197345. lajstromszámú szabadalom • Eljárás magas forráspontú szénhidrogénfrakciók forrásponttartományának csökkentésére
2 197345 3 A találmány tárgya eljárás magas forráspontú szénhidrogénfrakciók forrásponttartományának csökkentésére hidrogénező kezeléssel különleges alakú katalizátoron üzemanyag, fűtöolajkomponensek és katalitikus hasításra alkalmas nyersanyagok előállítása céljából. Ismert, hogy magas forráspontú szénhidrogénfrakciók katalitikus hidrogénezéssel alacsonyabb forráspontú szénhidrogénfrakciókká alakíthatók. A katalitikus hidrogénezés ismert eljárásai [Oil und Gas Journal, 20, 3, 170 (1967), 31, 5, 70-73 (1971), Hydrocarbon Processing 51, 9, 139-146 (1972), 53, 9, 126- -132 (1974), 57, 5 117-121 (1978), 58, 5, 108 (1979)) szerint különösen magas forráspontú szénhidrogénfrakciók esetén a reakciózónában nagyon magas nyomáson, általában 15- -20 MPa nyomáson dolgoznak. Ez egyrészt magas beruházási költségekkel, másrészt magas üzemelési költségekkel jár mind az energia, mind az anyag felhasználása tekintetében. További hátrány, hogy minden eddig ismert eljárásnál nagyszelektivitású katalizátorok alkalmazása jelentős mennyiségű gáz fejlődésével jár együtt, ami sok esetben az eljárás gazdaságosságát hátrányosan befolyásolja. Bizonyos esetekben hátrányos lehet a hidrogénezéskor keletkező benzin is, ha erre a komponensre nincs megfelelő feldolgozó berendezés vagy kapacitás, de a diesel üzemanyag kinyerésének igénye fennáll. Ez a hátrány a 3 668 112 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint úgy oldható meg, hogy a szénhidrogénfrakciók hidrogénezése közben keletkező nemkívánatos de elkerülhetetlen benzinmennyiséget egy második eljáráslépcsöben katalitikus hidrogénezéssel 1-4 szénatomos szénhidrogénekké alakítják. Ez a megoldás azonban kivitelezés és energiafelhasználás szempontjából költséges és a fokozott hidrogénfelhasználás és gázfejlódés következtében anyagigény szempontjából is gazdaságtalan. Fentiek miatt a hidrogénező feldolgozás szelektivitásának további javítására volt szükség. Szénhidrogénfrakciók hidrogénező feldolgozásának hatékonyságát a heteroatomos vegyületek, különösen kénvegyületek és szerves fémvegyületek eltávolíthatósága és a forrásponttartomány csökkentése tekintetében a mindenkori katalizátor határozza meg. Általában olyan katalizátorokat használunk, amelyek a VI és VII mellékcsoportbeli fémek vegyületeiból, valamint alumíniumoxidból vagy egy aluminiura-szilikátból állnak. Mig az alacsony forráspontú szénhidrogénfrakciók, így a benzin- és dízelolajfrakciók hidrogénezéséhez megfelelőek a fenti nagy felületű alumíniumoxidból és alumíniumszilikátból álló katalizátorkomponensek, addig magas forráspontú frakciók feldolgozásánál nagy jelentőséget nyer a katalizátor póruseloszlása, alakja és szemcsemérete. Ez arra vezethető vissza, hogy ezek a frakciók a molekulaméret, a heteroatomos vegyületek mennyisége és a vegyületek szerkezete tekintetében eltérnek az alacsony forráspontú frakcióktól. Például kóolajmaradékok vákuumdesztillációjával és/vagy aszfaltmentesitésével nyert szénhidrogénfrakciók hidrogénezéséhez különleges pórus-szerkezetű katalizátorokat javasolnak, például a 2 330 324. számú német szövetségi köztársaság beli közre bocsátási iratban. Mivel a nagy molekulák diffúziója katalizátorszemcse belsejében gátolt, a póruskihasználási fok javitása érdekében állandóan csökkentették a katalizátor szemcseméretét. A szemcseméret csökkentésének azonban határt szab a reaktor nyomásvesztesége, miáltal különleges geometriai formák kialakítására tértek ét (például a 3 674 680. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi elirás). Ezeknek a formáknak további előnye a jó felülettérfogat arány, ami a fémvegyületek csekély behatolási mélysége miatt csökkenti a fémelvonást. Az elért javítások ellenére nem hagyhatók figyelmen kívül az eljárás hátrányai. így azt találták, hogy a esőalakú testek (üreges vezeték) bár hidrodinamikailag előnyös tulajdonságokkal rendelkeznek, a katalízis sorén hajlamosak a belül kezdődő kokszosodásra. A lóhere forma hátránya a 8 424. számú európai szabadalmi írás szerint, hogy az egyes részecskéken a lekerekített érintkezési szög (úgynevezett meniszkusz) katalitikus hátrányokkal jár. A fenti leírásban alternativ megoldásként ismertetett csillagprofil hátránya nagy mechanikai instabilitása, különösen a csúcsokon. A katalizátorszemcsékre vonatkozó minden ismert javaslat közös abban, hogy a keresztmetszetben hegyes vagy tompa szögű barázdák vannak kialakítva, miáltal az olajfilm a katalizátor felületén egyenetlenül oszlik el és így a szénhidrogénmolekulák a katalizátorszemcsén időben és térben nem egységesen reagálnak. Ebből származik a katalizátorszemcse hiányos kihasználása, amiből a kis aktivitás, stabilitás és különösen a csökkent szelektivitás ered, ami főleg magas hidrogénezési foknál vezet nemkívánatos melléktermékekhez. Az eddig ismert katalizétorformák és reaktorkialakítások alkalmazásával különösen a nehéz forráspontú frakciók feldolgozása problematikus gáz-folyadékkeveréknek a reaktorkeresztmetszetre vetített eloszlása miatt, ami határt szab a katalizátorégy maximális magasságénak, a gáz minimális sebességének és a folyékony szénhidrogénfázis maximális sebességének. Az AICHE Journal 21, 2, 209- -220 (1975) szerint a kattilizátorágy maximális magassága 6-8 m a hidrogéntartalmú gázok minimális sebessége nagyobb, mint 357 cm/s, míg a folyadék fázis maximális lineáris sebessége az üres reaktorkeresztmetszetre vonatkoztatva kisebb, mint 8,3 mm/s. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
