KR20000060916A - Catalytic reforming process with three catalyst zones to produce aromatic-rich product - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개질된 탄화수소의 촉매적 전환 방법, 보다 구체적으로는 가솔린 범위의 탄화수소를 촉매적으로 개질시켜 방향족 물질의 함량이 높은 생성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the catalytic conversion of reformed hydrocarbons, and more particularly, to the production of high aromatics products by catalytically reforming hydrocarbons in the gasoline range.
Description
본 발명은 개질된 탄화수소의 촉매적 전환 방법, 보다 구체적으로는 가솔린 범위의 탄화수소를 촉매적으로 개질시켜 방향족 물질의 함량이 높은 생성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the catalytic conversion of reformed hydrocarbons, and more particularly, to the production of high aromatics products by catalytically reforming hydrocarbons in the gasoline range.
가솔린 범위의 탄화수소 원료를 촉매적으로 개질시키는 방법은, 엔진 노킹에 대해 높은 내성을 가진 가솔린 성분 또는 석유 화학 산업 분야의 방향족 중간 물질을 제조하기 위해 거의 모든 주요 정유 분야에서 실시되고 있다. 현재, 방향족 물질의 수요가 방향족 물질 제조 원료의 공급량보다 급속히 증가하고 있는 추세이다. 또한, 환경 규제에 필수 수반되는 가솔린의 상급화(upgrading) 및 고성능 내연 엔진의 수요 증가로 인해, 가솔린의 "옥탄"가로서 측정되는 가솔린 성분의 필수 노킹 내성이 증가하고 있다. 따라서, 이러한 방향족 물질의 수요 증가와 가솔린의 필수 옥탄가 상승 등의 요건을 충족시키기 위해서는, 정유 분야에 사용되는 촉매적 개질 유닛의 성능을 상급화시킬 필요가 종종 발생한다. 그러한 상급화 과정에는 다수의 반응 영역 및 촉매가 수반되며, 기존의 유닛에 그러한 상급화 과정을 적용시키면 기존의 개질 시설과 촉매 재생 시설이 효율적으로 이용된다.Catalytically reforming hydrocarbon feedstocks in the gasoline range has been practiced in almost all major oil refineries to produce gasoline components or aromatic intermediates in the petrochemical industry that are highly resistant to engine knocking. At present, the demand for aromatics is increasing rapidly than the supply of raw materials for producing aromatics. In addition, due to the upgrading of gasoline and increasing demand for high performance internal combustion engines, which are essential for environmental regulation, the required knocking resistance of gasoline components measured as the "octane" value of gasoline is increasing. Therefore, in order to meet such requirements as the increase in the demand for aromatics and the increase in the required octane number of gasoline, it is often necessary to improve the performance of the catalytic reforming unit used in the refinery field. Such upgrading involves a large number of reaction zones and catalysts, and the application of such upgrading to existing units effectively utilizes existing reforming and catalyst regeneration facilities.
촉매적 개질 과정은 통상 파라핀 및 나프텐 탄화수소 함량이 높은 원료에 사용되며, 나프텐을 방향족 물질로 탈수소화시키는 반응, 파라핀의 탈수소환화(脫水素環化) 반응, 파라핀 및 나프텐의 이성화 반응, 알킬방향족 물질의 탈알킬화 반응, 파라핀을 경질 탄화수소로 히드로크래킹하는 반응, 및 촉매 상에 침착된 코크스의 형성 반응을 비롯한 다양한 반응을 통해 이루어진다. 방향족 물질의 수요가 증가하고 가솔린의 필수 옥탄가가 상승하면서 파라핀의 탈수소환화 반응에 관심이 집중되었는데, 이 탈수소환화 반응은 열동력학적 및 역학적인 면에서 다른 방향족 반응보다 통상의 개질 과정에 덜 바람직하다. 따라서, 코크스의 형성을 최소화하는 한편 경쟁적 탄화수소 반응에 비해 탈수소환화 반응을 촉진시켜서 촉매적 개질에 따른 목적 생성물의 수량을 높이기 위해서는 상당한 노력이 필요하다. 고활성 촉매를 사용하고 촉매를 연속 재생시키면서 비교적 낮은 압력 하에 수행할 수 있는 연속 촉매적 개질 과정이 탈수소환화 반응에 효과적이다.Catalytic reforming processes are commonly used for raw materials with high paraffinic and naphthenic hydrocarbon content, dehydrogenation of naphthenes to aromatics, dehydrocyclization of paraffins, isomerization of paraffins and naphthenes, alkyls Through a variety of reactions including dealkylation of aromatics, hydrocracking paraffins with light hydrocarbons, and formation of coke deposited on the catalyst. As demand for aromatics increased and gasoline essential octane numbers rose, attention was focused on the dehydrocyclization of paraffins, which is less desirable for conventional reforming processes than other aromatics in terms of thermodynamics and mechanics. . Therefore, considerable effort is required to minimize the formation of coke and to promote the dehydrocyclization reaction compared to competitive hydrocarbon reactions to increase the yield of the desired product due to catalytic reforming. The continuous catalytic reforming process, which uses a high activity catalyst and can be carried out under relatively low pressure while continuously regenerating the catalyst, is effective for the dehydrocyclization reaction.
비산성의 L-제올라이트 및 플라티늄군 금속을 함유하는 개질 촉매의 파라핀 탈수소환화 공정에 대한 효과는 당업계에 공지되어 있다. 이들 개질 촉매를 사용하여 파라핀 라파네이트 및 나프타로부터 방향족 물질을 제조하는 방법은 이미 개시되어 있다. 그러나, 이 탈수소환화 기술은 집중적인 장기간의 개발 기간 동안 발전 속도가 너무 느렸다. 따라서, 본 발명은 L-제올라이트 기술을 보완적으로 이용하는 방법에 새로이 접근하게 되었다.The effects on the paraffin dehydrocyclization process of reforming catalysts containing non-acidic L-zeolites and platinum group metals are known in the art. Processes for producing aromatics from paraffin raffate and naphtha using these reforming catalysts have already been disclosed. However, this dehydrocyclization technology was too slow to develop during intensive, long-term development. Thus, the present invention takes a new approach to complementary use of L-zeolite technology.
버스(Buss)의 미국 특허 제A 4,645,586호는, 금속 산화물 지지체 및 VIII족 금속을 함유하는 이기능성(bifunctional) 개질 촉매와 원료를 접촉시킨 후, 다시 기공이 큰 제올라이트(바람직하게는, 제올라이트 L)를 함유하는 제올라이트 개질 촉매와 접촉시키는 방법을 교시하였다. 이 특허에서는, 통상의 제1 개질 촉매를 사용하여 제조한 생성물 스트림을 비산성의 고선택성 제2 촉매에 제공함으로써 종래 기술의 단점을 해소하였다. 그러나, 연속 개질법에 대해서는 전혀 언급한 바가 없다.Bus US Pat. No. 4,645,586 discloses a large pore zeolite (preferably zeolite L) after contacting a raw material with a bifunctional reforming catalyst containing a metal oxide support and a Group VIII metal. A method of contacting with a zeolite reforming catalyst containing was taught. This patent solves the disadvantages of the prior art by providing a product stream prepared using a conventional first reforming catalyst to a non-acidic, highly selective second catalyst. However, nothing is said about the continuous reforming method.
미국 특허 제A 4,985,132호는, 내화성 무기 산화물 상에 플라티늄-게르마늄을 함유한 제1 촉매 영역과, 연속적 촉매 재생과 관련된 이동층 시스템인 말단 촉매 영역을 사용하는 다영역 촉매 개질 방법을 교시하였다.US Pat. No. 4,985,132 teaches a multi-zone catalyst reforming process using a first catalyst region containing platinum-germanium on a refractory inorganic oxide and a terminal catalyst region, which is a moving bed system involving continuous catalyst regeneration.
미국 특허 제A 5,190,638호는, 바람직하게는 100∼500 psig에서 산작용기를 가진 촉매를 사용하여 이동층 연속 촉매 재생 방식으로 원료를 개질시켜 부분 개질된 스트림을 제공한 후, 이것을 제2 재생 영역에 공급하는 방법을 교시하고 있으나, 이 방법에서는 비산성 제올라이트 촉매의 사용과 관련해서는 언급하고 있지 않다.U. S. Patent No. 5,190, 638 preferably modifies the feed in a moving bed continuous catalyst regeneration scheme using a catalyst with acid functionality at 100 to 500 psig to provide a partially modified stream, which is then subjected to a second regeneration zone. The method of feeding is taught, but this method does not address the use of non-acidic zeolite catalysts.
본 발명의 목적은 생성물 수율이 우수한 촉매적 개질 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a catalytic reforming method with good product yield.
본 발명은, 이기능성 촉매 개질 반응과 제올라이트 개질 반응을 샌드위치 배열로 조합하여 수행하면 종래 기술에 비해 방향족 물질의 수율이 상당히 향상된다는 점을 기초로 하여 완성한 것이다.The present invention has been completed based on the fact that the combination of the bifunctional catalytic reforming reaction and the zeolite reforming reaction in a sandwich arrangement significantly improves the yield of aromatics compared to the prior art.
본 발명의 하나의 실시 형태는, 플라티늄, 금속 촉진제, 내화성 무기 산화물 및 할로겐을 함유하며 제1 촉매 영역 중에 존재하는 제1 이기능성 촉매, 비산성 제올라이트 및 플라티늄군 금속을 함유하며 제올라이트 개질 영역 중에 존재하는 제올라이트 개질 촉매, 및 플라티늄, 금속 촉진제, 내화성 무기 산화물 및 할로겐을 함유하며 말단 촉매 영역 중에 존재하는 말단 이기능성 촉매를 포함하는 촉매계와 원료를 순차적으로 접촉시켜 탄화수소 원료를 촉매적으로 개질시키는 방법에 관한 것이다. 상기 제1 이기능성 개질 촉매와 말단 이기능성 개질 촉매는 동일한 촉매로 하는 것이 바람직하다. 임의로, 제1 촉매와 말단 촉매의 금속 촉진제는 IVA 족(IUPAC 14) 금속, 레늄 및 인듐으로 구성된 군 중에서 선택된다. 제올라이트 개질 촉매는 비산성 L-제올라이트 및 플라티늄을 함유하는 것이 바람직하다.One embodiment of the invention contains a first difunctional catalyst, a non-acidic zeolite and a platinum group metal containing platinum, a metal promoter, a refractory inorganic oxide and a halogen and present in the first catalyst zone and present in the zeolite modified zone. And a catalyst system comprising a zeolite-modifying catalyst, and a catalyst system comprising a platinum, a metal promoter, a refractory inorganic oxide, and a halogen, and a terminal bifunctional catalyst present in the terminal catalyst region, in order to catalytically modify the hydrocarbon raw material. It is about. The first bifunctional reforming catalyst and the terminal bifunctional reforming catalyst are preferably the same catalyst. Optionally, the metal promoter of the first catalyst and the terminal catalyst is selected from the group consisting of Group IVA (IUPAC 14) metals, rhenium and indium. The zeolite reforming catalyst preferably contains non-acidic L-zeolites and platinum.
하나의 실시 형태에서, 말단 촉매 영역은 연속적 촉매 재생과 관련된 이동층 시스템을 포함한다. 본 발명의 대안적 실시 형태는, 이기능성 촉매를 함유한 연속 개질부 및 제올라이트 개질 촉매를 함유한 제올라이트 개질 영역에서 탄화수소 원료를 연속적으로 처리한 후 연속 개질부에서 다시 한번 처리하는 촉매적 개질 방법이다. 제올라이트 개질 영역을 중간 반응기로서 부설함으로써 처리량을 늘리고(늘리거나) 기존의 연속 개질법의 제품 품질을 향상시킬 수도 있다.In one embodiment, the terminal catalyst zone comprises a moving bed system associated with continuous catalyst regeneration. An alternative embodiment of the present invention is a catalytic reforming process in which a continuous reforming portion containing a bifunctional catalyst and a hydrocarbon raw material are continuously treated in a zeolite reforming region containing a zeolite reforming catalyst and then once again in the continuous reforming portion. . Placing zeolite reforming zones as intermediate reactors may increase throughput (or increase) and improve product quality of existing continuous reforming processes.
본 발명의 넓은 실시 형태는, 이기능성 개질 촉매, 제올라이트 개질 촉매와 이기능성 개질 촉매 순으로 이들을 샌드위치 배열로 포함하는 촉매적 개질 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 플라티늄군 금속 성분, 금속 촉진제, 내화성 무기 산화물 및 할로겐 성분을 함유하며 제1 개질 영역 중에 존재하는 제1 이기능성 촉매와 탄화수소 원료를 제1 개질 조건 하에서 접촉시켜 제1 유출물을 얻는 단계, 제1 유출물의 적어도 일부를 비산성 제올라이트, 알칼리 금속 성분 및 플라티늄군의 금속 성분을 함유하며 제올라이트 개질 영역 중에 존재하는 제올라이트 개질 촉매와 제2 개질 조건하에 접촉시켜 방향족화된 유출물을 얻는 단계, 및 방향족화된 유출물의 적어도 일부를 플라티늄군의 금속 성분, 금속 촉진제, 내화성 무기 산화물 및 할로겐 성분을 함유하며 말단 개질 영역에 존재하는 말단 이기능성 개질 촉매와 말단 개질 조건 하에 접촉시켜 방향족 물질 함량이 높은 생성물을 얻는 단계를 포함하는 촉매적 개질 방법을 제공한다.A broad embodiment of the present invention relates to a catalytic reforming process comprising a sandwich arrangement in the order of a bifunctional reforming catalyst, a zeolite reforming catalyst and a bifunctional reforming catalyst. The present invention provides a first effluent by contacting a hydrocarbon feedstock with a first difunctional catalyst containing a platinum group metal component, a metal promoter, a refractory inorganic oxide, and a halogen component in a first reforming region under a first reforming condition. At least a portion of the first effluent is contacted under a second reforming condition with a zeolite reforming catalyst containing a non-acidic zeolite, an alkali metal component and a metal component of the group of platinum and present in the zeolite reforming zone to obtain an aromatized effluent. And at least a portion of the aromatized effluent are contacted under a terminal reforming condition with a terminal bifunctional reforming catalyst containing a metal component, a metal promoter, a refractory inorganic oxide and a halogen component of the platinum group and present in the terminal reforming region to increase the aromatics content. It provides a catalytic reforming method comprising the step of obtaining a high product. .
촉매적 개질 방법의 기본 배열은 당업계에 공지되어 있다. 탄화수소 원료 및 수소 함량이 높은 가스를 예열시켜 통상 2개 이상(통상, 2개 내지 5개)의 반응기를 일렬로 포함하는 개질 영역으로 공급한다. 각 반응기 내에서의 반응에 따른 순수한 흡열량을 보완하기 위해 반응기 사이에 적당한 가열 수단을 설치한다.Basic arrangements of catalytic reforming processes are known in the art. The hydrocarbon feedstock and the high hydrogen content gas are preheated and fed to a reforming zone which typically contains two or more (usually two to five) reactors in a row. Appropriate heating means are installed between the reactors to compensate for the net endothermic amount of the reaction in each reactor.
제1 촉매, 중간 촉매 및 말단 촉매를 각각 포함하는 제1 촉매 영역, 중간 촉매 영역 및 말단 촉매 영역은 각각 별도의 반응기에 설치하는 것이 통상적이긴 하나, 이들 촉매 영역을 단일 반응기 내에 별도층으로 설치할 수도 있다. 각 촉매 영역은 2개 이상의 반응기에 배치할 수도 있으며, 이들 반응기 사이에는 전술한 바와 같이 적당한 가열 수단이 설치할 수 있는데, 예를 들면 제1 촉매 영역은 제1 반응기에 배치하고 말단 촉매 영역은 이후의 3개 반응기에 배치할 수 있다. 각각의 촉매 영역은 또한 본 발명의 촉매 조성물과 다른 조성을 가진 촉매 조성물을 함유한 1개 이상의 반응 영역에 의해 분리될 수도 있다.The first catalyst region, the intermediate catalyst region and the terminal catalyst region each including the first catalyst, the intermediate catalyst and the terminal catalyst are usually installed in separate reactors, but these catalyst regions may be installed in separate layers in a single reactor. have. Each catalyst zone may be arranged in two or more reactors, and between these reactors may be provided with suitable heating means as described above, for example, the first catalyst zone may be arranged in the first reactor and the terminal catalyst zone may be It can be placed in three reactors. Each catalyst zone may also be separated by one or more reaction zones containing a catalyst composition having a composition different from the catalyst composition of the present invention.
제1 촉매는 모든 촉매 영역 중의 총 촉매 질량의 10% 내지 50%를 구성하고, 중간 촉매는 20% 내지 60%를, 말단 촉매는 30% 내지 70%를 구성한다.The first catalyst constitutes 10% to 50% of the total catalyst mass in all catalyst zones, the middle catalyst constitutes 20% to 60% and the terminal catalyst constitutes 30% to 70%.
촉매는, 연속적 촉매 재생과 연관된 고정층 시스템 또는 이동층 시스템에 수용되어 있으므로, 촉매는 계속해서 배출되고 재상된 후 반응기로 다시 공급된다. 촉매 재생과 관련하여 당업자들에게 공지된 대안책이 있다. 예를 들어, (1) 고정층 반응기를 포함하는 반재생 유닛에 있어 온도를 상승시키고, 실질적으로 촉매의 재생 및 재활성화를 위해 상기 유닛을 차단시킴으로써 작동상의 혹독성(severity)을 유지시키는 방법, (2) 스윙 반응기 유닛 내에서, 촉매가 탈활성화됨에 따라 개별 고정층 반응기를 다중 배열을 통해 연속해서 분리시킨 후, 분리된 반응기에서 촉매를 재생시키고 재활성화시키는 한편, 나머지 반응기들은 스트림 상태로 유지시키는 방법, (3) 이동층 반응기로부터 배출된 촉매를 연속적으로 재생시키고 재활성화시킨 후, 재활성화된 촉매는 반응기로 귀환시키는 방법, 또는 (4) 반재생 및 연속 재생이 동일 영역에서 이루어지는 혼성 시스템을 이용하는 방법. 본 발명의 바람직한 구체예는 고정층 반재생 시스템 또는 반재생적 제올라이트 개질 영역 중의 고정층 반응기와 연속 개질 영역 중의 연속 이기능성 촉매 재생과 관련된 이동층 반응기와의 혼성 시스템이다. 혼성 시스템의 하나의 실시 형태에서는, 기존의 연속 개질 공정에 제올라이트 개질 영역을 부가하여 부분 개질된 중간체 스트림을 상급화시키고(거나) 연속 개질 공정에서 얻은 제품의 품질과 처리량을 향상시킨다.Since the catalyst is housed in a fixed bed system or a moving bed system associated with continuous catalyst regeneration, the catalyst is continuously discharged and recycled and then fed back to the reactor. There are alternatives known to those skilled in the art with regard to catalyst regeneration. For example, (1) in a semi-regeneration unit comprising a fixed bed reactor, maintaining the operational severity by raising the temperature and shutting off the unit for substantially regeneration and reactivation of the catalyst, ( 2) In a swing reactor unit, as the catalyst is deactivated, the individual fixed bed reactors are continuously separated through multiple arrangements, and then the catalysts are regenerated and reactivated in the separated reactors while the remaining reactors remain in the stream. (3) after continuously regenerating and reactivating the catalyst discharged from the moving bed reactor, the reactivated catalyst is returned to the reactor, or (4) using a hybrid system where semi-regeneration and continuous regeneration are performed in the same zone. Way. A preferred embodiment of the present invention is a fixed bed semi-regeneration system or hybrid system of a fixed bed reactor in a semi-regenerating zeolite reforming zone and a moving bed reactor involved in continuous bifunctional catalyst regeneration in a continuous reforming zone. In one embodiment of the hybrid system, a zeolite reforming zone is added to an existing continuous reforming process to enhance the partially modified intermediate stream and / or to improve the quality and throughput of the product obtained in the continuous reforming process.
탄화수소 원료는 파라핀 및 나프텐을 함유하며, 방향족 물질과, 가솔린 범위 내에서 끓는 소량의 올레핀을 함유할 수도 있다. 사용 가능한 원료로는 직류 나프타(straight-run naphthas), 천연 가솔린, 합성 나프타, 열 가솔린, 촉매적 크래킹된 가솔린, 부분 개질된 나프타 또는 방향족 물질의 추출에 따른 라피네이트가 있다. 증류 범위는, 처음 비점이 통상 40∼80℃이고 최종 비점이 160∼210℃인 모든 나프타의 증류 범위일 수 있거나, 또는 최종 비점이 보다 낮은 보다 좁은 범위일 수도 있다. 본 발명의 방법은 파라핀을 방향족 물질로 효과적으로 탈수소환화시키기 때문에, 본 발명의 방법에 의하면 파라핀 원료, 예를 들어 최종 비점이 100∼175℃인 중동 원유에서 얻은 나프타를 유리하게 처리할 수 있다. 대체적 탄화수소 원료로는, 가치있는 B-T-X 방향족 물질로 전환될 수 있는 대개 보다 낮은 가치의 C6∼C8의 파라핀을 함유한, 방향족 물질의 추출에 따른 라피네이트가 바람직하다.The hydrocarbon feedstock contains paraffins and naphthenes and may contain aromatics and small amounts of olefins boiling within the gasoline range. Available raw materials include straight-run naphthas, natural gasoline, synthetic naphtha, thermal gasoline, catalytic cracked gasoline, partially modified naphtha or raffinate following extraction of aromatics. The distillation range may be the distillation range of all naphthas having an initial boiling point of typically 40-80 ° C. and a final boiling point of 160-210 ° C., or may be a narrower range with a lower final boiling point. Since the process of the present invention effectively dehydrocyclizes paraffins with aromatics, the process of the present invention enables advantageous treatment of paraffin raw materials, such as naphtha obtained from Middle Eastern crude oil with a final boiling point of 100 to 175 ° C. As an alternative hydrocarbon feedstock, raffinates following extraction of aromatics, which usually contain lower values of C 6 -C 8 paraffins which can be converted into valuable BTX aromatics, are preferred.
본 발명의 탄화수소 원료는 황 화합물을 소량, 원소를 기준으로 하여 10 ppm 미만의 질량으로 함유한다. 탄화수소 원료는, 수첨(水添) 처리, 수첨 정제 또는 수첨 탈황화 반응 등의 통상의 예비 처리 단계를 통해 황 함유, 질소 함유 및 산소 함유 화합물과 같은 오염된 원료를 H2S, NH3및 H2O [이들 물질은 분별을 통해 탄화수소로부터 분리할 수 있음]로 각각 전환시킴으로써 이들 오염물로부터 제조하는 것이 바람직하다. 이러한 전환 과정에는, 무기 산화물 지지체와, 주기율표의 VIB 족(IUPAC 6) 및 VIII 족(IUPAC 9-10) 중에서 선택된 금속을 함유하는 당업계에 공지된 촉매를 사용하는 것이 바람직할 것이다 {코튼 및 윌킨슨의 문헌 [Advanced Inorganic Chemistry, 죤 윌리 앤드 선즈, 5판, 1988] 참조}. 상기 종래의 수첨 처리 과정 대신 또는 이에 부가하여, 예비 처리 단계 중에, 황 함유 오염물 및 다른 오염물을 제거할 수 있는 흡착제와의 접촉 단계를 포함시킬 수도 있다. 이들 흡착제로는 산화아연, 철 스폰지, 표면적이 넓은 나트륨, 표면적이 넓은 알루미나, 활성탄 및 분자체가 있으나, 이들에 국한되는 것은 아니다, 니켈/알루미나 흡착제를 사용하는 경우 우수한 결과가 얻어진다. 예비 처리 단계에 의하면, 바람직한 개질 원료로서 종래 기술에 개시된 황 함량이 낮은[예, 1 ppm 내지 0.1 ppm(100 ppb)] 탄화수소 원료를 제올라이트 개질 촉매에 제공할 수 있다.The hydrocarbon raw material of the present invention contains a small amount of sulfur compound in a mass of less than 10 ppm based on the element. Hydrocarbon feedstocks may contain contaminated feedstocks such as sulfur-containing, nitrogen-containing and oxygen-containing compounds via H 2 S, NH 3 and H through conventional pretreatment steps such as hydrotreating, hydrorefining or hydrodesulfurization. It is preferred to prepare from these contaminants by each conversion to 2 O [these materials can be separated from hydrocarbons by fractionation]. In this conversion process, it would be desirable to use a catalyst known in the art containing an inorganic oxide support and a metal selected from group VIB (IUPAC 6) and group VIII (IUPAC 9-10) of the periodic table {cotton and Wilkinson See Advanced Inorganic Chemistry, John Willy & Sons, 5th ed., 1988. Instead of or in addition to the conventional hydrotreating process, during the pretreatment step, a contact with an adsorbent capable of removing sulfur-containing contaminants and other contaminants may be included. These adsorbents include, but are not limited to, zinc oxide, iron sponge, large surface area sodium, wide surface area alumina, activated carbon and molecular sieves. Excellent results are obtained with nickel / alumina adsorbents. The pretreatment step can provide the zeolite reforming catalyst with a low sulfur content (eg, 1 ppm to 0.1 ppm (100 ppb)) hydrocarbon feedstock disclosed in the prior art as a preferred reforming feedstock.
예비 처리 단계는, 황에 대해 비교적 내성을 가진 개질 촉매를 황 흡착제와 혼합하여 탄화수소 원료 중의 황 함량을 상당히 낮출 수 있다. 황에 대해 내성을 가진 개질 촉매를 오염된 원료와 접촉시켜 대부분의 황 화합물을 전환시킴으로써 H2S함유 유출물을 제공한다. H2S 함유 유출물은 황 흡착제(산화아연 또는 산화망간이 유리함)와 접촉하여 H2S가 제거된다. 이로써, 황 함량이 0.1 ppm 이하로 저하될 수 있다. 본 발명의 개질 방법에 예비 처리 단계를 포함시키는 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다.The pretreatment step can significantly reduce the sulfur content in the hydrocarbon feedstock by mixing a reforming catalyst that is relatively resistant to sulfur with a sulfur adsorbent. A reforming catalyst resistant to sulfur is contacted with the contaminated feed to convert most of the sulfur compounds to provide an H 2 S containing effluent. The H 2 S containing effluent is contacted with a sulfur adsorbent (zinc oxide or manganese oxide is advantageous) to remove H 2 S. As a result, the sulfur content can be lowered to 0.1 ppm or less. It is also within the scope of the present invention to include a pretreatment step in the modification process of the present invention.
원료는 각 반응기 내의 각 촉매와 상류, 하류 또는 방사상 흐름 형태로 접할 수도 있다. 본 발명의 개질 방법은 비교적 낮은 압력에서 수행하기 때문에, 방사상 흐름 반응기에서 압력을 낮게 강하시키는 데에는 방사상 형태의 흐름 방식이 바람직하다.The feed may be encountered in the form of upstream, downstream or radial flow with each catalyst in each reactor. Since the reforming process of the present invention is carried out at a relatively low pressure, a radial flow mode is preferred for lowering the pressure in the radial flow reactor.
제1 개질 조건은, 100 kPa 내지 6 MPa의 압력(절대), 바람직하게는 100 kPa 내지 1 MPa의 압력(절대)을 포함한다. 작동 압력이 450 kPa 이하인 경우에 우수한 결과가 얻어졌다. 대개 경질 탄화수소를 함유한 가스 중에 존재하는 자유 수소는, C5+ 탄화수소 1 몰 당 수소 0.1 몰 내지 10 몰의 몰비가 얻어지도록 원료와 혼합된다. 제1 개질 촉매의 부피에 대한 공간 속도는 0.2∼20/시간이다. 작동 온도는 400∼560℃이다.The first reforming condition comprises a pressure (absolute) of 100 kPa to 6 MPa, preferably a pressure (absolute) of 100 kPa to 1 MPa. Good results were obtained when the operating pressure was 450 kPa or less. Free hydrogen, usually present in gases containing light hydrocarbons, is mixed with the raw materials such that a molar ratio of 0.1 to 10 moles of hydrogen per mole of C 5 + hydrocarbons is obtained. The space velocity with respect to the volume of the first reforming catalyst is 0.2-20 / hour. The operating temperature is 400 to 560 ° C.
제1 개질 영역에서는 방향족 물질의 함량이 높은 제1 유출물 스트림이 생성된다. 원료 중에 함유된 대부분의 나프텐은 방향족 물질로 전환된다. 원료 중에 함유된 파라핀은 주로 이성화되고, 히드로크래킹된 후 탈수소환화되며, 중질의 파라핀이 경질의 파라핀보다 다량 전환되므로 유출물 중에는 경질의 파라핀이 주로 존재한다.In the first reforming zone, a first effluent stream with a high content of aromatics is produced. Most of the naphthenes contained in the raw materials are converted to aromatics. Paraffins contained in the raw materials are mainly isomerized, hydrocracked and then dehydrogenated, and light paraffins are mainly present in the effluent since heavy paraffins are converted in much larger amounts than hard paraffins.
제1 개질 촉매의 내화성 지지체는, 다공성 및 흡착성을 가지고 표면적이 넓으며 함유된 성분들의 조성이 구배를 이루지 않고 균일한 물질이어야 한다. 본 발명의 영역 내에 포함되는 내화성 지지체는, (1) 알루미나, 실리카, 티타니아, 마그네시아, 지르코니아, 크로미아, 토리아, 보리아 또는 이들의 혼합물 등의 내화성 무기 산화물, (2) 산 처리될 수 있는 천연 또는 합성 점토 및 실리케이트, (3) 수소 형태이거나 또는 금속 양이온과 교환된 합성 또는 천연의 결정형 제올라이트 알루미노실리케이트, 예를 들어 FAU, MEL, MFI, MOR, MTW(제올라이트 명명법에 대한 IUPAC 위원회), (4) MgAl2O4, FeAl2O4, ZnAl2O4, CaAl2O4등의 첨정석, 및 (5) 이들 군 중 1개 이상에서 선택된 물질들의 조합물 중 1개 이상을 함유한 내화성 지지체이다. 제1 개질 촉매의 내화성 지지체는 무기 산화물, 바람직하게는 알루미나를 함유하는 것이 바람직하며, 감마 알루미나 또는 에타 알루미나가 특히 바람직하다.The refractory support of the first reforming catalyst should be a material that is porous and adsorbable, has a large surface area and is uniform in composition of the components contained therein. Refractory supports encompassed within the scope of the present invention include (1) refractory inorganic oxides such as alumina, silica, titania, magnesia, zirconia, chromia, toria, boria, or mixtures thereof, and (2) natural, which may be acid treated. Or synthetic clays and silicates, (3) synthetic or natural crystalline zeolite aluminosilicates in the hydrogen form or exchanged with metal cations such as FAU, MEL, MFI, MOR, MTW (IUPAC Commission for Zeolite Nomenclature), ( 4) MgAl 2 O 4, FeAl 2 O 4, ZnAl 2 O 4, CaAl 2 O 4 , etc. of the spinel, and (5) a refractory containing one or more of a combination of a material selected from at least one of these groups It is a support. The refractory support of the first reforming catalyst preferably contains an inorganic oxide, preferably alumina, with gamma alumina or eta alumina being particularly preferred.
알루미나 분말은 당업계에 공지된 임의의 캐리어 물질 형태(예, 구형, 압출물형, 봉형, 환형, 펠릿형, 정제형 또는 과립형)로 성형될 수 있다. 구형 입자는, 알루미나 분말을 적당한 펩타이징제(peptizing agent)와 반응시켜 알루미나졸로 전환시킨 후 생성된 졸과 겔화제의 혼합물을 유조 내에 적하하여 알루미나겔의 구형 입자를 형성시킨 후 공지된 숙성, 건조 및 하소 단계를 수행하여 성형할 수 있다. 압출물 형태는, 알루미나 분말을 물 및 적당한 펩타이징제(예, 질산, 아세트산, 질산알루미늄 등의 물질)와 혼합하여 500℃ 하의 작열 감량(LOI)이 45∼65 질량%인 압출성 반죽을 형성하는 방식으로 제조하는 것이 바람직하다. 생성된 반죽은 적당한 형태 및 크기를 가진 다이를 통해 압출시켜 압출물 입자를 형성시킨 후 공지된 방법을 통해 건조시키고 하소시킨다. 대안적으로, 압출물 입자를 회전 디스크 상에서 굴려 구형 입자를 제조할 수 있다.The alumina powder may be molded into any carrier material form known in the art (eg, spherical, extrudates, rods, rings, pellets, tablets or granules). The spherical particles are converted into alumina sol by reacting the alumina powder with a suitable peptizing agent and then dropping a mixture of the resulting sol and gelling agent in an oil bath to form spherical particles of alumina gel, and then known aging and drying. And a calcination step. The extrudate form mixes the alumina powder with water and a suitable peptizing agent (e.g., materials such as nitric acid, acetic acid, aluminum nitrate, etc.) to form an extrudable dough having a burn loss (LOI) of 45-65 mass% at 500 ° C. It is preferable to prepare in such a manner. The resulting dough is extruded through a die of suitable shape and size to form extrudate particles and then dried and calcined by known methods. Alternatively, the extrudate particles can be rolled on a rotating disk to produce spherical particles.
상기 구형 입자는 대개 구형이며 직경이 1.5∼3.1 mm(1/16∼1/8 인치)이나, 6.35 mm(1/4 인치) 정도로 클 수도 있다. 그러나, 특정의 재생 장치에서는, 비교적 좁은 크기 범위에 해당하는 촉매 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 촉매 입자의 바람직한 직경은 3.1 mm(1/16 인치)이다.The spherical particles are usually spherical and may be as large as 1.5-3.1 mm (1 / 16-1 / 8 inch) in diameter but about 6.35 mm (1/4 inch). However, in certain regeneration apparatuses, it is preferable to use catalyst particles corresponding to a relatively narrow size range. The preferred diameter of the catalyst particles is 3.1 mm (1/16 inch).
제1 개질 촉매의 주요 성분은 1종 이상의 플라티늄군 금속이고, 이중에서도 플라티늄 성분이 바람직하다. 플라티늄은 산화물, 황화물, 할라이드 또는 옥시할라이드 등의 화합물 형태로, 촉매 조성물의 1종 이상의 다른 성분들과 화학적 조합물 형태로, 또는 금속 원소 형태로 촉매 중에 존재할 수도 있다. 실질적으로 모든 플라티늄이 환원 상태로 촉매 중에 존재하는 경우에 최선의 결과가 얻어진다. 플라티늄 성분은 통상 원소를 기준으로 하여 계산했을 때 촉매의 0.01∼2 질량%, 바람직하게는 0.05 내지 1 질량%를 구성한다.The main component of the first reforming catalyst is at least one platinum group metal, of which the platinum component is preferred. Platinum may be present in the catalyst in the form of compounds such as oxides, sulfides, halides or oxyhalides, in chemical combination with one or more other components of the catalyst composition, or in the form of metal elements. Best results are obtained when substantially all platinum is present in the catalyst in a reduced state. The platinum component usually constitutes 0.01 to 2% by mass, preferably 0.05 to 1% by mass of the catalyst when calculated on the basis of the element.
제1 개질 촉매가 금속 촉진제를 함유하여 바람직한 플라티늄 성분의 효과를 변성시키는 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다. 그러한 금속 촉진제로는 IVA 족(IUPAC 14) 금속, 다른 VIII 족(IUPAC 8-10) 금속, 레늄, 인듐, 갈륨, 아연, 우라늄, 디스프로슘, 탈륨 및 이들의 혼합물이 있으며, 이중에서도 IVA 족(IUPAC 14) 금속, 레늄 및 인듐이 바람직하다. 제1 개질 촉매가 주석 성분을 함유하는 경우에 최선의 결과가 얻어진다. 그러한 금속 촉진제는 당업계에 공지된 임의의 수단을 통해 촉매적 유효량으로 촉매 내에 혼입시킬 수도 있다.It is also within the scope of the present invention that the first reforming catalyst contains a metal promoter to modify the effect of the preferred platinum component. Such metal promoters include Group IVA (IUPAC 14) metals, other Group VIII (IUPAC 8-10) metals, rhenium, indium, gallium, zinc, uranium, dysprosium, thallium, and mixtures thereof, among which Group IVA (IUPAC) 14) Metals, rhenium and indium are preferred. Best results are obtained when the first reforming catalyst contains a tin component. Such metal promoters may be incorporated into the catalyst in a catalytically effective amount via any means known in the art.
제1 개질 촉매는 할로겐 성분을 함유할 수도 있다. 할로겐 성분은 불소, 염소, 브롬, 요오드 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이중에서도 염소가 바람직하다. 할로겐 성분은 통상 무기 산화물 지지체와 혼합된 상태로 존재한다. 할로겐 성분은 촉매 전체에 잘 분산되는 것이 바람직하며, 원소를 기준으로 계산했을 때 말단 촉매의 0.2 이상 내지 약 15 중량%를 구성할 수도 있다.The first reforming catalyst may contain a halogen component. The halogen component can be fluorine, chlorine, bromine, iodine or mixtures thereof. Of these, chlorine is preferred. The halogen component is usually present in admixture with the inorganic oxide support. The halogen component is preferably well dispersed throughout the catalyst, and may comprise from 0.2 to about 15% by weight of the terminal catalyst, calculated on an elemental basis.
제1 개질 촉매의 임의의 성분은 제올라이트 또는 결정형 알루미노실리케이트이다. 그러나, 이 촉매는 제올라이트 성분을 실질적으로 전혀 함유하지 않는 것이 바람직하다. 제1 개질 촉매는 미국 특허 제A 4,741,820호에 개시된 바와 같이 비제올라이트계 분자체를 함유할 수도 있다.Optional components of the first reforming catalyst are zeolites or crystalline aluminosilicates. However, it is preferable that this catalyst contains substantially no zeolite component. The first reforming catalyst may contain a non-zeolitic molecular sieve, as disclosed in US Pat. No. 4,741,820.
제1 개질 촉매는 통상 100∼320℃의 온도에서 0.5 시간 내지 24 시간 동안 건조시킨 후 0.5∼10 시간 동안 공기 대기 중에서 300∼550℃의 온도하에 산화시킨다. 산화된 촉매는 300∼550℃의 온도하에 0.5∼10 시간 이상 동안 실질적 무수 환원 단계에서 처리한다. 제1 개질 촉매의 구체예의 제조 방법 및 활성화 방법에 대한 추가의 세부 사항은 미국 특허 제A 4,677,094호에 개시되어 있다.The first reforming catalyst is usually dried at a temperature of 100 to 320 ° C. for 0.5 to 24 hours and then oxidized at a temperature of 300 to 550 ° C. in an air atmosphere for 0.5 to 10 hours. The oxidized catalyst is treated in a substantially anhydrous reducing step for at least 0.5 to 10 hours at a temperature of 300 to 550 ° C. Further details of the preparation and activation methods of embodiments of the first reforming catalyst are disclosed in US Pat. No. 4,677,094.
제1 개질 영역에서 얻은 제1 유출물의 적어도 일부는 방향족 물질을 선택적으로 형성시키기 위한 제올라이트 개질 영역으로 공급한다. 제1 유출물 중에 존재하는 자유 수소는, 제올라이트 개질 영역 중에서 제1 유출물을 처리하기 전에는 분리되지 않는 것이 바람직한데, 다시 말하면 제1 개질 영역과 제올라이트 개질 영역은 동일한 수소 회로 내에 존재하는 것이 바람직하다. 제올라이트 개질 영역에 존재하는 제1 유출물에 보조 나프타 공급물을 첨가하여 보조 개질 생성물을 제조하는 것도 역시 본 발명의 영역 내에 포함된다. 임의의 보조 나프타 공급물은 탄화수소 원료에 기재된 영역 내에 해당하는 특성을 가지긴 하나 임의로는 보다 낮은 비점을 가지므로, 연속 개질부로 공급되는 공급물보다 경질의 방향족 물질을 제조하는 데 더 바람직하다. 제1 유출물 및 임의의 보조 나프타 공급물은 제올라이트 개질 영역에서 제2 개질 조건하에 제올라이트 개질 촉매와 접한다.At least a portion of the first effluent obtained in the first reformed zone feeds into the zeolite reformed zone for selectively forming aromatics. The free hydrogen present in the first effluent is preferably not separated before the first effluent is treated in the zeolite reforming zone, that is, the first reforming zone and the zeolite reforming zone are preferably present in the same hydrogen circuit. . Also included within the scope of the present invention is the addition of the auxiliary naphtha feed to the first effluent present in the zeolite reforming zone to produce the auxiliary reforming product. Any auxiliary naphtha feed has properties that fall within the region described in the hydrocarbon feed but optionally has a lower boiling point, and therefore is more preferred for producing light aromatics than the feed fed to the continuous reforming unit. The first effluent and any auxiliary naphtha feed are in contact with the zeolite reforming catalyst under second reforming conditions in the zeolite reforming zone.
탄화수소 원료는 제올라이트 개질 영역에서 제올라이트 개질 촉매와 접하여 방향족화된 유출물을 형성하며, 이때 이루어지는 주요 반응은 제1 유출물 중에 잔재하는 파라핀 탄화수소의 탈수소환화 반응이다. 본 발명의 제올라이트 개질 영역에 사용되는 제2 개질 조건은 100 kPa 내지 6 MPa의 압력(절대)이고, 바람직한 범위는 100 kPa 내지 1 MPa(절대)이며, 마지막 반응기의 배출구 압력은 450 kPa 이하인 것이 특히 바람직하다. 자유 수소는, 탄화수소 원료 1 몰 당 0.1 내지 10 몰의 수소의 비에 상응하기에 충분한 양으로 제올라이트 개질 영역에 공급되며, 상기 비는 약 6 이상인 것이 바람직하며, 약 5 이상인 것이 더욱 바람직하다. "자유 수소"란 탄화수소 또는 다른 화합물과 혼합되지 않은 분자 H2를 의미하는 것이다. 함유된 제올라이트 개질 촉매의 부피는 액체 시간당 공간 속도 1∼40/시간에 해당하며, 바람직하게는 7/시간 이상, 임의로는 10/시간 이상이다.The hydrocarbon feed is contacted with the zeolite reforming catalyst in the zeolite reforming zone to form an aromatized effluent, with the main reaction being the dehydrocyclization of the paraffinic hydrocarbons remaining in the first effluent. The second reforming conditions used in the zeolite reforming zone of the present invention are pressures of 100 kPa to 6 MPa (absolute), preferred ranges of 100 kPa to 1 MPa (absolute), and the outlet pressure of the last reactor is especially 450 kPa or less. desirable. The free hydrogen is supplied to the zeolite reforming zone in an amount sufficient to correspond to a ratio of 0.1 to 10 moles of hydrogen per mole of hydrocarbon raw material, and the ratio is preferably about 6 or more, more preferably about 5 or more. "Free hydrogen" means a molecule H 2 which is not mixed with a hydrocarbon or other compound. The volume of contained zeolite reforming catalyst corresponds to a liquid hourly space velocity of 1-40 / hour, preferably at least 7 / hour, optionally at least 10 / hour.
혼합된 탄화수소 원료, 자유 수소, 및 자유 수소를 함유한 임의의 성분들의 최대 온도로서 정의되는 작동 온도는 통상 260∼560℃이다. 이 온도는, 화학적 방향족 물질의 화학적 제조가 목적인 경우에는 생성물 중의 방향족 물질 수율과 관련하여, 또는 가솔린이 목적물인 경우에는 옥탄가 등의 특성과 관련하여 연속 개질 영역 및 제올라이트 개질 영역으로부터 얻어지는 전체 결과가 적정 수준이 되도록 정한다. 제올라이트 개질 촉매는 경질 파라핀의 탈수소환화 반응에 특히 효과적이기 때문에 공급 원료 중 탄화수소의 종류 역시 온도의 결정에 영향을 미친다. 종전의 연속 개질 반응기에서는 통상 나프텐이 상당히 큰 정도로 탈수소화되고, 이이 따라 부수적으로 반응의 흡열로 인해 촉매층에 걸쳐 온도가 감소한다. 불가피한 촉매의 탈활성화를 보완하기 위해, 처음의 반응 온도를 통상 작업 기간 동안 서서히 상승시킨다. 다른 방향족 물질의 비율 및 비방향족 물질의 농도와 같은 변수와 관련하여 목적 생성물을 얻을 수 있도록 연속 개질 영역 및 제올라이트 개질 영역의 반응기 온도는 반응기 별로 각기 다르게 정한다. 제올라이트 개질 영역 내의 최대 온도는 대개 제1 개질 영역 중의 최대 온도보다 낮지만, 촉매 조건 및 목적 생성물에 따라 제올라이트 개질 영역 중의 최대 온도를 더 높일 수도 있다.The operating temperature, defined as the maximum temperature of the mixed hydrocarbon feedstock, free hydrogen, and any components containing free hydrogen, is usually 260-560 ° C. This temperature is appropriate for the overall results obtained from the continuous reforming zone and the zeolite reforming zone in relation to the yield of aromatics in the product when the chemical preparation of the chemical aromatic material is intended, or the properties such as octane number when the gasoline is the target. Set it to be level. Since zeolite reforming catalysts are particularly effective for the dehydrocyclization of light paraffins, the type of hydrocarbon in the feedstock also influences the determination of temperature. In conventional continuous reforming reactors, naphthenes are usually dehydrogenated to a fairly large extent, thereby concomitantly reducing the temperature across the catalyst bed due to the endotherm of the reaction. To compensate for the inevitable deactivation of the catalyst, the initial reaction temperature is slowly raised during the normal working period. Reactor temperatures in the continuous reforming zone and the zeolite reforming zone are different for each reactor so that the desired product can be obtained in relation to variables such as the proportion of other aromatics and the concentration of non-aromatics. Although the maximum temperature in the zeolite reforming zone is usually lower than the maximum temperature in the first reforming zone, the maximum temperature in the zeolite reforming zone may be further increased depending on the catalyst conditions and the desired product.
제올라이트 개질 영역은, 제올라이트 개질 촉매를 함유한 단일 반응기, 대안적으로는 대안적인 순환적 재생이 가능하도록 당업계에 공지된 밸브를 갖춘 2개 이상의 병렬 반응기를 포함할 수도 있다. 단일 반응기와 병렬적 순환 반응기 사이의 선택은, 특히 반응기 용적 및 중단 없이 일정하게 고도의 수율을 유지시키고자 하는 요건에 따라 좌우된다. 어떤 경우든지 제올라이트 개질 영역의 반응기는 공정으로부터 물질의 제거가 가능하도록 밸브를 갖춤으로써, 제올라이트 개질 촉매를 재생시키거나 또는 치환시키는 과정에도 연속 개질 영역을 작동 상태로 계속 유지시키는 것이 바람직하다.The zeolite reforming zone may comprise a single reactor containing a zeolite reforming catalyst, alternatively two or more parallel reactors with valves known in the art to allow for alternative cyclic regeneration. The choice between a single reactor and a parallel circulating reactor depends, in particular, on the reactor volume and the requirement to maintain a constant high yield without interruption. In any case, it is desirable for the reactor in the zeolite reforming zone to have a valve to remove material from the process so that the continuous reforming zone remains in operation even during regeneration or replacement of the zeolite reforming catalyst.
대안적인 실시 형태로서, 제올라이트 개질 영역은 2개 이상의 반응기를 포함하고, 이들 반응기 사이에 가열기를 설치하여 온도를 상승시키고 탈수소환화 조건을 유지시키는 것도 본 발명의 영역 내에 포함된다. 제올라이트 개질 영역 중에서 발생하는 주요 반응이 통상의 나프텐 탈수소화 반응과 함께 파라핀이 방향족 물질로 탈수소환화되는 반응이고, 반응이 흡열성임으로 인해 충분한 탈수소환화 반응이 이루어지기도 전에 개질 반응이 이루어지는 온도보다 낮은 온도로 반응물이 냉각될 수도 있기 때문에, 전술된 대안적인 실시 형태는 유리하다.As an alternative embodiment, the zeolite reforming zone includes two or more reactors, and it is also included within the scope of the present invention to install heaters between these reactors to raise the temperature and maintain dehydrocyclization conditions. The main reaction that occurs in the zeolite reforming zone is the reaction of dehydrocyclization of paraffins with aromatic naphthenic dehydrogenation reactions to aromatics, and because the reaction is endothermic, it is lower than the temperature at which the reforming reaction occurs even before sufficient dehydrocyclization reaction occurs. As the reactants may be cooled to temperature, the alternative embodiments described above are advantageous.
제올라이트 개질 촉매는 비산성 제올라이트, 알칼리 금속 성분 및 플라티늄군 금속 성분을 함유한다. 제올라이트가 산성을 띠면 완성된 촉매의 방향족 물질에 대한 선택성이 저하되므로, 제올라이트(바람직하게는, LTL 또는 L-제올라이트)는 반드시 비산성이어야 한다. 제올라이트는 "비산성"을 띨 수 있도록 비수소 물질에 의해 점유된 실질적인 모든 양이온 교환부를 갖는다. 교환 가능한 양이온부를 점유하는 양이온은 1개 이상의 알칼리 금속을 함유하는 것이 바람직하나, 다른 양이온 물질도 존재할 수 있다. 특히 바람직한 비산성 L-제올라이트는 칼륨 형태의 L-제올라이트이다.The zeolite reforming catalyst contains a non-acidic zeolite, an alkali metal component and a platinum group metal component. Since the zeolite becomes acidic, the selectivity to the aromatics of the finished catalyst is lowered, so the zeolite (preferably LTL or L-zeolite) must be non-acidic. Zeolites have substantially all of the cation exchange sites occupied by non-hydrogen materials to be "non-acidic". The cations occupying the exchangeable cation moiety preferably contain at least one alkali metal, although other cationic materials may also be present. Particularly preferred non acidic L-zeolites are L-zeolites in potassium form.
본 발명의 촉매에 사용하기에 용이한 형태로 제공하기 위해, L-제올라이트는 결합제와 혼합하는 것이 통상적이다. 당업계에서는 내화성 무기 산화물 결합제가 적합한 것으로 교시하고 있다. 본 발명의 결합제 물질로는 실리카, 알루미나 또는 마그네시아 중 1 종 이상이 바람직하다. 비정형 실리카가 특히 바람직하며, 수용액으로부터 초미세 구형 입자로서 침전화된 백색의 합성 실리카 분말을 사용하는 경우에 월등한 결과가 얻어진다. 실리카 결합제로는, 비산성이고, 0.3 질량%의 황산염을 함유하며 BET 표면적이 120∼160 m2/g인 것이 바람직하다.To provide in a form easy to use in the catalyst of the present invention, L-zeolites are usually mixed with a binder. The art teaches that refractory inorganic oxide binders are suitable. As the binder material of the present invention, at least one of silica, alumina or magnesia is preferable. Amorphous silica is particularly preferred, and superior results are obtained when using white synthetic silica powder precipitated as ultrafine spherical particles from an aqueous solution. The silica binder is preferably non acidic, contains 0.3% by mass of sulfate, and has a BET surface area of 120 to 160 m 2 / g.
L-제올라이트와 결합제는 당업계에 공지된 임의의 방법을 통해 혼합하여 원하는 촉매 형태로 성형할 수도 있다. 예를 들어, 칼륨 형태의 L-제올라이트와 비정형 실리카는 펩타이징제를 첨가하기 전에 균일한 분말 배합물 상태로 혼합할 수도 있다. 수산화나트륨을 함유한 수용액을 첨가하여 압출 가능한 반죽을 제조한다. 이 반죽은, 직접적인 하소 과정을 견뎌낼 수 있는 강도를 가진 압출물을 형성할 수도 있도록 수분 함량이 30∼50 질량%인 것이 바람직하다. 생성된 반죽은 적당한 크기 및 형태의 다이를 통해 압출시켜 압출물 입자로 형성시킨 후 공지된 방법에 의해 건조시키고 하소시킨다. 대안적으로, 제올라이트 개질 촉매에 대해 전술한 방법을 사용하여 구형 입자를 성형할 수도 있다.The L-zeolite and binder can also be mixed by any method known in the art to form the desired catalyst form. For example, the potassium form of L-zeolite and amorphous silica may be mixed in a uniform powder formulation prior to addition of the peptizing agent. An extrudable dough is prepared by adding an aqueous solution containing sodium hydroxide. The dough preferably has a water content of 30-50 mass% so that it may form an extrudate having strength that can withstand the direct calcination process. The resulting dough is extruded through dies of appropriate size and shape to form extrudate particles, which are then dried and calcined by known methods. Alternatively, spherical particles may be shaped using the methods described above for zeolite reforming catalysts.
알칼리 금속 성분은 제올라이트 개질 촉매의 주요 성분이다. 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 및 이들의 혼합물을 비롯한 알칼리 금속을 1 종 이상 사용할 수도 있으며, 이들 중에서 칼륨이 바람직하다. 알칼리 금속은 비산성 L-제올라이트에 존재하는 모든 교환 가능한 양이온부를 적당히 점유할 것이다. 미국 특허 제A 4,619,906호에 기재된 바와 같이 표면 침착된 알칼리 금속도 역시 존재할 수 있다.The alkali metal component is the main component of the zeolite reforming catalyst. One or more alkali metals including lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and mixtures thereof may be used, and potassium is preferred among them. The alkali metal will suitably occupy all exchangeable cation moieties present in the non-acidic L-zeolite. Surface deposited alkali metals may also be present as described in US Pat. No. 4,619,906.
플라티늄군 금속 성분은 제올라이트 개질 촉매의 또다른 주요 성분이며, 플라티늄 성분이 바람직하다. 플라티늄은 산화물, 황화물, 할라이드 또는 옥시할라이드 등의 화합물 형태, 촉매 중의 다른 촉매 성분 1종 이상과의 화학적 조합 형태, 또는 금속 원소 형태로 존재할 수도 있다. 실질적으로 모든 플라티늄이 촉매 중에 환원된 상태로 존재하는 경우에 최선의 결과가 얻어진다. 플라티늄 성분은 통상 원소를 기준으로 하여 계산했을때 촉매의 0.05∼5 질량%, 바람직하게는 0.05∼2 질량%를 구성한다.The platinum group metal component is another major component of the zeolite reforming catalyst, with the platinum component being preferred. Platinum may be present in the form of compounds such as oxides, sulfides, halides or oxyhalides, in chemical combinations with one or more of the other catalyst components in the catalyst, or in the form of metal elements. Best results are obtained when substantially all platinum is present in the catalyst in a reduced state. The platinum component usually constitutes 0.05 to 5 mass%, preferably 0.05 to 2 mass% of the catalyst when calculated on the basis of the element.
제올라이트 촉매가, 바람직한 플라티늄 성분의 효과를 변성시키는 것으로 공지된 다른 금속 성분들을 함유할 수 있다는 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다. 그러한 금속 촉진제로는 IVA 족(IUPAC 14) 금속, 다른 VIII 족(IUPAC 8-10) 금속, 레늄, 인듐, 갈륨, 아연, 우라늄, 디스프로슘, 탈륨 및 이들의 혼합물이 있다. 그러한 금속 촉진제는 당업계에 공지된 임의의 수단을 통해 촉매 내에 촉매적 유효량으로 혼입시킬 수도 있다.It is also within the scope of the present invention that the zeolite catalyst may contain other metal components known to modify the effect of the preferred platinum component. Such metal promoters include Group IVA (IUPAC 14) metals, other Group VIII (IUPAC 8-10) metals, rhenium, indium, gallium, zinc, uranium, dysprosium, thallium and mixtures thereof. Such metal promoters may be incorporated into the catalyst in a catalytically effective amount via any means known in the art.
최종 제올라이트 개질 촉매는 통상 100∼320℃의 온도에서 0.5 시간 내지 24 시간 동안 건조시킨 후, 0.5∼10 시간 동안 공기 대기 중에서 300∼550℃(바람직하게는 350℃)의 온도하에 산화시킨다. 산화된 촉매는 300∼550℃(바람직하게는 350℃)의 온도에서 0.5∼10 시간 이상 동안 실질적 무수 환원 단계에서 처리한다. 환원 단계는, 촉매의 탈활성화를 방지하도록 플라티늄을 환원시키는 데 필요할 정도로만 그 기간을 정해야 하며, 무수 대기가 유지되는 경우에는 장치의 시동과 동시에 수행할 수도 있다. 제올라이트 개질 촉매의 구체예의 제조 방법 및 활성화 방법에 대한 추가의 세부 사항은 미국 특허 제A 4,619,906호 및 미국 특허 제A 4,822,762호에 개시되어 있다.The final zeolite reforming catalyst is usually dried at a temperature of 100-320 ° C. for 0.5-24 hours and then oxidized at a temperature of 300-550 ° C. (preferably 350 ° C.) in an air atmosphere for 0.5-10 hours. The oxidized catalyst is treated in a substantially anhydrous reduction step for at least 0.5 to 10 hours at a temperature of 300 to 550 ° C. (preferably 350 ° C.). The reduction step should be defined only as long as necessary to reduce the platinum to prevent deactivation of the catalyst, or may be carried out simultaneously with the start up of the device if anhydrous atmosphere is maintained. Further details of methods of making and activating embodiments of zeolite modified catalysts are disclosed in US Pat. No. 4,619,906 and US Pat. No. 4,822,762.
제올라이트 개질 영역으로부터 얻은 방향족화된 유출물의 적어도 일부는 말단 개질 영역에서 말단 이기능성 개질 촉매와 접하는 것으로 개질 반응을 완료함으로써 방향족 물질의 함량이 높은 생성물을 생성시킨다. 제1 유출물 중에 존재하는 자유 수소는, 말단 개질 영역 중에서 방향족화된 유출물을 처리하기 전에는 분리하지 않는 것이 바람직한데, 다시 말하면 제1 개질 영역, 제올라이트 개질 영역과 말단 개질 영역은 동일한 수소 순환 중에 존재하는 것이 바람직하다.At least a portion of the aromatized effluent obtained from the zeolite reforming zone is contacted with the terminal bifunctional reforming catalyst in the terminal reforming zone to complete the reforming reaction to produce a high content of aromatic material. The free hydrogen present in the first effluent is preferably not separated before the aromatized effluent is treated in the terminal reformed region, that is, the first reformed region, the zeolite modified region and the terminal reformed region are in the same hydrogen cycle. It is preferable to exist.
방향족화된 유출물은 제1 개질 조건에 대해 전술한 바와 동일한 매개변수에 따라 말단 개질 조건에서 처리한다. 이들 조건은 100 kPa 내지 6 MPa의 작동 압력(절대), 바람직하게는 100 kPa 내지 1 MPa의 작동 압력(절대), 가장 바람직하게는 450 kPa 이하의 작동 압력을 포함한다. 대개 경질 탄화수소를 함유한 가스 중에 존재하는 자유 수소는, C5+ 탄화수소 1 몰 당 수소 0.1 내지 10 몰의 몰비가 얻어지도록 원료와 혼합한다. 제1 개질 촉매의 부피에 대한 공간 속도는 0.2 내지 10/시간이다. 작동 온도는 400∼560℃이다.The aromatized effluent is treated in terminal reforming conditions according to the same parameters as described above for the first reforming conditions. These conditions include an operating pressure of 100 kPa to 6 MPa (absolute), preferably an operating pressure of 100 kPa to 1 MPa (absolute), most preferably an operating pressure of 450 kPa or less. Free hydrogen, which is usually present in gas containing light hydrocarbons, is mixed with the raw materials such that a molar ratio of 0.1 to 10 moles of hydrogen per mole of C 5 + hydrocarbons is obtained. The space velocity relative to the volume of the first reforming catalyst is between 0.2 and 10 / hour. The operating temperature is 400 to 560 ° C.
말단 이기능성 개질 촉매는 제1 이기능성 개질 촉매에 대해 전술한 촉매를 함유한다. 제1 개질 촉매와 말단 개질 촉매는 동일한 이기능성 개질 촉매인 것이 바람직하다.The terminal bifunctional reforming catalyst contains the catalyst described above for the first bifunctional reforming catalyst. It is preferred that the first reforming catalyst and the terminal reforming catalyst are the same bifunctional reforming catalyst.
말단 개질 촉매는 연속 촉매 재생 과정에 의해 연속적인 개질이 이루어진다. 임의로, 제1 개질 영역에서 연속적인 개질이 이루어진다., 제1 개질 영역과 말단 개질 영역은 단일 연속 개질부를 포함할 수 있고, 제1 유출물은 중간 지점에서 배출되어 제올라이트 개질 영역에서 처리됨으로써 방향족화된 유출물을 생성시키고, 이 유출물은 연속 개질부의 말단 개질 영역부에서 처리된다.Terminal reforming catalysts are continuously reformed by a continuous catalyst regeneration process. Optionally, continuous reforming occurs in the first reforming zone. The first reforming region and the terminal reforming region may comprise a single continuous reforming portion, and the first effluent is discharged at an intermediate point and treated in the zeolite reforming region to thereby aromatize. Generated effluent, which is treated in the terminal reformed region portion of the continuous reformate.
개질 반응 동안에는, 촉매 입자 상에 코크스가 침착되는 등의 매카니즘의 결과로서 촉매 입자가 더이상 유용하지 않은 지점까지 탈활성화된다. 그러한 탈활성화된 촉매는 개질 공정에 재사용하기 전에 재생시키고 재가공해야 한다. 연속 개질 공정에 의하면, 수일 동안 재생 공정이 진행되어 거의 새로운 촉매의 높은 촉매 활성이 유지되므로 작업이 보다 혹독해진다. 이동층 시스템은, 촉매가 제거되거나 치환되는 중에도 제조 공정을 계속 수행한다는 잇점이 있다. 촉매 입자는, 중력에 의해 이동층 중의 1개 이상의 반응기를 통과하여 연속 재생 영역으로 운반된다. 연속적 촉매 재생 과정은 통상, 촉매 입자를 이동층에서와 동일한 방식으로 중력에 의해 재생 용기 내의 각종 처리 영역에 하향 통과시키는 방식으로 실시한다. 상기 영역으로의 촉매 통과 움직임은 연속적인 것으로 제시하긴 했으나, 실제로는 비교적 소량의 촉매 입자가 적시에 밀집된 지점으로 이동하기 때문에 반연속적이다. 예를 들어, 1 분당 1 배치가 반응 영역의 바닥으로부터 배출될 수 있으며, 이러한 배출은 0.5 분이 소요될 수 있다. 예를 들어, 촉매 입자는 1 분의 기간 중 0.5 분 동안 유동하는 것이다. 본 발명의 반응 영역과 재생 영역은 배치 크기에 비해 크기 때문에, 촉매층은 연속 이동하는 것으로 가상할 수도 있다.During the reforming reaction, the catalyst particles are deactivated to the point where they are no longer useful as a result of mechanisms such as coke deposition on the catalyst particles. Such deactivated catalysts must be regenerated and reworked before reuse in the reforming process. According to the continuous reforming process, the regeneration process proceeds for several days to maintain the high catalytic activity of almost the new catalyst, which makes the operation more severe. Moving bed systems have the advantage that the manufacturing process continues while the catalyst is removed or substituted. The catalyst particles are transported by gravity through one or more reactors in the moving bed to the continuous regeneration zone. The continuous catalyst regeneration process is usually carried out by passing the catalyst particles downwardly through the various treatment zones in the regeneration vessel by gravity in the same manner as in the moving bed. Although the movement of the catalyst through the region is shown as continuous, in practice it is semi-continuous because relatively small amounts of catalyst particles move to the dense point in time. For example, one batch per minute can be discharged from the bottom of the reaction zone, and this discharge can take 0.5 minutes. For example, the catalyst particles are one that flows for 0.5 minutes in a period of one minute. Since the reaction zone and the regeneration zone of the present invention are large compared to the batch size, the catalyst bed may be simulated as moving continuously.
연속 재생 영역에 있어, 촉매 입자는 연소 영역에서 뜨거운 산소 함유의 가스 스트림과 접하여, 산화에 의해 형성된 코크스가 제거된다. 이어서, 이 촉매는 대개 건조 영역을 통과하여 뜨거운 무수 공기 스트림과 접함으로써 수분이 제거된다. 무수 촉매는 공기 스트림과 직접 접촉시켜 냉각시킨다. 임의로, 촉매를 할로겐 성분을 함유한 가스와 접촉시켜 연소 영역 아래에 위치한 할로겐 영역에서 할로겐화시킨다. 최종적으로, 촉매 입자를 환원 영역에서 수소 함유 가스에 의해 환원시켜 재가공된 촉매 입자를 제조한 후, 이 입자를 이동층 반응기로 운반한다. 특히 이동층 개질 공정과 관련된 연속적 촉매 재생 과정의 세부 사항은 본 명세서 및 미국 특허 제A 3,647,680호, 제A 3,652,231호, 제A 3,692,496호 및 제A 4,832,921호에 개시되어 있다.In the continuous regeneration zone, the catalyst particles come into contact with a hot oxygen-containing gas stream in the combustion zone to remove coke formed by oxidation. This catalyst is then passed through a drying zone, usually in contact with a hot anhydrous air stream to remove moisture. The anhydrous catalyst is cooled by direct contact with the air stream. Optionally, the catalyst is contacted with a gas containing a halogen component to halogenate in the halogen region located below the combustion zone. Finally, the catalyst particles are reduced by hydrogen-containing gas in the reduction zone to produce reprocessed catalyst particles, which are then transferred to a moving bed reactor. Details of the continuous catalyst regeneration process, particularly related to moving bed reforming processes, are disclosed herein and in US Pat. Nos. 3,647,680, A 3,652,231, A 3,692,496 and A 4,832,921.
연속 개질부로부터 소비된 촉매 입자는 먼저 재생 영역에서 뜨거운 산소 함유의 가스 스트림과 접하여, 개질 반응 동안 촉매의 표면 상에 축적된 코크스가 제거된다. 소비된 촉매 입자의 코크스 함량은 촉매 중량의 20% 정도이나, 보다 통상적으로 5∼7%이다. 코크스는, 주성분인 탄소와 비교적 소량의 수소를 함유하며, 450∼550℃의 온도(국소 영역에서는 이 온도가 600℃까지 도달할 수 있음)에서 일산화탄소, 이산화탄소 및 물로 산화된다. 코크스의 연소를 위한 산소는, 재생 영역의 연소부에 있어 대개 0.5∼1.5 부피%의 산소를 함유하는 재생 가스로 유입된다. 일산화탄소, 이산화탄소, 물, 미반응 산소, 염소, 염산, 아산화질소, 산화황 및 질소로 구성된 연도 가스가 연소부로부터 수거되며, 이중 일부는 연도 가스로서 재생 영역으로부터 배출된다. 그 나머지는, 소모된 산소를 보충하기 위해 산소 함유의 보충 가스(대개, 공기) 소량, 대개는 전체 가스의 약 3%의 양과 혼합된 후 재생 가스로서 연소부로 귀환된다. 통상의 연소부 배열은 미국 특허 제A 3,652,231호에 제시되어 있다.The catalyst particles consumed from the continuous reforming portion are first contacted with a hot oxygen-containing gas stream in the regeneration zone to remove coke accumulated on the surface of the catalyst during the reforming reaction. The coke content of the spent catalyst particles is on the order of 20% of the catalyst weight, more typically 5-7%. Coke contains carbon as a main component and a relatively small amount of hydrogen, and is oxidized to carbon monoxide, carbon dioxide and water at a temperature of 450 to 550 ° C. (this temperature can reach 600 ° C. in the local region). Oxygen for combustion of the coke flows into the regeneration gas which usually contains 0.5 to 1.5% by volume of oxygen in the combustion section of the regeneration zone. Flue gas consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, water, unreacted oxygen, chlorine, hydrochloric acid, nitrous oxide, sulfur oxides and nitrogen is collected from the combustion section, some of which are discharged from the regeneration zone as flue gas. The remainder is mixed with a small amount of supplemental gas (usually air), usually about 3% of the total gas, to replenish the consumed oxygen and then returned to the combustion section as regeneration gas. Typical combustion section arrangements are shown in US Pat. No. 3,652,231.
촉매 입자가 연소부를 하향 통과하고 이에 수반되어 코크스가 제거됨에 따라, "누출" 점은 통상 전달된 모든 산소보다 적은 양이 소모되는 부분을 거의 절반정도 통과하는 지점이 된다. 본 발명의 개질 촉매 입자는 기공이 여러개인 관계로 표면적이 큰 것으로 공지되어 있다. 촉매 입자가 층 중의 돌파 지점에 도달하면, 입자의 표면 상에 잔재하는 코크스가 기공 내에 묻히게 되므로 산화 반응이 훨씬 느린 속도로 이루어진다.As the catalyst particles pass down the combustion section and with this coke removed, the "leakage" point is typically about half the point where less is consumed than all the oxygen delivered. The reforming catalyst particles of the present invention are known to have a large surface area in relation to multiple pores. When the catalyst particles reach the breakthrough point in the bed, the coke remaining on the surface of the particles is buried in the pores, so that the oxidation reaction is made at a much slower rate.
연소 단계로부터 배출된 보충 가스 중의 수분은 배출된 소량의 연도 가스 중에서 제거되므로 재생 가스 루프 중에 평형 상태가 이루어진다. 재순환 루프 중의 수분 농도는, 보충 가스를 이루는 공기를 건조시키고, 재순환 가스 루프를 순환하는 가스용 건조기를 설치하거나 또는 재순환 가스 스트림으로부터 연도 가스를 다량 배기시켜 재생 가스 루프 중의 수 평형 상태를 저하시킴으로써 저하시킬 수 있다,Moisture in the make-up gas discharged from the combustion stage is removed from the small amount of flue gas discharged, thus achieving equilibrium during the regeneration gas loop. The water concentration in the recycle loop is lowered by drying the air constituting the make-up gas and installing a dryer for the gas that circulates the recycle gas loop or by exhausting a large amount of flue gas from the recycle gas stream to lower the equilibrium in the regeneration gas loop. You can
임의로, 연소 영역의 촉매 입자는, 가열된 가스 스트림과의 접촉에 의해 입자의 표면 및 기공으로부터 수분을 증발시키는 건조 영역을 직접 통과한다. 가스 스트림은 대개 425∼600℃로 가열하고, 임의로 예비 가열시킨 후 흡수될 수 있는 수분의 양을 증가시킨다. 건조 가스 스트림은 산소를 함유하는 것이 바람직하며, 산소 함량은 공기와 거의 동일하거나 또는 이보다 많은 것이 보다 바람직하며, 이로써 촉매 입자의 내공으로부터 배출된 코크스 중의 최종 잔류물의 연소가 건조 영역에서 이루어질 수 있고, 건조 영역에서 소비되지 않은 초과량의 산소가 연소 영역으로부터 배출된 연도 가스와 함께 상향으로 통과하여 연소 반응을 통해 고갈된 산소를 대체할 수 있다. 또한, 고농도의 산소를 함유한 가스와 촉매 입자를 접촉시키면, 플라티늄 또는 그 중에 함유된 다른 금속의 산화 상태를 상승시켜 촉매 입자의 전체 활성을 복귀시키는 데 도움이 된다. 건조 영역은, 촉매 입자의 수분 함량을, 촉매 입자가 건조 영역을 빠져나가기 전의 촉매를 기준으로 하여 0.01 중량부 이하까지 저하시키도록 설계되어 있다.Optionally, the catalyst particles in the combustion zone pass directly through the drying zone, which evaporates moisture from the surface and pores of the particles by contact with the heated gas stream. The gas stream is usually heated to 425-600 ° C. and optionally preheated to increase the amount of moisture that can be absorbed. The dry gas stream preferably contains oxygen, more preferably an oxygen content of about the same or more than air, whereby combustion of the final residue in the coke discharged from the interior pores of the catalyst particles can take place in the drying zone, Excess oxygen not consumed in the drying zone can pass upwards with the flue gas discharged from the combustion zone to replace the oxygen depleted through the combustion reaction. In addition, contacting the catalyst particles with a gas containing a high concentration of oxygen raises the oxidation state of the platinum or other metal contained therein to help restore the overall activity of the catalyst particles. The dry zone is designed to reduce the water content of the catalyst particles to 0.01 parts by weight or less based on the catalyst before the catalyst particles exit the dry zone.
임의의 건조 단계 이후, 촉매 입자는 별도의 영역에서 염소 함유 가스와 접촉하여 촉매의 표면 상에 귀금속을 재분산시킨다. 이 재분산 과정은, 연소 영역에서 고온 및 증기에 처리됨에 따라 발생하는 귀금속의 응집 과정을 역전시키는 데 필요한 과정이다. 재분산 과정은 425∼600℃, 바람직하게는 510∼540℃의 온도에서 수행한다. 가스 중의 염소 농도가 약 0.01∼0.2 몰%이고 산소가 존재하는 조건은, 플라티늄군 금속을 급속하면서도 완전하게 재분산시켜 재분산된 촉매 입자를 제공하는 것을 촉진시키는 데 상당히 유리하다.After any drying step, the catalyst particles contact the chlorine containing gas in a separate zone to redisperse the noble metal on the surface of the catalyst. This redispersion process is necessary to reverse the coagulation process of precious metals generated by treatment with high temperature and steam in the combustion zone. The redispersion process is carried out at a temperature of 425-600 ° C, preferably 510-540 ° C. Conditions in which the chlorine concentration in the gas is about 0.01 to 0.2 mole percent and the presence of oxygen are quite advantageous for facilitating the rapid and complete redispersion of platinum group metals to provide redispersed catalyst particles.
재생 및 재분산된 촉매는 촉매 용도로 사용하기 전에 수소 함량이 높은 환원 가스와 접촉시켜 환원시킴으로써, 이 촉매 상의 귀금속을 원소 상태로 전환시킨다. 산화된 촉매의 환원 과정은 대부분의 개질 공정에서는 필수 단계이나, 이 단계는 반응 영역 바로 직전에 또는 반응 영역 내에서 수행하는 것이 대부분이며, 이 단계를 통상 반응 영역 내 장치의 일부로서 보지는 않는다. 고도로 산화된 촉매를 비교적 순수한 수소 환원 가스를 사용하여 450∼550℃, 바람직하게는 480∼510℃에서 환원시켜 재가공된 촉매를 제공한다.The regenerated and redispersed catalyst is converted to the elemental state of the precious metal on the catalyst by contacting with a reducing gas with a high hydrogen content prior to use in catalytic applications. Reduction of the oxidized catalyst is an essential step in most reforming processes, but this step is most often performed immediately before or in the reaction zone, which is not usually seen as part of the apparatus in the reaction zone. The highly oxidized catalyst is reduced at 450-550 ° C., preferably 480-510 ° C., using a relatively pure hydrogen reducing gas to provide a reprocessed catalyst.
연속 개질부의 라인 아웃 공정(lined-out operation) 동안 영역으로 공급된 촉매 대부분은 전술된 바와 같이 재생되고 재가공된 제1 개질 촉매이다. 개질 영역으로 공급된 촉매의 일부는, 특히 개질 공정의 개시 과정 중에 탈활성화에 의한 손실 및 미세화를 해소하기 위해 보충 가스로서 공급된 제1 개질 촉매일 수 있으나, 이들 촉매의 양은 적다(대개, 재생 사이클 당 0.1% 미만). 제1 개질 촉매는 금속 수소화-탈수소화 성분, 바람직하게는 플라티늄군 금속 성분을 내화성 지지체(크래킹 및 이성화를 위한 산 부위를 제공하는 무기 산화물이 바람직함) 상에 포함하는 이중 기능을 가진 조합물이다. 제1 개질 촉매는 원료 중에 함유된 나프텐을 탈수소화시킬 뿐 아니라 이성화시키고 크래킹시키며 탈수소환화시킨다.Most of the catalyst fed to the zone during the line-out operation of the continuous reforming is the first reforming catalyst regenerated and reprocessed as described above. Some of the catalysts fed to the reforming zone may be first reforming catalysts supplied as supplemental gas, in particular to eliminate losses and miniaturization due to deactivation during the initiation of the reforming process, but the amount of these catalysts is small (usually regeneration). Less than 0.1% per cycle). The first reforming catalyst is a combination having a dual function comprising a metal hydrogenation-dehydrogenation component, preferably a platinum group metal component, on a refractory support (preferably an inorganic oxide providing acid sites for cracking and isomerization). . The first reforming catalyst not only dehydrogenates, but also isomerizes, cracks and dehydrogenates the naphthenes contained in the feed.
제올라이트 개질 영역을 기존의 연속 개질부(즉, 연속적 촉매 재생과 관련된 이동층 개질 유닛을 위한 주요 시설이 설치된 설비)에 부설하는 구성은 본 발명의 특히 유리한 실시 형태이다. 연속 재생 개질 유닛은 비교적 자본 집약적이고, 통상 상당히 혹독한 개질 공정을 수행하며 연속 촉매 재생을 위한 추가의 시설을 포함하고 있다. 연속 개질 과정에 의해 제조된 제1 유출물로부터 경질 파라핀을 전환시키는 데 특히 효과적인 제올라이트 개질 영역을 부설함에 따라 전체적인 촉매 개질 공정에는 ①∼③의 잇점이 제공된다.A configuration in which the zeolite reforming zone is installed in an existing continuous reforming unit (ie, a facility equipped with a main facility for moving bed reforming units related to continuous catalyst regeneration) is a particularly advantageous embodiment of the present invention. Continuous regeneration reforming units are relatively capital intensive, typically perform fairly harsh reforming processes and include additional facilities for continuous catalyst regeneration. The entire catalyst reforming process offers the advantages of 1 to 3 by laying the zeolite reforming zone which is particularly effective in converting hard paraffins from the first effluent produced by the continuous reforming process.
① 방향족 물질의 총 수율 또는 생성물의 옥탄가와 관련된 혹독성의 증가① increase in toxicities associated with the total yield of aromatics or the octane number of the product
② 연속 개질부의 혹독성 감소로 인한 연속 개질부의 처리량 증가(5 % 이상, 바람직하게는 10% 이상, 임의로는 20% 이상, 일부 실시 형태에서는 30% 이상). 그러한 혹독성의 감소는, 연속 개질부에서 있어 보다 높은 공간 속도, 보다 낮은 수소/수소비 및 보다 적은 촉매의 순환 등의 작동 조건 중 1개 이상의 조건에 의해 이루어진다. 이후, 제1 제올라이트 개질 영역 중의 연속 개질부로부터 배출된 제1 유출물을 가공하면 목적하는 품질의 생성물을 얻을 수 있다.(2) increased throughput of the continuous reformer due to reduced toxicity of the continuous reformer (at least 5%, preferably at least 10%, optionally at least 20%, in some embodiments at least 30%). Such reduced toxicity is achieved by one or more of the operating conditions such as higher space velocity, lower hydrogen / hydrogen ratio and less catalyst circulation in the continuous reforming section. The first effluent discharged from the continuous reforming portion of the first zeolite reforming zone can then be processed to obtain a product of the desired quality.
③ 선택성의 증가, 연속 개질 작업의 혹독성 감소 및 제1 유출물 중의 잔류 파라핀의 방향족 물질로의 선택적 전환.③ Increased selectivity, reduced toxicities of continuous reforming operations and selective conversion of residual paraffins in the first effluent to aromatics.
유출물의 C5+ 부 중의 방향족 물질 함량은, 탄화수소 원료의 방향족 물질 함량을 기준으로 하여 5 질량% 이상까지 증가한다. 방향족 물질의 조성은 주로 원료 조성물 및 작동 조건에 따라 좌우되며, 통상 C6∼C12의 방향족 물질로 구성된다.The aromatics content in the C 5 + part of the effluent increases by at least 5 mass% based on the aromatics content of the hydrocarbon feed. The composition of the aromatic material mainly depends on the raw material composition and the operating conditions, and is usually composed of C 6 to C 12 aromatic materials.
본 발명의 개질 방법에 의하면, 수소 및 경질 탄화수소를 함유한 개질된 유출물 중에 함유된 방향족 함량이 높은 생성물이 제조되다. 당업계에 공지된 기술과 장치를 사용하여, 말단 개질 영역으로부터 배출된 개질 유출물을 대개 냉각 영역을 통해 분리 영역으로 통과시킨다. 대개 0℃ 내지 65℃로 유지되는 분리 영역에서는, 수소 함량이 높은 가스를 액상으로부터 분리시킨다. 수소 함량이 높은 스트림 생성물의 대부분은 적당한 압축 수단을 통해 제1 개질 영역으로 다시 재순환시키는 것이 적당하며, 수소의 일부는 다른 석유 정제부 또는 화학 시설에 사용하기 위한 순수한 생성물로서 유용하다. 분리 영역으로부터 배출된 액상은 대개, 경질 탄화수소의 농도를 조절하고 방향족 물질의 함량이 높은 생성물을 얻기 위해 분별 시스템에서 배출시켜 가공한다.According to the reforming process of the present invention, a high aromatic content contained in a reformed effluent containing hydrogen and light hydrocarbons is produced. Using techniques and apparatus known in the art, the reformate effluent exiting the terminal reforming zone is usually passed through the cooling zone to the separation zone. In the separation zone, which is usually maintained at 0 ° C. to 65 ° C., the gas with high hydrogen content is separated from the liquid phase. Most of the high hydrogen content stream products are suitable for recycling back to the first reforming zone via suitable compression means, with some of the hydrogen being useful as pure products for use in other petroleum refineries or chemical plants. The liquid phase discharged from the separation zone is usually processed by exiting the fractionation system to control the concentration of light hydrocarbons and to obtain products with high aromatic content.
실시예Example
하기 실시예는 본 발명을 입증하고 본 발명의 특정 구체예를 설명하기 위해 제시한 것이다.The following examples are presented to demonstrate the invention and to illustrate certain embodiments of the invention.
역학적 모델을 설정하고, 파일럿 장치 및 상업 공정에 의해 산출된 다른 촉매의 데이타를 사용하여 일련의 단계식 개질 공정을 연구하였다. 이 연구에 사용된 2개의 촉매는 각각 이기능성 촉매("B")와 제올라이트 촉매("Z")였으며, 이들의 조성(질량%)은 다음과 같았다.A mechanical model was set up and a series of staged reforming processes studied using data from other catalysts produced by pilot equipment and commercial processes. The two catalysts used in this study were bifunctional catalysts ("B") and zeolite catalysts ("Z"), respectively, and their composition (mass%) was as follows.
촉매 B: 압출된 알루미나 지지체 상의 0.376%의 Pt 및 0.25%의 GeCatalyst B: 0.376% Pt and 0.25% Ge on the extruded alumina support
촉매 Z: 실리카 결합된 비산성 L-제올라이트 상의 0.82% PtCatalyst Z: 0.82% Pt on Silica Bonded Non Acidic L-zeolite
후술된 각각의 촉매가 부하되어 있고 지시된 수량(질량%)의 벤젠, 톨루엔 및 C8의 방향족 물질을 형성시키는 4개의 반응기 시스템을 모델로서 사용하였다.Four reactor systems were used as models, with each catalyst described below being loaded and forming the indicated quantities (mass%) of benzene, toluene and C 8 aromatics.
이기능성 제1 촉매 및 말단 촉매와 중간 제올라이트 촉매의 샌드위치형 배열은, 현대 방향족 물질 중 가장 많은 부분을 차지하는 C8방향족 물질의 제조에 특히 효과적이다.Sandwich arrangements of bifunctional first and terminal catalysts and intermediate zeolite catalysts are particularly effective for the preparation of C 8 aromatics, which constitute the largest proportion of modern aromatics.
본 발명의 방법은, 이기능성 촉매 개질 반응과 제올라이트 개질 반응을 샌드위치 배열로 조합하여 수행함으로써 종래 기술에 비해 방향족 물질의 수율이 상당히 향상된다는 잇점을 제공한다.The process of the present invention provides the advantage that the yield of aromatics is significantly improved over the prior art by carrying out a combination of bifunctional catalytic reforming and zeolite reforming reactions in a sandwich arrangement.
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