PROCESS FOR THE PRETREATMENT OF HEAVY OIL HYDROGENATION CHARGES

Abstract: In this process, using preheated hydrogen-containing hydrogenation gas under elevated pressure and elevated temperature, if appropriate with addition of an additive, in a liquid-phase system, the heavy oil is fed to a preheater and then subjected to a hydrogenation reaction in a reactor cascade. The reaction products are passed to a hot separator. Only a part of the total quantity of hydrogenation gas required in the liquid phase is admixed with the mixture of heavy oil and additives, which has been raised to the process pressure but not yet preheated. To simplify the process and to save energy, the other part of the quantity of hydrogenation gas is heated up by heat exchange with the gaseous top product from the hot separator in a first heat exchanger designed as a gas heat exchanger and added to the preheated mixture of heavy oil and additives and hydrogenation gas. <IMAGE>

Description: Verfahren zur Vorbehandlung der Einsatzprodukte für die Schwerölhydrierung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung der Einsatzprodukte für die Schwerölhydrierung mit vorgewärmtem wasserstoffhaltigem Hydriergas der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Es ist bei einem Verfahren zur Kohlehydrierung bekannt, die gesamte notwendige Hydriergasmenge mit der Rohle-6l-Maische zu erhitzen oder auch einen Teil des Hydriergases separat vorzuheizen und hierfür vorzusehen, einen Teil des Hydriergases vor dem Vorheizer und einen anderen Teil des Hydriergases abstromseitig vom Vorheizer und vor Eintritt in den Hydrierreaktor zuzusetzen (vgl. EP-OS 0 083 830 > . Mit der Aufheizung des Schweröl-Additiv-Gemisches in Gegenwart von wasserstoffhaltigem Hydriergas ist die Schwierigkeit verbunden, dass sich mit steigender Temperatur die Tragfähigkeit der Suspension verschlechtert, so dass die Gefahr der Ausbildung von Inhomogenitäten sowie einer Sedimentierung der Feststoffanteile des Ratalysatorträgers (Additiv) in den Wärmetauscherrohren besteht. Ferner ist man bei der Steigerung der Rohrwandtemperaturen aufgrund von Verkokungsneigung und Verschmutzung durch Ablagerungen im Inneren der Rohre (Fouling) beschränkt. Demgemäss besteht die Erfindungsaufgabe darin, den spezifischen Flächenbedarf beim Wärmeaustausch für die Aufheizung des dl-Additiv-Gemisches zu reduzieren. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Bedarf an mechanischer Energie für den Betrieb der Gaskompressoren zu verringern. Gemäss der Erfindung werden diese Aufgaben bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, dass die Merkmale des Kennzeichens von Patentanspruch 1 verwirklicht sind. Nach Patentanspruch 2 wird der Strom des über den als Gaswärmetauscher ausgebildeten ersten Wärmetauscher geführten gasförmigen Heissabscheiderkopfproduktes über einen Gasphasereaktor mit einem auf einem Träger fest angeordneten Kontakt und daran anschliessend über mindestens einen Wärmetauscher zur Aufwärmung des Gemisches von Schweröl, Additiv und Hydriergas geführt. Der durch Wärmetausch mit dem gasförmigen Heissab scheiderkopfprodMukt aufgeheizte und dem vorgewärmten Schwerölgemisch (Gemisch von Schweröl und Additiv bzw. Katalysatorträger) zugegebene andere Teil des Hydriergases macht vorzugsweise 40 bis 80 Vol.-% der insgesamt erforderlichen Hydriergasmenge aus. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, einen Teil der über den Gaswärmetauscher geführten Hydriergasmenge dem Schwerölgemisch erst zuzusetzen, nachdem das Gemisch den Vorheizer durchlaufen hat. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, den Teil des Hydriergases, der über den ersten Wärmetauscher geführt wird, in einem Ofen weiter aufzuheizen und dem Schwerölgemisch abstromseitig von dem Vorheizer zuzusetzen, wobei wiederum ein weiterer Teilstrom des in dem Ofen aufgeheizten Hydriergasstromes dem Schwerölgemisch vor Eintritt in den Vorheizer zugesetzt werden kann. Die Aufheizung des zunächst separat geführten Hydriergasanteils kann auch allein über den Ofen erfolgen. Durch die Aufteilung der insgesamt erforderlichen Hydriergasmenge in einen Anteil, der dem auf den Verfahrensdruck gebrachten aber noch nicht über Wärmetauscher vorgewärmten Schwerölgemisch zugegeben wird und einen Anteil, der zunächst durch Wärmetausch mit dem gasförmigen Heissabscheiderkopfprodukt in einem als Gaswärmetauscher ausgebildeten ersten Wärmetauscher oder auch dem Ofen separat aufgeheizt wird und- durch die Zugabe des so aufgeheizten Teils der Hydriergasmenge zu dem in einem oder mehreren Wärmetauschern vorgewärmten Schwerölgemisch wird bezweckt, dass in allen Wärmetauschern eine gewünschte vorteilhafte möglichst homogene Strömung erhalten werden kann. Damit ist ein verbesserter Wärmeübergang verbunden und dem Auftreten von Inhomogenitäten wird vorgebeugt. Es ist auch möglich, den Strom des wasserstoffhaltigen Hydriergases so aufzuteilen, dass der Wasserstoffzusatz zu dem Schwerölgemisch in Form von Frischwasserstoff erfolgt und dass die verbleibende Menge des insgesamt zu ergänzenden Frischwasserstoffs dem Kreilaufhydriergas zugemischt wird. Hierdurch wird ein höherer Wasserstoffpartialdruck erzielt und der Kompressor für das Kreislaufhydriergas kann in seiner Kapazität entsprechend kleiner ausgelegt werden, auch können kleinere Rohre ("Haarnadelrohre") im Vorheizer für das Schweröl-Gemisch vorgesehen werden. Es ist zweckmässig zur Temperaturregelung des Hydrierreaktors vorzusehen, dass ein Teilstrom des eingesetzten Frischwasserstoffs oder des Kreislaufhydriergases direkt in den Hydrierreaktor als Quenchgas eingeführt werden kann. Das zunächst durch den Gaswärmetauscher geführte Kopfprodukt des Heissabscheiders wird den Wärmetauschern für das Schwerölgemisch zugeführt und im Gegenstrom zu dem Schwerölgemisch durch Wärmeaustausch weiter abgekühlt. Hier wird das nur einen Teil, vorzugsweise 20 bis 60 Vol.-%, der Hydrier gasmenge enthaltende Schwerölgemisch unter weiterer Ausnutzung der in den Hydrierprodukten enthaltenen Wärme in den Wärmeaustauschern vorgewärmt. Im Reaktionsteil, d. h. in den eigentlichen Hydrierreaktoren steht nach Zugabe der restlichen Menge von 40 bis 80 Vol.-8 die gesamte erforderliche Menge des Hydriergases zur Verfügung, wo das Hydriergas auch die Aufgabe hat, die Überführung der entstandenen verdampfbaren Reaktionsprodukte in den Heissabscheider zu fördern. Bei dem vorliegenden Verfahren wird ein Teil der Kapazität des Vorheizers von dem mit dem Heissabscheiderkopfprodukt beaufschlagten Gaswärmetauscher oder dem Ofen übernommen, wobei ins Gewicht fällt, dass ein Gaswärmetauscher bzw. ein Ofen, in dem ein Gas aufgeheizt wird, nur etwa ein Fünftel der Gesamtaustauschfläche eines Wärmetauschers bzw. Vorheizers für die Vorheizung des ein Mehrphasensystem darstellenden Schwerölgemisches benötigt. Die vorliegende getrennte Vorwärmung eines Teils des Hydriergases ermöglicht eine bessere Wärmeausnutzung des Wärmeinhalts des Heissabscheiderkopfproduktes sowie eine vereinfachte Bauweise des Vorheizers. Die Auslegung und der Betrieb des Vorheizers für die Aufheizung des Schwerölgemisches sind kritisch für die Arbeitsweise der Schwerölhydrierung in der Sumpfphase. Der in dem Gaswärmetauscher auf 350 bis 470 OC, maximal 490 OC, im Gegenstrom mit dem Kopfprodukt des Heissabscheiders bzw. in dem zusätzlichen Ofen auf Temperaturen zwischen 350 und 550 0C aufgeheizte Teilstrom des Hydriergases kann nach den betrieblichen Erfordernissen und in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Vorheizers aufgeteilt werden in einen Teilstrom, der vor dem Vorheizer und in einen Teilstrom, der abstromseitig vom Vorheizer dem Schwerölgemisch zugeführt wird. Zur Warmeruckgewinnung aus dem etwa 470 OC bis maximal 490 OC heissen Kopfprodukt des Heissabscheiders wird dem mit dem Hydriergas versetzten und auf Druck gebrachten Schweröl-Additiv-Gemisch in hintereinanderliegenden Wärmeaustauschern, im Gegenstrom und ggf. nach Passieren eines Gaswärmetauschers das Heissabscheiderkopfprodukt entgegengeführt. Die Absenkung der Temperatur des Heissabscheiderkopfproduktes in einem ersten, zweckmässig als Gaswärmetauscher ausgebildeten, Wärmetauscher ist auch deshalb erforderlich, weil im Falle einer nachgeschalteten Gasphasenhydrierung der Festbettkontakt in der Regel bei etwas tiefer als der Temperatur des Heissabscheiderkopfproduktes liegenden Temperaturen betriebstechnisch die besten Ergebnisse bringt. Als einzusetzende schwere Öle oder deren Rückstände kommen alle Sorten in Betracht, die wirtschaftlich hydriert werden können, z. B. Schweröl und andere Rückstände der Top- und Vakuumdestillation von konventionellen Rohölen, schweren Rohölen, Rückstände aus anderen Verarbeitungsstufen, z. B. Visbreaker, Entasphaltierung usw. Unter Additive werden bei dem vorliegenden Verfahren beispielsweise kohlenstoffhaltige Produkte mit hoher spezifischer Oberfläche, z. B. Petrolkoks, Braunkohlenkokse, Vergasungsrückstände u. dgl. verstanden. Sie werden zugesetzt in einer Menge von etwa 2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Schweröleinsatzmenge. Das mit dem Teilstrom des Hydriergases und ggf. dem restlichen Hydriergas versetzte Schwerölgemisch hat nach Durchlaufen der Wärmeaustauscher eine Temperatur von etwa 380 OC und nach Durchlaufen des nachgeschalteten Vorheizers eine Temperatur von etwa 460 OC. Das Hydriergas kann zwecks Vorwärmung, ggf. nach Abtrennen eines als Quenchgas benötigten und über eine entsprechende Leitung geführten Anteils, über den letzten abstromseitigen von dem Heissabscheiderkopfprodukt durchströmten Wärmetauscher geführt werden, bevor es dem Schwerölgemisch zugesetzt wird. Gemäss Figur 1 wird das auf den Verfahrensdruck gebrachte Schwerölgemisch über Leitung 1 mit Frischgas (z. B. etwa 97 Gew.-% Wasserstoffgehalt) als Hydriergas beaufschlagt. Das Schwerölgemisch durch läuft nach Zumischen der ggf. vorgewärmten Hydriergasmenge einen oder mehrere hintereinanderliegende Wärmetauscher 2, in denen es im Gegenstrom zu dem Kopfprodukt des Heissabscheiders oder dem Abstrom eines zwischengeschalteten Gasphasereaktors 9 vorgewärmt wird, anschliessend den Vorheizer 4, bevor es über Leitung 5 in den ersten Hydrierreaktor eintritt. Das Kopfprodukt des Heissabscheiders passiert ggf. einen Gaswärmetauscher 6, in welchem der in Leitung 7 geführte restliche Anteil der erforderlichen Hydriergasmenge auf 350 bis maximal 500 OC vorgewärmt wird, daran anschliessend den Gasphasereaktor 9, in welchem direkt angekoppelt eine Weiterhydrierung der gas- bzw. dampfförmigen Hydrierprodukte aus der Sumpfphase an einem fest angeordneten Hydrierkontakt in der Gemischtphase stattfindet sowie die Maischevorwärmer 2 und ggf. eine nicht dargestellte Frischgasvorwärmung. Zur Aufheizung der über Leitung 7 geführten und in dem Gaswärmetauscher 6 aufgeheizten restlichen Menge des als Kreislaufgas zugesetzten Hydriergases, dem noch weiteres Frischgas über Leitung 3 zugeführt werden kann, ist ein Ofen 8 nachgeschaltet. Der so aufgeheizte Hydriergasstrom wird der Maische zu einem Teil vor Eintritt in den Vorheizer 4 und zum anderen Teil abstromseitig vom Vorheizer 4 zugegeben. Figur 2 zeigt die Verfahrensführung, bei der der über Leitung 7 und Gaswärmetauscher 6 geführte Strom des Hydriergases dem Schwerölgemisch auf stromseitig vom Vorheizer 4 zugeführt wird. Der in dem Gaswärmetauscher 6 aufgeheizte Hydriergasstrom kann dem Schwerölgemisch aber auch abstromseitig vom Vorheizer 4 zugegeben werden. Die übrigen Bezugszeichen haben die Bedeutung wie zu Figur 1 erläutert Es kann im Rahmen der mit Figur 1 oder 2 gegebenen vorteilhaften Ausgestaltungen des vorliegenden Verfahrens ebenfalls vorteilhaft sein, zum Zwecke der Aufheizung des Hydriergases nur Ofen 8 vorzusehen und das Heissabscheiderkopfprodukt über einen ersten Wärmetauscher zur Aufheizung des Schwerölgemisches zu leiten. In diesem Falle kann das Hydriergas auf beispielsweise 550 OC aufgeheizt werden. Die getrennte Aufheizung von Teilen des Hydriergases beim vorliegenden Verfahren ermöglicht geringere Rohrwandungsstärken für die Führung des Hydriergases und eine vereinfachte Verteilung bzw. Aufteilung des Hydriergases, darüber hinaus eine geringere erforderliche Leistung der Aufheiz- und Vorheizöfen. Schliesslich sind die Druckverluste im Kreislaufsystem um etwa 50 % niedriger, weil nur jeweils der Anteil des Frischgases auf den Betriebsdruck hochgedrückt werden muss.

Claims: A process for the pretreatment of the products used for heavy oil hydrogenation in a liquid phase system with preheated hydrogen-containing hydrogenation gas at elevated pressure and elevated temperature, using an additive, wherein the heavy oil is supplied to a preheater and then subjected to a hydrogenation reaction in a reactor cascade, from which the reaction products are supplied to a hot separator, and wherein only a portion of 20 to 60% by volume of the total quantity of hydrogenation gas required in the liquid phase is admixed with the mixture of heavy oil and additive, which has been brought to the process pressure but not yet preheated, characterized in that the other portion of the quantity of hydrogenation gas, amounting to 40 to 80% by volume of the total quantity of hydrogenation gas required, is heated to a temperature of 350 to 470, at most 490 or even 500°C in a first heat exchanger, constructed in the form of a gas heat exchanger; the mixture of heavy oil, additive and hydrogenation gas is preheated to a temperature of about 460°C by heat exchange in one or more heat exchangers which are connected downstream to the gas heat exchanger and through which the hot separator head product flows after passing the gas heat exchanger; and the quantity of hydrogenation gas heated in the gas heat exchanger is added to the preheated mixture of heavy oil, additive and hydrogenation gas. A process according to claim 1, characterized in that the flow of the gaseous hot separator head product, passed over the first heat exchanger, constructed in the form of a gas heat exchanger, is passed via a gas phase reactor having a contact rigidly disposed on a support and then passed over at least one heat exchanger in order to heat the mixture of heavy oil, additive and hydrogenation gas. A process according to claim 1 or 2, characterized in that a proportion of the quantity of hydrogenation gas passed over the gas heat exchanger is added to the heavy oil mixture only after the mixture has passed through the preheater. A process according to one of claims 1 to 3, characterized in that in addition to the gas heat exchanger, a furnace is used for heating the component flow of hydrogenation gas. A process according to claim 1, characterized in that instead of the gas heat exchanger a furnace is provided for heating the component flow of hydrogenation gas to 550°C, and the hot separator head product is already used in the first heat exchanger for preheating the heavy oil mixture. A process according to one of claims 1 to 5, characterized in that the flow of hydrogen-containing hydrogenation gas is so subdivided that it is added to the heavy oil mixture in the form of fresh hydrogen, the remaining quantity of the total fresh hydrogen to be made up being admixed with the circuit hydrogenation gas.

Inventors: FROHNERT, HEINZ, KLEIN, WOLFDIETER, UCKERMANN, BERND
Applicants: VEBA OEL TECHNOLOGIE GMBH
Application year: 1986
Main classification: C10G49
IPC codes: C10G47, C10G9, C10G1, C10G49, C10G45