Haupteinflussfaktoren katalytischer Hydrierungsverfahren
Die wichtigsten betrieblichen Faktoren, die die beeinflussen katalytische HydrierungProzess in der Praxis sind die Reaktionstemperatur, der Reaktionsdruck, das Wasserstoff-Öl-Verhältnis, die Reaktionsluftgeschwindigkeit, die Katalysatoraktivität, die Reinheit des recycelten Wasserstoffs sowie die Zusammensetzung und Art des Rohmaterials.
1. Reaktionstemperatur
Die Reaktionstemperatur ist das wichtigste Mittel zur Steuerung der Geschwindigkeit der Entschwefelung, Entstickung und Umwandlung des resultierenden Öls. Eine Erhöhung der Reaktionstemperatur kann die Entschwefelungs- und Denitrierungsraten verbessern und Bedingungen für die Crackreaktion schaffen. Eine Erhöhung der Reaktionstemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung des Produkts: Der n-Alkan-Gehalt steigt, der iso-Alkan-Gehalt sinkt, das Iso-Alkan/n-Alkan-Verhältnis sinkt und der Grad der Olefinsättigung nimmt zu zu einer besseren Produktstabilität. Der Hydrierungsprozess ist ein exothermer Prozess und die Temperaturerhöhung ist für den Prozess nicht förderlich. Eine zu hohe Reaktionstemperatur führt zu einer Verringerung des Umsatzes, daher sollte in der Praxis die geeignete Reaktionstemperatur gewählt werden.
Eine Erhöhung der Reaktionstemperatur führt zu einer schnelleren Verkokung der Katalysatoroberfläche und beeinträchtigt deren Lebensdauer. Daher wird die Wahl der Temperaturbedingungen im Allgemeinen von der Katalysatoraktivität, den Betriebsbedingungen und der katalytischen Leistung beeinflusst.
Die Wahl der Temperaturbedingungen wird im Allgemeinen von einer Reihe von Faktoren beeinflusst, wie z. B. der Katalysatoraktivität, den Betriebstemperaturgrenzen und der Produktverteilung. Als allgemeine Regel gilt, dass die niedrigstmögliche Temperatur verwendet wird, wenn die Katalysatoraktivität dies zulässt. Solange die Katalysatoraktivität dies zulässt, wird die niedrigstmögliche Reaktionstemperatur verwendet.
2. Reaktionsdruck
Der eigentliche Faktor für den Reaktionsdruck ist der Partialdruck des Wasserstoffs. Die Erhöhung des Wasserstoffpartialdrucks des Systems fördert die Hydrierungsreaktion, beschleunigt die Hydrierung von Olefinen und Aromaten, erhöht die Entschwefelungs- und Denitrierungsrate, ist vorteilhaft für die Entfernung von Gummi und Asphaltenen, sodass das resultierende Produkt einen niedrigen Brompreis aufweist weniger Schwefel- und Stickstoffverbindungen, weist eine gute Ölstabilität auf und kann den Rauchpunkt von Kerosin und den Brennwert von Diesel erhöhen. Gleichzeitig kann die Erhöhung des Wasserstoffpartialdrucks auch die Verkokung verhindern oder verringern, was der Aufrechterhaltung der Katalysatoraktivität und der Verbesserung der Stabilität des Katalysators förderlich ist. Die Wahl des Reaktionsdrucks hängt von der Art des zu behandelnden Rohstoffs ab, je mehr polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und Verunreinigungen im Rohstoff enthalten sind. Je mehr PAKs und Verunreinigungen im Einsatzstoff vorhanden sind, desto höher ist der erforderliche Reaktionsdruck. Zu hohe Wasserstoffpartialdrücke führen zu erhöhten Investitionen in die Anlage und entsprechend erhöhten Betriebskosten. Daher sollte der Reaktionsdruck entsprechend den Anforderungen des beabsichtigten Produkts und der Art des zu verarbeitenden Rohstoffs bestimmt werden.
3. Verhältnis von Wasserstoff zu Öl
Die Größe des Wasserstoff-zu-Öl-Verhältnisses oder die Menge des zirkulierenden Wasserstoffs steht in direktem Zusammenhang mit dem Wasserstoffpartialdruck und der Verweilzeit des Öls und beeinflusst auch die Verdampfungsrate des Öls. Eine Erhöhung des zirkulierenden Wasserstoffs stellt sicher, dass das System über einen ausreichenden Wasserstoffpartialdruck verfügt, damit die Hydrierungsreaktion stattfinden kann. Hinzu kommt der überschüssige Wasserstoff
Gas dient dem Schutz der Katalysatoroberfläche und verhindert in gewissen Grenzen die Kondensation und Verkokung des Öls auf der Katalysatoroberfläche. Auch
Das erhöhte Wasserstoff-zu-Öl-Verhältnis kann die Reaktionswärme rechtzeitig aus dem System abführen, was dem thermischen Gleichgewicht des Reaktionsbetts zuträglich ist und somit den Reaktor belastet. Die Temperatur im Reaktor lässt sich stufenlos regeln.
Ein übermäßiges Wasserstoff-Öl-Verhältnis erhöht jedoch den Druckabfall im System und verkürzt die Kontaktzeit zwischen Öl und Katalysator, was zu einer Verringerung der Reaktionstiefe, einer Erhöhung der Umwälzbelastung und einem Anstieg des Stromverbrauchs führt.
Wasserstoff-Öl-Verhältnis=zirkulierendes Wasserstoffvolumen (Nm3 /h) / Futtervolumen (m3 /h)
Normalerweise sollte die Durchflussrate des zirkulierenden Wasserstoffs während des gesamten Betriebszyklus des Katalysators konstant bleiben, da häufige Änderungen im Kompressorbetrieb nicht möglich sind.
4. Fluggeschwindigkeit
Die Fluggeschwindigkeit ist das Verhältnis des Zufuhrvolumens zur Katalysatorladung und wird in zwei Typen unterteilt: volumetrische Fluggeschwindigkeit und Massenfluggeschwindigkeit.
Fluggeschwindigkeit (h-1)=Reaktorzulaufvolumen (m3/h) / Reaktorkatalysatorfüllvolumen (m3)
Durch die Reduzierung der Fluggeschwindigkeit wird die Reaktionszeit des Einsatzmaterials verlängert, die Tiefe erhöht und die Umwandlungsrate erhöht. Wenn die Fluggeschwindigkeit jedoch zu niedrig ist, intensiviert sich die sekundäre Crackreaktion und zwar kann dann der Gesamtumsatz erhöht werden, es kommt jedoch zu einer entsprechenden Zunahme der erzeugten gasförmigen Kohlenwasserstoffe. Gleichzeitig erhöht sich bei bestimmten Temperaturen die Wahrscheinlichkeit einer Kondensationsverkokung aufgrund der längeren Verweilzeit der Ölmoleküle im Katalysator. Daher wirkt sich eine niedrige Fluggeschwindigkeit über einen längeren Zeitraum nachteilig auf die Katalysatoraktivität aus. Die Wahl der Fluggeschwindigkeit hängt von der Art des Einsatzmaterials und des Katalysators ab. Eine Erhöhung der Fluggeschwindigkeit bedeutet eine Erhöhung der Verarbeitungskapazität, daher sollte die Fluggeschwindigkeit so weit wie möglich erhöht werden, ohne die Umwandlungstiefe des Ausgangsmaterials zu beeinträchtigen. Die Erhöhung der Luftgeschwindigkeit wird jedoch durch die Auslegungslast der Geräte und die entsprechenden Temperaturgrenzen begrenzt.
5. Katalysatoraktivität
Die Katalysatoraktivität hat einen erheblichen Einfluss auf die Betriebsbedingungen der Hydrierung, die Produktausbeute und die Produkteigenschaften. Eine Erhöhung der Katalysatoraktivität kann die Temperatur und den Druck im Reaktor senken, die Luftgeschwindigkeit erhöhen oder das Verhältnis von Wasserstoff zu Öl verringern. Eine Erhöhung der Katalysatorselektivität führt zur Produktion einer größeren Menge des gewünschten Produkts, reduziert unnötige Nebenreaktionen und erhöht die Widerstandsfähigkeit des Katalysators gegenüber Toxizität. Mit zunehmendem Anfahrzyklus nimmt die Katalysatoraktivität allmählich ab. Ab diesem Zeitpunkt muss die Reaktionstemperatur entsprechend erhöht werden, um die geplante Umwandlungsrate aufrechtzuerhalten. Es ist zu beachten, dass das Betriebsniveau und verschiedene falsche Betriebsmethoden einen erheblichen Einfluss auf die Katalysatoraktivität während der Produktion haben und den Beteiligten zur Kenntnis gebracht werden müssen.
6. Reinheit des zirkulierenden Wasserstoffs
Die Reinheit des zirkulierenden Wasserstoffs steht in direktem Zusammenhang mit dem Partialdruck des Wasserstoffs im Katalysatorbett, und die Aufrechterhaltung einer hohen Reinheit des zirkulierenden Wasserstoffs sorgt für einen hohen Partialdruck des Wasserstoffs, was sich positiv auf die Hydrierungsreaktion auswirkt und ein wesentlicher Bestandteil der Produktverbesserung ist Qualität. Gleichzeitig reduziert die Aufrechterhaltung einer hohen Reinheit des zirkulierenden Wasserstoffs auch die Ölkondensation und Verkokung auf der Katalysatoroberfläche, was den Katalysator schützt und dazu beiträgt, seine Aktivität und Stabilität zu verbessern und seine Lebensdauer zu verlängern. Wenn jedoch eine zu hohe Reinheit des zirkulierenden Wasserstoffs erforderlich ist, muss eine große Menge Abfallwasserstoff ausgeschleust werden. Dies führt zu einem erhöhten Wasserstoffverbrauch und höheren Kosten. Im Allgemeinen wird die Reinheit des zirkulierenden Wasserstoffs auf mindestens 85 Prozent kontrolliert. Liegt die Wasserstoffreinheit unter 85 Prozent, muss ein Teil des recycelten Wasserstoffs aus der Anlage ausgeschleust und neuer Wasserstoff hinzugefügt werden.
7. Art des Rohmaterials
Die relative Konstanz der Beschaffenheit des Ausgangsmaterials ist ein wichtiger Faktor für einen reibungslosen Betrieb. Wenn das Ausgangsmaterial schwer wird, muss die Betttemperatur erhöht werden, um eine bestimmte Umwandlungsrate aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus haben Änderungen im Gehalt an Rohstoffverunreinigungen (z. B. Schwefel, Stickstoff) große Auswirkungen auf die Hydroraffinierungs- und Hydrocracking-Reaktionen. Unter dem Gesichtspunkt, dass sowohl Entschwefelungs- als auch Denitrierungsreaktionen exotherm sind, wirkt sich ein Anstieg sowohl des Schwefel- als auch des Stickstoffgehalts auf den Anstieg der Reaktionstemperatur aus. Bei einem Anstieg des Schwefelgehalts entstehen jedoch große Mengen H2S, das mit dem durch die Entstickung entstehenden NH3 Salze bildet und das System blockiert. Gleichzeitig können hohe H2S-Konzentrationen auch zu Korrosion an Geräten führen und die H2S-Konzentration im System sollte normalerweise nicht höher als 2 Prozent sein. Wenn die Schwefelwasserstoffkonzentration im zirkulierenden Wasserstoff mehr als 2 Prozent beträgt, sollten zusätzliche Vorrichtungen zur Entschwefelung des zirkulierenden Wasserstoffs installiert werden. Der Stickstoff aus der Hydrogenolyse erzeugt NH3, was die Katalysatoraktivität verringert. Daher muss die Beschaffenheit des Ausgangsmaterials streng kontrolliert werden.
Bei der Auswahl eines Katalysators und Ausgangsöls ist der Einfluss der Temperatur am wichtigsten. Unter normalen Produktionsbedingungen schwanken der Systemdruck und die Reinheit des neuen Wasserstoffs nicht stark und das Wasserstoff-zu-Öl-Verhältnis ist im Wesentlichen konstant, sodass die Temperatur die effektivste Steuerung darstellt.
Verunreinigungen im Ausgangsmaterial (z. B. Schwefel), insbesondere Stickstoff, beeinflussen sowohl die Hydroraffinierungs- als auch die Hydrocracking-Reaktion. Aus diesem Grund muss die Reaktorbetttemperatur entsprechend der im Einsatzmaterial enthaltenen Schwefel- und Stickstoffmenge angepasst werden.
