使用全餾分原油原料生產烯烴的制作方法
【專利說明】使用全餾分原油原料生產烯烴
[0001]發明背景發明領域
[0002]本發明涉及對全餾分原油進行熱裂解而生產烯烴。更具體地，本發明涉及使用全餾分原油作為采用烴裂解工藝例如熱解爐中的蒸汽裂解來生產烯烴的裝置的原料。
[0003]現有技術描述
[0004]烴的熱裂解是廣泛用于生產烯烴例如乙烯、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，通過蒸餾或其它方式分餾全餾分原油而產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/烴混合物被預熱至約900 —約1，000華氏度(° F或F)，然后進入反應區，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]本方法在反應區壓力為約10 —約30psig的熱解爐(蒸汽裂解器)中實施。熱解爐內部具有對流區和輻射區。預熱在對流區完成，而劇烈裂解在輻射區發生。
[0007]劇烈裂解后，所述熱解爐的流出物含有多種氣態烴，例如每分子I 一 35個碳原子。這些氣態烴可以是飽和的、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，在工業化烯烴生產裝置中實施的常規的蒸汽裂解，采用了全餾分原油的餾分，并對其進行熱裂解時全部蒸發該餾分。裂解的產物可含有，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％基于所述產物的總重量，其余主要由每分子具有4 - 35個碳原子的其它烴分子組成。
[0009]然后裂解產物進一步在烯烴生產裝置中加工以生產作為該裝置產物的各種分開的單獨的高純度料流，例如氫氣、乙烯、丙烯、每分子具有4個碳原子的混合烴、燃料油和高溫分解汽油。前述每種分開的單獨的料流是有價值的工業產品。因此，烯烴生產裝置當前采用全餾分原油料流的一部分(餾分)并由其產生多種分開的有價值的產品。
[0010]如上所述，用作常規烯烴生產裝置的原料所來自的起始物質通常在它到達該裝置之前已經經過大量的昂貴的處理。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，包括高沸點渣油。因此，除了渣油外，可將任何這些餾分送到烯烴生產裝置作為該裝置的原料。
[0011]希望能夠預測精煉蒸餾設備(全餾分原油加工設備)的資金和操作成本，所述設備加工原油以生成充作常規烯烴生產裝置原料的原油餾分。然而，直到現在，現有技術教導了要避免使用沸程分布太寬的均勻的烴餾分(餾分)。例如，參見授予Lenglet的美國專利N0.5，817，226。
[0012]最近，美國專利N0.6, 743, 961被授予Donald H.Powers。該專利涉及通過米用含有填料的蒸發/溫和裂解區來裂解全餾分原油。該區以這樣的方式操作:尚未蒸發的全餾分原油的液相被保持在該區中直到更穩定的烴液體組分的裂解/蒸發得以最大化。這允許最少的固體殘渣生成，該殘渣作為填料上沉積物而剩下。該殘渣理想地在正常的爐除焦循環過程中通過常規的蒸汽空氣除焦而發生燃燒離開填料，參見該專利的第7欄第50 - 58行。因此，該專利的第二區9充作在該工藝所使用的條件下不能裂解或蒸發的原油原料的組分(包括烴質物質)的阱，參見該專利的第8欄第60-64行。
[0013]2002年9月16日提交的美國專利申請序列號10/244，792 (其具有與美國專利N0.6，743，961共同的發明人和受讓人)涉及在該專利中所公開的方法，但它采用溫和的酸性裂化催化劑以驅動所述蒸發/溫和裂解設備的全部功能更加朝著所述蒸發(沒有在先的溫和裂解)一溫和裂解(隨后蒸發)圖的溫和裂解端進行。
[0014]2003年7月10日提交的美國專利申請序列號10/616，839 (其具有與美國專利N0.6，743，961共同的發明人和受讓人)涉及在該專利中所公開的方法，但它除去至少一部分剩留在蒸發/溫和裂解設備中的尚未蒸發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備的底部附近排出，并送至分開的受控制的抽空設備中以對此前耐受住蒸發和溫和裂解的那些穩定的烴組分提供額外的裂解能量。因此，該發明也試圖驅動在蒸發/溫和裂解設備中的整個過程更加朝著前述的蒸發一溫和裂解圖的溫和裂解端進行。
[0015]發明概述
[0016]根據本發明，提供了使用全餾分原油作為烯烴生產裝置的原料的方法，該方法使蒸發功能最大化并使前述的溫和裂解功能最小化(如果沒有消除的話)，并由此驅動本發明的蒸發設備中的整個過程朝著前述圖的蒸發端強烈進行。
[0017]根據本發明，全餾分原油在常規烯烴生產裝置(烯烴裝置)中被預熱以產生來自原油原料的烴蒸氣和烴液體的混合物，同時有少量或沒有焦炭生成。然后將蒸氣烴與剩余的液體分開，并將所述蒸氣送去進行劇烈裂解操作。通過向所述設備中引入急冷油，剩下的液體烴經受與溫和裂解相比有利于蒸發的條件，并從該設備中排出液體渣油，該渣油由急冷油和來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化的流程圖。
[0020]圖2顯示了本發明范圍內的一個實施方案，該實施方案采用單獨設立的蒸發設備。
[0021]發明詳述
[0022]本發明中所使用的術語“全餾分原油”是指從井口流出的原油，但不計使這種原油適于運輸到原油煉廠和/或這種煉廠的常規蒸餾而對其進行的任何處理。該處理可包括諸如脫鹽之類的步驟。“全餾分原油”是適合于在煉廠中蒸餾或以其它方式分餾的原油，但它沒有經過任何這類蒸餾或分餾。“全餾分原油”可包括，但沒必要總是包括，非沸騰物質，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，根據本發明，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自于油田管道和/或常規原油存儲設施的原油，視可得性而定，沒有任何在先的分餾。
[0023]本發明中所使用的術語“烴”和“烴類”并不是指嚴格地或僅含有氫原子和碳原子的物質。這類術語是指在性質上為烴質的物質，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、無機鹽、瀝青等，甚至以顯著的量含有。
[0024]本發明中所使用的術語“氣體”或“多種氣體”是指一種或多種基本上處于蒸氣狀態的氣體，例如，單獨的蒸汽、蒸汽和烴蒸氣的混合物等。
[0025]本發明中所使用的術語“焦炭”是指任何高分子量烴質固體并包括由多核芳烴的縮合而生成的化合物。
[0026]本發明有用的烯烴生產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對流和輻射加熱，并包含一系列預熱、循環和裂解管，通常是管束，以預熱、運輸和裂解所述烴原料。通過位于爐的輻射區(有時稱作“輻射區”)的燃燒器提供高裂解熱。這些燃燒器的廢氣沿著爐的對流區循環以提供預熱進口烴原料所需的熱量。所述爐的對流和輻射區連接在“交叉”處，和以上提到的管載著從一個區的內部至下一個區的內部的烴原料。
[0027]裂解爐被設計用于在輻射區中在輻射管(盤管)入口處開始快速加熱，在輻射管入口處由于溫度低而反應速率常數低。大多數傳入的熱量簡單地使烴從入口溫度升高至反應溫度。在盤管的中部，升溫速率較低但裂解速率是可觀的。在盤管的出口處，升溫速率稍微增加但不如在入口處迅速。反應物消失的速率是它的反應速率常數乘以它的局部濃度之積。在盤管的末端，反應物濃度低，且通過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，強化了烯烴的生成，并減少了在輻射管中生成焦炭的趨勢。
[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完成對輻射區的烘烤。燃燒室通常處于微負壓下，最通常具有向上的煙道氣流。通過至少一個自然通風扇或誘導通風扇來使煙道氣流入對流區。
[0031]輻射盤管通常懸掛在燃燒室中心下方的單獨的平面上。它們可被套入單獨的平面內或平行放置在交錯的雙排管布置中。從燃燒器向輻射管的熱傳遞主要通過輻射進行，因此烴在熱“輻射區”被從約1450° F加熱到約1550° F，并因此經過劇烈裂解。
[0032]因此，輻射盤管是受熱的(fired)管式化學反應器。進料到該爐中的烴在對流區通過來自輻射區的煙道氣、對流區中原料的蒸汽稀釋等的對流加熱被預熱至約900 —約1000° Fo預熱后，在常規工業爐中，原料準備進入輻射區。
[0033]在典型的爐中，所述對流區可含有多個區域。例如，原料可以在第一上區中進行初始預熱，鍋爐進料水在第二區域中加熱，混合的原料和蒸汽在第三區中加熱，蒸汽在第四區中進行過熱，和最終的物料/蒸汽混合物在底部即第五區中預熱至完成。區域的數目和它們的功能可相當地不同。因此，熱解爐可以是復雜的和可變的結構。
[0034]離開輻射區的裂解的氣體烴被快速降溫以防止裂解模式的破壞。在裂解的氣體被進一步在烯烴生產裝置中的下游加工之前對其進行冷卻，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。這通常通過使用本領域公知的在線換熱器來完成。
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