaktionszone 10 gewonnen. Der Abflußstrom aus der ersten Reaktionszone 10 wird in zwei Teile aufgeteilt. Ungefähr 90 Massen-% des Abflußstroms strömen durch die Leitung 68 und vereinigen sich mit dem umgeleiteten Teil des kombinierten Zuführstroms, der durch die Leitung 36 fließt, unter Bildung des Zuführstroms zu der zweiten Reaktionszone 20. Da Reformierungsreaktionen im allgemeinen endotherm sind, strömt der Zuführstrom der zweiten Reaktionszone durch die Leitung 72 und durch den Erhitzer 60, welcher den Strom wieder auf die gewünschte Einlaßtemperatur der zweiten Reaktionszone 20 erhitzt. Nach dem Erhitzen strömt der Zuführstrom für die zweite Reaktionszone durch die Leitung 74 und tritt in die zweite Reaktionszone 20 ein. Die verbleibenden ungefähr 10 Massen-% des Abflußstroms aus der ersten Reaktionszone werden sowohl um den Erhitzer 60 als auch um die zweite Reaktionszone 20 herum umgeleitet und werden zu der dritten Reaktionszone 30 geleitet. Dieser umgeleitete Teil des Abflußstroms der ersten Reaktionszone strömt durch eine Leitung 52, ein Durchflußmeßinstrument 54, eine Leitung 62, ein Regelventil 58 und eine Leitung 64 und tritt über die Leitung 88, den Erhitzer 70 und die Leitung 92 in die dritte Reaktionszone 30 ein. Die Steuerung dieses Teils des Abflußstroms der ersten Reaktionszone erfolgt mit dem Regelventil 58, welches bei der Durchflußsteuerung durch das Signal 56, welches der Differenz zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Fließgeschwindigkeit durch die Leitung 52 entspricht, betätigt wird. Ein Abflußstrom wird aus der zweiten Reaktionszone 20 durch eine Leitung 76 gewonnen.
Der Abflußstrom aus der zweiten Reaktionszone 20 wird in zwei Teile aufgeteilt. Ungefähr 90 Massen-% des Abflußstroms strömen durch die Leitung 66 und vereinigen sich mit dem umgeleiteten Teil des Abflußstroms aus der ersten Reaktionszone, der durch die Leitung 64 fließt, unter Bildung des Zuführstroms für die dritte Reaktionszone 30. Der Zuführstrom für die dritte Reaktionszone strömt durch die Leitung 88, durch den Erhitzer 70, der den Strom auf die gewünschte Einlaßtemperatur der dritten Reaktionszone 30 erhitzt, und dann durch die Leitung 92 und tritt in die dritte Reaktionszone 30 ein. Die verbleibenden ungefähr 10 Massen-% des Abflußstroms aus der zweiten Reaktionszone werden sowohl um den Erhitzer 70 als auch um die dritte Reaktionszone 30 herum umgeleitet und werden zu der vierten Reaktionszone 40 geleitet. Dieser umgeleitete Teil des Abflußstroms der zweiten Reaktionszone strömt durch eine Leitung 78, das Durchflußmeßinstrument 82, die Leitung 88, das Regelventil 86 und die Leitung 94 und tritt über die Leitung 96, den Erhitzer 80 und die Leitung 102 in die vierte Reaktionszone 40 ein. Die Steuerung dieses Teils des Abflußstroms der zweiten Reaktionszone erfolgt mit dem Regelventil 86, welches bei der Durchflußsteue rung durch das Signal 84 betätigt wird. Ein Abflußstrom wird durch eine Leitung 98 aus der dritten Reaktionszone 30 gewonnen.
Der Abflußstrom aus der dritten Reaktionszone 30 vereinigt sich mit dem umgeleiteten Teil des Abflußstroms aus der zweiten Reaktionszone, der durch die Leitung 94 fließt, unter Bildung des Zuführstroms für die vierte Reaktionszone 40. Der Zuführstrom für die vierte Reaktionszone strömt durch die Leitung 96, durch den Erhitzer 80, der den Strom auf die gewünschte Einlaßtemperatur der vierten Reaktionszone 40 erhitzt, und dann durch die Leitung 102 und tritt in die dritte Reaktionszone 40 ein. Ein Abflußstrom wird durch eine Leitung 108 aus der vierten Reaktionszone 40 gewonnen.
Der Abflußstrom aus der vierten Reaktionszone 40 strömt zu dem Wärmetauscher 110, welcher den Abflußstrom durch Wärmeaustausch mit dem durch die Leitung 14 fließenden kombinierten Zuführstrom abkühlt. Der Abflußstrom der vierten Reaktionszone strömt dann durch eine Leitung 112 zu einem Kühler 120, welcher den Abflußstrom auf die gewünschte Einlaßtemperatur des Abscheiders 90 kühlt, und strömt dann durch eine Leitung 114 zu dem Abscheider 90. In dem Abscheider 90 wird der Abflußstrom in einen Wasserstoff enthaltenden Gasstrom, der durch eine Leitung 18 abgezogen wird, und einen Flüssigkeitsstrom, der das Produktreformat enthält, welches durch die Leitung 116 abgezogen wird, aufgeteilt. Ein Teil des wasserstoffreichen Gasstroms fließt durch die Leitung 16, vereinigt sich mit Straightrun-Naphtha, welches dem Prozeß zugeführt wird, und wird wie zuvor beschrieben zu dem gemeinsamen Reaktionsgefäß 100 zurückgeführt. Ein weiterer Teil des Gasstroms wird durch die Leitung 118 zu herkömmlichen Produktabscheideeinrichtungen, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind, geleitet, um einen wasserstoffreichen Gasstrom zu gewinnen. Wasserstoffreich bedeutet einen Gasstrom mit einem Wasserstoffgehalt von wenigstens 50 Mol-%. Der Produktreformatstrom wird durch die Leitung 116 zu herkömmlichen Produktabscheideeinrichtungen geleitet, die in der Zeichnung ebenfalls nicht gezeigt sind, um ein Produkt mit hoher Oktanzahl zu gewinnen, beispielsweise ein Reformat mit einer eindeutigen Researchoktanzahl von etwa 95.
Es sei angemerkt, daß, obwohl jede Reaktionszone in der Zeichnung aus einem Katalysatorbett, einem äußeren Schirm und einem inneren Schirm besteht, die Reaktionszonen, die innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung liegen, Reaktionszonen beinhalten, die zwei oder mehr Reaktionsgefäße umfassen, von denen jedes ein Katalysatorbett, eine äußere Wand und eine innere Wand aufweist. So kann eine Reaktionszone mehr als ein Reaktionsgefäß umfassen. Folglich kann ein Strom, der eine Reaktionszone umgeht, somit mehr als ein Reaktionsgefäß umgehen. Beispielsweise liegt ein Verfahren mit zwei Reaktionszonen, wobei die erste Reaktionszone zwei Reaktionsgefäße, die in Reihenflußanordnung vorgesehen sind, umfaßt und die zweite Reaktionszone ein Reaktionsgefäß umfaßt, innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung. In diesem Beispiel strömt der Teil des Aufgabestroms, der zu der ersten Reaktionszone strömt, im Reihenfluß durch die beiden Reaktionsgefäße der ersten Reaktionszone. Der Abflußstrom des zweiten Reaktionsgefäßes der ersten Reaktionszone ist daher der Abflußstrom der ersten Reaktionszone. Dann umgeht gemäß dieser Erfindung ein Teil des Abflußstroms der ersten Reaktionszone die zweite Reaktionszone, und der Rest des Abflußstroms der ersten Reaktionszone vereinigt sich mit dem Teil des Aufgabestroms, der die erste Reaktionszone umgangen hat. Dieses Beispiel beschränkt den Schutzumfang dieser Erfindung nicht auf die Anzahl an Reaktionsgefäßen, die eine einzige Reaktionszone umfassen.
Obwohl das Ausmaß der Umleitung oder Umgehung des gesamten Kohlenwasserstoffstroms um jede Reaktionszone herum in der Zeichnung 10 Massen-% beträgt, wird angenommen, daß die Vorzüge dieser Erfindung erzielt werden können, wenn das Ausmaß der Umgehung im allgemeinen zwischen 0,1 Massen-% und 99,9 Massen-% des gesamten Kohlenwasserstoffstroms liegt. Es wird jedoch angenommen, daß aufgrund der Verfahrensökonomie und des unvermeidlichen Verlusts bei der Umwandlung das Ausmaß der Umgehung vorzugsweise zwischen 1 Massen-% und 50 Massen-% und bevorzugter zwischen 5 Massen-% und 30 Massen-% liegt.

Claims

Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren umfassend: a) das Leiten eines erste Teils (38) eines Kohlenwasserstoff enthaltenden Aufgabestroms (22) zu einer ersten Reaktionszone (10), das Reagieren von Kohlenwasserstoffen in der ersten Reaktionszone (10) und das Abziehen aus der ersten Reaktionszone (10) eines Kohlenwasserstoff enthaltenden ersten Abflussstroms (48); b) das Leiten eines zweiten Teils (36) des Aufgabestroms(22) zu einer zweiten Reaktionszone (20), das Reagieren von Kohlenwasserstoffen in der zweiten Reaktionszone (20) und das Abziehen aus der zweiten Rektionszone (20) eines Kohlenwasserstoff enthaltenden zweiten Abflussstroms (76); und c) das Gewinnen eines kombinierten Stroms umfassend einen ersten Teil (52) des ersten Abflussstroms (98) und mindestens eines Teils des zweiten Abflussstroms (76), gekennzeichnet durch das Leiten des zweiten Teils (68) des ersten Abflussstroms (48) zu der zweiten Reaktionszone (20) mit dem zweiten Teil (36) des Aufgabestroms (22), wobei keines der Kohlenwasserstoffe, die eine Reaktionszone umgehen, die nächste Reaktionszone umgehen.
Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren nach Anspruch 1, des Weiteren gekennzeichnet durch das Leiten des kombinierten Stroms zu einer dritten Reaktionszone und das Abziehen aus der dritten Reaktionszone eines Kohlenwasserstoff enthaltenden dritten Abflussstroms.
Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren nach Anspruch 2, des Weiteren gekennzeichnet, dass der zweite Teil des zweiten Abflussstroms und mindestens ein Teil des dritten Abflussstroms zu einer vierten Reaktionszone geleitet werden, Kohlenwasserstoffe in der vierten Reaktionszone reagiert werden und ein Kohlenwasserstoff enthaltender vierter Abflussstrom aus der vierten Reaktionszone gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein zweiter Teil des zweiten Abflussstroms und des dritten Abflussstroms als Produkt aus dem Verfahren gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der zweite Teil des Aufgabestroms mindestens 5 bis 30 Massenprozent des Aufgabestroms umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der erste Teil des ersten Abflussstroms mindestes 5 bis 30 Massenprozent des ersten Abflussstroms umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren aus der Gruppe ausgewählt wird bestehend aus Reformieren, Alkylieren, Dealkylieren, Hydrieren, Hydrotreating, Dehydrieren, Isomerisieren, Dehydroisomerisieren, Dehydrocyclisieren, Kracken und Hydrokracken.