專利名稱：用水替代物裂化烴原料的方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及使用水作為稀釋蒸汽的添加物或替代物的烴原料的裂化。
背景技術(shù)：
利用蒸汽裂化將各種烴原料裂化為烯烴已經(jīng)有很長時(shí)間了。常規(guī)的蒸汽裂化采用熱解爐，其具有兩個(gè)主要區(qū)域?qū)α鞑糠趾洼椛洳糠址磻?yīng)區(qū)。烴原料通常以液體形式(除非以蒸氣形式進(jìn)入的輕原料)進(jìn)入爐子的對流部分，在此，烴原料通常通過與來自輻射部分的熱煙道氣間接接觸和通過與蒸汽混合而被加熱和汽化。然后，汽化的原料和蒸汽混合物進(jìn)入輻射部分，在此發(fā)生裂化。所得的包括烯烴的產(chǎn)物離開熱解爐以備進(jìn)一步的下游處理如驟冷。
非限定性地舉例說明，在用于由石腦油原料生產(chǎn)乙烯的常規(guī)熱解反應(yīng)爐中，烴原料進(jìn)入爐子的對流部分，在此烴原料通過與來自輻射部分的爐子煙道氣間接接觸，在第一換熱管中被預(yù)熱。稀釋蒸汽流可以進(jìn)入對流部分，在此它通過與來自輻射部分的爐子煙道氣間接接觸，也在換熱管中被過熱。然后，過熱的稀釋蒸汽與烴原料混合，以降低在爐子輻射部分的反應(yīng)區(qū)中的烴分壓。本領(lǐng)域眾所周知，降低在反應(yīng)區(qū)中的烴分壓(1)增加了反應(yīng)器對需要的烯烴產(chǎn)物如乙烯的選擇性，和(2)降低了不希望的焦炭形成和沉積在輻射部分管的內(nèi)表面的速度。過熱蒸汽與預(yù)熱烴原料混合形成汽化烴/蒸汽混合物，該混合物被進(jìn)一步預(yù)熱到適合將混合物輸送到爐子輻射部分的溫度。產(chǎn)生所需的乙烯產(chǎn)物和其它副產(chǎn)物的裂化反應(yīng)主要在爐子的輻射部分發(fā)生。離開輻射部分后，反應(yīng)器流出物在驟冷系統(tǒng)中被快速冷卻，以終止裂化反應(yīng)。
為了公知的能效目的，希望從離開輻射部分并通過爐子的對流部分流到爐子煙道氣排出口的煙道氣中回收盡可能多的熱。因此，烴原料和稀釋蒸汽通常通過與來自輻射部分的煙道氣間接接觸而在對流部分被加熱。對流部分可能還包括其它回收設(shè)施，如鍋爐給水預(yù)熱器和/或用于過熱高壓蒸汽的蒸汽過熱器，所述高壓蒸汽可以在爐子的驟冷系統(tǒng)中生成。
在有些爐子的設(shè)計(jì)中，不可能有鍋爐給水預(yù)熱器和/或高壓蒸汽過熱設(shè)施用于從流過對流部分的煙道氣流中吸收熱量。在這種情況下，煙道氣可能在不可接受的高溫下排出爐子，例如溫度高達(dá)600至700°F(315至370℃)。這意味著相當(dāng)?shù)偷哪苄В驗(yàn)橛行┰O(shè)計(jì)使煙道氣排出溫度低至例如250至300°F(120至150℃)。
在其它情況下，可能希望提供額外的稀釋蒸汽以進(jìn)一步降低烴原料分壓。但是這種蒸汽不能以合理的費(fèi)用得到。
當(dāng)蒸汽不能另外地以合理的費(fèi)用得到時(shí)，本發(fā)明提供了提供額外的稀釋蒸汽的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明還提供了改善爐子能效的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的這些以及其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的描述和權(quán)利要求書中變得顯而易見。
發(fā)明簡述本發(fā)明提供了在爐子中處理烴原料的方法，該方法包括(a)加熱烴原料，(b)向加熱的原料中加入水和稀釋蒸汽以形成混合物，(c)加熱所述混合物，和(d)將來自(c)的加熱的混合物進(jìn)料到爐子中，其中(b)中水的加入量為水和稀釋蒸汽重量的至少約1％至100％。在一個(gè)實(shí)施方案中，水的加入量為水和稀釋蒸汽重量的至少約3％(即至少約3％至100％的水)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，水的加入量為水和稀釋蒸汽重量的至少約10％。在又一個(gè)實(shí)施方案中，水的加入量為水和稀釋蒸汽重量的至少約30％。根據(jù)本發(fā)明，水可以是稀釋蒸汽的全部替代物(即不加入蒸汽)。然而，優(yōu)選烴原料中既加入稀釋蒸汽又加入水。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，水是在加入稀釋蒸汽之前加入，如果存在稀釋蒸汽的話。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，加入到加熱的原料中的水與蒸汽的比例根據(jù)至少一個(gè)工藝變量的波動(dòng)來改變。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，工藝所述變量是工藝溫度。在這點(diǎn)上，工藝溫度可以是離開爐子的煙道氣的溫度，爐子對流部分的工藝溫度和/或爐子輻射部分(反應(yīng)區(qū))的工藝溫度。
根據(jù)又一個(gè)實(shí)施方案，水在噴霧器中被加入烴原料中，而如果存在稀釋蒸汽，稀釋蒸汽在另一個(gè)噴霧器中被加入原料中。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一和第二噴霧器是噴霧組合裝置的部件，在該噴霧組合裝置中第一和第二噴霧器以流體流連通方式串聯(lián)連接。
本發(fā)明還提供了在爐子中裂化烴原料的方法，該爐子包括輻射部分和對流部分，所述輻射部分包括產(chǎn)生輻射熱和熱煙道氣的燃燒器，所述對流部分包括換熱管，該方法包括(a)通過與來自輻射部分的熱煙道氣間接熱交換，在對流部分的換熱管中預(yù)熱烴原料，以提供預(yù)熱的原料；(b)在第一噴霧器中向預(yù)熱的原料中加入水，并在第二噴霧器中向預(yù)熱的原料中加入稀釋蒸汽，以形成原料混合物；(c)通過與來自輻射部分的熱煙道氣間接熱交換，在對流部分的換熱管中加熱原料混合物，以形成加熱的原料混合物；和(d)將加熱的原料混合物進(jìn)料到輻射部分，在此加熱的原料混合物中的烴被熱裂化，以形成產(chǎn)物；其中(b)中水的加入量為水和稀釋蒸汽重量的至少約1％至100％。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一噴霧器包括被外導(dǎo)管環(huán)繞的內(nèi)部多孔導(dǎo)管，以在內(nèi)外導(dǎo)管之間形成環(huán)流空間。優(yōu)選地，預(yù)熱的烴流過環(huán)流空間，而水流過內(nèi)導(dǎo)管并通過內(nèi)導(dǎo)管上的開口(孔)注入預(yù)熱的烴原料中。
在又一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，第二噴霧器包括被外導(dǎo)管環(huán)繞的內(nèi)部多孔導(dǎo)管，以在內(nèi)外導(dǎo)管之間形成環(huán)流空間。優(yōu)選地，來自第一噴霧器的原料流過環(huán)流空間，而稀釋蒸汽流過內(nèi)導(dǎo)管并通過內(nèi)導(dǎo)管上的開口(孔)注入第一原料混合物中。
在又一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一和第二噴霧器是噴霧組合裝置的部件，在該噴霧組合裝置中第一和第二噴霧器以流體流連通方式串聯(lián)連接。
附圖簡述

圖1圖示說明了根據(jù)本發(fā)明的采用熱解爐的方法的示意流程圖，重點(diǎn)在爐子的對流部分。該圖還顯示了用于根據(jù)工藝變量，即進(jìn)入爐子輻射部分的工藝氣體的溫度改變水與稀釋蒸汽比例的控制簡圖。圖2圖示說明了用于根據(jù)工藝參數(shù)，具體地說離開爐子的煙道氣的溫度，改變水與稀釋蒸汽比例的控制系統(tǒng)的示意圖。圖3圖示說明了相同控制系統(tǒng)的示意圖，但是該系統(tǒng)用于根據(jù)爐子對流部分中工藝氣體的溫度來改變水與稀釋蒸汽的比例。
發(fā)明的詳細(xì)描述除非另外指出，所有的百分?jǐn)?shù)、份數(shù)、比例等都是以重量為基礎(chǔ)。除非另作說明，提到化合物或組分時(shí)包括化合物或組分本身，以及與其它化合物或組分的組合如化合物的混合物。
此外，當(dāng)數(shù)量、濃度或其它值或參數(shù)以一系列上限優(yōu)選值和下限優(yōu)選值給出時(shí)，這應(yīng)當(dāng)理解為具體公開了上限優(yōu)選值和下限優(yōu)選值的任意一對形成的所有范圍，不管所述范圍是否被單獨(dú)公開。
本發(fā)明涉及在爐子中處理烴原料的方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，該方法包括(a)加熱烴原料，(b)向加熱的原料中加入水和稀釋蒸汽以形成混合物，(c)加熱所述混合物，和(d)將所述加熱的混合物進(jìn)料到爐子中，其中(b)中水的加入量為水和稀釋蒸汽重量的至少約1％至100％。
具體參考圖1，1總指由下部的輻射部分2、中間的對流部分3和上部的煙道氣排出部分4組成的熱解爐。在輻射部分中，輻射燃燒器為烴原料提供輻射熱，以通過原料的熱裂化產(chǎn)生所需要的產(chǎn)物。燃燒器產(chǎn)生熱氣，該熱氣向上流過對流部分3，然后通過煙道氣排出部分4排出爐子。如圖1所示，烴原料33進(jìn)入對流部分3的上部，在此它被預(yù)熱。烴原料的預(yù)熱可以采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知道的任意形式。然而，優(yōu)選的是，加熱包括原料在爐子1的對流部分3的上部與來自爐子輻射部分的熱煙道氣間接接觸。這可以通過，作為非限定性的實(shí)例，使原料通過位于爐子1的對流部分3內(nèi)的換熱管17來實(shí)現(xiàn)。被預(yù)熱的原料的溫度為200至600°F(95至315℃)。優(yōu)選地，被加熱的原料的溫度為約300至500°F(150至260℃)，更優(yōu)選地，溫度為350至500°F(175至260℃)。
被預(yù)熱的烴原料在47離開對流部分后，向其中加入水5和稀釋蒸汽6形成混合物。水以加入的水和稀釋蒸汽總重量的至少約1％至100％的量被加入到預(yù)熱的原料中。優(yōu)選地，水的加入量為水和稀釋蒸汽重量的至少約3％(即約3％至約100％)。更優(yōu)選地，水的加入量為水和稀釋蒸汽重量的至少約10％，最優(yōu)選至少約30％。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，烴原料中可以加入100％水，因此不加入稀釋蒸汽。水流和稀釋蒸汽流的總量構(gòu)成達(dá)到希望的烴分壓所要求的整個(gè)反應(yīng)區(qū)H2O量。
如圖1所示，水5優(yōu)選在加入稀釋蒸汽之前加入到預(yù)熱的原料47中。據(jù)信，這種加入順序?qū)⒔档陀捎诨旌蠠N、水和稀釋蒸汽造成的工藝流中不希望的壓力波動(dòng)。這種波動(dòng)通常被稱為水錘或汽錘。盡管向預(yù)熱的烴原料中加入水和稀釋蒸汽可以通過任何已知的混合設(shè)備完成，但是優(yōu)選使用圖中所示的噴霧器組合裝置7。水優(yōu)選在第一噴霧器8中加入。如圖所示，第一噴霧器8包括被外導(dǎo)管10環(huán)繞的內(nèi)部多孔導(dǎo)管9，以在內(nèi)外導(dǎo)管之間形成環(huán)流空間11。優(yōu)選地，預(yù)熱的烴原料41流過環(huán)流空間11。還優(yōu)選地，水5流過內(nèi)部多孔導(dǎo)管9并通過內(nèi)導(dǎo)管9的所示的開口(孔)注入預(yù)熱的烴原料中。
稀釋蒸汽6優(yōu)選在第二噴霧器12中加入預(yù)熱的烴原料中。如圖所示，第二噴霧器12包括被外導(dǎo)管14環(huán)繞的內(nèi)部多孔導(dǎo)管13，以在內(nèi)外導(dǎo)管之間形成環(huán)流空間15。優(yōu)選地，其中已加入水的預(yù)熱的烴原料41流過環(huán)流空間15。還優(yōu)選地，稀釋蒸汽流過內(nèi)部多孔導(dǎo)管13并通過內(nèi)導(dǎo)管的所示的開口(孔)注入預(yù)熱的烴原料中。
優(yōu)選地，如圖所示，所述第一和第二噴霧器是噴霧器組合裝置的部件，其中所述噴霧器以流體流連通方式串聯(lián)。如圖所示，噴霧器8和12通過流體流互聯(lián)器16以串聯(lián)的流體流連通方式互相連通。
如附圖中進(jìn)一步圖示說明的，在離開噴霧器組合裝置7后，混合物(烴原料、水和稀釋蒸汽)流回爐子1，在此該混合物在對流部分3的下部被進(jìn)一步加熱。所述烴原料的進(jìn)一步加熱可以采取本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知道的任意形式。然而，優(yōu)選的是，加熱包括使原料在爐子1的對流部分3的下部與來自爐子輻射部分的熱煙道氣間接接觸。這可以通過，作為非限定性的實(shí)例，使原料通過位于爐子1的對流部分3內(nèi)的換熱管18完成。在18中再次加熱混合物后，所得的被加熱的混合物在19離開對流部分，然后流入爐子的輻射部分以進(jìn)行烴的熱裂化。流入輻射部分的被加熱的原料的溫度優(yōu)選為800至1400°F(425至760℃)。優(yōu)選地，被加熱的原料的溫度為約1050至1350°F(560至730℃)。
圖1還描述了利用本發(fā)明控制進(jìn)入輻射部分25的工藝溫度。工藝溫度是控制器26的輸入量，所述控制器26控制水通過流量計(jì)28和控制閥29的流量。然后，水進(jìn)入噴霧器7。當(dāng)工藝溫度太高時(shí)，控制器26增加水27的流量。
控制器26還向31圖示的計(jì)算機(jī)控制裝置發(fā)送流量信號，該計(jì)算機(jī)控制裝置按照下面詳述的方法確定稀釋蒸汽的流量。通過流量計(jì)34測定烴原料33的預(yù)定流量，它是控制器35的輸入量，控制器35又向原料控制閥36發(fā)送信號?？刂破?5還向計(jì)算機(jī)控制裝置37發(fā)送原料流量信號，計(jì)算機(jī)控制裝置37通過將原料流量乘以預(yù)定的總H2O與原料流量之比，確定加入輻射部分的總H2O?？侶2O流量信號是計(jì)算機(jī)裝置31的第二個(gè)輸入量。計(jì)算機(jī)裝置31從總H2O流量中減去所述水流量；該差值是稀釋蒸汽控制器38的設(shè)定值。流量計(jì)39測試稀釋蒸汽流量，該流量也是控制器38的輸入量。當(dāng)水流量增加時(shí)，如上所述，輸入到稀釋蒸汽控制器38的設(shè)定值降低。然后，控制器38命令控制閥40降低稀釋蒸汽流量32至新的設(shè)定值。當(dāng)工藝溫度25太低時(shí)，控制系統(tǒng)命令控制閥29降低水的流量，并命令控制閥40增加蒸汽流量，同時(shí)保持恒定的總H2O流量。
或者，該控制系統(tǒng)以相同的方式工作，以如圖2所示控制煙道氣42的排放溫度，和如圖3所示控制爐子對流部分的工藝溫度。關(guān)于對煙道氣排出溫度的控制，優(yōu)選的是，煙道氣在低于約650°F(345℃)，優(yōu)選低于約450°F(230℃)，更優(yōu)選低于約350°F(175℃)的溫度下排出。
本發(fā)明的方法使得可以在爐子的輻射部分反應(yīng)區(qū)中維持所需的烴分壓，同時(shí)由于水流汽化的熱量而更加滿足了對流部分的熱量回收要求。這種系統(tǒng)能夠降低煙道氣的排放溫度，并因此提供更高能效的爐子。
類似地，本發(fā)明方法使得能夠在設(shè)備中維持希望的反應(yīng)區(qū)烴分壓，所述設(shè)備中可以供給的稀釋蒸汽是有限的和/或?qū)τ谒Ｍ臓t子操作條件而言是不足的。
權(quán)利要求
1.在爐子中處理烴原料的方法，該方法包括(a)加熱烴原料以提供加熱的原料，(b)向加熱的原料中加入水和稀釋蒸汽，以形成混合物，(c)加熱所述混合物，以提供加熱的混合物，和(d)將來自(c)的加熱的混合物進(jìn)料到爐子中，其中在(b)中水以水和稀釋蒸汽重量的至少約1％至100％的量加入。
2.權(quán)利要求1的方法，其中水以至少約3％重量的量加入。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中水以至少約10％重量的量加入。
4.權(quán)利要求1、2或3的方法，其中水以至少約30％重量的量加入。
5.任一前述權(quán)利要求的方法，其中水是在加入稀釋蒸汽之前加入的，如果加入稀釋蒸汽的話。
6.任一前述權(quán)利要求的方法，其中加入到加熱的原料中的水與蒸汽的比根據(jù)至少一個(gè)工藝變量的波動(dòng)而變化。
7.權(quán)利要求6的方法，其中爐子包括煙道氣部分、對流部分和輻射部分，和其中工藝變量是溫度。
8.權(quán)利要求7的方法，其中工藝變量是爐子煙道氣部分中混合物的溫度。
9.權(quán)利要求7的方法，其中工藝變量是爐子對流部分中氣體的溫度。
10.權(quán)利要求7的方法，其中所得的加熱的混合物被進(jìn)料到爐子的輻射部分，并且其中工藝變量是所得到的加熱的混合物進(jìn)入爐子輻射部分前的溫度。
11.權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)的方法，其中氣體在低于345℃(650°F)的溫度下排出爐子的煙道氣部分。
12.權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)的方法，其中氣體在低于約230℃(450°F)的溫度下排出爐子的煙道氣部分。
13.權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)的方法，其中氣體在低于約175℃(350°F)的溫度下排出爐子的煙道氣部分。
14.任一前述權(quán)利要求的方法，其中水在噴霧器中加入，并且其中稀釋蒸汽，如果存在的話，在另一個(gè)噴霧器中加入所述加熱的原料中。
15.任一前述權(quán)利要求的方法，其中水在第一噴霧器中加入，并且其中稀釋蒸汽，如果存在的話，在第二噴霧器中加入所述加熱的原料中。
16.權(quán)利要求15的方法，其中第一和第二噴霧器是噴霧器組合裝置的部件，在所述噴霧器組合裝置中第一和第二噴霧器以流體流連通方式串聯(lián)連接。
17.任一前述權(quán)利要求的方法，其中爐子是蒸汽裂化爐。
18.權(quán)利要求1的方法，其中該爐子包括輻射部分和對流部分，所述輻射部分包括產(chǎn)生輻射熱和熱煙道氣的燃燒器，所述對流部分包括換熱管，并且該方法包括(a)通過與來自輻射部分的熱煙道氣間接熱交換，在對流部分的換熱管中加熱烴原料，以提供加熱的原料；(b)在第一噴霧器中向所述加熱的原料中加入水，并在第二噴霧器中向所述加熱的原料中加入稀釋蒸汽，以形成混合物；(c)通過與來自輻射部分的熱煙道氣間接熱交換，在對流部分的換熱管中加熱所述混合物，以提供加熱的混合物；和(d)將加熱的混合物進(jìn)料到爐子的輻射部分，在此加熱的原料混合物中的烴被熱裂化，以形成產(chǎn)物。
19.權(quán)利要求18的方法，其中水是在加入稀釋蒸汽之前加入加熱的原料中。
20.權(quán)利要求18或19的方法，其中第一噴霧器包括被外導(dǎo)管環(huán)繞的內(nèi)部多孔導(dǎo)管，以在內(nèi)外導(dǎo)管之間形成環(huán)流空間。
21.權(quán)利要求20的方法，其中加熱的原料流過環(huán)流空間，而且其中水流過內(nèi)導(dǎo)管并通過內(nèi)導(dǎo)管上的孔注入加熱的原料中。
22.權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)的方法，其中第二噴霧器包括被外導(dǎo)管環(huán)繞的內(nèi)部多孔導(dǎo)管，以在內(nèi)外導(dǎo)管之間形成環(huán)流空間。
23.權(quán)利要求18至22中任一項(xiàng)的方法，其中來自第一噴霧器的原料流過環(huán)流空間，而且其中稀釋蒸汽流過內(nèi)導(dǎo)管并通過內(nèi)導(dǎo)管上的孔注入原料混合物中。
24.權(quán)利要求18至22中任一項(xiàng)的方法，其中第一和第二噴霧器是噴霧器組合裝置的部件，在所述噴霧器組合裝置中第一和第二噴霧器以流體流連通方式串聯(lián)連接。
全文摘要
在爐子中處理烴原料的方法，該方法包括(a)加熱烴原料，(b)向加熱的原料中加入水，(c)向加熱的原料中加入稀釋蒸汽，形成混合物，(d)加熱所得混合物并將所得的加熱的混合物進(jìn)料到爐子中，其中(b)中水的加入量為水和稀釋蒸汽重量的至少約1％至100％。
文檔編號F28F27/02GK1665908SQ03815634
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月3日
發(fā)明者D·B·司派瑟, A·R·蒂尼克蘭托尼奧, J·M·弗萊, R·C·斯特爾 申請人:?？松梨诨瘜W(xué)專利公司