CS241059B2 - Method of hydrocarbons thermal cracking and equipment for its performance - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu tepelného krakování uhlovodíkových olejů, při kterém se nástřik zahřívá na reakční teplotu a vede zdola nahoru reakční komorou, a zařízením k provádění tohoto způsobu.

Při tepelném krakování uhlovodíkových olejů se těžké olejové frakce štěpí na lehčí frakce, čímž se zvyšuje výtěžek lehčích frakcí. Při krakování se olejový nástřik zahřívá v trubkách krakovací pece na krakovací teplotu. Zpravidla se používá dvou alternativních postupů. Při jednom z nich nastává krakování v trubkách krakovací pece a částečně v potrubí, která vedou k následujícím pracovním pochodům následujícím po krakování. Při tomto postupu krakování nejsou prodlevy nástřiku přesně známé, jsou však poměrně krátká, řádově minuty a tlakový spád od vstupu k výstupu pece je značný. Při druhém způsobu krakování se uhlovodíkový nástřik nejprve zahřívá v krakovací peci na reakční teplotu a vlastní štěpení probíhá v oddělené reakční komoře, kde doba prodlevy je podstatně delší než v prvním postupu, to znamená 10 až 30 minut. Do' reakční komory se nedodává vnější teplo.

Při krakování druhým postupem sestává reakční pásmo zpravidla ze svislé válcové tlakové nádoby, do jejíhož jednoho konce se zavádí olejový nástřik zahřátý v krakovací . ..peci . .a.z druhého · konce se · odebírá směs kapalin a plynů, která se vede do· dalších rafinačních pochodů, například k destilaci. Směr .proudění v reakční komoře je buď zdola nahoru, nebo shora dolů.

Při tepelném krakování uhlovodíkových olejů probíhají v podstatě dva typy reakce. Jednou z nich je vlastní reakce štěpení, při které se molekuly s dlouhými řetězci štěpí na menší molekyly, čímž se snižuje viskozita. Druhou reakcí je polykondenzace, při které se molekuly slučují a vzniká dehet a koks při současném uvolňování vodíku. Polykondenzace představuje nežádoucí reakci, protože má za · následek vznik velkého množství asfaltenů. Protože objem polykondenzačních reakcí při vysokých teplotách vzrůstá, je snaha používat nižších reakčních teplot a přiměřeně dalších dob prodlevy.

Doba prodlevy nástřiku je při tepelném krakování velice důležitá. Když je doba prodlevy příliš krátká, nemůže štěpení proběhnout úplně, když je naopak příliš dlouhá, produkty krakování spolu začnou reagovat a vytvářejí nežádoucí reakční produkty. V důsledku toho je produkt nestabilní, což způsobuje obtíže při delším použití paliva. Proto je důležité provádět krakování co nejstejnoměrnějším způsobem. Když proudy v tlakové reakční nádobě nejsou stejnoměrné, mění se doba prodlevy.

Během krakování vznikají lehké složky, které se při tlaku a teplotě panujících v reakčním pásmu vypařují. Následkem toho však klesá hustota směsi kapaliny a plynu proudící v reakční nádobě zdola . nahoru. V důsledku rozdílu hydrostatického tlaku v tlakové nádobě se zmenšuje i hustota plynné složky při proudění směsi nahoru. Kapalné frakce vznikající v krakovacím reaktoru, mají nižší hustotu než-li nástřik, což rovněž snižuje hustotu směsi kapalin a plynů. V obvykle používaném válcovém reaktoru se stejným průměrem není proto rychlost proudění konstantní a při proudění směsi zdola nahoru vzrůstá.

K tepelnému krakování podle amerického patentu č. 4 247 387 slouží reakční komora ve tvaru válcové svislé tlakové nádoby, ve které jsou k zabránění zpětného toku uložena perforovaná vložená dna, tvořící velký počet míst, kde se proudy promíchávají. Účelem je dosáhnout co nejstejnoměrnější doby prodlevy nástřiku přiváděného do reakční komory. Použití vložených den má svoje nevýhody: chybná funkce reaktoru může totiž způsobit, že se reaktor zakoksuje až k úplnému ucpání. Vložená dna znesnadňují a zdražují odstraňování koksu a čištění reaktoru.

Účelem vynálezu je odstranit uvedené nedostatky a umožnit krakování s naprosto stejnoměrnou dobou prodlevy nástřiku v reakční komoře bez vložených den znesnadňujících čištění.

Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že směs kapalin a plynů se uvádí v reakční komoře do vzestupného · tečného šroubovicového pohybu. Podle vynálezu vzniká v reakční komoře tečně rotující, avšak svisle stejnoměrně nahoru postupující proudění kapalin a plynů bez zpětných proudů, které by způsobovaly nestejnoměrnou dobu prodlevy.

K provádění způsobu podle vynálezu slouží zařízení s reakční komorou tvořenou svislým reaktorem. Podstata vynálezu spočívá v tom, že reaktor je opatřen ústrojím k uvádění nástřiku do vzestupného tečného pohybu. Toto ústrojí může sestávat nejméně z jedné šroubovicové vložky, probíhající buď po celé délce reaktoru, nebo umístěné pouze na části délky reaktoru, případně pouze v jeho vstupní a/nebo výstupní sekci.

Šroubovicové vložky mohou mít opačný smysl stoupání pro obracení smyslu rotace směsi.

Podle dalšího provedení vynálezu jsou k vyvolání tečného rotačního pohybu směsi kapalin a plynů upraveny v reaktoru trysky, ústící s výhodou tečně do vstupní sekce reaktoru. Těmito tryskami může být zaváděna část nástřiku nebo jiného média, například páry, čímž se nástřik uvádí do rotačního pohybu. Počet trysek je zvolen podle po¹třeby, například od 2 do 20 trysek.

Podle výhodného provedení má reaktor tvar nahoru se rozšiřujícího kužele po· celé délce nebo pouze po části délky, například pouze v přívodní sekci. Takový kónický tvar má již o sobě ten účinek, že rozložení doby prodlevy nástřiku je stejnoměrné.

Vynález umožňuje provádět tepelné kra241059 kování se stejnoměrnou dobou prodlevy nástřiku v reakční komoře, což zajišťuje vznik stabilního produktu s nízkou viskozitou.

Vhodná teplota krakovací reakce leží v rozmezí 410 až 470 °C a tlak v rozmezí 0,2 až 2 MPa. Poměr průměrného průměru a délky reakčního pásma leží s výhodou mezi 1:1 až 1: 20.

Vynález bude popsán v souvislosti s příklady zařízení znázorněnými na výkrese, kde značí obr. 1 ' schéma krakovacího zařízení podle vynálezu, obr. 2 osový řez reaktorem se šroubovicovými vložkami, obr. 3 A půdorys a obr. 3 B nárys vstupní sekce reaktoru s tečným přívodem, obr. 4 A půdorys vstupní sekce reaktoru s tryskami a obr. 4 B jeho nárys.

Podle obr. 1 se nástřik přivádí přívodním potrubím 11 do trubkové pece 12, kde se jeho teplota zvyšuje na 410 až 470 °C. Z trubkové pece 12 se olej vede potrubím 13 do reaktoru 14, kde proudí zdola nahoru a vychází výstupním potrubím 15 do neznázorněné oddělené jednotky, kde se například mohou od sebe oddělovat plyn, benzín, a lehký a těžký palivový olej. Průměrná doba prodlevy v reakčním pásmu je mezi 5 až 100 min.

Podle obr. 2 je uvnitř reakční komory 18 v reaktoru 14 umístěna šroubovicová vložka 16. Uhlovodíky určené ke krakování se zavádějí do reaktoru 14 zdola a vstupují do šroubovicového kanálu tvořeného' šroubovícovou vložkou 16, kde probíhá vlastní krakování. Podle obr. 2 může být reakční komora 18 vybavena dvěma šroubovicovými vložkami 16, 17 s opačným stupáním. V důsledku toho se rotační pohyb směsi kapalin a plynů, která protéká reakční komorou 18, obrací.

Obr. 3 A a 3 B znázorňuje dolní část reaktoru 14, do níž ústí tečně trysky 19, kterými se zavádí buď část nástřiku, nebo jiné médium, například pára; tím se vyvolává rotační pohyb uhlovodíkového nástřiku.

V provedení podle obr. 4 A a 4 B je horní konec vstupní trubky 20 pro' uhlovodíkový nástřik opatřen zakřivenými tryskami 21, které vyvolávají nucený rotační pohyb nástřiku.

Vynález bude vysvětlen na základě příkladu, z něhož je patrný pokles viskozity produktu a zvýšení hodnoty stability. Při tepelném krakování těžkých topných olejů, které tvoří olejovitou fázi s koloidně dispergovanými molekulami těžkých uhlovodíků — asfalténů, se mění chemické vlastnosti soustavy. Mírou změn je hodnota stability, která udává, jak snadno se koloidní disperze poruší a asfaltény se vysráží. Vysrážení asfalténů má za následek značné zhoršení vlastností topného oleje. Současně ovšem k dosažení největšího' účinku tepelného krakování, totiž maximálního snížení viskozity topného oleje, je třeba pracovat v blízkosti hranice srážení Hodnota stability je tedy nejdůležitějším faktorem omezujícím tepelné krakování. .

Hodnota stability se určuje titrací topného oleje n — heptanem až do bodu vysrážení asfalténů. V běžné krakovací jednotce je mez stability 2,0, přičemž přesnost metody je +0,1. Hodnoty stability 2,0 a 2,1 leží v těsné blízkosti hranice srážení. Když se topný olej krakuje v tomto rozmezí, jeho viskozita a stabilita se rázem mění v závislosti na teplotě, takže změna stability o 0,1, doložená v příkladě, je pro výsledek krakování podstatná.

Příklad

V poloprovozním měřítku bylo prováděno tepelné krakování ropy v zařízení podle obr. 1 s reaktorem, opatřeným šroubovicovými vložkami a současně za stejných podmínek v zařízení s reaktorem bez šroubovicových vložek. Nástřik byl tvořen těžkým olejovým destilátorem z vakuové destilace sovětské ropy. Krakování probíhalo za těchto' podmíTeplota na vstupu reaktoru Teplota na výstupu reaktoru Tlak v reaktoru Množství nástřiku Prodleva v reaktoru

442 ^OC

422 ^OC

0,92 MPa za hodinu minut

6,8 kg

Výsledky jsou uvedeny v následující tabulce:

Vlastnosti Nástřik

Vlastnosti produktu (Destilační frakce 180 °C ' + ]

Bez šroubovicové Se šroubovicovou vložky vložkou

Hustota [g/cm, 20 °C) Obsah asfalténů (%	1,0011	1,001
hmot.) Obsah síry (% hmot.)	6,28	10,70
Viskozita mm2/sec	3,65	3,38
(50°C)	43 000	4 200
Stabilita	—	2,0

1,002

11,10

3,54

300

2,1

Claims (10)

1. PŘEDMET VYNALEZU

   1. Způsob tepelného krakování uhlovodíků, při němž se nástřik zahřívá na reakční teplotu a vede zdola nahoru reakční komorou, vyznačený tím, že směs kapalin a plynů se v reakční komoře uvádí do vzestupného· tečného šroubovicového pohybu.
2. 2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, s reakční komorou tvořenou svislým reaktorem, vyznačené tím, že reaktor (14) je opatřen ústrojím k uvádění nástřiku do vzestupného tečného pohybu.
3. 3. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že ústrojí k uvádění směsi do rotačního pohybu sestává nejméně z jedné šroubovicové vložky (16, 17).
4. 4. Zařízení podle bodu 3, vyznačené tím, že šroubovicová vložka (16, 17) je uložena po celé délce - reaktoru (14).
5. 5. Zařízení podle bodu 3, vyznačené tím, že šroubovicové vložka (16, 17) je umístěna na části délky reaktoru (14) nebo pouze v jeho vstupní a/nebo výstupní sekci.
6. 6. Zařízení podle jednoho z bodů 2 až 5, vyznačené tím, že šroubovicové vložky (16, 17) mají opačný smysl stoupání pro - obracení smyslu otáčení směsi.
7. 7. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že ústrojí pro uvádění směsi kapalin a plynů do rotačního pohybu je tvořeno tryskami (19, 21).
8. 8. Zařízení podle bodu 7, vyznačené tím, že trysky (19) ústí tečně do vstupní sekce reaktoru (14).
9. 9. Zařízení podle bodu 7 nebo 8, vyznačené tím, že trysky (21) jsou umístěny v reaktoru (14) na horním konci vstupní trubky (20) pro uhlovodíky.
10. 10. Zařízení podle jednoho z bodů 2 až 9, vyznačené tím, že reakční komora (18) je tvořena kuželovým, nahoru se rozšiřujícím, reaktorem (14).