CN111479905B - 用于在石脑油催化裂化工艺中预热石脑油的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种转化石脑油的方法。所述方法包括：在不同加热单元中分阶段加热石脑油。在第一加热单元中蒸发石脑油。并且蒸发的石脑油在第二加热单元中经历最大的工艺温度变化。第三加热单元可以是反应器的一部分。反应器包括催化剂，所述催化剂与预热的石脑油接触以将其转化为C2至C4烯烃。

Description

用于在石脑油催化裂化工艺中预热石脑油的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月15日提交的美国临时专利申请序列号62/599,557的优先权的权益，其全部内容通过整体引用并入本文。
技术领域
本发明一般涉及石脑油的催化裂化。更具体地，本发明涉及一种将石脑油在裂化之前进行预热的方法。
背景技术
重石脑油催化裂化(HNCC)是将具有低于250℃的初沸点的烃混合物转化为轻烯烃(C2至C4)烯烃的方法。HNCC方法中还形成苯、甲苯和二甲苯(BTX)。该方法包括在高温和高压下使烃混合物与催化剂接触以将烃分子断裂成更小且更有价值的分子。该技术的挑战之一是能够在高温下，特别是在接近反应温度(550～700℃)的温度下将石脑油进料到反应器中。
发明内容
发现了一种将石脑油转化成烯烃的方法，所述方法包括在多个加热单元中分阶段预热石脑油，使得在不同的加热单元中发生石脑油的蒸发和石脑油的最大温升。在多个加热单元中分阶段预热石脑油可以减少焦炭形成并降低与石脑油催化裂化工艺中所用装置相关的维护成本。
本发明的实施方案包括一种转化石脑油的方法。所述方法包括在第一加热单元中蒸发具有低于250℃的初沸点的石脑油。所述方法进一步包括使蒸发的石脑油在250℃至300℃范围内的温度下从第一加热单元流动至第二加热单元。所述方法进一步包括在第二加热单元中将蒸发的石脑油加热至550℃至700℃的温度，并使加热后的蒸发的石脑油从第二加热单元流动至反应器。所述方法进一步包括在反应器中提供足以将至少一些加热后的蒸发的石脑油转化成C2至C4烯烃的反应条件。
本发明的实施方案包括一种转化石脑油的方法。所述方法包括：通过将所述石脑油加热到250℃至300℃范围内的温度，在第一加热单元中蒸发初沸点小于250℃的石脑油，和使蒸发的石脑油在250℃至300℃范围内的温度下从第一加热单元流动到第二加热单元。所述方法还包括在第二加热单元中将蒸发的石脑油加热至550℃至700℃的温度，并使加热后的蒸发的石脑油从第二加热单元流动至反应器。所述反应器包含电炉。所述方法进一步包括在反应器中提供足以将至少一些加热后的蒸发的石脑油转化成C2至C4烯烃的反应条件，其中在反应器中提供反应条件包括：使加热后的蒸发的石脑油与催化剂接触。
本发明的实施方案包括一种评价石脑油转化的方法。所述方法包括在第一加热单元中蒸发石脑油。所述石脑油具有低于250℃的初沸点，并且第一加热单元具有在40cm3至50cm3范围内的用于接收流体的内部容积。所述方法还包括使蒸发的石脑油在250℃至300℃范围内的温度下从第一加热单元流动至第二加热单元。第二加热单元具有在40cm3至50cm3范围内的用于接收流体的内部容积。所述方法进一步包括在第二加热单元中将蒸发的石脑油加热至550℃至700℃的温度，并使加热后的蒸发的石脑油从第二加热单元流动至反应器。反应器具有在55cm3至65cm3范围内的用于接收流体的内部容积。所述方法进一步包括在反应器中提供足以将至少一些加热后的蒸发的石脑油转化成C2至C4烯烃的反应条件，和测定石脑油至C2至C4烯烃的转化率。
以下包括贯穿本说明书使用的各种术语和短语的定义。
术语“约”或“大约”被定义为接近，如本领域普通技术人员所理解的。在一个非限制性实施方案中，这些术语被定义为在10％以内，优选在5％以内，更优选在1％以内，最优选在0.5％以内。
术语“wt.％”、“vol.％”或“mol.％”分别指基于包括所述组分的材料的总重量、总体积或总摩尔数计，所述组分的重量、体积或摩尔百分比。在非限制性实例中，在100摩尔材料中10摩尔组分为10mol.％的组分。
术语“主要地”，如在说明书和/或权利要求中使用的该术语，表示大于50wt.％、50mol.％或50vol.％中的任一个。例如，“主要地”可以包括50.1wt.％至100wt.％和其间的所有值和范围、50.1mol.％至100mol.％和其间的所有值和范围，或50.1vol.％至100vol.％和其间的所有值和范围。
术语“基本上”及其变型被定义为包括10％以内、5％以内、1％以内或0.5％以内的范围。
当在权利要求和/或说明书中使用时，术语“抑制”或“减少”或“预防”或“避免”或这些术语的任意变型包括任意可测量的减少或完全抑制以实现期望的结果。
术语“有效”，如在说明书和/或权利要求中使用的该术语，表示足以实现期望的、预期的或意图的结果。
当在权利要求或说明书中与术语“包含”、“包括”、“含有”或“具有”结合使用时，术语“一(a)”或“一(an)”的使用可以表示“一个”，但是它也与“一个或多个”“至少一个”和“一个或多于一个”的含义一致。
术语“包含(comprising)”(和任何形式的包含，如“包含(comprise)”和“包含(comprises)”)、“具有(having)”(和任何形式的具有，如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包括(including)”(和任何形式的包括，如“包括(includes)”和“包括(include)”)或“含有(containing)”(和任何形式的含有，例如“含有(contains)”和“含有(contain)”)都是包括性的或开放式的，且不排除额外的、未列举的元素或方法步骤。
本发明的方法可以“包含”贯穿说明书公开的特定成分、组分、组合物等，“基本上由其组成”或“由其组成”。
本发明的其它目的、特征和优点将从以下附图、详细描述和实施例中变得明显。然而，应理解，附图、详细说明和实施例虽然表明了本发明的具体实施方案，但仅以说明的方式给出，而并不意味着限制。另外，预期通过该详细描述，在本发明的精神和范围内的改变和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。在另外的实施方案中，来自特定实施方案的特征可以与来自其它实施方案的特征组合。例如，来自一个实施方案的特征可以与来自任意其它实施方案的特征组合。在另外的实施方案中，可以将附加特征增加到本文描述的特定实施方案中。
附图说明
为了更全面的理解，现结合附图参考以下描述，其中：
图1示出了根据本发明实施方案的用于转化石脑油的系统；
图2示出了根据本发明实施方案的转化石脑油的方法；
图3示出了根据本发明实施方案的用于评价石脑油转化的系统；和
图4示出了根据本发明实施方案的评价石脑油转化的方法。
具体实施方式
石脑油是沸程为20℃至200℃且分子具有4至12+个碳原子的烃馏分。已经发现了一种将石脑油转化成烯烃的方法，所述方法包括在多个加热单元中分阶段预热石脑油，使得在不同的加热单元中发生石脑油的蒸发和石脑油的最大温升。在多个加热单元中分阶段预热可以减少焦炭形成并降低与石脑油催化工艺相关的维护成本。
图1示出了根据本发明实施方案的用于转化石脑油的系统10。图2示出了根据本发明实施方案的转化石脑油的方法20。方法20可以通过使用系统10来实施。
由系统10实施的方法20可以在方框200处开始，方框200包括：使石脑油进料100流动至第一加热单元101。在本发明的实施方案中，第一加热单元101包含节能器，所述节能器包括加热盘管(热交换器)。根据本发明的实施方案，石脑油进料100是具有低于250℃的初沸点的烃混合物。在本发明的实施方案中，第一加热单元101包含在火焰加热器“节能器”的顶部部分中的热交换器。
在方框201处，在本发明的实施方案中，第一加热单元101通过在1巴至20巴的压力下将石脑油加热至250℃至300℃的温度而部分或完全地蒸发石脑油进料100，以形成包含蒸发的石脑油(和当存在部分蒸发时的液体石脑油)的流出物106。根据本发明的实施方案，将液体膜保持在加热单元101中，例如节能器的盘管上的液体膜。这具有减少在盘管内部形成焦炭的优点。
方法20可在方框202处继续，方框202包括：使流出物106在250℃至300℃范围内的温度下从第一加热单元101流动至第二加热单元102。在本发明的实施方案中，第二加热单元102包含火箱，所述火箱具有燃炉。
在本发明的实施方案中，在方框202a处，使流出物106流动至分离罐104。在方框202b处，分离罐104将流出物106分离成液体料流107和蒸发的石脑油108。以此方式，随后的高温加热单元仅处理气体。这具有延长炉的运行长度和通过使焦炭形成最小化而降低操作和维护成本的优点。在方框203处，方法20包括：在第二加热单元102中将流出物106或蒸发的石脑油108加热至550℃至700℃的温度以形成加热后的蒸发的石脑油109。根据本发明的实施方案，蒸气将从分离罐104流动到火焰加热器105的第二加热单元102(例如，火箱(对流区))，以获得预热过程的最大温度增量。在本发明的实施方案中，在550℃至700℃的温度和0.5巴至5巴的压力下，使加热后的蒸发的石脑油流入反应器110中。
根据本发明的实施方案，方法20包括，在方框204处，使加热后的蒸发的石脑油109从第二加热单元102流动到石脑油催化裂化反应器110。在本发明的实施方案中，加热后的蒸发的石脑油109通过第三加热单元103(例如过热器盘管(传导段))，其中加热后的蒸发的石脑油109可以，在方框205处，如果必要，进一步加热，以在进入石脑油催化裂化反应器110之前达到所需的进料温度。
在本发明的实施方案中，石脑油催化裂化反应器110包含第三加热单元103，如具有过热器盘管的电炉。根据本发明的实施方案，在石脑油催化裂化反应器110中，方法20包括，在方框205处，在石脑油催化裂化反应器110中提供足以将至少一些加热后的蒸发的石脑油109转化为C2至C4烯烃、苯、甲苯和二甲苯的反应条件。在本发明的实施方案中，在方框206处，在石脑油催化裂化反应器110中提供反应条件包括：使加热后的蒸发的石脑油109与催化剂接触。
图3示出了根据本发明实施方案的用于评价石脑油转化的系统30。系统30可以是实验室单元或中试规模单元。图4示出了根据本发明实施方案的评价石脑油转化的方法40。方法40可以通过使用系统30来实施。
由系统30实施的方法40可以在方框400处开始，方框400包括：使石脑油进料300流动至第一加热单元301。第一加热单元301的容量(容积)在40cm3至50cm3范围内。在本发明的实施方案中，第一加热单元301包含蒸发器，所述蒸发器包含电炉。
根据本发明的实施方案，石脑油进料300是具有低于250℃的初沸点的烃混合物。在本发明的实施方案中，第一加热单元301包含蒸发器。在方框401处，在本发明的实施方案中，第一加热单元301通过在1巴至10巴的压力下将石脑油加热至250℃至300℃的温度而部分或完全地蒸发石脑油进料300，以形成包含蒸发的石脑油(和当存在部分蒸发时的液体石脑油)的流出物306。
方法40可在方框402处继续，方框402包括：使流出物306在250℃至300℃范围内的温度下从第一加热单元301流动至第二加热单元302。在本发明的实施方案中，第二加热单元302包含电炉。第二加热单元302的容量(容积)在40cm3至50cm3范围内。
在方框403处，方法40包括：在第二加热单元302中将流出物306加热至550℃至700℃的温度以形成加热后的蒸发的石脑油307。在本发明的一些实施方案中，在550℃至700℃的温度和05.巴至5巴的压力下，使加热后的蒸发的石脑油307流入反应器箱305中。反应器箱305的容量(容积)在55cm3至65cm3范围内。
根据本发明的实施方案，方法40包括，在方框404处，使加热后的蒸发的石脑油307从第二加热单元302通过柔性接头308流动到反应器箱305。根据本发明的实施方案，柔性接头308适于使得如果焦炭或任何其它残留物积聚在其内部，则其可容易地移除以用于清洁目的。在本发明的实施方案中，反应器箱305包含第三加热单元303，如电炉。在方框405处，如果必要，第三加热单元303用于向加热后的蒸发的石脑油307提供热，从而补偿在从第二加热单元至第三加热单元的传输中可能发生的任何热损失。
根据本发明的实施方案，在反应器箱305中，方法40包括，在方框406处，在反应器箱305中提供足以将加热后的蒸发的石脑油307转化为C2至C4烯烃、苯、甲苯和二甲苯的反应条件。在本发明的实施方案中，在方框406处，在反应器箱305中提供反应条件包括：使加热后的蒸发的石脑油307与催化剂接触。在本发明的实施方案中，将加热单元之间的距离最小化以避免热损失。
在方框407处，在本发明的实施方案中，方法40包括：测定石脑油至C2至C4烯烃的转化率。该测定可以通过各种方法进行，例如通过计算进料组分的平均转化率。
尽管已经参考图2和图4的方框描述了本发明的实施方案，但是应理解，本发明的操作不限于图2和图4中所示的方框的特定方框和/或特定顺序。因此，本发明的实施方案可以使用与图2的顺序不同的顺序的各种方框来提供如本文所述的功能。
在本发明的上下文中，描述了实施方案1-19。实施方案1是一种转化石脑油的方法。所述方法包括：在第一加热单元中蒸发石脑油，其中所述石脑油具有小于250℃的初沸点，和使蒸发的石脑油在250℃至300℃范围内的温度下从第一加热单元流动至第二加热单元。所述方法还包括在第二加热单元中将所述蒸发的石脑油加热至550℃至700℃的温度，使加热后的蒸发的石脑油从第二加热单元流动至反应器，和在反应器中提供足以将至少一些加热后的蒸发的石脑油转化成C2至C4烯烃的反应条件。实施方案2是如实施方案1所述的方法，其中将第一加热单元中的石脑油在1巴至20巴的压力下加热至250℃至300℃的温度。实施方案3是如实施方案1和2中任一项所述的方法，其中所述反应器包括第三加热单元。实施方案4是如实施方案1至3任一项所述的方法，其中在反应器中提供反应条件包括：使加热后的蒸发的石脑油与催化剂接触。实施方案5是如实施方案1至4任一项所述的方法，其中一些所述加热后的蒸发的石脑油被转化为苯、甲苯和二甲苯。实施方案6是如实施方案1至5任一项所述的方法，其中在550℃至700℃的温度和0.5巴至5巴的压力下，使加热后的蒸发的石脑油流入反应器中。实施方案7是如实施方案1至6任一项所述的方法，其进一步包括使第一加热单元的流出物流动至分离罐，和将第一加热单元的流出物分离成液体料流和包含蒸发的石脑油的料流。实施方案8是如实施方案1至7任一项所述的方法，其中所述第一加热单元是节能器，所述节能器包括加热盘管。实施方案9是如实施方案1至8任一项所述的方法，其中所述第二单元是火箱，所述火箱包括燃炉。
实施方案10是一种评价石脑油转化的方法。所述方法包括：在第一加热单元中蒸发石脑油，其中所述石脑油具有小于250℃的初沸点，并且其中第一加热单元具有在40cm3至50cm3范围内的用于接收流体的内部容积。所述方法还包括使蒸发的石脑油在250℃至300℃范围内的温度下从第一加热单元流动至第二加热单元，其中第二加热单元具有在40cm3至50cm3范围内的用于接收流体的内部容积。此外，所述方法包括：在第二加热单元中将蒸发的石脑油加热至550℃至700℃的温度，使加热后的蒸发的石脑油从第二加热单元流动至反应器，其中所述反应器具有在55cm3至65cm3范围内的用于接收流体的内部容积，在反应器中提供足以将至少一些加热后的蒸发的石脑油转化成C2至C4烯烃的反应条件，和测定石脑油至C2至C4烯烃的转化率。实施方案11是如实施方案10所述的方法，其中所述蒸发的石脑油从第一加热单元通过柔性接头流动至第二加热单元。实施方案12是如实施方案10和11中任一项所述的方法，其中将第一加热单元中的石脑油在1巴至10巴的压力下加热至250℃至300℃的温度。实施方案13是如实施方案10至12任一项所述的方法，其中所述反应器包括第三加热单元。实施方案14是如实施方案10至13任一项所述的方法，其中在反应器中提供反应条件包括：使加热后的蒸发的石脑油与催化剂接触。实施方案15是如实施方案10至14任一项所述的方法，其中一些所述加热后的蒸发的石脑油被转化为苯、甲苯和二甲苯。实施方案16是如实施方案10至15任一项所述的方法，其中在550℃至700℃的温度下，使所述加热后的蒸发的石脑油流入反应器中。实施方案17是如实施方案10至16任一项所述的方法，其中所述第一加热单元是蒸发器，所述蒸发器包括电炉。实施方案18是如实施方案10至17任一项所述的方法，其中所述第二加热单元包括电炉。实施方案19是如实施方案10至18任一项所述的方法，其中所述第三加热单元包括电炉。
尽管已经详细描述了本申请的实施方案及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的实施方式的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种改变、替换和更改。此外，本申请的范围并不限于说明书中描述的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施方案。如本领域普通技术人员将从以上公开内容容易地理解的，可以利用目前存在的或以后将开发的起到与本文所描述的相应实施方案基本相同的功能或实现与本文描述的相应实施方案基本相同的结果的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这样的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (15)

1.一种转化石脑油的方法，所述方法包括：
在第一加热单元中蒸发石脑油，其中所述石脑油具有小于250℃的初沸点；
使蒸发的石脑油在250℃至300℃范围内的温度下从第一加热单元流动至第二加热单元；
在第二加热单元中将所述蒸发的石脑油加热至550℃至700℃的温度；
使加热后的蒸发的石脑油从第二加热单元流动至反应器；和
在反应器中提供足以将至少一些所述加热后的蒸发的石脑油转化成C2至C4烯烃的反应条件；
其中在反应器中提供反应条件包括使加热后的蒸发的石脑油与催化剂接触；
其中一些所述加热后的蒸发的石脑油被转化为苯、甲苯和二甲苯；并且
其中将第一加热单元中的石脑油在1巴至20巴的压力下加热至250℃至300℃范围内的温度。
2.如权利要求1所述的方法，其中将第一加热单元中的石脑油在20巴的压力下加热至300℃的温度。
3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述反应器包含第三加热单元。
4.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其中在550℃至700℃的温度和0.5巴至5巴的压力下，使加热后的蒸发的石脑油流入反应器中。
5.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其进一步包含：
使第一加热单元的流出物流动至分离罐；和
将第一加热单元的流出物分离成液体料流和包含蒸发的石脑油的料流。
6.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述第一加热单元是节能器，所述节能器包含加热盘管。
7.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述第二加热单元是火箱，所述火箱包含燃炉。
8.根据权利要求1所述的方法，其中第一加热单元具有在40cm3至50cm3范围内的用于接收流体的内部容积；
其中第二加热单元具有在40cm3至50cm3范围内的用于接收流体的内部容积；
其中所述反应器具有在55cm3至65cm3范围内的用于接收流体的内部容积；并且
所述方法进一步包括测定石脑油至C2至C4烯烃的转化率。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述蒸发的石脑油从第一加热单元通过柔性接头流动至第二加热单元。
10.如权利要求8和9中任一项所述的方法，其中将第一加热单元中的石脑油在1巴至10巴的压力下加热至250℃至300℃范围内的温度。
11.如权利要求8至9中任一项所述的方法，其中所述反应器包含第三加热单元。
12.如权利要求8至9中任一项所述的方法，其中所述第一加热单元是蒸发器，所述蒸发器包含电炉。
13.如权利要求8至9中任一项所述的方法，其中所述第二加热单元包含电炉。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述第三加热单元包含电炉。
15.一种评价石脑油转化的方法，所述方法包括：
在第一加热单元中蒸发石脑油，其中所述石脑油具有小于250℃的初沸点，其中第一加热单元具有在40cm3至50cm3范围内的用于接收流体的内部容积；
使蒸发的石脑油在250℃至300℃范围内的温度下从第一加热单元流动至第二加热单元，其中第二加热单元具有在40cm3至50cm3范围内的用于接收流体的内部容积；
在第二加热单元中将所述蒸发的石脑油加热至550℃至700℃的温度；
使加热后的蒸发的石脑油从第二加热单元流动至反应器，其中所述反应器具有在55cm3至65cm3范围内的用于接收流体的内部容积；
在反应器中提供足以将至少一些加热后的蒸发的石脑油转化成C2至C4烯烃的反应条件；和
测定石脑油至C2至C4烯烃的转化率；
其中在反应器中提供反应条件包括使加热后的蒸发的石脑油与催化剂接触；并且
其中一些所述加热后的蒸发的石脑油被转化为苯、甲苯和二甲苯。
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