使用全餾分原油原料生產(chǎn)烯烴的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】使用全餾分原油原料生產(chǎn)烯烴
[0001]發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及對(duì)全餾分原油進(jìn)行熱裂解而生產(chǎn)烯烴。更具體地，本發(fā)明涉及使用全餾分原油作為采用烴裂解工藝?yán)鐭峤鉅t中的蒸汽裂解來(lái)生產(chǎn)烯烴的裝置的原料。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)描述
[0004]烴的熱裂解是廣泛用于生產(chǎn)烯烴例如乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯和芳烴例如苯、甲苯和二甲苯的石化工藝。
[0005]基本上，通過(guò)蒸餾或其它方式分餾全餾分原油而產(chǎn)生的烴原料例如石腦油、瓦斯油或全餾分原油的其它餾分與充作稀釋劑的蒸汽混合以使烴分子保持分離。所述蒸汽/烴混合物被預(yù)熱至約900 —約1，000華氏度(° F或F)，然后進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，在那里將它非常迅速地加熱到約1，450 一約1，550° F的劇烈烴裂解的溫度。
[0006]本方法在反應(yīng)區(qū)壓力為約10 —約30psig的熱解爐(蒸汽裂解器)中實(shí)施。熱解爐內(nèi)部具有對(duì)流區(qū)和輻射區(qū)。預(yù)熱在對(duì)流區(qū)完成，而劇烈裂解在輻射區(qū)發(fā)生。
[0007]劇烈裂解后，所述熱解爐的流出物含有多種氣態(tài)烴，例如每分子I 一 35個(gè)碳原子。這些氣態(tài)烴可以是飽和的、單不飽和的和多不飽和的，并可以是脂族的、脂環(huán)族的和/或芳族的。裂解的氣體也可含有大量的分子氫(氫氣)。
[0008]因此，在工業(yè)化烯烴生產(chǎn)裝置中實(shí)施的常規(guī)的蒸汽裂解，采用了全餾分原油的餾分，并對(duì)其進(jìn)行熱裂解時(shí)全部蒸發(fā)該餾分。裂解的產(chǎn)物可含有，例如，約I重量百分比(wt% )的氫氣、約10wt%的甲燒、約25wt%的乙稀和約17wt%的丙稀，全部被％基于所述產(chǎn)物的總重量，其余主要由每分子具有4 - 35個(gè)碳原子的其它烴分子組成。
[0009]然后裂解產(chǎn)物進(jìn)一步在烯烴生產(chǎn)裝置中加工以生產(chǎn)作為該裝置產(chǎn)物的各種分開(kāi)的單獨(dú)的高純度料流，例如氫氣、乙烯、丙烯、每分子具有4個(gè)碳原子的混合烴、燃料油和高溫分解汽油。前述每種分開(kāi)的單獨(dú)的料流是有價(jià)值的工業(yè)產(chǎn)品。因此，烯烴生產(chǎn)裝置當(dāng)前采用全餾分原油料流的一部分(餾分)并由其產(chǎn)生多種分開(kāi)的有價(jià)值的產(chǎn)品。
[0010]如上所述，用作常規(guī)烯烴生產(chǎn)裝置的原料所來(lái)自的起始物質(zhì)通常在它到達(dá)該裝置之前已經(jīng)經(jīng)過(guò)大量的昂貴的處理。通常，全餾分原油被蒸餾或以其它方式分餾成多種餾分例如汽油、煤油、石腦油、瓦斯油(減壓或常壓)等，包括高沸點(diǎn)渣油。因此，除了渣油外，可將任何這些餾分送到烯烴生產(chǎn)裝置作為該裝置的原料。
[0011]希望能夠預(yù)測(cè)精煉蒸餾設(shè)備(全餾分原油加工設(shè)備)的資金和操作成本，所述設(shè)備加工原油以生成充作常規(guī)烯烴生產(chǎn)裝置原料的原油餾分。然而，直到現(xiàn)在，現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)了要避免使用沸程分布太寬的均勻的烴餾分(餾分)。例如，參見(jiàn)授予Lenglet的美國(guó)專(zhuān)利N0.5，817，226。
[0012]最近，美國(guó)專(zhuān)利N0.6, 743, 961被授予Donald H.Powers。該專(zhuān)利涉及通過(guò)米用含有填料的蒸發(fā)/溫和裂解區(qū)來(lái)裂解全餾分原油。該區(qū)以這樣的方式操作:尚未蒸發(fā)的全餾分原油的液相被保持在該區(qū)中直到更穩(wěn)定的烴液體組分的裂解/蒸發(fā)得以最大化。這允許最少的固體殘?jiān)?，該殘?jiān)鳛樘盍仙铣练e物而剩下。該殘?jiān)硐氲卦谡５臓t除焦循環(huán)過(guò)程中通過(guò)常規(guī)的蒸汽空氣除焦而發(fā)生燃燒離開(kāi)填料，參見(jiàn)該專(zhuān)利的第7欄第50 - 58行。因此，該專(zhuān)利的第二區(qū)9充作在該工藝所使用的條件下不能裂解或蒸發(fā)的原油原料的組分(包括烴質(zhì)物質(zhì))的阱，參見(jiàn)該專(zhuān)利的第8欄第60-64行。
[0013]2002年9月16日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)10/244，792 (其具有與美國(guó)專(zhuān)利N0.6，743，961共同的發(fā)明人和受讓人)涉及在該專(zhuān)利中所公開(kāi)的方法，但它采用溫和的酸性裂化催化劑以驅(qū)動(dòng)所述蒸發(fā)/溫和裂解設(shè)備的全部功能更加朝著所述蒸發(fā)(沒(méi)有在先的溫和裂解)一溫和裂解(隨后蒸發(fā))圖的溫和裂解端進(jìn)行。
[0014]2003年7月10日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)10/616，839 (其具有與美國(guó)專(zhuān)利N0.6，743，961共同的發(fā)明人和受讓人)涉及在該專(zhuān)利中所公開(kāi)的方法，但它除去至少一部分剩留在蒸發(fā)/溫和裂解設(shè)備中的尚未蒸發(fā)或溫和裂解的所述液體烴。原油原料的這些液體烴組分從該設(shè)備的底部附近排出，并送至分開(kāi)的受控制的抽空設(shè)備中以對(duì)此前耐受住蒸發(fā)和溫和裂解的那些穩(wěn)定的烴組分提供額外的裂解能量。因此，該發(fā)明也試圖驅(qū)動(dòng)在蒸發(fā)/溫和裂解設(shè)備中的整個(gè)過(guò)程更加朝著前述的蒸發(fā)一溫和裂解圖的溫和裂解端進(jìn)行。
[0015]發(fā)明概述
[0016]根據(jù)本發(fā)明，提供了使用全餾分原油作為烯烴生產(chǎn)裝置的原料的方法，該方法使蒸發(fā)功能最大化并使前述的溫和裂解功能最小化(如果沒(méi)有消除的話)，并由此驅(qū)動(dòng)本發(fā)明的蒸發(fā)設(shè)備中的整個(gè)過(guò)程朝著前述圖的蒸發(fā)端強(qiáng)烈進(jìn)行。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，全餾分原油在常規(guī)烯烴生產(chǎn)裝置(烯烴裝置)中被預(yù)熱以產(chǎn)生來(lái)自原油原料的烴蒸氣和烴液體的混合物，同時(shí)有少量或沒(méi)有焦炭生成。然后將蒸氣烴與剩余的液體分開(kāi)，并將所述蒸氣送去進(jìn)行劇烈裂解操作。通過(guò)向所述設(shè)備中引入急冷油，剩下的液體烴經(jīng)受與溫和裂解相比有利于蒸發(fā)的條件，并從該設(shè)備中排出液體渣油，該渣油由急冷油和來(lái)自原油原料的剩余的液體烴組成。
[0018]附圖描述
[0019]圖1顯示了典型的烴裂解裝置的簡(jiǎn)化的流程圖。
[0020]圖2顯示了本發(fā)明范圍內(nèi)的一個(gè)實(shí)施方案，該實(shí)施方案采用單獨(dú)設(shè)立的蒸發(fā)設(shè)備。
[0021]發(fā)明詳述
[0022]本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)“全餾分原油”是指從井口流出的原油，但不計(jì)使這種原油適于運(yùn)輸?shù)皆蜔拸S和/或這種煉廠的常規(guī)蒸餾而對(duì)其進(jìn)行的任何處理。該處理可包括諸如脫鹽之類(lèi)的步驟?！叭s分原油”是適合于在煉廠中蒸餾或以其它方式分餾的原油，但它沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何這類(lèi)蒸餾或分餾?！叭s分原油”可包括，但沒(méi)必要總是包括，非沸騰物質(zhì)，例如瀝青或焦油。因此，如果不是不可能，它難以提供全餾分原油的沸程。因此，根據(jù)本發(fā)明，用作烯烴裝置的初始原料的所述全餾分原油可以是一種或多種直接來(lái)自于油田管道和/或常規(guī)原油存儲(chǔ)設(shè)施的原油，視可得性而定，沒(méi)有任何在先的分餾。
[0023]本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)“烴”和“烴類(lèi)”并不是指嚴(yán)格地或僅含有氫原子和碳原子的物質(zhì)。這類(lèi)術(shù)語(yǔ)是指在性質(zhì)上為烴質(zhì)的物質(zhì)，它們主要或基本上由氫和碳原子組成，但可以含有其它元素例如氧、硫、氮、金屬、無(wú)機(jī)鹽、瀝青等，甚至以顯著的量含有。
[0024]本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)“氣體”或“多種氣體”是指一種或多種基本上處于蒸氣狀態(tài)的氣體，例如，單獨(dú)的蒸汽、蒸汽和烴蒸氣的混合物等。
[0025]本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)“焦炭”是指任何高分子量烴質(zhì)固體并包括由多核芳烴的縮合而生成的化合物。
[0026]本發(fā)明有用的烯烴生產(chǎn)裝置將包括用于最初接收和裂解所述全餾分原油原料的熱解(裂解)爐。用于烴蒸汽裂解的熱解爐通過(guò)對(duì)流和輻射加熱，并包含一系列預(yù)熱、循環(huán)和裂解管，通常是管束，以預(yù)熱、運(yùn)輸和裂解所述烴原料。通過(guò)位于爐的輻射區(qū)(有時(shí)稱(chēng)作“輻射區(qū)”)的燃燒器提供高裂解熱。這些燃燒器的廢氣沿著爐的對(duì)流區(qū)循環(huán)以提供預(yù)熱進(jìn)口烴原料所需的熱量。所述爐的對(duì)流和輻射區(qū)連接在“交叉”處，和以上提到的管載著從一個(gè)區(qū)的內(nèi)部至下一個(gè)區(qū)的內(nèi)部的烴原料。
[0027]裂解爐被設(shè)計(jì)用于在輻射區(qū)中在輻射管(盤(pán)管)入口處開(kāi)始快速加熱，在輻射管入口處由于溫度低而反應(yīng)速率常數(shù)低。大多數(shù)傳入的熱量簡(jiǎn)單地使烴從入口溫度升高至反應(yīng)溫度。在盤(pán)管的中部，升溫速率較低但裂解速率是可觀的。在盤(pán)管的出口處，升溫速率稍微增加但不如在入口處迅速。反應(yīng)物消失的速率是它的反應(yīng)速率常數(shù)乘以它的局部濃度之積。在盤(pán)管的末端，反應(yīng)物濃度低，且通過(guò)提高工藝氣體溫度可得到額外的裂解。
[0028]原料烴的蒸汽稀釋降低了烴分壓，強(qiáng)化了烯烴的生成，并減少了在輻射管中生成焦炭的趨勢(shì)。
[0029]裂解爐通常具有矩形的燃燒室，豎直的管道居中位于輻射耐火壁之間。這些管道從它們的上端進(jìn)行支撐。
[0030]使用氣體或氣體/液體混合燃料，由裝配在燃燒器上的壁或地板或二者的組合來(lái)完成對(duì)輻射區(qū)的烘烤。燃燒室通常處于微負(fù)壓下，最通常具有向上的煙道氣流。通過(guò)至少一個(gè)自然通風(fēng)扇或誘導(dǎo)通風(fēng)扇來(lái)使煙道氣流入對(duì)流區(qū)。
[0031]輻射盤(pán)管通常懸掛在燃燒室中心下方的單獨(dú)的平面上。它們可被套入單獨(dú)的平面內(nèi)或平行放置在交錯(cuò)的雙排管布置中。從燃燒器向輻射管的熱傳遞主要通過(guò)輻射進(jìn)行，因此烴在熱“輻射區(qū)”被從約1450° F加熱到約1550° F，并因此經(jīng)過(guò)劇烈裂解。
[0032]因此，輻射盤(pán)管是受熱的(fired)管式化學(xué)反應(yīng)器。進(jìn)料到該爐中的烴在對(duì)流區(qū)通過(guò)來(lái)自輻射區(qū)的煙道氣、對(duì)流區(qū)中原料的蒸汽稀釋等的對(duì)流加熱被預(yù)熱至約900 —約1000° Fo預(yù)熱后，在常規(guī)工業(yè)爐中，原料準(zhǔn)備進(jìn)入輻射區(qū)。
[0033]在典型的爐中，所述對(duì)流區(qū)可含有多個(gè)區(qū)域。例如，原料可以在第一上區(qū)中進(jìn)行初始預(yù)熱，鍋爐進(jìn)料水在第二區(qū)域中加熱，混合的原料和蒸汽在第三區(qū)中加熱，蒸汽在第四區(qū)中進(jìn)行過(guò)熱，和最終的物料/蒸汽混合物在底部即第五區(qū)中預(yù)熱至完成。區(qū)域的數(shù)目和它們的功能可相當(dāng)?shù)夭煌?。因此，熱解爐可以是復(fù)雜的和可變的結(jié)構(gòu)。
[0034]離開(kāi)輻射區(qū)的裂解的氣體烴被快速降溫以防止裂解模式的破壞。在裂解的氣體被進(jìn)一步在烯烴生產(chǎn)裝置中的下游加工之前對(duì)其進(jìn)行冷卻，以高壓蒸汽的形式回收大量的能量，所述高壓蒸汽用于在所述爐和/或烯烴裝置中再次利用。這通常通過(guò)使用本領(lǐng)域公知的在線換熱器來(lái)完成。
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