CS241060B2

CS241060B2 - Equipment for hydrocarbons thermal cracking

Info

Publication number: CS241060B2
Application number: CS834232A
Authority: CS
Inventors: Kaj-Erik Oernhejelm; Juha Jakkula; Lars Gaedda; Pertti Kytoenen; Stefan Gros
Original assignee: Neste Oy
Priority date: 1982-06-14
Filing date: 1983-06-13
Publication date: 1986-03-13
Also published as: IE831380L; GB8401583D0; JPS59501069A; DE3390050C2; WO1984000036A1; FR2528443A1; FI65275B; FR2528443B1; HUT34536A; IT1163502B; GB2133033B; CA1203192A; HU199707B; IT8321575A0; GB2133033A; JPH038680B2; NL8320166A; CS423283A2; FI822120A0; DE3390050T1

Description

(54) Zařízení k tepelnému krakování uhlovodíků

V zařízení k tepelnému krakování proudí uhlovodíky zahřáté na reakční teplotu zdola nahoru reakčním pásmem v tlakové nádobě, jejíž průřez se zvětšuje ve směru zdola nahoru. Stěny reakčního pásma svírají s jeho osou úhel β větší než 0^э a nejvýše rovný 30°. Účelně je i vstupní sekce a výstupní sekce reakčního pásma kuželová. Tím se dosáhne stejnoměrné doby prodlevy nástřiku bez jakýchkoli vložek v reakční nádobě.

Obr. 2

Vynález se týká tepelného krakování uhlovodíků, -při němž se uhlovodíky zahřívají na reakční teplotu a vedou do reakčního pásma, kde proudí zdola nahoru.

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 topných trubkách krakovací pece na krakovací teplotu. Zpravidla se používá dvou alternativních postupů. Při jednom z nich nastává krakování v topných trubkách krakovací pece a částečně v potrubí, která vedou к následujícím pracovním pochodům následujícím po krakování. Při tomto postupu krakování nejsou prodlevy nástřiku přesně známé, jsou však poměrně krátké, řádově minuty. Tlak se značně mění a snižuje se od vstupu к výstupu pece.

Při druhém způsobu krakování se uhlovodíkový nástřik nejprve zahřívá v krakovací peci na vhodnou reakční teplotu a vlastní reakce štěpení probíhá v odděleném reakčním pásmu, kde doba prodlevy je podstatně delší než v prvním postupu, to znamená 10 až 30 minut. Do reakčního pásma se nepřivádí 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 к destilaci. Směs proudění v reakčním pásmu 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 kterém se molekuly s dlohými řetězci štěpí na menší molekuly, 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 polykondenzační reakce vzrůstá při vysokých teplotách, je snaha používat nižších reakčních teplot a přiměřeně delších dob prodlevy.

Doba prodlevy nástřiku je při tepelném krakování velice důležitá. Když je doba prodlevy příliš krátká, nemůže štěpení proběhnout úplně.

Když je naopak doba prodlevy příliš dlouhá, produkty krakování spolu začnou reagovat a vytvářejí nežádoucí reakční produkty. V důsledku toho vznikne nestabilní produkt, což způsobuje obtíže při dalším použití paliva. Účelem je proto 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 v reakčním pásmu vypařují. Následkem toho však hustota směsi kapaliny a plynu se snižuje, když směs proudí v reakční nádobě zdola nahoru. V důsledku rozdílu hydrostatického tlaku v tlakové nádobě, hustota plynné složky směsi se rovněž při proudění směsi nahoru zmenšuje. Kapalné frakce vznikající v krakovacím reaktoru mají nižší hustotu než-li nástřik, což rovněž snižuje hustotu směsi kapalin a plynů. Následkem toho není rychlost proudění v obvykle používaném válcovém reaktoru se stejným průměrem konstantní a zvyšuje se při proudění směsi zdola nahoru.

К tepelnému krakování podle amerického patentu č. 4 247 387 slouží válcová svislá tlaková nádoba, tvořící reakční pásmo, ve které jsou uložena perforovaná vložená dna, tvořící velký počet míst, kde se proudy promíchávají. Tím se má zabránit zpětnému toku uvnitř reaktoru. Účelem je dosáhnout co nejstejnoměrnější doby prodlevy nástřiku přiváděného do reakčního pásma. Použití vložených den má svoje nevýhody; chybná funkce reaktoru může totiž způsobit, že se reaktor ucpe vznikajícím koksem, a vložená dna znesnadňují a zdražují odstraňování koksu a čištění reaktoru.

Vynález odstraňuje uvedené nedostatky a jeho předmětem je zařízení к tepelnému krakování uhlovodíků, kde uhlovodíky zahřáté na reakční teplotu proudí reakčním pásmem zdola nahoru. Podstata vynálezu spočívá v tom, že reakční pásmo je tvořeno tlakovou nádobou, jejíž průřez vzrůstá ve směru zdola nahoru, přičemž stěny reakčního pásma a jeho osa svírají úhel větší než O⁵a nejvýše rovný 30°. Rozbíhavé reakční pásmo brání vzniku velkých gradientů rychlosti a podporuje proudění ve tvaru zátky, která je optimální z. hlediska výsledků krakování. Třebaže hustota směsi kapalin a plynů, proudících zdola nahoru, se během reakce snižuje, kompenzuje kuželový nahoru se rozšiřující tvar reakčního pásma tyto změny a zpomaluje proudění směsi. Doba prodlevy nástřiku v reakčním pásmu je tedy naprosto stejnoměrná, aniž by reakční nádoba musela obsahovat vložená dna znesnadňující čištění.

Úhel β stěn reakčního pásma a jeho osy je s výhodou zvolen tak, aby rychlost směsi kapalin a plynů byla za normálních podmínek v podstatě konstantní. Účelně proto leží tento úhel v rozmezí 2 až 15°. Při větších úhlech může vznikat škodlivý zpětný tok, když je naproti tomu úhel β menší než 2°, není jeho účinek dostatečně vyjádřený.

Protože na vstupu reakčního pásma dochází ke gradientům rychlosti, je podle vynálezu účelné, aby vstupní sekce reakčního pásma byla rovněž kuželová. Úhel kužele je zvolen na základě rychlosti proudění ve vstupní trubce. Čím vyšší je rychlost ve vstupní trubce, tím má být úhel menší. V praxi leží úhel a sevřený stěnou vstupní sekce a osou tlakové nádoby v rozmezí 2 až 30°.

Výstupní sekce reakčního pásma může být rovněž kuželová. V tomto případě je úhel zvolen podle rychlosti, kterou mají normálně složky ve výstupní trubce. Čím vyšší je výstupní rychlost, tím má být tento úhel menší. Vhodný úhel χ mezi stěnou a osou kuželové výstupní sekce leží v rozmezí 2 až 30°. Výstupní sekce může být rovněž zaoblena v eliptickou nebo kuželovou plochu nebo může být cpatřena vložkami к vedení proudění směsi, aby se zabránilo v této oblasti zpětnému toku.

Průměrný poměr průměru a výšky reakčního pásma leží podle vynálezu v rozmezí od 1; 1 do 1: 20.

Vynález bude popsán v souvislosti s příkladem provedení, znázorněným na výkrese, kde obr. 1 značí schéma krakovacího zařízení a obr. 2 ve zvětšeném měřítku reakční nádobu z obr. 1.

Podle obr. 1 se nástřik zavádí přívodním potrubím 11 do pece 12, kde se zahřívá na teplotu 410 až 470 ^CC. Z pece 12 se surovina vede potrubím 13 do reakční nádoby 14, kde proudí zdola nahoru a vychází nahoře odváděcím potrubím 15 do neznázorněné jed notky, kde lze například oddělit plyn, benzín a lehké a těžké olejové frakce. Průměrná doba prodlevy v reakčním pásmu je 5 až 100 minut.

Obr. 2 znázorňuje reakční nádoby 12 z obr. 1, která má vstupní sekci 16, reakční pásmo 17 a kuželovou výstupní sekci 18. V příslušných částech jsou úhly sevřené stěnami s osou reakční nádoby 14 označeny a, β, γ. V reakčním pásmu podle obr. 2 je úhel a větší než úhel β. Rovněž je možné, aby úhly a a β byly stejné, takže vstupní sekce 18 není patrná. Rovněž je možné a vhodné zaoblit přechody mezi úhly kuželů.

Příklad

V poloprovozním měřítku bylo prováděno tepelné krakování ropy v reaktoru podle obr. 2 a v analogickém válcovém reaktoru. Při pokusu měla vstupní sekce kuželového reaktoru vrcholový úhel 30° a reakční pásmo úhel 5°. Nástřik tvořil vakuový destilát ze sovětské dopy. Výsledky jsou uvedeny v následující tabulce.

Tabulka

Vlastnost

Nástřik

Vlastnosti produktu (Destilační frakce 180 °C) Kuželový reaktor Válcový reaktor

Osah asfaltenu
(°/o hmot.)	5	9	12
Obsah síry (% hmot.)	2,9	3,1	3,1
Viskozita cSt, (50 °C)	3.10*	2.10^{1 2 3}	2.10³
Stabilita *)	4,8	1,7	1,7

Pokusy dokazují, že produkt z kuželového reaktoru má nižší obsah asíaltenu

Pokusy byly prováděny za těchto podmínek:

Vstupní teplota reaktoru 444 ... 447 ^CC

Výstupní teplota reaktoru 422 ... 424 ^CC

Tlak v reaktoru

Doba prodlevy

910 kPa minut

’) Pojem stability je podrobně vysvětlen v publikaci Van Kerkvoot, W. J., Nieuwstad, A. J. J. IV: Páper Number 220, Paříž, 1952

Claims

PŘEDMĚT VYNALEZU

1. Zařízení к tepelnému krakování uhlovodíků, kde uhlovodíky zahřáté na reakční teplotu proudí reakčním pásmem zdola nahoru, vyznačené tím, že reakční pásmo (17) je tvořeno tlakovou nádobou (14), jejíž průřez vzrůstá ve směru zdola nahoru, přičemž stěny reakčního pásma (17) a jeho osa svírají úhel β větší než 0’ a nejvýše rovný 30°.
2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že stěny reakčního pásma (17) a jeho osa svírají úhel β o velikosti 2 až 15°.
3. Zařízení podle bodů 1 nebo 2, vyznačené tím, že vstupní sekce (16) reakčního pásma (17) je kuželová.
4. Zařízení podle bodu 3, vyznačené tím, že úhel <x sevřený stěnou vstupní sekce (16) a osou tlakové nádoby (14) leží v rozmezí 2 až 30°.
5. Zařízení podle jednoho z bodů 1 až 4, vyznačené tím, že výstupní sekce (18) reakčního pásma (17) má tvar kužele, jehož stěna svírá s osou úhel γ v rozmezí 2 až 30°.
6. Zařízení podle jednoho z bodů 1 až 5, vyznačené tím, že průměrný poměr průměru a výšky reakčního pásma (17) je v rozmezí 1 : 1 až 1 : 20.