專利名稱:裂化重質(zhì)烴類生產(chǎn)鏈烯和液體烴類燃料的方法
本發(fā)明是關(guān)于用重質(zhì)烴類生產(chǎn)鏈烯和液體烴類燃料的方法，更具體地說，本發(fā)明是關(guān)于在熱裂化環(huán)境下生產(chǎn)鏈烯類的方法。
在高溫下，使天然存在的烴類裂化，以生產(chǎn)鏈烯類和液態(tài)燃料，關(guān)于這一點(diǎn)人們早就悉知了。用在然存在的重質(zhì)烴類制備鏈烯類和烴燃料的方法，有催化裂化法和非催化裂化法兩種。
使用天然存在的分子量和沸點(diǎn)均較低的烴類(例如瓦斯油)來生產(chǎn)鏈烯類和汽油一直是合手需要的。在較輕的烴類中，典型情況下含有的雜質(zhì)比重質(zhì)烴類少。
但是，隨著較輕質(zhì)烴類被消耗掉，石油工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)不得不主要使用例如渣油等較重質(zhì)的烴類。習(xí)慣上把殘余的常壓重油、常壓塔底殘油、減壓渣油、撥頂原油和比瓦斯油重的絕大部分烴類叫作渣油。使用渣油的問題是，渣油中含有硫和金屬之類的雜質(zhì)。在催化裂化操作中，重金屬尤其容易出現(xiàn)麻煩。重質(zhì)烴類也含有許多焦碳前體容易在裂化工序中轉(zhuǎn)化成焦碳，而且常常阻塞設(shè)備，污染裂化工序中使用的催化劑或者惰性粒子。
為了解決裂化渣油所出現(xiàn)的問題，研制了許多方法，這些方法通常是在裂化前對渣油進(jìn)行預(yù)處理。溶劑脫瀝青法、流化焦碳法、延遲焦化法或者加氫處理法是渣油進(jìn)料預(yù)處理法。溶劑脫瀝青法、流化焦化法或者延遲焦化法本質(zhì)上屬于碳抑制法(Carbon rejection Processes)，這類方法導(dǎo)致原料的大量損失。加氫處理法在典型情況下通過污染物對催化劑的中毒作用以及對耗氫量的影響，給此處理方法帶來了十分沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
本發(fā)明的目的是裂化重質(zhì)烴類以生產(chǎn)鏈烯和液體燃料。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是使常壓塔底殘油(atmosPheric touer bottoms)首先經(jīng)過減壓塔處理，然后分別裂化減壓油和減壓渣油，用這種方法裂化常壓塔底殘油。
本發(fā)明的方法，基本上是按熱裂化法來進(jìn)行的。在減壓塔中使原料(即常壓塔底殘油)分離成減壓瓦斯油和減壓渣油。然后，將減壓瓦斯油輸送到熱裂化反應(yīng)器中，并且高溫下(即1500°F)和低停面時(shí)間(即0.05至0.04秒)等條件下，與顆粒狀固體一起通過，以便使烴裂化生成鏈烯。在一個(gè)分離器中使鏈烯與固體粒子分離，同時(shí)從分離器頂部將其取出。固體顆粒被輸送至焦化裝置解吸塔。與此同時(shí)，從減壓塔底放出的減壓渣油被輸送到焦化裝置解吸塔中，在其中得到裂化，而且大部分轉(zhuǎn)化為焦碳。通過燃燒此裂化過程中生成的焦碳來使顆粒狀固體再生，并且重新送入熱裂化反應(yīng)器中反復(fù)裂化使用。
參照下列附圖可以更好地理解本發(fā)明的方法，其中圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
圖2是熱再生系統(tǒng)(TRC)中反應(yīng)器加料器的剖面視圖。
圖3是熱再生裂化過程中分離器的剖面視圖。
圖4是沿圖3 4-4線的剖視圖。
本發(fā)明的方法指在用重質(zhì)烴類原料生產(chǎn)鏈烯類和液體燃料。常壓底殘油(ATB十分適于用本發(fā)明方法處理。然而，能夠分離成輕物流和重物流的任何重質(zhì)原料都可以用本發(fā)明方法進(jìn)行處理。
正如在圖1中清楚看到的那樣，本系統(tǒng)主要由一個(gè)減壓塔2和一個(gè)熱再生裂化系統(tǒng)所組成。而熱再生裂化系統(tǒng)，是由一個(gè)熱再生裂化反應(yīng)器6、一個(gè)反應(yīng)器加料器4、一個(gè)分離器8和一個(gè)焦化解吸容器10所組成。這個(gè)系統(tǒng)還包括在反應(yīng)后使從裂化產(chǎn)物中分離出來的固體顆粒再生的裝置。在此系統(tǒng)中，圖示說明了一個(gè)攜帶床式加熱器16，一個(gè)輸送管路12，以及一個(gè)能用于固體顆粒再生的流化床反應(yīng)器14。
在本發(fā)明的工藝過程中，通過管路3把常壓塔底殘油(ATB)輸送到傳統(tǒng)型減壓塔2中，此塔在大約20mm汞柱壓力下操作，在此塔中常壓塔底殘油被分離成輕質(zhì)塔頂餾出的減壓油流和較重的塔底減壓殘油。此減壓瓦斯油被冷凝后，通過管路20被輸送到熱再生裂化反應(yīng)器6之中。
減壓瓦斯油是與通過反應(yīng)器加料器4(從圖2看得最清楚)的固體顆粒一起送入反應(yīng)器6中的。在此反應(yīng)器中熱固體顆粒與減壓瓦斯油立即發(fā)生緊密混合，而且馬上進(jìn)行裂化。進(jìn)入反應(yīng)器的固體顆粒溫度處于1750°F范圍內(nèi)。減壓瓦斯油在大約700°F下被輸送到反應(yīng)器中。固體顆粒與減壓瓦斯油進(jìn)料的重量比為5比60，此反應(yīng)在1500°F溫度下進(jìn)行的停面時(shí)間為大約0.05至0.04秒，最好為0.20至0.30秒。在分離器8(從圖3中看得最清楚)中使產(chǎn)物氣體與固體顆粒分離，而且產(chǎn)物氣體通過在上面的管路22，立即被經(jīng)過管路36輸送到管路22中的典型急冷油的急冷。經(jīng)過急冷的產(chǎn)物被通入旋風(fēng)分離器24，在其中除去夾帶的固體顆粒之后，經(jīng)過管路44被輸送至焦化裝置解吸器10之中。
被分離出來的固體顆粒離開分離器8，經(jīng)過管路26通入到解吸焦化裝置10之中。與此同時(shí)，來自管路32的減壓殘油被輸送至解吸焦化裝置10之中，借助于溫度高處于1300至1600°F的固體顆粒使減壓殘油裂化。在解吸焦化裝置中固體顆粒與減壓殘油之間的重量比為5∶1至60∶1。這樣，減壓殘油溫度被提高到950-1250°F由減壓殘油中分出的揮發(fā)性產(chǎn)物，在上面通過管路30取出，然后輸送到管路34中處理或者直接徑由管路42從系統(tǒng)中取出。
在管式反應(yīng)器6和解吸焦化裝置10中累積結(jié)焦的固體顆粒被輸送至攜帶床式加熱器16中，與通過管路44輸送到系統(tǒng)中的空氣一起燃燒，以便為在反應(yīng)器6中熱再生裂化提供所需的熱量。
熱再生(TRC)處理系統(tǒng)的反應(yīng)器加料器，由于能夠迅速混合烴原料和固體顆粒而特別適用于本系統(tǒng)。正如在圖2中所看到的那樣，反應(yīng)器加料器4通過垂直設(shè)置的導(dǎo)管72，從固體顆粒貯藏器70向反應(yīng)器6輸送固體顆粒，與此同時(shí)與從導(dǎo)管72放出的固體顆粒流經(jīng)途徑成一定角度，向反應(yīng)器6輸送烴原料。通過螺旋加料管76將烴加至其中的環(huán)形室74，尾接有一定角度的開口78，一個(gè)混合折流板或者管塞80，也有助于烴原料和固體顆粒之間迅速而緊密混合。有一定角度的開口78的邊緣79最好逐漸傾斜，它在導(dǎo)管72反應(yīng)器端的邊緣79。這樣一來，氣態(tài)物流自環(huán)形室74呈斜面噴射入混合區(qū)，攔截從導(dǎo)管78流出的固體顆粒相。這種氣流的噴射，將會(huì)形成一個(gè)虛線77所示的園錐，此園錐的渦旋體處于固體顆粒流通途徑的下方。通過呈斜面通入氣相，此兩相迅速而均勻的混合，形成均一的反應(yīng)相。固相與氣相的混合，是固-氣相之間剪切面以及流動(dòng)面的函數(shù)。由于剪切面(S)和流動(dòng)面(A)之比(S/A)為無窮大時(shí)，產(chǎn)生理想混合，所以當(dāng)沿反應(yīng)區(qū)器壁加入固體顆粒時(shí)混合效果最差。在本發(fā)明系統(tǒng)中，氣流是呈環(huán)形引向固體顆粒相的，這就保證了高剪切面。另外，通過環(huán)形加料口使氣相橫向通入，正如在優(yōu)選法的實(shí)施方式中的那樣，從而使兩相互相貫穿，獲得了更快的混合效果。利用許多環(huán)形氣體加料點(diǎn)和許多固體加料導(dǎo)管，能更迅速地促進(jìn)更好的混合，這是由于對于恒定的固體顆粒流動(dòng)面來說，剪切面與流動(dòng)面之比增加的緣故?；旌弦彩腔旌蠀^(qū)L/D的一個(gè)已知函數(shù)。管塞能夠在L恒定的條件下有效地減小直徑D，因而促進(jìn)混合。
管塞80減少流動(dòng)面積并且形成離散的混合區(qū)。在每個(gè)固體加料點(diǎn)四周環(huán)形加入氣體以及受限制的離散混合區(qū)相結(jié)合，提供了十分有利的混合條件。利用這種優(yōu)選的實(shí)施方案，為在反應(yīng)區(qū)獲得基本上均一反應(yīng)相所需的時(shí)間相當(dāng)短。因此，這種優(yōu)選的氣體和固體加料法，可以用于停留時(shí)間小于1秒，甚至于小于100毫秒的反應(yīng)系統(tǒng)之中。
考慮到反應(yīng)器6和反應(yīng)器加料器4的周圍情況，將其器壁襯以陶瓷材料內(nèi)芯81。有關(guān)反應(yīng)器加料器的細(xì)節(jié)，在美國專利NO 4，388，18F中做了更詳細(xì)介紹，現(xiàn)用參照方式將此專利拼記本文。
在附圖3中看到的TRC系統(tǒng)的分離器8，也可以用于快速和離散式分離從反應(yīng)器6放出的裂化產(chǎn)物和固體顆粒。分離器8的入口直接處于直角拐角90的上方，在此拐角90處收集大量的固體顆粒92。處于拐角90下游方向的一個(gè)堰板94，有助于累積大量固體顆粒92。分離器8的氣體出口22與此分離器氣-固體入口96成180°而且固體顆粒出口26與氣體出口22正面相對，而且處于氣體出口22和堰板94的下方。操作期間，離心力將固體顆粒推向室93中入口96的對面器壁上，與此同時(shí)動(dòng)量較小的氣體通過室93的蒸氣空間流動(dòng)，開始時(shí)，固體顆粒碰撞在入口96對面的器壁上，然后聚集形成固體顆粒92的固定床，最后形成園周角大約為90°的曲線弧形表面形狀。碰撞在床92上的固體顆粒，沿此曲線弧形表面移動(dòng)到固體出口95處，在重力作用下這些粒子優(yōu)先取向下的固體粒子流。所說弧形表面的精確形狀，取決于具體分離器的幾何形狀以及入口物流的參數(shù)(例如速度、質(zhì)量流速、堆積密度和粒度)。由于施加在進(jìn)料固體上的力，是指向固定床92而不指向分離器8本身的，所以磨蝕很小。因此分離器的效率并不受高的入口速度(高達(dá)150呎/秒)的有害影響，分離器效率是用從通過出口97離開的氣相中除去固體顆粒百分?jǐn)?shù)表示的。分離器8可以在很寬的稀相密度范圍內(nèi)操作，優(yōu)選范圍是0.1至10.0磅/呎3。本發(fā)明分離器8的效率大約為80%，但是在優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，可以除去90%以上的固體顆粒。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，分離器效率取決于其幾何形狀，更具體地說流動(dòng)途徑必須基本上成直角，而且在氣體流動(dòng)時(shí)高度H和U形彎頭道形狀之間有一個(gè)最佳關(guān)系。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于室93的給定高度H來說，分離器效率隨著處于入口96和出口97之間的180°U形彎道逐漸靠近入口96而增加。因此，對于給定的H來說，分離器效率隨著流動(dòng)途的縮短而增加，因而停留時(shí)間縮短。現(xiàn)在假定入口96的內(nèi)徑為Di，則入口96和出口97中心線之間的優(yōu)選距離CL不大于4.0Di，在所說中心線之間的最優(yōu)先選用的距離為1.5-2.5Di。當(dāng)CL低于1.5Di時(shí)，雖然分離效果更好，但是由于制造上的困難使之在絕大部情況下喪失吸引力。假如后述的實(shí)施方案理想的話，則分離器8大概需要整體澆鑄設(shè)計(jì)，因?yàn)槿肟?6和出口97互相靠得太近，以致于不能用焊接法制造。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，流動(dòng)途徑的高度H應(yīng)當(dāng)至少等于Di值或者等于4寸，二者之中取大者。實(shí)踐表明，如果H小于Di或者小于4寸，則進(jìn)入的物流往往擾動(dòng)此床固體顆粒92，從而使氣體產(chǎn)物中夾帶的固體顆粒通過出口97流出。最好使H處于二倍Di的數(shù)量級(jí)，以便獲得更高的分離效率。雖然沒有另外的限制，但是過大的H值似乎最終僅使停留時(shí)間增加，然后分離效率卻無明顯增加。流動(dòng)途徑的寬度W，優(yōu)先選用0.75Di至1.25Di之間的數(shù)值，最好為0.9Di至1.10Di之間。
出口97可以具有任何內(nèi)徑。但是，當(dāng)速度高于75呎/秒時(shí)，氣體中攜帶的殘余固體可能造成磨蝕。出口97的內(nèi)徑應(yīng)當(dāng)加以規(guī)定，以便使在圖1中所示的解吸容器10和分離器8之間存在一定壓力差，促而在固體顆粒出口管26中形成固定高度的固體顆粒。在管路26中存在的固定高度固體顆粒，形成阻止氣體進(jìn)入解吸容器10的正密封。在解吸容器10和分離器8之間的壓差值，取決于使大量固體顆粒流向固體出口95移動(dòng)所需的力以及管道26中的固體顆粒高度。當(dāng)壓差增加時(shí)，氣體向解吸容器10的凈流動(dòng)減少。具有重力沖量的固體顆?？朔藟翰?，向氣體則優(yōu)先通過氣體出口逸走。
圖4表明的是分離器沿截面4-4的剖面圖。必要的條件是，縱向側(cè)壁101和102應(yīng)當(dāng)呈直線形或者呈虛線101a和102a所示的輕度弧形。因此，通過分離器8的流動(dòng)途徑基本上具有矩形橫截面正如圖4所表明的那樣，矩形橫截面高為H，寬為W。圖4所表明的具體實(shí)施方案，通過調(diào)節(jié)側(cè)壁101和102的襯里寬度而限定流動(dòng)途徑的幾何形狀。也可以采用折流板、插入物、堰板或者其它手段。與流動(dòng)途徑呈橫向的側(cè)壁103和104的結(jié)構(gòu)可以制成類似形狀，但是這并不是必要的。
分離器外殼和人孔優(yōu)先襯以耐磨蝕襯里105，當(dāng)出現(xiàn)高速的固體顆粒時(shí)這可能是需要的。市場上可以買到的典型耐磨蝕襯里材料包括金剛砂預(yù)制碳化硅耐火材料(Carborundum Precast Carbofrax)D、金剛砂預(yù)制阿爾夫拉克斯(Carborundum Precast Alfrax)201或者其它等同物。在外殼和襯里105之間，以及在人孔和其相應(yīng)耐磨蝕襯里之間可以嵌入隔熱襯里106，以便使此分離器可以在高溫下使用。這樣，當(dāng)工藝溫度高于1500°F870℃時(shí)可以使用。
關(guān)于分離器8的詳細(xì)情況，在美國專利NO4，288，235中做了更詳細(xì)描述，通過參照將此美國專利拼入本文。
下面的實(shí)例說明本發(fā)明方法。主要含有44%減壓殘油和56%減壓瓦斯油的常壓塔底殘油組成如下減壓瓦斯油(TRC) 減壓渣油(VR)瓦斯 10.7 15C224.6 14C310.5 7C47.6 4裂化氣(CrGas) 15.5 10低沸點(diǎn)燃料油(LFO) 11.6 6高沸點(diǎn)燃料油(HFO) 16.6 34焦碳 2.9 10將62，700磅常壓塔底殘油通過管道3輸送到減壓塔2。從此減壓塔2取出35，100磅減壓瓦斯油，送至管路20;通過管路32取出27，600磅/小時(shí)減壓渣油。將減壓瓦斯油輸送至反應(yīng)器6，用溫度已經(jīng)提高到1750°F的固體顆粒加以裂化。固體顆粒與烴原料之間的重量比等于22。在1500°F溫度下進(jìn)行裂化0.20秒。在反應(yīng)器6中每小時(shí)大約生產(chǎn)出1018磅附在顆粒上的焦碳。
將27，600磅/小時(shí)減壓渣油輸送到溫度大約為650°F下的焦化器10中。在其中每小時(shí)生產(chǎn)2760磅焦碳。在此系統(tǒng)中生產(chǎn)的總焦碳量為3778磅。本方法的全部總產(chǎn)率如下總產(chǎn)率 Wt% 磅/吋瓦斯 12.6 7900乙烯 19.9 12500丙烯 9.0 5640C46.0 3760裂化氣(CrGas) 13.1 8210低沸點(diǎn)燃料油(LFO) 9.1 5710高沸點(diǎn)燃料油(HFO) 24.3 15240焦碳 6.0 3780
勘誤表
勘誤表
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)鏈烯或者液體燃料的一種方法，其中包括的步驟為(a)將重質(zhì)烴類分離成輕質(zhì)烴餾份和重質(zhì)烴餾份。(b)利用由固體顆粒所供給的熱，使輕質(zhì)烴餾份熱裂化，(c)從固體顆粒中分離裂化產(chǎn)物，(d)將徑分離的固體顆粒輸送至焦化器中，(e)將重質(zhì)烴類輸送到焦化器中，以生產(chǎn)焦碳和揮發(fā)性烴。
2.按照權(quán)利要求
1的一種方法，其中熱裂化溫度大約為1500°F固體顆粒與輕質(zhì)烴類的重量比為3至60，反應(yīng)的停留時(shí)間為0.05至0.50秒。
3.按照權(quán)利要求
2的一種方法，其中輸送到焦化器中的固體顆粒溫度為1300至1600°F，焦化溫度為950°F至1250°F。
4.按照權(quán)利要求
3的一種方法，其中焦化器中固體顆粒與重質(zhì)烴類進(jìn)料的重量比為5∶60。
5.按照權(quán)利要求
2的一種方法，其中所說的重質(zhì)烴類是渣油。
6.按照權(quán)利要求
2的一種方法，其中所說的重質(zhì)烴是常壓塔底殘油。
7.按照權(quán)利要求
2的一種方法，其中所說的輕質(zhì)烴進(jìn)料和熱固體顆粒，是通過一個(gè)反應(yīng)器加料器輸送到管式熱再生裂化反應(yīng)器中的，所說的反應(yīng)器加料器具有-與所說的管式熱再生裂化反應(yīng)器和盛裝于一個(gè)熱固體顆粒容器中的固體顆粒相通的垂直通道。-處于所說垂通通道上方，使固體顆粒局部流態(tài)化的裝置，以及-與固體顆粒進(jìn)入所說的熱再生反應(yīng)器的途徑成一定角度，把輕質(zhì)烴餾份輸送到所說管式熱再生反應(yīng)器中的裝置。
8.按照權(quán)利要求
1的一種方法，其中在一個(gè)分離器中分離固體顆粒和熱裂化產(chǎn)物氣體通過分離器一個(gè)入口進(jìn)入所說的分離器，然后改變方向90°，以便與進(jìn)入方向成180°的相反方向，固體顆粒繼續(xù)沿著固體顆粒-裂化產(chǎn)物氣體在分離器入口方向成90°角的途徑，然后固體顆粒的途徑指向下方。
9.按照權(quán)利要求
1的一種方法，其中固體顆粒和裂化產(chǎn)物氣體在一個(gè)分離器中得以分離，所說的分離器有一個(gè)使大約80%的固體顆粒與進(jìn)入的混合相物流迅速分離的室，所說的室具有1)近似呈直線的縱向側(cè)壁，以便形成一個(gè)高為H、寬為W、橫截面近似呈矩形的流動(dòng)途徑，2)內(nèi)部寬度為Di的一個(gè)混合相入口，所說的入口2、1)處于所說室的一端，2、2)設(shè)置在流動(dòng)途徑的法向上，所說的流動(dòng)途徑2、2、1)高H至少等于Di或者4吋，二者取大者，2、2、2)寬W不小于0.75Di，不大于1.25Di，3)一個(gè)氣體出口，所說的氣體出口3、1)與所說入口之間的距離按其中心線計(jì)算時(shí)不大于4Di，3、2)取向使氣體方向發(fā)生180°變化，促而產(chǎn)生的離心力使進(jìn)入物流中的固體顆粒指向與所說入口相對的室壁上，在那里形成并且保持基本上固定的固體顆粒床，所說床的表面規(guī)定著固體顆粒向固體出口流出時(shí)沿著近似90°園錐角的弧形曲線途徑流動(dòng)，以及4)固體出口，所說的固體出口4、1)處于所說室的對面端，4、2)安裝成適于排出的固體顆粒在重力作用下向下流動(dòng)。
專利摘要
通過使重質(zhì)烴類分離成輕餾分和重餾分，并且使輕餾分伴隨熱裂化、使重餾分焦化的方法來裂化重質(zhì)原料的一種方法。
文檔編號(hào)C10B55/02GK85106815SQ85106815
公開日1987年3月11日 申請日期1985年9月11日
發(fā)明者羅伯特·J·加特賽德, 阿克塞爾·R·約翰遜, 約瑟夫·L·羅斯 申請人:史東及辛伯斯特工程公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan