NL8320167A - Werkwijze voor het thermisch kraken van koolwaterstoffen. - Google Patents

Description

- 1 -

Werkwijze voor het thermisch kraken van koolwaterstoffen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het thermisch kraken van koolwater-stofoliën, in welke werkwijze de koolwaterstoffen worden verhit tot reactietemperatuur en gebracht in een reactie-5 zone, waar de stroom van beneden naar boven is.

Bij het thermisch kraken van koolwaterstofoliën worden zware oliefrakties gekraakt tot lichtere frakties, waardoor de opbrengst van deze laatste wordt vergroot.

Bij het kraken worden de toegevoerde olie verhit in de 10 verhittingsbuizen van de kraakoven tot kraaktemperatuur.

Als regel zijn twee alternatieve methoden beschikbaar.

In één daarvan vindt het kraken plaats in de verhittingsbuizen van de kraakoven en gedeeltelijk in de pijpleidingen, die leiden naar de procesfase, die volgt op het kraken.

15 Bij dit kraakproces zijn de bedrijfstijden niet exact bekend, maar zij zijn relatief kort, dat wil zeggen van de orde van 1 minuut. De druk varieert in grote mate, aflopende van de oveningang naar de ovenuitgang. Bij het andere kraakproces wordt de koolwaterstofvoeding eerst 20 verhit in de kraakoven tot geschikte reactietemperatuur, en vindt de daadwerkelijke kraakreactie plaats in een separate reactiezone, waar de verblijfstijd aanzienlijk langer is dan bij het voorgaande proces, dat wil zeggen van de orde van 10 tot 30 minuten. Er wordt geen hitte 25 ingevoerd aan de reactiezone.

Bij het laatstgenoemde proces bestaat de reactiezone in de regel uit een rechtopstaand, cilindrisch drukvat, aan het ene einde waarvan de olievoeding, die verhit wordt in de kraakoven, wordt ingebracht, terwijl 30 aan het andere'einde een mengsel wordt uitgetrokken van vloeistof en gas, dat moet gaan naar de verdere raffinerings-trappen, bijvoorbeeld destillatie. De stroomrichting in de reactiezone is öf van boven naar beneden, of van beneden naar boven.

35 Bij het thermisch kraken van koolwaterstofoliën

Vinden in hoofdzaak twee soorten reacties plaats. Eén ervan is de eigenlijke kraakreactie, waarbij de lang- 8320167 - 2 - ketenige moleculen worden gesplitst in kleinere moleculen, hetgeen een vermindering van de viscositeit veroorzaakt.

Het andere type reactie wordt polycondensatie genoemd, waarbij de moleculen combineren en pek en cokes voort-5 brengen, naarmate waterstof wordt vrijgegeven. De laatstgenoemde reactie is een ongewenste reactie, omdat deze resulteert in grote hoeveelheden asfaltenen. Aangezien de condensatiereacties belangrijker worden bij hogere temperaturen, zijn pogingen gedaan om lagere reactietempe-10 raturen te gebruiken en corresponderend langere verblijfstijden.

De verblijfstijd is belangrijk voor thermisch kraken. Het kraken heeft niet de tijd plaats te vinden, als de verblijfstijd te kort is. In het geval, waarin de 15 verblijfstijd te lang is, beginnen de kraakprodukten te reageren en vormen zij ongewenste reactieprodukten.

Als gevolg vormt zich een instabiel produkt, hetgeen moeilijkheden veroorzaakt bij het verdere gebruik van de brandstof. Het doel is daarom een zo uniform mogelijk 20 kraken, indien de stromen in het drukvat, dat dienst doet als reactiezone, niet uniform zijn, zal het resultaat variërende verblijfstijden zijn.

Bij de kraakreactie worden lichte componenten gevormd, die verdampen bij de temperatuur en druk in 25 de reactiezone., Daarom neemt de dichtheid van het vloeistof /gasmengsel af, naarmate dit mengsel naar boven stroomt in het drukvat. Als gevolg van het hydrostatische drukverschil in het drukvat neemt de dichtheid van het gasgedeelte eveneens af, naarmate het mengsel naar boven 30 stroomt. De vloeistoffrakties, die gevormd worden in de kraakreactor, hebben een lagere dichtheid dan de voeding, welke eveneens de dichtheid van het vloeistof/gasmengsel verlaagt. Bijgevolg is de stroomsnelheid niet constant in de gewoonlijk gebruikte cilindrische reactor met 35 uniforme dikte, maar neemt zij toe, naarmate het mengsel naar boven stroomt.

Het thermische kraakproces, beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.247.387, omvat een cilindrisch vertikaal drukvat, dat dienst doet als reactiezone, en 40 waarin met het oog op het voorkomen van refluxen binnen de 8320167 - 3 - reactor geperforeerde tussenbodems zijn geplaatst, die een aantal mengplaatsen in de reactor vormen. Dit is gedaan met het oog op het verkrijgen van een zo uniform mogelijke verblijfstijd voor de fraktie, die wordt toege-5 voerd in de zone. Het gebruik van tussengelegen platen heeft nadelen. Een foutief bedrijf van de reactor kan er de oorzaak van zijn dat de hele reactor wordt verkookt tot occlusie. De tussengelegen bodems maken het verwijderen van de cokes en het schoonmaken van de reactor ongemakke-10 lijk en kostbaar.

Het doel van de uitvinding is nu een verbetering te verkrijgen voor de in de techniek bekende processen.

Meer in het bijzonder is het doel van de uitvinding een werkwijze te verschaffen, waarbij een uniforme verblijfs-15 tijd kan worden verkregen zonder tussenbodems, die hinderlijk zijn voor het schoonmaakproces.

De doeleinden van de uitvinding worden bereikt door een werkwijze, zoals in de aanhef omschreven, met het kenmerk, dat het vloeistof/gasmengsel in tangentiële 20 roterende beweging wordt gebracht in het drukvat, dat de reactiezone vormt.

De overige kenmerken van de uitvinding zijn geformuleerd in de conclusies 2 tot 11.

Volgens de uitvinding wordt in de reactiezone 25 een tangentiële roterende, evenwel vertikaal uniform naar boven stijgende vloeistof/gasstroom opgewekt, waarbij er geen terugkeerstromen zijn, die zorgen voor niet-uniforme vertragingstijden.

De tangentiële roterende stroom van het vloeistof/ 30 gasmengsel kan worden verkregen op een aantal verschillende wijzen. Volgens een voordelige uitvoering wordt de roterende beweging voortgebracht door middel van spiraalvormige organen, die een spiraalvormig opstijgende corridor vormen in het drukvat, dat dienst doet als 35 reactor. In dit kanaal is de stroom steeds in opwaartse richting en vindt er geen neergaande stroming plaats.

Het helix^systeem kan zich uitstrekken over de gehele lengte van de reactiezone of slechts over een gedeelte ervan. In sommige gevallen kan het voldoende zijn om het 40 helix-systeem te beperken tot de ingangssectie van de 8320167 - 4 - reactiezone.

Het is ook mogelijk om in de reactor twee of meer helixachtige organen aan te brengen, die de richting van rotatie van het vloeistof/gasmengsel omkeren. Hierdoor 5 worden êên of verschillende mengtrappen voortgebracht voor het vloeistof/gasmengsel, dat stroomt in de reactiezone.

Een andere uitvoering, bedoeld om het vloeistof/ gasmengsel in tangentiële rotatiebeweging te brengen, is die, waarbij tangentieel gemonteerde sproeimondstukken 10 worden gebruikt. Door de sproeimondstukken kan een deel van de voeding of een ander fluïdum, bijv. stoom, worden ingebracht om de voeding op de juiste wijze in rotatiebeweging te brengen. Het aantal sproeimondstukken is gekozen naar behoefte, bijvoorbeeld twee tot twintig 15 sproeimondstukken. Het is ook mogelijk om de voedingspijpen voor de te kraken koolwaterstoffen, welke de reactiezone binnenkomen, tangentieel te plaatsen in het ingangsgedeelte van de zone.

Volgens nog een andere voordelige uitvoering heeft 20 de reactiezone de vorm van een buitenwaarts expanderende kegel over zijn gehele lengte of een deel daarvan, bijvoorbeeld slechts bij het gedeelte van de toevoersectie.

Een dergelijke conische vorm heeft reeds op zichzelf het effekt, dat de verdeling van de verblijfstijd uniform is.

25 Vanuit het gewichtspunt van de kraakreactie is vastgesteld, dat de geschikte temperatuur is gelegen tussen 410 tot 470° en de druk tussen 2 en 20 bar. De verhouding van de gemiddelde diameter van de lengte van de reactiezone ligt met voordeel in het gebied van 1:1 tot 1:20.

30 De uitvinding zal thans in detail worden beschreven aan de hand van enkele voordelige uitvoeringen van de uitvinding, zoals getoond in de tekening. De uitvinding is evenwel niet beperkt tot deze voorbeelden. In de tekening toont: 35 fig. 1 een voordelige uitvoeringsvorm van de werkwijze in een schematisch gegeven processchema; fig. 2 een voordelige uitvoeringsvorm van de reactor, die gebruikt wordt bij de uitvinding, in schematisch zijaanzicht; 40 fig. 3 een andere voordelige uitvoering van de 8320167 - 5 - reactor, gebruikt bij de werkwijze volgens de uitvinding, gezien van boven; fig. 3B de reactor van fig. 3A in zijaanzicht; fig. 4A een verdere voordelige uitvoering van de 5 reactor, gebruikt bij de uitvinding, gezien van boven; en fig. 4B de reactor van fig. 4A in zijaanzicht.

In fig. 1 wordt de toevoerolie via pijpleiding 11 gebracht in de oven 12, waarvan de temperatuur wordt verhoogd op tussen 410 en 470°. Vanaf de oven 12 wordt de 10 olie via pijpleiding 13 geleid in de reactor 14, waar zij naar boven stroomt en uittreedt aan de top van de reactor via de pijp 15 naar een separate eenheid (niet getoond) waar bijvoorbeeld gas, petroleum, lichte en zware brandstof olie kunnen worden afgescheiden van elkaar. De gemid-15 delde verblijfstijd in de reactiezone ligt tussen 5 en 100 minuten.

In de uitvoering van fig. 2 is een spiraalvormig orgaan 16 gevormd binnen de reactor 14. De te kraken koolwaterstoffen worden geleid in de reactor 14 van 20 boven naar beneden, waardoor zij een spiraalvormige corridor binnentreden, gevormd door het spiraalorgaan 16, en waar het feitelijke kraken plaatsvindt.

Bij de uitvoering van fig. 2 kan de reactiezone 18 ook twee spiraalorganen 16 en 17 hebben, met tegengestelde 25 richtingen van de helix. Hierdoor zal het vloeistof/ gasmengsel, dat in de reactiezone 18 binnentreedt, van rotatierichting omkeren.

De fig. 3A en 3B tonen het benedendeel van het drukvat 14, dat dienst doet als reactiezone 18, en waarin 30 de te kraken koolwaterstofstroom wordt ingevoerd van beneden naar boven. Met het benedengedeelte van het drukvat 14 staan tangentieel de sproeimondstukken 19 in verbinding, door welke of een gedeelte van de voeding of een ander fluïdum, bijvoorbeeld stoom, kan worden 35 ingebracht, teneinde de koolwaterstofstroom, die moet worden gekraakt, in rotatie te brengen.

Bij de uitvoering van de fig. 4A en 4B zijn aan het uiteinde van de toevoerpijpleiding 20 voor de te kraken koolwaterstoffen sproeimondstukken 21 gevormd, die de 40 voeding tot een rotatiebeweging dwingen.

8320167 - 6 -

VOORBEELD I

Op proeffabrieksschaal werd thermisch kraken van ruwe olie uitgevoerd onder gebruikmaking van een reactor zoals in fig. l, en een overeenkomstige reactor, welke 5 geen helix-systeem had. In andere opzichten waren de condities gelijk. De toevoerolie was de vacuumdestillatie basis van Sovjet ruwe olie. De resultaten zijn in onderstaande tabel gegeven.

Karakteristiek Voeding Eigenschappen van het basis- 10 produkt (Destillatiefraktie 180C+)

Zonder Met helix-systeem helix-systeem

Dichtheid (g/cm 15 20 C) 1,0011 1,001 1,002

Asfalteengehalte (gew. %) 6,28 10,70 11,10

Zwavelgehalte (gew. %) 3,65 3,38 3,54 20 Viscositeit cSt (50°C); 43000 42000 3300

Stabiliteit 1) - 2,0 2,1 1) Het stabiliteitsconcept wordt meer in detail beschreven in: van Kerkvoort, W.J., Nieuwstad, A.J.J. IV: 25 E Congress Intern, du Chauffage Industriel, paper number 220, Paris, 1952.

- conclusies - 8320167

Claims (11)

1. Werkwijze voor het thermisch kraken van koolwaterstoffen, waarbij de koolwaterstoffen worden verhit tot reactietemperatuur, en gevoerd in een reactiezone, waar de stroom van beneden naar boven is, m e t het 5 kenmerk, dat het vloeistof/gasmengsel in tangentiële rotatie wordt gebracht in het drukvat (14) , dat de reactiezone (18) vormt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het vloeistof/gasmengsel in rotatie 10 wordt gebracht met behulp van ten minste ëën helix-vormig orgaan (16,17).

3. Werkwijze volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat het helix-systeem (16,17) van de reactiezone (18) is aangebracht over de gehele lengte 15 van het drukvat (14).

4. Werkwijze volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat het helix-systeem (16,17) van de reactiezone (18 J is aangebracht op een deel van de lengte van het drukvat (14) , of uitsluitend in de ingangs- 20 sectie en/of uitgangssectie daarvan.

5. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 4, met het kenmerk, dat het helix-systeem (16,17) twee of meer helixsystemen heeft, die de rotatie van het vloeistof/gasmengsel kunnen omkeren.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het vloeistof/gasmengsel in rotatie wordt gebracht met behulp van sproeimondstukken (19,21).

7. Werkwijze volgens conclusie 6, m e t het kenmerk, dat de sproeimondstukken (19) tangentieel 30 in verbinding staan met de ingangssectie van de reactiezone (18) . 8320167 - 8 -

8. Werkwijze volgens conclusie 6of7/met het kenmerk, dat de sproeimondstukken (21) in de reactiezone (18) zijn aan het verlengde van de voedings-pijpleiding (20) voor de koolwaterstoffen.

9. Werkwijze volgens één der conclusies 6 tot 8, met het kenmerk, dat het vloeistof/gasmengsel in rotatie wordt gebracht met behulp van een sproeimond-stuksysteem (19), waar doorheen een gedeelte van de toevoer, of stoom, of een ander fluïdum, wordt gebracht 10 in het drukvat (14).

10. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 9, met het kenmerk, dat het thermisch kraken wordt uitgevoerd in de reactiezone (18) bij een temperatuur van 410 tot 470° onder een druk van 2 tot 20 baren 15 met een gemiddelde verblijfstijd tussen 5 en 100 minuten.

11. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 10, met het kenmerk, dat voor de reactiezone (18), gebruik gemaakt wordt van een naar boven expanderend conisch drukvat (14). 8320167