HU199707B

HU199707B - Apparatus for thermal cracking hydrocarbon oils

Info

Publication number: HU199707B
Application number: HU832277A
Authority: HU
Inventors: Kaj-Erik Oernhjelm; Lars Gaedda; Pertti Kytoenen
Original assignee: Neste Oy
Priority date: 1982-06-14
Filing date: 1983-06-10
Publication date: 1990-03-28
Also published as: CA1203192A; IT8321575A0; WO1984000036A1; IE831380L; IT8321575A1; FR2528443A1; CS423283A2; JPS59501069A; GB2133033B; DE3390050C2; BE896902A; NL8320166A; JPH038680B2; GB2133033A; DE3390050T1; HUT34536A; FI65275B; IE55247B1; FR2528443B1; GB8401583D0

Abstract

Procedure for thermal cracking of hydrocarbons. In the procedure the hydrocarbons are heated to reaction temperature and conducted into a reaction zone, where the flow is upward from below. The reaction zone (17) is formed of a pressure vessel (14) of which the cross section increases in the direction upward from below, whereby is achieved a uniform retention time without any perforated intermediate bottoms or equivalent placed in the reaction vessel. The walls of the reaction zone (17) subtend with the central axis an angle ( beta ) of which the magnitude is between 2 and 15 degrees.

Description

A találmány tárgya berendezés szénhidrogén olajok hőbontására, amelyben olyan reakciózóna van, ahol a reakció hőmérsékletére melegített szénhidrogének áramlása alulról fölfelé halad.The present invention relates to an apparatus for the thermal decomposition of hydrocarbon oils comprising a reaction zone where the flow of hydrocarbons heated to the reaction temperature is from bottom to top.

Szénhidrogén olajok hőbontásakor a nehéz olajfrakciókat könnyebb frakciókká bontják, így növelik a könnyebb frakciók menynyiségét. A hőbontás a betáplált olajat a hőbontó kemence melegítő csöveiben a hőbontás hőmérsékletére melegítik. Két eljárás ismeretes. Az egyik eljárásban a hőbontás a hőbontó kemence melegítő csöveiben és részben a hőbontást követő műveleti lépésekhez vezető csővezetékekben megy végbe. Ebben a hőbontó eljárásban nem ismert pontosan a tartózkodási idő, az azonban igen, hogy viszonylag rövid, azaz 1 perc körüli. A nyomás nagy mértékben változik a kemence betápláló és elvezető nyílása között. A másik hőbontó eljárásban a betáplált szénhidrogének először a hőbontó kemencében megfelelő reakcióhőmérsékletre melegítik, és a tényleges hőbontás egy külön reakciózónában megy végbe, ahol a tartózkodási idő lényegesen hosszabb, mint az előző eljárásban, azaz 10—30 perc. A reakciózónában hőközlés nincs.When hydrocarbon oils are decomposed, heavy oil fractions are broken down into lighter fractions, thus increasing the amount of lighter fractions. The thermal decomposition heats the feed oil to the thermal decomposition temperature in the heating pipes of the decomposition furnace. Two procedures are known. In one process, the thermal decomposition takes place in the heating pipes of the thermal decomposition furnace and partly in the pipelines leading to the post-thermal decomposition steps. The exact residence time is not known in this thermal decomposition process, but it is relatively short, i.e. about 1 minute. The pressure varies greatly between the inlet and outlet of the furnace. In the other thermal decomposition process, the feed hydrocarbons are first heated to a suitable reaction temperature in the thermal decomposition furnace and the actual thermal decomposition takes place in a separate reaction zone where the residence time is substantially longer than in the previous process, i.e. 10-30 minutes. There is no heat transfer in the reaction zone.

Az utóbbi eljárásban a reakciózóna általában egy függőlegesen álló, hengeres, nyomásálló edény, amelynek az egyik végén vezetik be a hőbontó kemencében felmelegített olajat, másik végén pedig folyadék és gáz elegyét vezetik el a további tisztító lépésekhez, például desztí 1 lációhoz. A reakciózónában az áramlás iránya vagy felülről lefelé vagy lentről fölfelé irányul.In the latter process, the reaction zone is generally a vertically cylindrical pressure vessel, at one end of which the oil heated in the thermal decomposition furnace is introduced and at the other end a mixture of liquid and gas is conducted for further purification steps, such as distillation. The direction of the flow in the reaction zone is either top-down or bottom-up.

Szénhidrogén olajok hőbontásakor lényegében kétféle reakció megy végbe. Az egyik a helyes hőbontó reakció, amikor a hosszúszénláncú molekulák kisebb molekulára hasadnak, ennek következtében csökken a viszkozitás. A másik reakciótípust polikondenzációnak nevezik, ennek során a molekulák egyesülnek és minthogy hidrogén szabadul fel, szurok és koksz keletkezik. Ez az utóbbi reakció nem kívánatos, mert így nagyobb mennyiségű aszfalt keletkezik. Minthogy a kondenzációs reakció magasabb hőmérsékleten jelentősebb mértékű, próbálkozások történtek alacsonyabb reakcióhőmérsékletek és megfelelően hosszabb tartózkodási idők alkalmazására.There are essentially two types of reaction to decompose hydrocarbon oils. One is the proper thermal decomposition reaction when long chain molecules are cleaved to a smaller molecule, resulting in a decrease in viscosity. The other type of reaction is called polycondensation, in which the molecules combine and, as hydrogen is liberated, pitch and coke are formed. This latter reaction is undesirable as it results in the formation of larger amounts of asphalt. Because the condensation reaction is higher at higher temperatures, attempts have been made to use lower reaction temperatures and correspondingly longer residence times.

A tartózkodási idő nagyon fontos a hőbontás szempontjából. Ha a tartózkodási idő túl rövid, nincs idő arra, hogy a hőbontás végbemenjen. Olyan esetben viszont, amikor a tartózkodási idő túl hosszú, a hőbontás termékei reagálni kezdenek és nemkívánatos reakciótermékek keletkeznek. Ennek eredményeként instabil termék képződik, ez nehézségeket okoz a fűtőanyag további felhasználásakor. A cél ezért az, hogy a hőbontás olyan egyenletesen játszódjon le, ahogyan csak lehetséges. Ha a reakciózónaként szolgáló nyomásálló edényben az áram2 lás nem egyenletes, ez változó tartózkodási időt eredményez.The residence time is very important for the thermal decomposition. If the residence time is too short, there is no time for the thermal decomposition to take place. However, when the residence time is too long, the products of the thermal decomposition will react and undesirable reaction products will be formed. As a result, an unstable product is formed, which causes difficulties in re-using the fuel. The goal is therefore to ensure that the thermal decomposition is performed as evenly as possible. If the flow in the pressure vessel serving as the reaction zone is not uniform, this results in a variable residence time.

A hőbontás folyamán könnyű komponensek keletkeznek, amelyek a reakciózónában uralkodó hőmérsékleten és nyomáson elpárolognak. Ezért a folyadék/gáz elegy sűrűsége csökken, ahogyan az elegy fölfelé áramlik a nyomásálló edényben. A nyomásálló edényben uralkodó hidrosztatikus nyomáskülönbség következtében a gáz sűrűsége szintén csökken, ahogyan az elegy fölfelé áramlik. A hőbontó reaktorban keletkező folyékony frakciók sűrűsége alacsonyabb, mint a betáplált anyagé, ez szintén csökkenti a folyadék/gáz elegy sűrűségét. Ezért az általánosan alkalmazott, egyforma vastagságú, hengeres reaktorban az áramlási sebesség nem állandó, hanem nő, ahogyan az elegy fölfelé áramlik.During the decomposition, light components are formed which evaporate at the temperature and pressure prevailing in the reaction zone. Therefore, the density of the liquid / gas mixture decreases as the mixture flows upward in the pressure vessel. Due to the hydrostatic pressure difference in the pressure vessel, the density of the gas also decreases as the mixture flows upwards. The density of the liquid fractions formed in the thermal decomposition reactor is lower than that of the feed material, which also reduces the density of the liquid / gas mixture. Therefore, in a generally used cylindrical reactor of uniform thickness, the flow rate is not constant but increases as the mixture flows upwards.

A 4 247 387 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban szereplő hőbontó eljárásban reakciózónaként egy olyan hengeres, függőlegesen álló, nyomásálló edényt alkalmaznak, amelyben a reaktoron belüli reflux megelőzésére perforált közbenső fenéklemezeket helyeztek el, ezek a reaktorban többszörös keveredést hoznak létre. Ennek az a célja, hogy a zónába betáplált frakció tartózkodási ideje olyan egyenletes legyen, amilyen csak lehetséges. A közbenső lemezek alkalmazásának azonban hátrányai vannak. A reaktor hibás működése az egész reaktor elkokszosodását, eltömődését okozhatja. A közbenső fenekek a koksz eltávolítását és a reaktor tisztítását kényelmetlenné és költségessé teszik.In U.S. Patent No. 4,247,387, a heat-depleting process utilizes a cylindrical, vertically pressurized vessel in which perforated intermediate bottoms are provided to prevent reflux within the reactor, thereby causing multiple agitation in the reactor. The purpose of this is to keep the fraction fed into the zone as uniform as possible. However, the use of intermediate plates has drawbacks. The malfunction of the reactor can cause the whole reactor to decalcify or clog. Intermediate bottoms make coke removal and reactor cleaning inconvenient and expensive.

A találmány feladata az ismert eljárások javítása. Közelebbről a találmány feladata olyan berendezés kidolgozása, amelyben a tartózkodási idő állandó anélkül, hogy perforált közbenső fenéklemezeket vagy ezzel egyenértékű tagokat kellene a reakcióedénybe behelyezni.The object of the invention is to improve the known processes. More specifically, it is an object of the present invention to provide an apparatus in which the residence time is constant without the need to insert perforated intermediate bottom plates or equivalent members into the reaction vessel.

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy érjük el, hogy a reakciózónát egy olyan nyomásálló edényként alakítjuk ki, amelynek a keresztmetszet felülete lentről fölfelé növekszik.This object is achieved according to the present invention by forming the reaction zone as a pressure vessel having a cross-sectional surface area which increases from the bottom to the top.

A találmány szerinti, alulról fölfelé növekedő keresztmetszetű reakciózóna alkalmazásával megelőzzük nagy sebesség gradien sek kialakulását és dugattyúszerű áramlásmód létrejöttét segítjük elő, amely a hőbontás eredménye szempontjából optimális. Bár a reakció folyamán az alulról fölfelé áramló folyadék/gáz elegy sűrűsége csökken, ezt ellensúlyozza a kúpos, fölfelé táguló reakciózóna, amely csökkenti a reakciózónában az áramlást.By utilizing the bottom-up cross-sectional reaction zone of the present invention, high velocity gradients are prevented and a piston-like flow pattern is created which is optimal for the result of the thermal decomposition. Although the density of the bottom-up liquid / gas mixture decreases during the reaction, this is offset by the conical, upwardly expanding reaction zone, which reduces the flow in the reaction zone.

A reakciózóna falai és a középső tengely által bezárt szöget előnyösen úgy választjuk meg, hogy normális körülmények között a folyadék/gáz elegy sebessége körülbelül állandó legyen. Ezt általában akkor érjük el, ha az említett szög 2° és 15° közötti. Ennél nagyobb szögek esetén káros reflux kelet-2HU 199707 Β kezik; akkor viszont, ha a szög 2°-nál kevesebb, az elért hatás jelentéktelen.The angle between the walls of the reaction zone and the central axis is preferably selected such that the rate of the liquid / gas mixture is approximately constant under normal conditions. This is usually achieved when said angle is between 2 ° and 15 °. At higher angles, noxious reflux east-2HU 199707 Β begins; however, if the angle is less than 2 °, the effect obtained is insignificant.

Minthogy a reakciózónába való belépés helyén könnyen alakul ki áramlási sebesség gradiens, előnyös, ha a reakciózóna belépő szekciója is kúpos. A kúpszöget a betápláló csőben uralkodó áramlási sebesség alapján választjuk meg. Minél magasabb a betápláló csőben a sebesség, annál kisebbre kell választani a szöget. A gyakorlatban a megfelelő szög 2° és 30° közötti.Since a flow rate gradient is readily formed at the site of entry into the reaction zone, it is preferable that the entrance section of the reaction zone also has a tapered section. The taper angle is selected based on the flow rate in the feed tube. The higher the speed in the feed tube, the smaller the angle must be chosen. In practice, the correct angle is between 2 ° and 30 °.

A reakciózóna kilépő része is lehet kúpos. Ebben az esetben a szöget az elvezető csőben általában uralkodó sebesség alapján választjuk meg. Minél nagyobb a kilépő sebesség, annál kisebbre kell választani a szöget. A gyakorlatban a megfelelő szög 2° és 30° közötti. A kilépő szekció legömbölyített is lehet, hogy elliptikus vagy szférikus felületnek feleljen meg, vagy el lehet látva áramlást vezető vagy ezzel egyenértékű tagokkal, hogy megelőzzük ezen a területen a refluxot.The outlet portion of the reaction zone may also be tapered. In this case, the angle is chosen based on the prevailing velocity in the drain pipe. The higher the exit velocity, the smaller the angle you must choose. In practice, the correct angle is between 2 ° and 30 °. The exit section may also be rounded to conform to an elliptical or spherical surface, or be provided with flow conducting or equivalent members to prevent reflux in this area.

Azt tapasztaltuk, hogy a hőbontási reakció szempontjából az az előnyös, ha a hőmérséklet 410 és 470°C közötti és a nyomás (2— 20)-10⁵ Pa. A reakciózóna átlagos átmérőjének és hosszúságának az aránya előnyösen 1:1 és 1:20 közötti.It has been found that a temperature range of 410 to 470 ° C and a pressure (2 to 20) -10 ⁵ Pa are preferred for the thermal decomposition reaction. The ratio of the average diameter and length of the reaction zone is preferably 1: 1 to 1:20. between.

A találmányt, a berendezést a csatolt ábrákon szemléltetjük közelebbről, anélkül azonban, hogy a találmányt arra korlátoznánk.The invention, the apparatus, is illustrated in more detail in the accompanying drawings, without, however, limiting the invention.

Az 1. ábra a találmány szerinti berendezést ábrázolja vázlatos folyamatábra alakjában.Figure 1 is a schematic flow diagram of the apparatus of the invention.

A 2. ábra az 1. ábrán szereplő reaktort mutatja felnagyítva.Figure 2 is an enlarged view of the reactor of Figure 1.

A berendezés egy 11 olajbetápláló csőből, az ahhoz csatlakozó 12 kemencéből, a hozzá kapcsolt 13 vezetékből és a 14 reaktorból áll, amelynek felső részéhez a 15 elvezető cső csatlakozik.The apparatus consists of an oil supply pipe 11, a furnace 12 connected thereto, a conduit 13 connected thereto and a reactor 14, the upper part of which is connected to a drain pipe 15.

Az 1. ábrán a betáplálandó olajat a 11 csövön át vezetjük a 12 kemencébe, ahol hőmérséklete 410° és 470° közé emelkedik. A 12 kemencéből az olajat a 13 vezetéken át a 14 reaktorba vezetjük, ahol az alulról fölfelé áramlik és a reaktor tetején a 15 csövön át lép ki egy különálló egységbe (ezt nem ábrázoltuk), ahol például elválaszt4 ható egymástól a gáz, petróleum, könnyű és nehéz olaj. A 17 reakciózónában az átlagos tartózkodási idő 5 és 100 perc közötti.In Figure 1, the oil to be fed is introduced through the pipe 11 into the furnace 12, where its temperature rises between 410 ° and 470 °. From the furnace 12, the oil is fed through line 13 to reactor 14 where it flows from the bottom to the top and exits through pipe 15 into a separate unit (not shown) where, for example, gas, kerosene, light and heavy oil. The average residence time in reaction zone 17 is between 5 and 100 minutes.

A 2. ábra a 14 reaktort mutatja a 16 belépő szekcióval, a 17 reakciózónával és a kúpos 18 kilépő szekcióval. Az egyes részekben a falak és a közép tengely által bezárt szögeket a-val, β-val és γ-val jelöltük. A 2. ábrán bemutatott 17 reakciózónában az α szög nagyobb, mint a β szög. Az α és β szöget azonosra is választhatjuk, ekkor nem figyelhető meg külön 16 belépő szekció. A reakcióedényt úgy is kialakíthatjuk és ez előnyös is, hogy a kúpszögek közötti átmene15 teket, ha vannak, legömbölyítjük, hogy ne legyenek éles szögletek.Figure 2 shows the reactor 14 with the inlet section 16, the reaction zone 17 and the conical outlet section 18. The angles enclosed by the walls and the central axis in each section are indicated by a, β, and γ, respectively. In the reaction zone 17 shown in Figure 2, the angle α is greater than the angle β. The angles α and β can be set to the same, so that there are no separate 16 entry sections. The reaction vessel may also be designed and advantageous by rounding off the transition between the cone angles, if any, so that there are no sharp angles.

Claims

PATENT CLAIMS

1. An apparatus for the thermal decomposition of hydrocarbons comprising a furnace for heating the hydrocarbons to a reaction temperature and a reactor having a bottom-up flow.

25, in the reactor (14), the cross section of the reaction zone (17) is formed from the bottom upwards.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the reaction zone (17)

Its 30 walls have an angle of 2 ° to 15 ° with the central axis (ßβ).

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the reactor (14) has a tapered inlet in front of the reaction zone (17).

There are 35 sections (16).

Apparatus according to claim 3, characterized in that the angle (?) Between the wall of the inlet section (16) and the central axis is between 2 ° and 30 °.

Apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the reactor (14) has a conical outlet section (18) after the reaction zone (17), wherein the angle and the angle between the wall of the conical outlet section (18) and the central axis. (γ) 2 ° to 30 °.

⁴⁵ 6. Figures 1-5. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ratio of the average diameter of the reaction zone (17) to the height of the reaction zone (17) is between 1: 1 and 1:20.