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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Isomerisierung
von Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise der Paraffine, in noch bevorzugterer
Weise zum größeren Teil
Paraffine, die hauptsächlich
4 bis 8, vorzugsweise hauptsächlich
4 bis 6, in noch bevorzugterer Weise hauptsächlich 5 und/oder 6 Kohlenwasserstoffatome
pro Molekül
enthalten, derart, dass es wenigstens eine Destillationszone verwendet,
die einer Isomerisierungsreaktionszone zugeordnet ist, in welcher
der Gasstrom am Eingang von wenigstens einem katalytischen Bett der
Isomerisierungsreaktionszone in der Destillationszone zugeführt wird
und getrennt von der Beschickung eingeführt wird.
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Auf
Grund der Unterdrückung
vor allem zwecks Umweltschutz, von den Bleialkylen in Autobenzinen
erfahren Verfahren zur Erzeugung verzweigter Paraffine und insbesondere
Isomerisierungsverfahren der Normalparaffine zu verzweigten Paraffinen
aktuell eine wachsende Bedeutung in der Erdölindustrie. Die Isomerisierung
des n-Butans ermöglicht
es, Isobutan zu erzeugen, das in den Alkylierungsverfahren der leichten
Olefine durch wenigstens ein Isoparaffin verwendet werden kann,
um Paraffinfraktionen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen pro Molekül zu erzeugen.
Diese Fraktionen haben hohe Oktanzahlen. Das Isobutan kann ebenfalls
nach Dehydrierung in der Etherifizierungsreaktion durch Methanol
oder Ethanol verwendet werden. Die so erhaltenen Ether (MTBE, ETBE)
haben hohe Oktanzahlen und sind mit Benzinfraktionen (Benzinpool)
einverleibbar.
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Das
Isomerisierungsverfahren von Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise Paraffinen,
die hauptsächlich
4 bis 8, vorzugsweise hauptsächlich
4 bis 6, in noch bevorzugterer Weise hauptsächlich 5 und/oder 6 Kohlenstoffatome
pro Molekül
enthalten, ist ebenfalls ein Verfahren, das zu Benzingrundstoffen
mit hohen Oktanzahlen führt
und welche direkt den Benzinfraktionen (Benzinpool) einverleibt
werden können.
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Dieses
letztere Verfahren war Gegenstand zahlreicher Arbeiten, drei unterschiedliche
Katalysatortypen werden traditionell zum Durchführen dieser Isomerisierungsreaktion
verwendet:
- – die Friedel-Crafts-Typ Katalysatoren
wie Aluminiumchlorid, die bei niedrigen Temperaturen verwendet werden
(etwa 20 bis 130°C),
- – die
Katalysatoren auf Basis eines Metalls der Gruppe VIII, abgeschieden
auf Aluminiumoxid, im Allgemeinen halogeniert, vorzugsweise chloriert, welche
bei mittleren Temperaturen (etwa 150°C) verwendet werden, z.B. jene,
die in den Patenten US-A-2.906.798, US-A-2.993.398, US-A-3.791.960,
US-A-4.113.789, US-A-4.149.993,
US-A-4.804.803, den europäischen
Patentanmeldungen EP-A-514.527, EP-A-661.095, EP-A-661.370, EP-A-750.941 beschrieben
sind.
- – die
Zeolithkatalysatoren, welche wenigstens ein Metall der Gruppe VIII,
abgeschieden auf einem Zeolith, umfassen, und welche bei hohen Temperaturen
(250°C und
mehr) verwendet werden, z.B. jene, die in den Patenten US-A-4.727.217, US-A-4.789.655,
US-A-4.935.578, US-A-4.943.546 und US-A-4.977.121 beschrieben sind
in dem Fall, wo der Zeolith ein Mordenit ist und jene, die in den
Patenten US-A-4724.007, US-A-4.780.736, US-A-4.891.200, US-A-5.157.198, US-A-5.165.906, US-A-5.277.791
und der Patentanmeldung EP-A-601.924 beschrieben sind in dem Fall,
wo der Zeolith Omega-Zeolith ist. Diese Katalysatoren führen zu
leicht niedrigeren Oktanzahl-Gewinnen, aber weisen den Vorteil auf,
leichter einsetzbar zu sein und beständiger gegenüber Giften; durch
deren geringe Azidität
können
sie dennoch nicht zur Isomerisierung des n-Butans eingesetzt werden.
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Die
aktuellen Verfahren zur Isomerisierung von Kohlenwasserstoffen,
vorzugsweise der Paraffine zu C4–C8 verwenden Katalysatoren mit Platin, abgeschieden
auf chloriertem Aluminiumoxid bei hoher Aktivität und arbeiten ohne Rezyklierung
oder mit einer partiellen Rezyklierung nach Fraktionierung der nicht
umgewandelten n-Paraffine
oder mit vollständiger
Rezyklierung nach Durchlauf über
Molekularsiebbetten.
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Der
Einsatz ohne Rezyklierung, obwohl einfach, mangelt an Effizienz
im Vergrößern der
Oktanzahl. Um hohe Oktanzahlen zu erhalten, muss man die Rezyklierung
der Bestandteile bei geringer Oktanzahl nach Durchgang entweder
in den Trennkolonnen (z.B. in einem Deisohexanisator) oder auf Molekularsieben
(in flüssiger
oder dampfförmiger
Phase) durchführen.
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Die
Verwendung von Molekularsieben zeigt Nachteile, unter ihnen kann
man die Schwierigkeiten nennen, die es gibt, um Katalysatoren zur
Isomerisierung auf Basis von halogeniertem Aluminiumoxid zu verwenden,
in dem Fall, wo es chloriert ist auf Grund der Kontaminationsrisiken
durch Salzsäure
von den integrierten Molekularsieben, welche Schwierigkeiten manchmal
durch den Einsatz einer Chlorabfangvorrichtung zwischen der Isomerisierungszone
und der Adsorptionszone geregelt wird, wenn dies möglich ist.
Technologien, welche Molekularsiebe verwenden und in Gegenwart eines
Isomerisierungsreaktors arbeiten können, der Katalysatoren auf
Basis von chloriertem Aluminiumoxid, imprägniert mit Platin, enthält, sind
entwickelt worden. Z.B. kann man ein nicht integriertes System planen,
das eine Stabilisierungsstufe des Isomerisierungsabstroms einsetzt,
bevor er zur Adsorptionsstufe auf einem Molekularsieb geschickt
wird. Aber die Technologien sind komplex und weisen unter anderem
den Nachteil auf, in diskontinuierlicher Weise zu arbeiten. Dies
ist, weil weniger leistungsfähige
katalytische Systeme verendet werden, auf Basis von Zeolith, der
kein Chlor einsetzt. Daraus folgt ein Produkt mit einer Oktanzahl von
1 bis 2 Punkten unter jenem, das mit einem Katalysator auf Basis
von einem chlorierten Aluminiumoxid erhalten werden würde. Daher
ist gemäß den thermodynamischen
Gesetzen je niedriger die Isomerisierungstemperatur ist, desto höher die
Umwandlung der n-Paraffine zu Isoparaffinen und darüber hinaus
desto besser die Umwandlung der Isomere zu C6 mit geringer Oktanzahl
(Methylpentane zu C6-Isomeren mit hohen Oktanzahlen (Dimethylbutane).
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Im Übrigen kann
man die „klassischen" Schemata betrachten,
die Trennkolonnen (Deisopentanisator und Deisohexanisator) verwenden,
auf Grund der Tatsache, dass die Trennkolonnen vor der Vergiftung
durch Chlor geschützt
werden. Aber diese Schemata sind schwer an Ausrüstung und große Energieverbraucher
und daher kostspielig einzusetzen. Ein Schema mit einer Trennkolonne
(allein der Deisohexanisator) wäre
weniger kostspielig, aber würde die
Möglichkeit
aufweisen, alles Normalpentan zu Isopentan umzuwandeln und es auf
Grund dieser Tatsache nicht zu ermöglichen, Oktanzahl-Erhöhungsniveaus
der Schemata mit Rezyklierung zu erhalten.
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Das
Patent US-A-5.087.780 beschreibt ein Isomerisierungsverfahren von
Butenen in einem Kohlenwasserstoff-Gemisch in Gegenwart von Wasserstoff
und einem Katalysator im Festbett. Es beansprucht die Isomerisierung
von Alkenen mit 4 Kohlenstoffatomen mittels eines Verfahrens, das
die Versorgung einer reaktiven Destillationskolonne umfasst. Diese
Kolonne umfasst einen Katalysator im Festbett auf Palladiumbasis,
auf Aluminiumoxid, die es ermöglicht,
die Isomerisierung der Beschickung in Gegenwart von Wasserstoff
zu katalysieren. In diesem Verfahren versorgen der Wasserstoff und
die Beschickung zusammen die reaktive Kolonne.
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Schließlich erwähnt das
Patent US-A-5.177.283, dass die Erzeugung von Alkylbenzolen beschreibt,
die Möglichkeit,
eine Fraktionierungskolonne zuzuordnen, welche die Destillation
einer einzigen äußeren Reaktionszone
im Fall der Isomerisierung der C4–C8-Paraffine durchführt, wobei der Abstrom dieser
Reaktionszone in die Kolonne genau unterhalb des Punkts zurückgeschickt
wird, wo man die Beschickung von der Reaktionszone entnimmt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, das sie es ermöglicht,
weitestmöglich
die Oktanzahl einer Erdölfraktion
die Normalparaffine enthält, zu
vergrößern und
es insbesondere ermöglicht,
die vorgenannten Nachteile wegzulassen. Daher ist die Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass sie es keine Technologien zur Trennung
durch Adsorption auf Molekularsieben umfasst und dass es die Vorgänge von
Destillation und Isomerisierung integriert, die in einer Weise angeordnet
und betrieben werden, um die Umwandlung der Normalparaffine zu Isoparaffinen
zu maximieren.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isomerisierung einer Beschickung,
die im Wesentlichen Kohlenwasserstoffe umfasst, die hauptsächlich 4
bis 8 Kohlenstoffatome, vorzugsweise hauptsächlich 4 bis 6 Kohlenstoffatome
pro Molekül,
in noch bevorzugterer Weise vorzugsweise hauptsächlich 5 und/oder 6 Kohlenstoffatome
pro Molekül
enthalten (d.h. gewählt
aus der Gruppe, die gebildet wird durch die Paraffine, die hauptsächlich 5
Kohlenstoffatome pro Molekül
enthalten und die Parafine, die hauptsächlich 6 Kohlenstoffatome pro
Molekül
enthalten), derart, dass man die Beschickung in einer Destillationszone
behandelt, die eine Erschöpfungszone
und eine Rektifikationszone umfasst, welche einer Isomerisierungsreaktionszone
zugeordnet ist, in Gegenwart eines Isomerisierungskatalysators und
eines Wasserstoff umfassenden, vorzugsweise zum größeren Teil
Wasserstoff umfassenden Gasstroms, in welchem der Gasstrom am Eingang
von wenigstens einem katalytischen Bett der Isomerisierungsreaktionszone
innerhalb der Destillationszone zugeführt wird und getrennt von der
Beschickung eingeführt
wird.
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Die
Beschickung der Reaktionszone wird auf Höhe eines Entnahmeniveaus entnommen
und stellt wenigstens teilweise, vorzugsweise zum größeren Teil
die Flüssigkeit
dar, welche in der Destillationszone fließt, wobei der Abstrom der Reaktionszone
wenigstens teilweise, vorzugsweise zum größeren Teil, in die Destillationszone
derart wieder eingeführt
wird, dass die Kontinuität
der Destillation sichergestellt wird.
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Die
Beschickung, welche das Verfahren gemäß der Erfindung speist, kommt
von jeder dem Fachmann bekannten Quelle wie z.B. einer leichtes Naphtha
genannten Fraktion, die von einer Fraktionierungseinheit von Naphtha
kommt oder eine leichtes Reformat genannte Fraktion, vorzugsweise
quasi frei von Benzol und in noch bevorzugterer Weise quasi frei
von Benzol, wobei jede andere ungesättigte Verbindung höchstens
6 Kohlenstoffatome pro Molekül
umfasst und gegebenenfalls jede andere Verbindung wie Cyclohexan
oder jedes Isoparaffin, das 7 Kohlenstoffatome pro Molekül umfasst.
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Die
Beschickung, die die Destillationszone speist, wird in die Zone
im Allgemeinen auf wenigstens einem Niveau der Zone, vorzugsweise
hauptsächlich
bei einem einzigen Niveau der Zone eingeführt.
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Die
Destillationszone, die die Fraktionierung durch kontinuierliche
Destillation durchführt,
wie sie dem Fachmann bekannt ist, umfasst im Allgemeinen wenigstens eine
Kolonne die mit wenigstens einem Destillationsinterna ausgerüstet ist,
das gewählt
ist aus der Gruppe, die gebildet wird durch die Böden, losen
Füllkörper und
strukturierten Füllkörper, so
wie es dem Fachmann bekannt ist, derart, dass die Gesamteffizienz
wenigstens gleich 5 theoretischen Stufen ist. In den dem Fachmann
bekannten Fällen,
wo der Einsatz einer einzigen Kolonne Probleme bereitet, bevorzugt
man es im Allgemeinen, die Zone derart aufzuteilen, dass schließlich wenigstens
zwei Kolonnen verwendet werden, welche Ende an Ende gesetzt die
Zone verwirklichen, d.h., dass sich die Rektifikationszone, der
Teil der Reaktionszone in der Destillationszone und die Erschöpfungszone
auf die Kolonnen aufteilen. In der Praxis kann die Rektifikationszone
oder die Erschöpfungszone
und vorzugsweise die Erschöpfungszone
sich in wenigstens einer von der Kolonne unterschiedlichen Kolonnen
befinden, welche den Teil innerhalb der Reaktionszone umfasst.
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Die
Isomerisierungsreaktionszone umfasst im Allgemeinen wenigstens ein
katalytisches Isomerisierungsbett, vorzugsweise zwischen 1 und 4
katalytische Betten; in dem Fall, wo wenigstens zwei katalytische
Beten sich in die Destillationszone einverleibt befinden, sind diese
beiden Betten gegebenenfalls durch wenigstens ein Destillationsinterna
getrennt.
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Für den Teil
der Reaktionszone innerhalb der Destillationszone geschieht die
Flüssigkeitsentnahme
natürlich
durch Fließen
in den Teil der Reaktionszone innerhalb der Destillationszone und
die Wiedereinführung
von Flüssigkeit
in die Destillationszone geschieht natürlich auch durch Fließen der
Flüssigkeit
aus der Reaktionszone innerhalb der Destillationszone. Darüber hinaus
ist das Verfahren gemäß der Erfindung
vorzugsweise derart, dass das Fließen der zu isomerisierenden
Flüssigkeit
gleichströmend zum
Fließen
des Wasserstoff umfassenden Gasstroms für jedes katalytische Bett des
Teils innerhalb der Isomerisierungszone ist und in noch bevorzugterer
Weise derart, dass das Fließen
der zu isomerisierenden Flüssigkeit
gleichströmend
zum Fließen
des Wasserstoff umfassenden Gasstroms ist und derart, dass der Dampf
in der Kolonne von der Flüssigkeit
für jedes
katalytische Bett des Teils innerhalb der Isomerisierungszone getrennt
wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist die Reaktionszone vollständig
innerhalb der Destillationszone.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist das Verfahren gemäß der Erfindung
derart, dass die Isomerisierungszone gleichzeitig teilweise in der
Destillationszone und teilweise außerhalb der Destillationszone ist.
Gemäß einer
solchen Ausführungsform
umfasst die Isomerisierungszone wenigstens zwei katalytische Betten,
wobei wenigstens ein katalytische Bett in der Destillationszone
ist und wenigstens ein anderes katalytisches Bett außerhalb
der Destillationszone ist. Gemäß einer
der bevorzugten Varianten dieser Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung
zirkuliert die zu isomerisierende Flüssigkeit zuerst in dem Teil
außerhalb
der Isomerisierungszone und dann in dem Teil in dieser Zone. Vorzugsweise
empfängt
jedes katalytische Bett des Teils außerhalb der Isomerisierungszone
den Abstrom eines einzigen Entnahmeniveaus. So wird der Abstrom
eines katalytischen Betts des Teils außerhalb der Isomerisierungszone
im Allgemeinen im Wesentlichen in der Nähe (d.h. unterhalb oder oberhalb
oder auf derselben Höhe)
eines Entnahmeniveaus wieder eingeführt, vorzugsweise des Entnahmeniveaus,
welches dieses katalytische Bett speist oder gegebenenfalls im Wesentlichen
in der Nähe
des Beschickungs-Einspritzniveaus,
wenn die Höhe
des Entnahmeniveaus nahe an der Höhe des Beschickungseinspritznivneaus
ist.
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In
dem Fall der Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
umfasst das Verfahren gemäß der Erfindung
im Allgemeinen 1–4
Entnahmeniveaus, welche den Teil außerhalb der Isomerisierungszone
speisen. So können
zwei Fälle
auftreten. Im ersten Fall wird der Teil außerhalb der Isomerisierungszone
durch ein einziges Entnahmeniveau gespeist und dann, wenn der Teil
wenigstens zwei katalytische Betten umfasst, die in wenigstens zwei
Reaktoren unterteilt sind, sind diese Reaktoren in Reihe oder parallel
angeordnet. Im zweiten Fall wird der Teil außerhalb der Isomerisierungszone
durch wenigstens zwei Entnahmeniveaus gespeist. So umfasst ein Teil
des Teils außerhalb
der Isomerisierungszone, der durch ein vorgegebenes Entnahmeniveau
gespeist wird, vorzugsweise einem einzigen Wiedereinführungsniveau
zugeordnet, im Allgemeinen wenigstens einen Reaktor, vorzugsweise
einen einzigen Reaktor. Wenn der Teil des Teils außerhalb
wenigstens zwei katalytische Betten umfasst, die in zwei Reaktoren
verteilt sind, sind diese Reaktoren in Reihe oder parallel angeordnet.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung, unabhängig
oder nicht von den obigen Ausführungen,
ist das Verfahren gemäß der Erfindung
derart, dass das Fließen
der zu isomerisierenden Flüssigkeit
gleichströmend
oder gegenströmend, vorzugsweise
gleichströmend
zum Fließen
des Gasstroms ist, der Wasserstoff umfasst, für jedes katalytische Bett der
Isomerisierungszone.
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Im
Allgemeinen in bevorzugter Weise sind die Betriebsbedingungen klug
in Bezug zur Natur der Beschickung und anderen vom Spezialisten
reaktiver Destillation bekannten Parametern gewählt wie dem Verhältnis Destillat/Beschickung
und dem Wiederverdampfungsgrad in der Erschöpfungszone. Ein Wasserstoff
umfassender Gasstrom wird so im Allgemeinen in die Destillationszone
rezykliert, wie dies oben beschrieben worden ist, derart, dass ein
Wasserstoffpartialdruck in der Destillationszone aufrecht erhalten wird,
der ausreichend ist, um am besten die gute Aktivität des Isomerisierungskatalysators
zu erhalten. Der rezyklierte Wasserstoff kann entweder von jeder äußeren, dem
Fachmann bekannten Quelle kommen, entweder Rezyklierung einer Abstromfraktion am
Kopf der Destillationszone. Der gemäß der Erfindung in diesem Rezyklieren
verwendete Wasserstoff, welcher von jeder äußeren, dem Fachmann bekannten
Quelle kommt, kann von jeder Quelle kommen, welche Wasserstoff mit
wenigstens 50 Vol.-% Reinheit, vorzugsweise wenigstens 80 Vol.-%
Reinheit und in noch bevorzugterer Weise wenigstens 90 Vol.-% Reinheit erzeugt.
Z.B. kann man Wasserstoff nennen, der von katalytischen Reformierungsverfahren,
Methanisierungsverfahren, P.S.A.-Verfahren (Adsorption durch Druckänderung),
Verfahren elektrochemischer Erzeugung oder Dampfkrackverfahren kommt.
Gemäß einer
der Ausführungsformen des
Verfahrens gemäß der Erfindung
wird eine Wasserstofffraktion, die im Abstrom am Destillationszonenkopf
enthalten ist, gewonnen und dann komprimiert und in der Destillationszone
wieder verwendet. Gemäß anderen
Ausführungsformen
des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird eine im Kopfabstrom der Destillationszone umfasste Wasserstofffraktion
dann stromaufwärts
der Kompressionsstufen eingespritzt, die einer katalytischen Reformierungseinheit
zugeordnet sind, und zwar im Gemisch mit Wasserstoff, der von dieser
Einheit kommt, wobei die Einheit vorzugsweise bei niedrigem Druck,
d.h. im Allgemeinen bei einem Druck unter 8 bar (1 bar = 105 Pa) arbeitet.
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Der
in dem Teil innerhalb der Destillationszone angeordnete Isomerisierungskatalysator
ist gemäß den verschiedenen
zum Durchführen
katalytischer Destillationen vorgeschlagenen Technologien. Diese
Technologien sind hauptsächlich
für Etherifizierungsreaktionen
entwickelt worden, welche den Kontakt zwischen den Reagenzien in
homogener Flüssigphase
und dem festen Katalysator implizieren. Sie sind im Wesentlichen
von zwei Typen:
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Gemäß dem ersten
Technologietyp verläuft die
Reaktion gleichzeitig im selben physikalischen Raum wie z.B. die
Lehren der Patentanmeldung WO-A-90/02.603, der Patente US-A-4.471.154, US-A-4.475.005,
US-A-4.215.011, US-A-4.307.254, US-A-4.336.407, US-A-4.439.350,
US-A-5.189.001, US-A-5.266.546, US-A-5.073,236, US-A-5.215.011, US-A-5.275.790,
US-A-5.338.518, US-A-5.308.592, US-A-5.236.663, US-A-5.338.518 sowie der
Patente EP-B1-0.008.860, EP-B1-0.448.884, EP-B1-0.396.650
und EP-B1-0.494.550 und der Patentanmeldung EP-A1-0.559.551. Der Katalysator wird so
im Allgemeinen mit einer absteigenden flüssigen Phase kontaktiert, die
durch den Rückfluss
erzeugt wird, der am Destillationszonenkopf eingeführt wird,
und in einer aufsteigenden Dampfphase, erzeugt durch den Wiederverdampfungsdampf,
der am Boden der Zone eingeführt
wird. Gemäß diesem Technologietyp
wird der den Wasserstoff umfassende Gasstrom, welcher für die Reaktionszone
notwendig ist, zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung
der Dampfphase im Wesentlichen am Eingang wenigstens eines katalytischen
Betts der Reaktionszone zugesetzt werden können.
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Gemäß dem zweiten
Technologietyp wird der Katalysator derart angeordnet, dass die
Reaktion und die Destillation im Allgemeinen in unabhängiger und
aufeinander folgender Weise ablaufen, wie gemäß den Lehren der Patente US-A-4.847.430, US-A-5.130.102 und US-A-5.368.691,
wobei der Destillationsdampf praktisch nicht jedes katalytische Bett
der Reaktionszone durchquert. Wenn man diesen Technologietyp verwendet,
ist das Verfahren gemäß der Erfindung
im Allgemeinen derart, dass das Fließen der zu isomerisierenden
Flüssigkeit
gleichströmend
zum Fließen
des Wasserstoff umfassenden Gasstroms ist und derart, dass der Destillationsdampf praktisch
nicht in Kontakt mit dem Katalysator ist (was sich allgemein in
der Praxis durch die Tatsache ausdrückt, dass der Dampf von der
zu isomerisierenden Flüssigkeit
getrennt ist), für
jedes katalytische Bett des Teils innerhalb der Isomerisierungszone.
Solche Systeme umfassen im Allgemeinen wenigstens eine Flüssigkeitsverteilungs-Vorrichtung, die
z.B. ein Flüssigkeitsverteiler
sein kann, in jedem katalytischen Bett der Reaktionszone, im Allgemeinen
unterhalb des Betts angeordnet. In dem Maße, wie die Technologien für katalytische
Reaktionen vorgesehen worden sind, die zwischen flüssigen Reagenzien
eingreifen, können
sie dennoch ohne Modifikation für
eine katalytische Isomerisierungsreaktion passen, für die man
Wasserstoff im Gaszustand verwendet. Für jedes katalytische Bett des
Teils innerhalb der Isomerisierungszone ist es daher im Allgemeinen
notwendig, eine Vorrichtung zur Einführung Wasserstoff umfassenden
Gasstroms zuzufügen. Die
Destillationszone gemäß der Erfindung
umfasst so wenigstens eine Flüssigkeitsverteiler-Vorrichtung, im
Allgemeinen unter dem katalytischen Bett angeordnet und wenigstens
eine Vorrichtung zur Einführung
Wasserstoff umfassenden Gasstroms, wobei die Gasströme am Eingang
wenigstens eines katalytischen Betts der Isomerisierungsreaktionszone
innerhalb der Destillationszone zugeführt werden und getrennt von
der Beschickung eingeführt
werden.
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Eine
der bevorzugten Ausführungen
des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist derart, dass der Katalysator des Teils innerhalb der Isomerisierungszone
in der Reaktionszone gemäß der in
dem Patent US-A-5.368.691 beschriebenen Vorrichtung derart angeordnet,
dass jedes katalytische Bett des Teils innerhalb der Isomerisierungszone
durch einen Wasserstoff umfassenden Gasstrom gespeist wird, der regelmäßig an seiner
Basis verteilt ist, z.B. gemäß der oben
beschriebenen Techniken. Gemäß dieser Technologie
ist, wenn die Destillationszone eine Kolonne umfasst und wenn die
Isomerisierungszone vollständig
in dieser Kolonne ist, der in jedem katalytischen Bett innerhalb
der Destillationszone enthaltene Katalysator dann in Kontakt mit
einer flüssigen aufsteigenden
Phase, die durch den an der Spitze der Destillationskolonne eingeführten Rückfluss
erzeugt und mit dem Wasserstoff umfassenden Gasstrom, der in gleicher
Richtung wie die Flüssigkeit
zirkuliert, wobei der Kontakt mit der Destillations-Dampfphase vermieden
wird, indem man diesen letzteren durch einen speziell angebrachten
Kanal überführen lässt.
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Die
Betriebsbedingungen des Teils der Isomerisierungszone innerhalb
der Destillationszone sind mit den Destillations-Betriebsbedingungen
verbunden. Die Destillation wird unter einem Druck im Allgemeinen
zwischen 2 und 20 bar, vorzugsweise zwischen 4 und 10 bar (1 bar
= 105 Pa) durchgeführt. Die Temperatur am Destillationszonenkopf
liegt im Allgemeinen zwischen 40 und 180°C und die Temperatur am Destillationszonenboden
liegt im Allgemeinen zwischen 100 und 280°C. Die Isomerisierungsreaktion
wird unter Bedingungen durchgeführt,
die im Allgemeinsten zwischen am Destillationszonenkopf und Destillationszonenboden
etablierten liegen, bei einer Temperatur zwischen 70 und 200°C und vorzugsweise
zwischen 100 und 160°C
und einem Druck zwischen 22 bar, vorzugsweise zwischen 4 und 10
bar. Die der Isomerisierung unterzogene Flüssigkeit wird durch einen Wasserstoff
umfassenden Gasstrom gespeist, dessen Durchsatz derart ist, dass
das Molverhältnis
Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffe (im Allgemeinen am Eingang des
Teils innerhalb der Reaktionszone) im Allgemeinen zwischen 0,01
und 0,8 und vorzugsweise zwischen 0,06 und 0,5 liegt.
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Wenn
die Isomerisierungszone teilweise außerhalb der Destillationskolonne
liegt, ist der in dem äußeren Teil
angeordnete Katalysator gemäß jeder dem
Fachmann unter den Betriebsbedingungen (Temperatur, Druck,...) bekannten
Technologie, welche Betriebsbedingungen gegebenenfalls unabhängig, vorzugsweise
unabhängig
von den Betriebsbedingungen der Destillationszone sind.
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In
dem Teil der Isomerisierungszone außerhalb der Destillationszone,
wenn er vorliegt, sind die Betriebsbedingungen im Allgemeinen die
folgenden. Der für
diese Isomerisierungsstufe erforderliche Druck liegt im Allgemeinen
zwischen 1 und 60 bar absolut und vorzugsweise zwischen 2 und 50
bar und in noch bevorzugterer Weise zwischen 5 und 35 bar. Die Betriebstemperatur
des Teils außerhalb
der Isomerisierungszone liegt im Allgemeinen zwischen 80 und 400°C, vorzugsweise
zwischen 100 und 350°C und
in bevorzugter Weise zwischen 120 und 320°C. Die Raumgeschwindigkeit in
dem äußeren Teil,
berechnet im Verhältnis
zum Katalysator, liegt im Allgemeinen zwischen 0,5 und 50 und spezieller
zwischen 1 und 30 h–1 (Beschickungsvolumen
pro Katalysatorvolumen und pro Stunde). Der Durchsatz des Wasserstoff
umfassenden Gasstroms, welcher den Teil außerhalb der Isomerisierungszone
speist, ist derart, dass das Molverhältnis Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffe
(im Allgemeinen am Eingang des Teils der außerhalb der Reaktionszone)
im Allgemeinen zwischen 0,01 und 0,8 und vorzugsweise zwischen 0,06 und
0,5 liegt. Aber die Temperatur- und Druckbedingungen können auch
im Rahmen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zwischen jenen
liegen, die am Destillationszonenkopf und -boden etabliert sind.
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Wenn
die Betriebsbedingungen der Destillationszone und der Reaktionszone
gut gewählt
sind, kann es das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglichen,
zu Isopentan mehr als 80% n-Pentan der Beschickung, sogar mehr als
90% umzuwandeln.
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Unter
den Katalysatoren, die in jedem katalytischen Bett des Teils innerhalb
der Isomerisierungszone in dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden
können,
kann man einen Katalysator mit hoher Aktivität nennen, wie z.B. ein Katalysator
auf Basis von halogeniertem, vorzugsweise chloriertem Aluminiumoxid.
Solche Katalysatoren bestehen im Allgemeinen aus einem Eta- und
und/oder Gamma-Aluminiumoxidträger
hoher Reinheit (z.B. einem Gemisch von Eta-Aluminiumoxid (85 bis 95 Gew.-% im Verhältnis zum
Träger))
und Gamma-Aluminiumoxid
(Gewichts-Vervollständigung)
oder auch aus diesem Aluminiumoxid, das aus 100% Gamma-Aluminiumoxid
bestehen kann), welcher Träger
im Allgemeinen 2 bis 10 Gew.-% Chlor, 0,1 bis 0,35 Gew.-% Platin
und gegebenenfalls andere Metalle einschließt. Sie können mit einer Raumgeschwindigkeit
von 0,5 bis 10 h–1, vorzugsweise 1 bis
4 h–1 eingesetzt
werden. Der Erhalt des Halogenierungsgrads, vorzugsweise Chlorierung
des Katalysators, erfordert im Allgemeinen einen kontinuierlichen
Zusatz einer Halogenverbindung, vorzugsweise einer chlorhaltigen Verbindung,
wie Kohlenstofftetrachlorid oder Pentachlormethylen eingespritzt
im Gemisch mit der Beschickung bei einer Konzentration von 50 bis
1000 Teile pro Millionen an Gewicht. Aber jeder andere Katalysator,
der die Isomerisierung unter den Betriebsbedingungen der Destillation
durchführen
kann, kann auch gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Unter
den Katalysatoren, die in jedem katalytischen Bett des eventuellen
Teils außerhalb
der Isomerisierungszone verwendet werden können, ist so jeder dem Fachmann
zum Durchführen
der Reaktion bekannte Katalysator wie die drei im ersten Teil der Beschreibung
genannten Katalysatoren, planbar. Beispielhaft nicht begrenzend
kann man die Katalysatoren auf Aluminiumoxidbasis nennen, d.h. die
Katalysatoren, deren Träger
hauptsächlich
Aluminiumoxid, hauptsächlich
halogeniert, vorzugsweise chloriert, umfasst, wobei das Aluminiumoxid
zum Beispiel ein Gemisch von Eta-Aluminiumoxid (85 bis 95 Gew.-%
im Verhältnis
zum Träger
und Gamma-Aluminiumoxid (Gewichts-Vervollständigung) sein oder auch dieses
Aluminiumoxid, das aus 100% Gamma-Aluminiumoxid bestehen kann. Man
kann auch die Katalysatoren auf Zeolithbasis nennen, d.h. deren
Träger,
hauptsächlich
wenigstens einen Zeolith umfasst, der gegebenenfalls durch jede
spezielle, dem Fachmann bekannte Behandlung modifiziert ist, vorzugsweise
gewählt
aus der Gruppe, die gebildet wird durch die Zeolithe vom Strukturtyp
Mordenit, vorzugsweise Mordenit und die Zeolithe vom Strukturtyp
Mazzit, vorzugsweise der Omega-Zeolith; aber diese Katalysatoren
passen im Allgemeinen nicht, um die Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise
die Paraffine, zu isomerisieren, die im Wesentlichen 4 Kohlenstoffatome
pro Molekül
enthalten, wie sie dem Fachmann bekannt sind. Die Katalysatoren
wie z.B. jene oben genannten, die auf Aluminiumoxid- oder Zeolithbasis
sind, umfassen im Allgemeinen wenigstens ein Metall der Gruppe VIII
des Periodensystems der Elemente, vorzugsweise gewählt aus
der Gruppe, die gebildet ist durch Nickel, Platin und Palladium.
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Die
anliegenden 1 und 2 veranschaulichen die Erfindung
und präziser
zwei bevorzugte Ausführungsformen
des Verfahrens gemäß der Erfindung,
ohne die Tragweite zu begrenzen.
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Die
zu behandelnde Beschickung, die ein Gemisch enthält, das Normalparaffine und
Isoparaffine umfasst, die 5 bis 6 Kohlenstoffatome pro Molekül umfassen,
wird in die Kolonne durch die Leitung (1) eingeführt. Die
Kolonne besteht aus C1, C2, PT1 und PT2 genannten Trennzonen und
Reaktionszellen, genannt R1, R2 und R3, vorzugsweise entlang derer der
Dampf derart zirkuliert, dass dieser Dampf nicht in Kontakt mit
dem Katalysator ist. Man zieht durch die Leitung (2) vom
Kolonnenkopf einen an Isopentan reichen Abstrom ab und vom Kolonnenboden
durch die Leitung (3) einen im Wesentlichen Verbindungen der
Beschickung enthaltenden Abstrom, die anders sind als n-Pentan und
Isopentan. Die Leitungen (4), (5) und (6)
weisen Wasserstoffzufuhren am Eingang der Reaktionszellen R1, R2
und R3 auf.
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Die 1 stellt eine Ausführung des
Verfahrens dar, in der die Reaktionszone vollständig in die Kolonne integriert
ist. Diese Reaktionszone umfasst die Elemente R1, PT1, R2, PT2 und
R3.
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Die 2 stellt eine Ausführung des
Verfahrens dar, in der die Reaktionszone teilweise außerhalb
der Kolonne ist. Die Entnahme der Flüssigkeit aus der Destillationszone
C1 wird durch die Leitung (7) durchgeführt, welche diese Flüssigkeit
der Reaktionszelle R1 zuführt.
Die Flüssigkeit
am Ausgang der Reaktionszelle R1 wird zum oberen der Destillationszone
PT1 durch die Leitung (8) geleitet.
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Die
folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, ohne davon die
Trageweite zu begrenzen. Die Berechnungen sind mithilfe der Software
PROII Version 3.3 von Simulation Sciences Inc. durchgeführt.
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Die
Gleichgewichte Flüssigkeit/
Dampf sind mit der Peng-Robinson-Zustandsgleichung
dargestellt. Die Wasserstofflöslichkeit
in den Kohlenwasserstoffen wird durch den Henry-Koeffizienten berücksichtigt.
Der Katalysatortyp wird nach den Studien auf einer Pilot-Isomerisierungseinheit
im Festbett genommen.
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BEISPIEL 1 (gemäß der Erfindung):
Beispiel gemäß dem Schema
der Figur 1 berechnet
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Die
Beschickung besteht aus einem leichten Naphtha, dessen Gewichtszusammensetzung
die folgende ist:
Isopentan: | 24,6 |
Normalpentan: | 27,8 |
2,2-Dimethylbutan: | 1,7 |
2,3-dimethylbutan: | 2,8 |
2-Methylpentan: | 15,0 |
3-Methylpentan: | 8,5 |
Normalhexan: | 13,2 |
Methylcyclopentan: | 3,6 |
Cyclohexan: | 1,5 |
C7+: | 1,
3 |
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Diese
Beschickung hat eine Forschungsoktanzahl (RON) von 71,2 und eine
Motoroktanzahl (MON) von 70,7. Sie speist eine reaktive Destillationskolonne
bei einem Durchsatz von 93,6 kg/h. Die Kolonne besitzt 38 theoretische
Böden und
arbeitet mit einem Druck am Kopf von 7,5 bar und einer Kopftemperatur
von 99°C
und einer Bodentemperatur von 142°C.
Die Beschickung wird in die Kolonne auf dem 27. Boden (Boden Nr.
1 ist der Kondensator, Boden Nr. 38 der Wiederverdampfer) eingeführt. Drei
reaktive Zonen werden in dieser Ausführung des Verfahrens verwendet,
entlang denen der Dampf derart zirkuliert, dass der Dampf nicht
in Kontakt mit dem Katalysator ist. Sie werden jeweils zwischen
die theoretischen Böden
28 und 29, 33 und 34, 36 und 37 eingeschoben. Der verwendete Katalysator
umfasst 0,3% Platin, 8% Chlor auf Aluminiumoxid, das zu 90% aus
Eta-Aluminiumoxid
und 10% Gamma-Aluminiumoxid besteht. Das Molverhältnis Wasserstoff/Kohlenwasserstoffe
am Eingang des Reaktors ist gleich 0,1.
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Man
zieht am Kopf 41,9 kg/h Flüssigdestillat ab,
das an Isopentan reich ist und etwa 3 Mol.-% Normalpentan enthält, und
am Kolonnenboden 50,2 kg/h eines Flüssigabstroms, der 12 Mol.-%
Isopentan und 3 Mol.-% Normalpentan einschließt, wobei der Rest aus Verbindungen
mit 6 Kohlenstoffatomen pro Molekül der Beschickung besteht.
Der Umwandlungsgrad des Normalpentans ist daher 82,8%. Die Oktanzahl der
nach Mischen mit Destillat und Rückstand
rekonstituierten Erdölfraktion
erhöht
sich um etwa 7 Punkte (die RON ist gleich 78,6 und die MON ist gleich
77,2).
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BEISPIEL 2 (gemäß der Erfindung):
Beispiel, berechnet gemäß dem Schema
der Figur 1
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Die
Beschickung ist identisch mit der in Beispiel 1 verwendeten Beschickung.
Sie hat eine Forschungsoktanzahl (RON) von 71,2 und eine Motoroktanzahl
(MON) von 70,7. Sie speist eine reaktive Destillationskolonne bei
einem Durchsatz von 93,6 kg/h. Die Kolonne ist die gleiche wie jene
des Beispiels 1. Sie arbeitet unter einem Kopfdruck von 7,5 bar,
einer Kopftemperatur von 99°C
und einer Bodentemperatur von 142°C.
Der verwendete Katalysator umfasst 0,3% Platin, 6,5% Chlor auf Aluminiumoxid,
das aus 100% Gamma-Aluminium besteht. Das Molverhältnis Wasserstoff/
Kohlenwasserstoffe am Eingang des Reaktors ist gleich 0,1.
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Man
zieht am Kopf 41,9 kg/h Flüssigdestillat ab,
das an Isopentan reich ist und etwa 3 Mol.-% Normalpentan enthält, und
am Kolonnenboden 50,2 kg/h eines Flüssigabstroms, der 12 Mol.-%
Isopentan und 3 Mol.-% Normalpentan einschließt, wobei der Rest aus Verbindungen
mit 6 Kohlenstoffatomen pro Molekül der Beschickung besteht.
Der Umwandlungsgrad des Normalpentans ist daher 82,7%. Die Oktanzahl der
nach Mischen mit Destillat und Rückstand
rekonstituierten Erdölfraktion
erhöht
sich um etwa 7 Punkte (die RON ist gleich 78,5 und die MON ist gleich
77,0).
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BEISPIEL 3 (gemäß der Erfindung):
Beispiel, berechnet gemäß dem Schema
der Figur 2
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Die
Beschickung ist identisch mit der in Beispiel 1 verwendeten Beschickung.
Sie hat eine Forschungsoktanzahl (RON) von 71,2 und eine Motoroktanzahl
(MON) von 70,7. Sie speist eine reaktive Destillationskolonne bei
einem Durchsatz von 93,6 kg/h. Die Kolonne weist 55 theoretische
Böden auf
und arbeitet unter einem Kopfdruck von 7,5 bar, einer Kopftemperatur
von 98°C
und einer Bodentemperatur von 140°C.
Die Beschickung wird in die Kolonne beim 27. Boden (Boden Nr. 1
ist der Kondensator, Boden Nr. 55 ist der Wiederverdampfer) eingeführt.
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Drei
reaktive Zellen werden in dieser Ausführung des Verfahrens verwendet,
durch die der Dampf derart zirkuliert, dass der Dampf praktisch
nicht in Kontakt mit dem Katalysator ist. Sie sind jeweils zwischen
den theoretischen Böden
38 und 39, 48 und 49, 53 und 54 eingeschoben. Das Molverhältnis Wasserstoff/
Kohlenwasserstoffe am Eingang des Reaktors ist gleich 0,1.
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Man
zieht am Kopf 46,7 kg/h Flüssigdestillat ab,
das an Isopentan reich ist und etwa 8 Mol.-% Normalpentan enthält, und
am Kolonnenboden 46,7 kg/h eines Flüssigabstroms, der 6 Mol.-%
Isopentan und 1 Mol.-% Normalpentan einschließt, wobei der Rest aus Verbindungen
mit 6 Kohlenstoffatomen pro Molekül der Beschickung besteht.
Der Umwandlungsgrad des Normalpentans ist daher 90%. Die Oktanzahl
der nach Mischen mit Destillat und Rückstand rekonstituierten Erdölfraktion
erhöht
sich um etwa 8 Punkte (die RON ist gleich 79,1 und die MON ist gleich
77,6).