FI77886C - Katalytiskt reformeringsfoerfarande. - Google Patents

Description

77886

Katalyyttinen reformointimenetelmä

Katalyyttisen reformoinnin ala on hyvin tunnettu öljynjalostusteollisuudessa eikä sen yksityiskohtaista kuvausta tarvita tässä. Lyhyesti katalyyttisen reformoinnin ala koskee yleisesti hiilivetypitoisten syöttöraaka-aineiden käsittelyä niiden nakutuksenesto-ominaisuuksien parantamiseksi. Yleensä hiilivetypitoinen syöttöraaka-aine sisältää maaöljyn bensiini- jakeen. Tällainen bensiinijae voi olla täyden kiehumisalueen o jae, jonka alkukiehumispiste on 10-38 C ja loppukiehumispiste 163-218°C. Useammin bensiinijakeen alkukiehumispiste on 66-121°C ja loppukiehumispiste 177-218°C, josta korkeammalla kiehuvasta jakeesta käytetään yleisesti nimitystä teollisuus-bensiini. Reformointiprosessi soveltuu erityisesti niiden suoratislausbensiinien käsittelyyn, jotka sisältävät suhteellisen suuria pitoisuuksia nafteenisia ja oleellisesti suoraket-juisia parafiinisia hiilivetyjä, jotka ovat taipuvaisia aroma-tisoinnille dehydraus- ja/tai syklisointireaktioiden avulla. Tapahtuu myös erilaisia muita samanaikaisia reaktioita, kuten isomeroitumista ja vedyn siirtoa, jotka ovat edullisia parannettaessa valitun bensiinijakeen nakutuksenesto-ominaisuuksia.

Kuten jäljempänä yksityiskohtaisemmin kuvataan, tyypillisessä katalyyttisessä reformointioperaatiossa syöttöraaka-aine, edullisesti maaöljyn bensiinijae sekoitetaan ensin vetyyn. Syöttö-raaka-aineen ja vedyn seos kuumennetaan sen jälkeen reaktio-lämpötilaan ja saatetaan sitten kosketukseen reformointikata-lyytin kanssa. Reaktiopoistovirta erotetaan sitten höyryfaasin aikaansaamiseksi, joka sisältää vetyä, josta ainakin osa kierrätetään takaisin sekoitettavaksi syöttöraaka-aineeseen, ja nestefaasin aikaansaamiseksi, joka sisältää hiilivetyrefor-maatin, jolla on parantuneet nakutuksenesto-ominaisuudet ja johon haihtuvat C^-C^-komponentit ovat liuenneet. Nestefaasi stabiloidaan sitten haihtuvien C^-C^-komponenttien poistamiseksi jakotislauksella, tyypillisesti butaania poistavassa jakotislauskolonnissa.

2 77886

Kuten yllä mainittiin,erilaisia reaktioita tapahtuu katalyyttisen reformoinnin aikana. Näitä reaktioita ovat dehydraus, syklisointi, hydrokrakkaus ja isomerointi. Nettotuloksena on, että katalyyttinen reformointi on erittäin endoterminen. Tämän vuoksi on yleisenä käytäntönä suorittaa katalyyttinen reformointi useammassa kuin yhdessä katalyyttikerroksessa reagenssien toistokuumennuksen sallimiseksi, jotta varmistettaisiin, että ne pysyvät reaktiolämpötilassa. Niinpä reaktio-poistovirta edellisestä katalyyttikerroksesta voidaan kuumentaa uudelleen reaktiolämpötilaan ennen sen johtamista seuraa-vaan katalyyttikerrokseen.

Katalyyttisen reformoinnin erittäin endoterminen luonne vaatii suuria määriä lämpöä. Tyypillisesti katalyyttiseen reformoin-tiin tarvittava lämpö aikaansaadaan poltinkuumentimella. Hiilivedyn ja vedyn seos johdetaan poltinkuumentimen säteily-lämmitysosan läpi, jossa se kuumennetaan reaktiolämpötilaan. Koska hiilivedyn ja vedyn seos itse asiassa absorboi vain osan poltinkuumentimen vapauttamasta kokonaislämmöstä, suuria määriä polttoainetta on poltettava poltinkuumentimissa riittävän lämmön varmistamiseksi katalyyttiseen reformointiin.

Polttoaineen säästämiseksi ja poltinkuumentimen hyötytehon pienentämiseksi on tullut yleiseksi käytännöksi ottaa lämpöä talteen esikuumentamalla syöttöraaka-aineen ja vedyn seosta epäsuoralla lämmönvaihdolla reformointireaktion poistovirran kanssa. Näin ollen syöttöraaka-aineen ja vedyn seos saatetaan ensin epäsuoraan lämmönvaihtoon reformointireaktion poistovirran kanssa ja esilämmitetty seos johdetaan sitten poltinkuumen-timeen, jossa se kuumennetaan edelleen reaktiolämpötilaan. Tällainen esilämmitysvaihe esitetään US-patentissa 4 110 197 ja se johtaa polttoainesäästöihin johtuen poltinkuumentimen hyötytehon alenemisesta.

Kuten edellä mainittiin,on myös yleisenä käytäntönä saattaa stabiloimaton hiilivetyreformaatti jakotislausvaiheeseen, mitä seuraa sen erotus vetyä sisältävästä höyryfaasista.

i 3 77886

Jakotislausvaihe suoritetaan tyypillisesti vedyn ja C^-C^-hiilivetyjen poistamiseksi stabiloimattomasta reformaatista. Tällainen jakotislausvaihe vaatii lämmön syöttöä jakotislaus-kolonniin. Yleensä tällaisen lämmön lähde on poltinkuumennin, jossa kolonnin pohjalta poistettu reformaatti kuumennetaan haluttuun lämpötilaan ja syötetään uudelleen kolonniin. Kuten katalyyttisten reformointireagenssien kuumennukseen käytetty poltinkuumennin, stabilointikolonnin poltinkuumenninkin kuluttaa merkittäviä määriä polttoainetta ja kolonnin pohjalta saatava reformaatti absorboi vain prosentin vapautuneesta koko-naislämmöstä. Tämän vuoksi olisi edullista jättää pois stabilointikolonnin poltinkuumennin.

Kuten edellä mainittiin, hiilivedyn ja vedyn seos absorboi vain prosentin reformointireagenssien poltinkuumentimessa vapautuneesta lämmöstä kuumentimen säteilylämmitysosassa. Loppuosa palamisen vapauttamasta lämmöstä poistuu kuumentimen säteilyosasta korkean lämpötilan polttokaasujen kautta. Tällaiset kuumat polttokaasut voisivat toimia lämmönlähteenä stabilointikolonnille epäsuoralla lämmönvaihdolla toistokuu-mentimesta saadun reformaatin avulla. Perinteiset yksikköoperaatiot vaativat kuitenkin, että pientä poltinkuumenninta käytetään kolonniin tapahtuvan lämmönsyötön säätötarkoituksiin, mikä mitätöi osan eduista, jotka ovat saatavissa stabilointikolonnin poltinkuumentimen poisjättämisestä.

Nyt on määritetty, että on mahdollista saavuttaa merkittäviä polttoainesäästöjä käyttämällä reformointireagenssien poltinkuumenninta lämmönlähteenä reformaatin stabilointikolonniin tarvitsematta käyttää toista poltinkuumenninta säätöön. Tämän vuoksi on mahdollista käyttää katalyyttisten reagenssien poltinkuumenninta lämmönlähteenä reformaatin stabilointiin ja toteuttaa täysin edut, jotka ovat saatavissa stabilointikolonnin poltinkuumentimen poisjättämisestä. Sen sijaan, että käytettäisiin pientä poltinkuumenninta säätämään lämmön syöttöä kolonniin, on määritetty, että reformointireaktion poistovirta voi toimia korvaavana lämmönlähteenä stabilointikolonniin 4 77886 syötettävän lämmön säätötarkoituksiin. Reformointireaktion poistovirta saatetaan epäsuoraan lämmönvaihtoon stabilointiko-lonnin pohjalta tulevan reformaatin kanssa ennen kuin reaktio-poistovirran lämpö vaihdetaan syöttöraaka-aineen ja vedyn seoksen kanssa. Lämmitetty reformaatti palautetaan sitten kolonniin. Reformointireaktiovyöhykkeen poistovirran käyttö stabilointikolonnin lämpösyötön säätölähteenä lisää refor-mointireagenssien poltinkuumentimen hyötytehoa, jolloin lämpöä on vähemmän käytettävissä reaktion poistovirrassa syöttöraaka-aineen ja vedyn seoksen esilämmitykseen. Riippumatta reformointireagenssien poltinkuumentimen kasvaneesta hyötyte-hosta saadaan silti polttoaineen kokonaissäästö verrattuna perinteiseen käytäntöön, jossa käytetään erillistä stabilointikolonnin poltinkuumenninta ilman hyötyä, joka saadaan reformointireagenssien poltinkuumentimesta stabilointikolonnin lämmönlähteenä.

Näin ollen tämän keksinnön tarkoituksena on saavuttaa kata-lyyttisen reformointiprosessin polttoaineen kulutuksen merkittävä pieneneminen tyydyttämällä olennaisesti kaikki reformaatin stabilointikolonnin lämpövaatimukset epäsuoralla läm-mönvaihdolla. Tarkemmin sanoen tämän keksinnön tarkoituksena on tyydyttää olennaisesti kaikki sanotut lämpövaatimukset epäsuorasta lämmönsiirtovaihdosta reformointireaktion poistovirran kanssa ja reformaattireagenssien poltinkuumentimesta.

Eräässä laajimmista näkökohdistaan tämä keksintö käsittää katalyyttisen reformointiprosessin, joka käsittää vaiheet, joissa: a) kuumennetaan hiilivetypitoisen syöttöraaka-aineen ja vedyn seosta esilämmittimessä; b) kuumennetaan kuumennettua seosta edelleen poltinkuumentimen säteilykuumennusosassa; c) saatetaan edelleen kuumennettu seos kosketukseen refor-mointikatalysaattorin kanssa reformointiolosuhteissa reaktio-poistovirran tuottamiseksi, jolloin reformointikatalysaattori 5 77886 sijaitsee reaktoreissa, ja reaktioseos kuumennetaan uudelleen poltinkuumentimessa sen läpäistyä jokaisen reaktorin paitsi viimeisen? d) johdetaan ainakin osa reaktiopoistovirrasta esilämmittimen läpi mainitun syöttöraaka-aineen ja vedyn seoksen kuumentamiseksi ; e) johdetaan mainittu reaktiopoistovirta jäähdyttimen läpi ja erotetaan runsaasti vetyä sisältäväksi höyryfaasiksi ja oleellisesti nestemäiseksi hiilivetyfaasiksi höyry-neste-erot-timessa; f) sekoitetaan ainakin osa runsaasti vetyä sisältävästä höy-ryfaasista mainittuun hiilivetypitoiseen syöttöraaka-ainee-seen; ja g) syötetään nestemäinen hiilivetyfaasi stabilointikolonniin, jota pidetään jakotislausolosuhteissa, jotka riittävät aikaansaamaan sellaisia hiilivetyjä käsittävän yläjakeen, jotka ovat normaalisti kaasumaisia standardilämpötilassa ja -paineessa, ja pohjajakeen, joka koostuu hiilivetyreformaatista, jolle prosessille on tunnusomaista, että a') kuumennetaan ensimmäinen, ennalta määrätty määrä mainittua reformaattia poltinkuumentimen konvektiokuumennusosassa ja palautetaan se stabilointikolonniin kiinteän lämpömäärän syöttämiseksi stabilointikolonniin; b') kuumennetaan toinen osa mainitusta reformaatista esikuu-menninlämmönvaihtimessa ja palautetaan se stabilointikolonniin vaihtelevan lämpömäärän syöttämiseksi stabilointikolonniin, jolloin mainitun toisen osan määrää vaihdellaan stabilointi-kolonnin tarvitseman lämpötasapainon aikaansaamiseksi; c') johdetaan osa reaktiopoistovirrasta esikuumenninlämmön-vaihtimen läpi lämmön syöttämiseksi reformaatin toiseen osaan ja sen jälkeen jäähdyttimen läpi yhdessä reaktiopoistovirran tasapainomäärän kanssa; ja d') otetaan talteen kolmas osa reformaatista tuotteena.

Eräässä tämän keksinnön edullisessa toteutusmuodossa sanottu kiinteä lämpömäärä, jonka ensimmäinen ennalta määrätty määrä 6 77886 hiilivetyreformaattia syöttää, on 50-80 % stabilointikolonnin esikuumentimen lämmöntarpeesta.

Toisessa tämän keksinnön edullisessa toteutusmuodossa reak-tiopoistovirran sanotun osan määrä, joka saatetaan ensimmäiseen epäsuoraan lämmönvaihtoon hiilivetyreformaatin kanssa, määritetään ennalta määrätyn stabilointikolonnin esikuumen-ninlämpötilan mukaan.

Muut tarkoitukset ja toteutusmuodot käyvät ilmi seuraavasta yksityiskohtaisemmasta selityksestä.

Maaöljyn bensiinijakeiden katalyyttinen reformointi on höyry- faasioperaatio ja suoritetaan yleensä konversio-olosuhteissa, joihin kuuluvat katalyyttikerroksen lämpötilat välillä o o n. 260-566 C ja edullisesti välillä 316-538 C. Muita re- formointiolosuhteita ovat paine välillä n. 345-6900 kPa, edullisesti n. 520-2400 kPa ja tilavuusvirtausnopeus (määritettynä tuoreen syötön nestetilavuutena katalyytin tilavuutta kohti tunnissa) n. 0,2-10 h . Reformointireaktio suoritetaan yleensä riittävän vetymäärän läsnäollessa vety/hiilive-tymoolisuhteen n. 0,5:1,0-10,0:1,0 aikaansaamiseksi.

Katalyyttinen reformointireaktio suoritetaan edellä mainituissa reformointiolosuhteissa reaktiovyöhykkeessä, joka koostuu joko kiinteästä tai liikkuvasta katalyyttikerroksesta. Tavallisesti reaktiovyöhyke käsittää useita katalyyttikerrok-sia, joita nimitetään yleisesti vaiheiksi ja katalyyttiker-rokset voi olla asetettu päällekkäin ja suljettu yhteen ainoaan reaktoriin tai katalyyttikerros voi olla suljettu erilliseen reaktoriin vierekkäisreaktoriryhmitykseen. Reaktiovyö-hykkeet sisältävät yleensä 2-4 katalyyttikerrosta joko päällekkäisessä tai vierekkäisessä muodossa. Joka tapauksessa kuten edellä mainittiin katalyyttisen reformoinnin endoterminen luonne vaatii sekä tuoreen syöttöraaka-aineen että katalyyttikerroksen poistovirtojen kuumentamista ennen niiden syöttämistä seuraaviin katalyyttikerroksiin. Jokaisessa katalyytti- 7 77886 kerroksessa käytettyä katalyytin määrää voidaan vaihdella reformointireaktion endotermisen luonteen kompensoimiseksi. Esimerkiksi kolmea katalyyttikerrosta käytetään kuvaamaan erästä tämän keksinnön edullista toteutusmuotoa, jossa n. 12 tilavuus-% käytetään ensimmäisessä kerroksessa ja n. 44 tila-vuus% kummassakin seuraavassa kerroksessa. Yleensä ensimmäinen kerros sisältää n. 10-30 tilavuus-%, toinen n. 25-45 tilavuus% ja kolmas n. 40-60 tilavuus-%. Mitä tulee neljän katalyytti-kerroksen systeemiin, sopivat katalyyttipanokset olisivat n.

5-15 tilavuus-% ensimmäisessä kerroksessa, n. 15-25 tilavuus% toisessa, n. 25-35 tilavuus-% kolmannessa ja n. 35-50 tilavuus-% neljännessä. Epätasainen katalyytin jakautuma, joka kasvaa reagenssivirtauksen sarjan suunnassa, helpottaa ja parantaa reaktioiden sekä reaktion kokonais lämmön jakautumista.

Reformointikatalyyttiyhdistelmiä, joita tunnetaan ja on kuvattu alalla, on tarkoitettu käytettäväksi tämän keksinnön rajaamassa prosessissa. Kuten edellä mainittiin, katalyyttiset reformointireaktiot ovat moninaisia ja niihin kuuluvat naf-teenien dehydraus aromaateiksi, parafiinien dehydrosyklisoin-ti aromaateiksi, pitkäketjuisten parafiinien hydrokrakkaus alempana kiehuviksi, normaalisti nestemäisiksi materiaaleiksi, ja tietyssä määrin parafiinien isomerointi. Nämä reaktiot suoritetaan yleensä käyttäen katalyyttejä, jotka sisältävät yhtä tai useampia ryhmän VIII jalometalleja (esim. platinaa, osmiumia, iridiumia, rodiumia, ruteenia, palladiumia) yhdistettynä halogeeniin (esim. klooriin ja/tai fluoriin) ja huokoista kantoainemateriaalia, kuten alumiinioksidia. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että edullisia lisätu-loksia on saavutettavissa ja käytetty hyväksi käyttämällä yhtäaikaisesti katalyytin modifiointiainetta; nämä on yleensä valittu ryhmästä, johon kuuluvat rauta, koboltti, kupari, nikkeli, gallium, sinkki, germanium, tina, kadmium, renium, vismutti, vanadiini, alkali- ja maa-alkalimetallit ja niiden seokset.

Kuten aikaisemmin mainittiin, reformointioperaatioon kuuluu e 77886 lisäksi runsaasti vetyä sisältävän höyryfaasin erottaminen reaktion poistovirrasta, joka on otettu talteen reaktiovyö-hykkeestä, josta ainakin osa kierrätetään reaktiovyöhykkee-seen. Tämä erotus suoritetaan tavallisesti oleellisesti samassa paineessa kuin käytetään reaktiovyöhykkeessä, mikä tekee mahdolliseksi paineen laskun systeemissä, lämpötilavälil-o lä n. 16-49 C, jolloin saadaan höyryfaasi, joka sisältää suhteellisen puhdasta vetyä. Pääasiassa nestemäistä hiilive-tyfaasia käsitellään edelleen tuotteen stabilointikolonnissa reformoidun tuotteen talteenottamiseksi, josta käytetään yleisesti nimitystä reformaatti.

Reformaattituotteen stabilointikolonnia käytetään olosuhteissa, jotka on valittu erottamaan normaalisti kaasumainen hiilivety jae, joka koostuu yleensä C -hiilivedyistä tai halut- 4 taessa C^-hiilivedyistä ja tavallisesti pienestä määrästä jäännösvetyä. Käyttöolosuhteisiin kuuluu tyypillisesti n. 690-2100 kPa:n paine, paineen ollessa yleensä alle sen, jossa runsaasti vetyä sisältävä höyryfaasi erotetaan reaktion poistovirrasta, jotta vältettäisiin tarve pumpata nestemäinen hiilivetyfaasi stabilointikolonniin. Muihin kolonnin käyttöo- o losuhteisiin kuuluvat n. 200-260 C:n pöhjalämpötila ja n.

o 43-93 C:n huippulämpötila. Aikaisemmin pääosa stabilointi-kolonnin lämmöntarpeesta tyydytetiin yleensä erillisellä pol-tinkuumentimella. Kuitenkin vastakohtana aikaisemmalle käytännölle tässä keksinnössä käytetään reformointireagenssien poltinkuumenninta lämmönlähteenä stabilointikolonnille käyttämättä erillistä poltinkuumenninta.

Poltinkuumentimia, joita voidaan käyttää tässä keksinnössä, ovat ne, joita käytetään yleisesti maaöljy- ja kemian teollisuudessa. Niissä voidaan polttaa kaasua tai öljyä. Voidaan käyttää laatikko- tai suorakulmiomuotoisia poltinkuumentimia samoin kuin keskusseinämänousutyyppiä. Tällaisiin kuumenti-miin sisältyy säteilylämpö-osa, joka käsittää yhden tai useampia putkiryhmiä, jotka kuljettavat prosessinestettä pit- i 9 77886 kin eri seinämäpintoja sijoitettuna sillä tavoin, että ne vastaanottavat polttamista tulevaa säteilylämpöä. Keskussei-nämallissa säteilylämpöosa sisältää rivin polttimia, jotka suuntaavat liekin päin pitkittäisen keskuserotusseinämän kumpaakin puolta ja tuloksena oleva säteilylämpö syötetään pro-sessinesteputkiin, jotka on sijoitettu pitkin jokaista sivu-seinämää. Vaihtoehtona perinteisille putkiryhmille on myös mahdollista käyttää ylösalaisin käännettyjä U-putkiosia, jollaisia on selostettu US-patentissa 3 566 845. Edullinen pro-sessinesteputkimuoto ja kuumenninmalli esitetään US-patentissa 3 572 296, jossa selostetaan pienen painehäviön kuumennin-ta, joka soveltuu erityisen hyvin käytettäväksi reformointi-operaatioissa.

Riippumatta säteilylämmitysosan muodosta, säteilylämmitys-osassa oleva prosessineste ei absorboi kaikkea polttoaineen poltossa vapautunutta lämpöä. Sen sijaan huomattava määrä lämmöstä poistuu säteilylämmitysosasta polttokaasujen mukana. On muodostunut käytännöksi ottaa tämä kuumista polttokaasuis-ta saatava lämpö talteen poltinkuumentimen konvektiolämmitys-osassa. Kuten säteilyosilla konvektiolämpö-osillakin voi olla erilaisia muotoja. Ne on voitu suunnitella sallimaan poltto-kaasujen tasainen virtaus konvektiolämmitysosan läpi. Vaihtoehtoisesti polttokaasujen epäyhtenäistä virtausta voidaan käyttää hyväksi vaihtelemalla polttokaasun virtaustien symmetriaa. Riippumatta konvektio-osan tarkasta muodosta se on asennettu niin, että se sallii kuumien polttokaasujen koskettaa prosessinesteputkia aikaansaaden johtumalla tapahtuvan lämmönsiirron kaasujen ja putkien välillä.

Edellä oleva poltinkuumentimia koskeva selostus on tarkoitettu yleiseksi selitykseksi eikä sen ole tarkoitettu rajoittavan kohtuuttomasti tämän keksinnön suojapiiriä.

Tämän keksinnön prosessin tarkempi kuvaus esitetään viitaten liitteenä olevaan kaavamaiseen piirrokseen. Piirros ja siihen ίο 7 7 8 8 6 liittyvä kuvaus edustavat keksinnön edullista kuvaavaa toteutusmuotoa. Kuvauksen tiedot perustuvat suunnittelutarkoituk-sessa tehtyihin tarkkoihin laskelmiin. Seuraavaa kuvaavaa toteutusmuotoa ei ole tarkoitettu kohtuuttomaksi rajoitukseksi keksinnön yleisesti laajalle suojapiirille, joka esitetään liitteenä olevissa patenttivaatimuksissa. Sekalaiset laitteet, kuten tietyt pumput, kompressorit, lämmönvaihtimet, venttiilit, instrumentointi ja säätimet on jätetty pois tai niiden lukumäärää on pienennetty, koska ne eivät ole olennaisia prosessin selvälle ymmärtämiselle tällaisten laitteiden hyväksikäytön ollessa hyvin alaan perehtyneen toimialan puitteissa.

Viitaten sitten piirrokseen maaöljystä johdettua teollisuus-bensiini jaetta syötetään prosessiin nopeudella n. 529,8 mol/h nesteen tilavuusvirtausnopeudella n. 3 h putken 1 kautta.

Se sekoitetaan sitten n. 3336,2 mol/h runsaasti vetyä sisältävää kaasuvirtaa, joka saatiin jäljempänä kuvatulla tavalla ja joka sisälsi n. 71 mol-% vetyä ja jota syötettiin putkesta 2 vedyn ja hiilivedyn suhteeseen n. 4,5. Tuore syöttö jatkaa putkessa 1 olevan lämmönvaihtimen 3 läpi, jossa se esilämmi-o tetään n. 470 C:een epäsuoralla lämmönvaihdolla reaktorista 11 talteenotetun, putkessa 13 olevan poistovirran kanssa. Esilämmitetty reaktioseos jatkaa putken 1 läpi kaasua polttavaan kuumentimeen 4 ja johdetaan sen säteilylämmitysosassa o olevan panoskuumennuskierukan la läpi n. 530 C:n lämpötilan aikaansaamiseksi reaktorin 5 katalyyttikerroksen syöttökoh- taan. Reaktori 5 on ensimmäinen kolmesta reaktorista, jotka sisältävät katalyyttisen reformointireaktiovyöhykkeen, joita kaikkia reaktoreita pidetään reformointiolosuhteissa, joihin o kuuluvat n. 530 C:n lämpötila ja n. 2240 kPa:n paine. Sanottuihin reformointiolosuhteisiin kuuluu edelleen platinaa sisältävän katalyytin hyväksikäyttö. Lämmitetty reaktioseos siirretään sanotusta kuumentimesta 4 ensimmäiseen reaktoriin 5 putken 6 kautta.

Koska katalyyttinen reformointireaktio on luonteeltaan endo- i li 7 7 8 8 6 temrinen, poistovirta reaktorista 5 suunnataan putken 7 läpi toiseen poltinkuumentimen 4 säteilylämmitysosassa olevaan kuumennuskierukkaan 7a, jossa sanottu poistovirta toistokuu- o mennetaan n. 530 C:n lämpötilan aikaansaamiseksi reaktorin 9 katalyyttikerroksen syöttökohtaan. Toistokuumennettu reaktorin 5 poistovirta poistetaan kuumentimesta 4 ja syötetään toiseen reaktoriin 9 putken 8 kautta.

Reaktorin 9 poistovirta otetaan talteen putken 10 kautta ja johdetaan vielä toiseen poltinkuumentimen 4 säteilylämmitysosassa olevaan kuumennuskierukkaan 10a kuumennettavaksi uudelleen ennen syöttöä reaktoreiden sarjan viimeiseen reaktoriin 11, jotka reaktorit sisältävät katalyyttisen reaktiovyöhyk-keen, joka uudelleen kuumennettu poistovirta poistetaan sanotusta kuumentimesta ja syötetään sanottuun reaktoriin 11 putken 12 kautta. Poistovirtaa viimeisestä reaktorista 11 pois- o tetaan putken 13 kautta n. 520 C:n lämpötilassa ja nopeudella n. 4540,5 mol/h. Suunnilleen 183,7 mol/h viimemainittua poistovirtaa ohjataan putkesta 13 putkeen 14 ja tämä sivuvir-ta johdetaan lämmönvaihtimen 15 läpi, joka liittyy stabiloin-tikolonniin 16. Sivupoistovirta käytetään sanotussa vaihti-messa 15 aikaansaamaan epäsuora lämmönvaihto reformaattituot-teen sen osan kanssa, joka on saatu talteen stabilointikolon-nista 16 ja kierrätetty siihen putken 24 kautta. Reaktorin 11 poistovirran sitä määrää, joka ohjataan vaihtimeen 15, säädetään säätöventtiilillä 26 jäljempänä esitetyllä tavalla. Vaihtimesta 15 sivuun johdettu poistovirta jatkaa putken 14 kautta yhdistettäväksi uudelleen putkesta 13 tulevaan reaktorin 11 poistovirran pääosaan, joka pääosa n. 4356,8 mol/h on johdettu lämmönvaihtimen 3 läpi tuoreen syötön esilämmittämiseksi, joka kulkee putken 1 läpi kuten edellä mainittiin. Uudelleen yhdistetty reaktorin 11 poistovirta johdetaan putkeen 14 sisältyvän jäähdyttäjän 17 läpi ja kerrostetaan erot-o timeen 18 n. 38 C:n lämpötilassa. Erotinta 18 pidetään olosuhteissa, jotka erottavat toisistaan runsaasti vetyä sisältävän kaasufaasin ja oleellisesti nestemäisen hiilivetyfaasin, 12 77886

O

joihin olosuhteisiin kuuluvat n. 38 C:n lämpötila ja n. 152 kPa:n paine. Runsaasti vetyä sisältävä kaasufaasi, joka sisältää n. 71 mol-% vetyä, otetaan talteen yläputken 19 kautta, josta yksi osa, n. 3336,2 mol/h johdetaan sivuun putken 2 kautta ja sekoitetaan edellä mainittuun teollisuusbensiinija-keeseen, joka panostetaan prosessiin putken 1 kautta. Erotti-mesta 18 tulevan kaasufaasin loppuosa puretaan prosessista putken 19 kautta nopeudella n. 538 mol/h.

Oleellisesti nestemäinen hiilivetyfaasi poistetaan erottimes- ta 18 putken 20 kautta ja syötetään stabilointikolonniin 16, jota pidetään lämpötila- ja paineolosuhteissa, joissa erottuu yläjae, joka koostuu normaalisti kaasumaisista hiilivedyistä, ts. C -hiilivedyistä. Tätä yläjaetta poistetaan stabiloin-4 tikolonnista putken 21 kautta suunnilleen nopeudella 122 mol/h. Reformaattituotetta poistetaan pohjajakeena stabiloin- tikolonnista 16 putken 22 kautta nopeudella n. 1322,3 mol/h n. o 237 C:n lämpötilassa. Suunnilleen 820,8 mol/h reformaatti-tuotevirrasta johdetaan putkeen 23, josta virrasta ennalta määrätty määrä, n. 75 % johdetaan putken 23 läpi ja prosessoidaan poltinkuumentimen 4 konvektiolämmitysosassa olevan lämmityskierukan 23a läpi epäsuorassa lämmönvaihdossa sen läpi virtaavien kuumien polttokaasujen kanssa. Tässä tapauksessa ennalta määrätty määrä valitaan aikaansaamaan n. 75 % stabi-lointikolonnin esikuumentimen lämpövaatimuksesta. Ennalta määrättyä määrää voidaan säätää millä tahansa tavanomaisella keinolla, kuten pumpulla tai virtaussäätimellä. Sen jälkeen, kun reformaattituotevirta on kuumennettu konvektiokuumennus- osassa, sen palautetaan stabilointikolonniin putkien 25 ja 24 o kautta n. 262 C:n lämpötilassa.

Noin 25 % putkeen 23 johdetusta reformaattituotevirrasta kierrätetään stabilointikolonniin 16 putken 24 ja vaihtimen 15 kautta. Lämmönvaihtimessa 15 näin kierrätetty virta lämmite-o tään n. 262 C:een stabilointikolonnin esikuumentimen lämpö- i 13 77886 vaatimusten loppuosan, tässä tapauksessa n. 25 %:n aikaansaamiseksi. Kierrätysvirta kuumennetaan vaihtimessa 15 epäsuoralla lämmönvaihdolla reaktorin 11 poistovirran kanssa, joka virtaa putken 14 läpi. Kuten edellä mainittiin, vaihtimeen 15 ohjatun reaktorin 11 poistovirran virtausta säädetään säätö-venttiilillä 26. Säätöventtiili 26 toimii asianmukaisen instrumentoinnin avulla stabilointikolonnin esikuumentimen lämpötilan mukaisesti. Ennalta määrätty esikuumentimen lämpötila on valittu aikaansaamaan haluttu ylä- ja pöhjatuotteen laatu. Esikuumentimen lämpövaatimuksen ennalta määrätty määrä, joka on määrä saada poltinkuumentimen konvektiokuumennusosasta, määritetään. Säätöventtiili 26 puolestaan toimii ohjaten putkesta 13 riittäviä määriä reaktorin 11 poistovirtaa vaihtimeen 15 sen lämmön loppuosan aikaansaamiseksi, joka tarvitaan stabilointiesikuumentimen ennalta määrätyn lämpötilan saamiseen. Säätöventtiili 26 toimii edelleen ylläpitäen ennalta määrättyä esikuumentimen lämpötilaa vaihtelemalla reaktorin 11 poistovirran virtausta vaihtimeen 15 tarpeen mukaan.

Yllä esitetyssä kuvaavassa toteutusmuodossa kuvatun keksinnön poltinkuumentimen polttoaineen kulutuksen vertaaminen alan aikaisempaan reformointiprosessiin antaa selvän esimerkin eduista, jotka ovat saavutettavissa tätä keksintöä käyttäen.

Vertailumielessä tällaisella alan aikaisemmalla reformointi- prosessilla, jossa on kaksi erillistä poltinkuumenninta ja jonka syöttönopeus vastaa kuvaavan toteutusmuodon nopeutta, olisi reformointireagenssien poltinkuumentimen hyötyteho n.

6 25,0 x 10 kJ/h ja stabilointiesikuumentimen poltinkuumen- 6 timen hyötyteho n. 6,1 x 10 kJ/h. Täysin säteilyyn perustuvalla reformointireagenssien poltinkuumentimella, jossa ei käytetä konvektiokuumennusosaa, on tyypillisesti n. 54 %:n kuumentimen hyötysuhde laskettuna polttoaineen alemmasta polttoarvosta. Näin ollen reformointireagenssien poltinkuu- 6 mennin tarvitsisi välttämättä lämmöns^öttöä n. 46,3 x 10 kJ/h kuumentimen hyötytehon 25,0 x 10 kJ/h saavuttamiseksi. Stabilointiesikuumentimen poltinkuumentimen kuumennushyöty- 14 77886 suhde olisi tyypillisesti n. 84,5 % laskettuna polttokaasun o alkulämpötilasta 38 C ja polttoaineen alemmasta polttoar- 6 vosta. Tämä edellyttäisi, että poltettaisiin n. 7,2 x 10 kJ/h polttoainetta stabilointiesikuumentimen poltinkuumenti- men hyötytehon saavuttamiseksi. Alan aikaisempi kokonaispro- 6 6 sessi vaatisi^tällöin 46,3 x 10 kJ/h + 7,2 x 10 kV/h tai 53,5 x 10 kV/h poltettua polttoainetta, mikä johtaa polttoaineen kokonaishyötysuhteeseen, joka on 6 6 25 x 10 kJ/h + 6,1 x 10 kJ/h tai 58,1 % g - 53,5 x 10 kJ/h

Sitä vastoin tämän keksinnön kuvaavan toteutusmuodon mukaisella katalyyttisellä reformointiprosessilla on reformointi-reagenssien poltinkuumentimen hyötyteho n. 26,4 x 10 kJ/h.

On huomattava, että tämän kuumentimen hyötyteho on suurempi kuin vastaavan alan aikaisemman kuumentimen hyötyteho. Tämä johtuu siitä, että tämän keksinnön mukaisesti osa reaktorin 11 poistovirran lämmöstä käytetään stabilointiaineen esikuu-mentamiseen eikä ole tämän vuoksi käytettävissä tuoreen syötön esilämmitykseen. Alan aikaisemmassa prosessissa koko reaktorin poistovirta on käytettävissä reaktorin syötön esilämmitykseen ja tämän vuoksi syöttö tulee reformointireagens-sien poltinkuumentimeen korkeammassa tulolämpötilassa, mikä alentaa poltinkuumentimen hyötytehoa. Koska 26 x 10 kJ/h:n kuumentimen hyötyteho kuvaavan toteutusmuodon poltinkuumenti-messa vastaanotetaan olennaisesti säteilylämmitysosassa, kuumentimen hyötysuhde olisi n. 54 % kuten aikaisemmin. Niinpä kuumentimen hyötytehon saavuttamiseen poltettava polttoaine- 6 määrä on 48,7 x 10 kJ/h. Lisäksi n. 75 % stabilointiesi- 6 lämmittimen hyötytehosta tai n. 4,5 x 10 kJ/h vastaanotetaan poltinkuumentimen konvektiokuumennusosassa. Tämä lämpö tulee kuitenkin pikemminkin kuumista polttokaasuista kuin li-säpolttoaineen poltosta. Tämän vuoksi keksintö johtaa polttoaineen kokonaishyötysuhteeseen: is 7 7 8 8 6 6 6 26,4 x 10 kJ/h + 4,5 x 10 kJ/h tai n. 63,2 % - 48,7 x 10 kJ/h

On tärkeää havaita, että keksintö johtaa parantuneeseen hyötysuhteeseen siitä huolimatta, että reformointireagenssien poltinkuumentimella on suurempi hyötyteho kuin vastaavalla alan aikaisemman prosessin kuumentimellä. Tämä johtuu siitä, että reaktorin 11 poistovirtaa käytetään aikaansaamaan osa stabilisaattorin lämpövaatimuksista eikä ole käytettävissä syöttöseoksen esilämmitykseen. Tästä johtuen reformointireagenssien poltinkuumentimen hyötyteho kasvaa kompensoiden syötön esilämmityksen alemman tason. Tästä syystä ei olisi kovin ilmeistä, että reaktorin poistovirran ja konvektiokuumennus-osan käyttäminen stabilisaattorin esikuumentamiseen johtaisi polttoainehyötysuhteen kasvuun. Varsinkaan koska kuumentimen hyötyteho itse asiassa siirretään alan aikaisemmasta korkeamman hyötysuhteen stabilisaattorin esikuumentimen poltinkuu-mentimesta tehottomampaan reformointireagenssien poltinkuumentimen säteilylämmitysosaan, ei olisi odotettavissa, että kuumentimen hyötytehon siirtäminen tehokkaammasta kuumenti-raesta tehottomampaan kuumentimeen johtaisi keksinnön avulla saavutettuun polttoainehyötysuhteen kokonaiskasvuun.

Alaan normaalisti perehtyneille on tietenkin selvää, että erilaisia reaktorin poistovirran lämmönvaihtovirtausmalleja voidaan käyttää keksinnössä, vaikkakaan ei samoin tuloksin. Piirroksessa esitetyssä toteutusmuodossa reaktion poistovirran se osa, joka saatetaan ensimmäiseen epäsuoraan lämmönvaihtoon reformaatin kanssa, on eri osa kuin reaktion poistovirran se osa, joka saatetaan toiseen epäsuoraan lämmönvaihtoon hiili-vetypitoisen syöttöraaka-aineen ja vedyn seoksen kanssa. Vaihtoehtoisesti reaktorin poistovirran lämmönvaihdon vir-tausmalli voidaan järjestää niin, että reaktion poistovirran se osa, joka saatetaan toiseen epäsuoraan lämmönvaihtoon hii- i6 7 7 8 8 6 livetypitoisen syöttöraaka-aineen ja vedyn kanssa, sisältää ainakin osan siitä reaktion poistovirran osasta, joka on aikaisemmin saatettu ensimmäiseen epäsuoraan lämmönvaihtoon re-formaatin kanssa.

i

Claims (3)

1. Katalyyttinen reformointiprosessi, jossa: a) kuumennetaan hiilivetypitoisen syöttöraaka-aineen ja vedyn seosta esilämmittimessä (3); b) kuumennetaan kuumennettua seosta edelleen poltinkuumentimen (4) säteilykuumennusosassa; c) saatetaan edelleen kuumennettu seos kosketukseen refor-mointikatalysaattorin kanssa reformointiolosuhteissa reaktio-poistovirran tuottamiseksi, jolloin reformointikatalysaattori sijaitsee reaktoreissa (5), (9) ja (11), ja reaktioseos kuumennetaan uudelleen poltinkuumentimessa (4) sen läpäistyä jokaisen reaktorin paitsi viimeisen; d) johdetaan ainakin osa reaktiopoistovirrasta esilämmittimen (3) läpi mainitun syöttöraaka-aineen ja vedyn seoksen kuumentamiseksi ; e) johdetaan mainittu reaktiopoistovirta jäähdyttimen (17) läpi ja erotetaan runsaasti vetyä sisältäväksi höyryfaasiksi ja oleellisesti nestemäiseksi hiilivetyfaasiksi höyry-neste-erottimessa (18)? f) sekoitetaan ainakin osa runsaasti vetyä sisältävästä höy-ryfaasista mainittuun hiilivetypitoiseen syöttöraaka-aineeseen; ja g) syötetään nestemäinen hiilivetyfaasi stabilointikolonniin (16), jota pidetään jakotislausolosuhteissa, jotka riittävät aikaansaamaan sellaisia hiilivetyjä käsittävän yläjakeen, jotka ovat normaalisti kaasumaisia standardilämpötilassa ja -paineessa, ja pohjajakeen, joka koostuu hiilivetyreformaa-tista, tunnettu siitä, että a') kuumennetaan ensimmäinen, ennalta määrätty määrä mainittua reformaattia poltinkuumentimen (4) konvektiokuumennus-osassa ja palautetaan se stabilointikolonniin (16) kiinteän lämpömäärän syöttämiseksi stabilointikolonniin (16); b') kuumennetaan toinen osa mainitusta reformaatista esikuu-menninlämmönvaihtimessa (15) ja palautetaan se stabilointikolonniin (16) vaihtelevan lämpömäärän syöttämiseksi stabilointikolonniin, jolloin mainitun toisen osan määrää vaihdellaan is 778 8 6 stabilointikolonnin (16) tarvitseman lämpötasapainon aikaansaamiseksi ; c') johdetaan osa reaktiopoistovirrasta esikuumenninlämmön-vaihtimen (15) läpi lämmön syöttämiseksi reformaatin toiseen osaan ja sen jälkeen jäähdyttimen (17) läpi yhdessä reaktio-poistovirran tasapainomäärän kanssa; ja d') otetaan talteen kolmas osa reformaatista tuotteena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että ensimmäisen reformaattimäärän syöttämä kiinteä lämpömäärä on 50-80 % stabilointikolonnin (16) vaatimasta lämmöstä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että reaktiopoistovirtaosan määrä, joka johdetaan esikuumenninlämmönvaihtimen (15) läpi, määräytyy sen mukaan, mikä on reformaatin toisen osan toivottu ennalta määrätty lämpötila sen jälkeen, kun se on kuumennettu esikuumen-ninlämmönvaihtimessa (15).