NO164783B

NO164783B - PROCEDURE FOR MANUFACTURING THE AROMATES, BENZEN, TOLUEN, XYLENE (BTX) FROM HEAVY HYDROCARBONES.

Info

Publication number: NO164783B
Application number: NO84842472A
Authority: NO
Inventors: Sam Narayanan; Alex R Johnson; Herman N Woebcke
Original assignee: Stone & Webster Eng Corp
Priority date: 1982-10-20
Filing date: 1984-06-19
Publication date: 1990-08-06
Also published as: NO164783C; NO842472L; BR8307570A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte som The present invention relates to a method which

angitt i krav l's ingress. Oppfinnelsen vedrører spresielt forbedring av utbyttene av aromater (BTX) under betingelser hvori etan anvendes som hovedfortynningsmiddel ved cracking av tunge hydrokarboner. stated in claim l's preamble. The invention specifically relates to improving the yields of aromatics (BTX) under conditions in which ethane is used as the main diluent in the cracking of heavy hydrocarbons.

Termisk cracking av hydrokarboer til å gi olefiner er nå veletablert og velkjent, se f.eks. US patentene 3.487.121, 4.021.501 og 4.268.375, samt DE off.skrift nr. 2.262.607. Typisk vil termisk cracking forløpe ved innføring av en hydokarboninnmatning til en pyrolyseovn hvori hydrokar-boninnmatningen først oppvarmes til en forhøyet mellom-liggende temperatur i en omdannelsessone og deretter crackes fullstendig i strålingssonen i ovnen. Det crackede produkt blir deretter raskt avkjølt for å avbryte reak- Thermal cracking of hydrocarbons to give olefins is now well established and well known, see e.g. US patents 3,487,121, 4,021,501 and 4,268,375, as well as DE official document no. 2,262,607. Typically, thermal cracking will proceed by introducing a hydrocarbon feed to a pyrolysis furnace in which the hydrocarbon feed is first heated to an elevated intermediate temperature in a conversion zone and then completely cracked in the radiation zone of the furnace. The cracked product is then rapidly cooled to stop the reaction

sjonen som finner sted i pyrolysegassen og fiksere produkt-spekteret for å oppnå det mest ønskede utbyttet av olefiner og aromater. tion that takes place in the pyrolysis gas and fix the product spectrum to achieve the most desired yield of olefins and aromatics.

Det er velkjent at under crackeprosessen av hydrokarboner It is well known that during the cracking process of hydrocarbons

er reaksjonstemperaturen og reaksjonstiden de to hovedvariabler som bestemmer produktfordelingen. Produktfordelingsspekteret erholdt ved termisk cracking er en funksjon av betingelsesnivået for crackeprosessen, oppholdstiden og hydrokarbontrykk-profilen som opprettholdes i rørspiralen i reaktorsonen av ovnen. Betingelsesnivået er ment å angi intensiteten av cracke-betingelsene. are the reaction temperature and the reaction time the two main variables that determine the product distribution. The product distribution spectrum obtained by thermal cracking is a function of the condition level of the cracking process, the residence time and the hydrocarbon pressure profile maintained in the tube coil in the reactor zone of the furnace. The condition level is intended to indicate the intensity of the cracking conditions.

Det er generelt kjent at større mengder olefiner erholdes med korte oppholdstider og når det bibeholdes lave hydrokarbontrykk i reaksjonen i den termiske crackeovn. Korte oppholdstider er typisk 0,1 - 0,3 sekunder og lave hydrokarbontrykk er 0,35-1,26 kp/cm absolutt. Imidlertid er det antatt at mengdene av benzen, toluen og xylen som dannes under den termiske cracking er upåvirket av oppholdstiden og hydrokar-bonets partialtrykk. Det er for tiden antatt at innholdet av BTX i pyrolyseavløpet hovedsakelig er en funksjon av mengden It is generally known that larger amounts of olefins are obtained with short residence times and when low hydrocarbon pressures are maintained in the reaction in the thermal cracking furnace. Short residence times are typically 0.1 - 0.3 seconds and low hydrocarbon pressures are 0.35-1.26 kp/cm absolute. However, it is assumed that the amounts of benzene, toluene and xylene formed during the thermal cracking are unaffected by the residence time and the partial pressure of the hydrocarbon. It is currently believed that the content of BTX in the pyrolysis effluent is mainly a function of the amount

av innmatningen. Følgelig for en gitt innmatning vil produk- of the input. Consequently, for a given input, the produc-

sjonen av BTX i råpyrolysebensinen (RPG) ved et gitt omdannelsesnivå hovedsakelig være konstant. tion of BTX in the crude pyrolysis gasoline (RPG) at a given conversion level is essentially constant.

Det er en hovedhensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte, en metode som fremkom samtidig med utviklingen av "DUOCRACKING", idet ved foreliggende fremgangsmåte kan BTX innholdet i rå pyrolysebensin (RPG) delen av termisk cracket avløp forøkes, sammenlignet med det som for tiden er mulig ved et gitt omdannelsesnivå under anvend-else åv den kjente teknikk. It is a main purpose of the present invention to provide a method, a method that emerged simultaneously with the development of "DUOCRACKING", as with the present method the BTX content in the crude pyrolysis gasoline (RPG) part of the thermally cracked effluent can be increased, compared to what is currently is possible at a given conversion level using the known technique.

Det er ytterligere en hensikt med foreliggende oppfinnelse There is a further purpose of the present invention

å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken BTX innholdet i råpyrolysebensindelen av det crackede avløp kan forøkes og samtidig kan mengden av uønskede og høyere diolefiner nedsettes. to provide a method by which the BTX content in the crude pyrolysis gasoline part of the cracked effluent can be increased and at the same time the quantity of unwanted and higher diolefins can be reduced.

Det er en ytterligere hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken et spesielt lett hydrokarbon som er unikt egnet for å forøke BTX innholdet i pyrolysegass-innholdet, velges som et fortynningsmiddel for et tungt hydrokarbon. It is a further object of the invention to provide a method in which a particularly light hydrocarbon which is uniquely suitable for increasing the BTX content of the pyrolysis gas content is selected as a diluent for a heavy hydrocarbon.

Det er en annen og ytterligere hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken tunge hydrokarboner, såsom parafin, atmosfæregassolje og vakuumgassolje crackes under betingelser som gir et forøket utbytte av BTX i råpyrolysegassproduktet. It is another and further purpose of the present invention to provide a method by which heavy hydrocarbons, such as kerosene, atmospheric gas oil and vacuum gas oil are cracked under conditions which give an increased yield of BTX in the raw pyrolysis gas product.

I henhold til foreliggende fremgangsmåte blir et tungt hydrokarbon, såsom parafin eller et tyngre hydrokarbon delvis cracket i en konvensjonell pyrolyseovn. Samtidig blir etan cracket med en høyere omsetning, i den samme pyrolyseovn. According to the present method, a heavy hydrocarbon such as paraffin or a heavier hydrocarbon is partially cracked in a conventional pyrolysis furnace. At the same time, ethane is cracked with a higher turnover, in the same pyrolysis furnace.

Ved partiell cracking av det tunge hydrokarbon tilføres In partial cracking of the heavy hydrocarbon is added

det crackede avløp fra etan til den tunge hydrokarbonstrøm. Dette etan tjener som et fortynningsmiddel for å bevirke fullstendig cracking av det tunge hydrokarbon. the cracked effluent from ethane to the heavy hydrocarbon stream. This ethane serves as a diluent to effect complete cracking of the heavy hydrocarbon.

Fremgangsmåten er således særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del, ytterligere trekk fremgår av kravene 2-6. The method is thus characterized by what is stated in claim 1's characterizing part, further features appear in claims 2-6.

Det tunge hydrokarbon ble ytterligere cracket ved varmen The heavy hydrocarbon was further cracked by the heat

som er tilgjengelig fra etan og ytterligere strålingsvarme eller kombinasjon av disse to. which is available from ethane and additional radiant heat or a combination of the two.

Oppfinnelsen vil forstås ved betraktning av den vedlagte tegning som er et skjematisk diagram over en konvensjonell pyrolyseovn tilpasset for å muliggjøre foreliggende oppfinnelse . The invention will be understood by considering the attached drawing which is a schematic diagram of a conventional pyrolysis furnace adapted to enable the present invention.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er rettet mot å tilveiebringe betingelser under hvilke tunge hydrokarboner kan crackes til å gi et forøket utbytte av benzen, toluen og xylen (BTX). The method according to the invention is aimed at providing conditions under which heavy hydrocarbons can be cracked to give an increased yield of benzene, toluene and xylene (BTX).

Generelt er prosessen basert på partiell cracking av hydrokarboner og deretter fullstendiggjøre crackingen med det crackede avløp fra etanstrømmen. In general, the process is based on partial cracking of hydrocarbons and then completing the cracking with the cracked effluent from the ethane stream.

De tunge hydrokarboner som er påtenkt anvendt ved crackeprosessen er parafin, atmosfærisk gassolje, vakuumgassolje og rester. Det lette hydrokarbon som crackes for å tilveiebringe et fortynningsmiddel og en varmekilde for cracking av de tunge hydrokarboner er etan. The heavy hydrocarbons that are intended to be used in the cracking process are kerosene, atmospheric gas oil, vacuum gas oil and residues. The light hydrocarbon that is cracked to provide a diluent and a heat source for cracking the heavy hydrocarbons is ethane.

Foreliggende fremgangsmåte er en spesiell utførelsesform av "DUOCRACKING"-prosessen. The present method is a special embodiment of the "DUOCRACKING" process.

Som det fremgår av tegningen omfatter en konvensjonell ovn As can be seen from the drawing, a conventional oven comprises

2 en konveksjonssone 6 og en strålingssonen 8 og er forsynt 2 a convection zone 6 and a radiation zone 8 and is provided

med konveksjons- og strålingsseksjonrørledninger som er i stand til å utføre foreliggende fremgangsmåte. with convection and radiation section pipelines capable of performing the present method.

Konveksjonssonen 6 i henhold til foreliggende oppfinnelse er anordnet for å motta en innmatningsrørledning 10 The convection zone 6 according to the present invention is arranged to receive a feed pipe 10

for etaninnmatning og en innløpsrørledning 18 for en tung for ethane feed and an inlet pipeline 18 for a heavy

hydrokarboninnmatning. Spiralene 12 og 20 gjennom hvilke henholdsvis etaninnmatningen og den tunge hydrokarboninnmatning føres er lokalisert i konveksjonssonen 6"i ovnen 2. Rørledningene 14 og 22 er anordnet for henholdsvis å avgi fortynningsstrømmen til konveksjonsspiralene 12 og 20. hydrocarbon input. The spirals 12 and 20 through which the ethane feed and the heavy hydrocarbon feed respectively are passed are located in the convection zone 6" of the furnace 2. The pipelines 14 and 22 are arranged to deliver the dilution flow to the convection spirals 12 and 20, respectively.

Strålingssonen 8 er forsynt med spiraler 16 for å--cracke etaninnmatningen til en høyere omdannelse, spiraler 24 for partiell cracking av den tunge hydrokarboninnmatning og en felles spiral 26 i hvilken den tunge hydrokarboninnmatning crackes fullstendig og avløpet fra cracket etan blir raskt avkjølt for å terminere reaksjonene. En avløpsutførsels-rørledning 28 er anordnet og et konvensjonelt kjøleutstyr såsom en "USX" (Dobbeltrørutveksler) og/eller en<-"TLX" The radiation zone 8 is provided with coils 16 for cracking the ethane feed to a higher conversion, coils 24 for partial cracking of the heavy hydrocarbon feed and a common coil 26 in which the heavy hydrocarbon feed is completely cracked and the cracked ethane effluent is rapidly cooled to terminate the reactions. A waste discharge pipe 28 is provided and a conventional cooling equipment such as a "USX" (Double Tube Exchanger) and/or a <-"TLX"

(Flerrørsoverføringsutvekslerlinje) er anordnet for å kjøle det crackede avløp. (Multi-pipe transfer exchanger line) is arranged to cool the cracked effluent.

Systemet innebefatter også et separasjonssystemM som er konvensjonelt. Som det kan sees på tegningen er separasjons-systemet 4 tilpasset for å separere det avkjølte.avløp til en restgass (rørledning 32), et etylenprodukt (rørledning 34), et propylenprodukt (rørledning 36), et butadien/C^ produkt (rørledning 38), et pyrolysebensin/BTX produkt (rørledning 40), et lett brenseloljeprodukt (rørledning 42).'; og et brenseloljeprodukt (rørledning 44). The system also includes a separation systemM which is conventional. As can be seen in the drawing, the separation system 4 is adapted to separate the cooled effluent into a residual gas (pipeline 32), an ethylene product (pipeline 34), a propylene product (pipeline 36), a butadiene/C 2 product (pipeline 38 ), a pyrolysis gasoline/BTX product (pipeline 40), a light fuel oil product (pipeline 42).'; and a fuel oil product (pipeline 44).

Eventuelt er en rørledning 24A anordnet for å "avgi det partielt crackede tunge hydrokarbon direkte fra konveksjons-spiralen 20 til den felles spiral 26. Under visse betingelser kan det tunge hydrokarbon delvis crackes i konveksjonssonen 6 hvorved en ytterligere cracking i strålingssonen er unødvendig. Hovedsakelig utføres foreliggende fremgangsmåté<p>ved å- tilføre etaninnmatningen gjennom rørledningen 10 til.konveksjonsspolene 12 i konveksjonssonen 6 i ovnen 2. Tung hydrokarboninnmatning såsom parafin, atmosfærisk gassolje og vakuumgassolje til-føres gjennom rørledningen 18 til konveksjonsspiralene 20. Fortynningsdamp tilføres gjennom rørledningen?:14 - til konvek- Optionally, a pipeline 24A is arranged to deliver the partially cracked heavy hydrocarbon directly from the convection coil 20 to the common coil 26. Under certain conditions, the heavy hydrocarbon can be partially cracked in the convection zone 6 whereby further cracking in the radiation zone is unnecessary. present method by feeding the ethane feed through the pipeline 10 to the convection coils 12 in the convection zone 6 of the furnace 2. Heavy hydrocarbon feed such as kerosene, atmospheric gas oil and vacuum gas oil is fed through the pipeline 18 to the convection coils 20. Dilution steam is fed through the pipeline?:14 - to convection-

sjonsspiralene 12 gjennom hvilke etaninnmatningen føres. tion spirals 12 through which the ethane feed is passed.

Det er foretrukket at fortynningsdampen er overhetet vanndamp med en temperatur i området 185-540°C i konveksjonsseksjonen 6. Deretter føres fortynnet etan gjennom spiralen 16 i strålingsseksjonen 8 i ovnen 2. I strålingssonen vil etaninnmatningen crackes under høye omdannelsesbetingelser ved temperaturer i området 815-925°C med en oppholdstid på ca. It is preferred that the dilution steam is superheated water vapor with a temperature in the range of 185-540°C in the convection section 6. The diluted ethane is then passed through the spiral 16 in the radiation section 8 of the furnace 2. In the radiation zone, the ethane feed will be cracked under high conversion conditions at temperatures in the range of 815- 925°C with a residence time of approx.

0, 2 s. 0.2 p.

Samtidig vil den tunge hydrokarboninnmatning tilføres gjennom rørledningen 18 til konveksjonsspiralene 20 i konveksjonssonen 6 i ovnen 2. Fortynningsdamp tilføres gjennom rørled-ningen 22 til konveksjonsspolene 20 og blandes med tunge hydrokarboninnmatninger i forholdet 0,15-0,30 kg damp pr. At the same time, the heavy hydrocarbon feed will be supplied through the pipeline 18 to the convection spirals 20 in the convection zone 6 in the furnace 2. Dilution steam is fed through the pipeline 22 to the convection coils 20 and mixed with heavy hydrocarbon feed in the ratio of 0.15-0.30 kg of steam per

kg tungt hydrokarbon. Det tunge hydrokarbon heves til en temperatur i området 480-540°C i konveksjonssonen 6 i ovnen 2. Deretter blir den tunge hydrokarboninnmatning fra kon-veks jonssonen 6 tilført til strålingsspiralen 24 hvori den delvis crackes under midlere betingelser ved en temperatur i området 650-790°C med en oppholdstid på ca. 0,05 s. kg heavy hydrocarbon. The heavy hydrocarbon is raised to a temperature in the range of 480-540°C in the convection zone 6 of the furnace 2. Then the heavy hydrocarbon feed from the convection zone 6 is fed to the radiation spiral 24 in which it is partially cracked under moderate conditions at a temperature in the range of 650- 790°C with a residence time of approx. 0.05 s.

Den partielt crackede tunge hydrokarboninnmatning tilføres The partially cracked heavy hydrocarbon feed is fed

til den felles spiral 26 og den fullstendig crackede etan-pyrolysegass fra spiralen 16 tilføres også til den felles spiral 26. I den felles spiral 26 tilveiebringer det fullstendig crackede lette hydrokarboninnmatningsavløp varme for å effektuere ytterligere cracking av det partielt crackede tunge hydrokarbon og samtidig vil etanavløpet avkjøles som følge av den lavere temperatur til det delvis crackede tunge hydrokarbon. Det sammensatte produkt crackes til det ønskede nivå og deretter avkjøles raskt i et konvensjonelt kjøle-utstyr og separeres deretter til de forskjellige spesifikke produkter. to the common coil 26 and the fully cracked ethane pyrolysis gas from the coil 16 is also supplied to the common coil 26. In the common coil 26 the fully cracked light hydrocarbon feed effluent provides heat to effect further cracking of the partially cracked heavy hydrocarbon and at the same time the ethane effluent will cools as a result of the lower temperature of the partially cracked heavy hydrocarbon. The composite product is cracked to the desired level and then cooled rapidly in conventional cooling equipment and then separated into the various specific products.

Illustrering av foreliggende fremgangsmåte viser det forbedrede utbyttet av BTX sammenlignet med konvensjonelle prosesser. Illustration of the present process shows the improved yield of BTX compared to conventional processes.

De rapporterte data i eksempel 1 er fra prosesseksempelet rapportert i den samtidige søknad med tittelen "PROCESS AND The reported data in example 1 is from the process example reported in the concurrent application entitled "PROCESS AND

APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF OLEFINS FROM BOTH HEAVY AND APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF OLEFINS FROM BOTH HEAVY AND

LIGHT HYDROCARBONS (Swabi Narayanan, et al). LIGHT HYDROCARBONS (Swabi Narayanan, et al).

Eksempel 1 Example 1

"DUOCRACKING" utbyttedataene vist i eksempel 1 og 2 angir kun gassoljebidragene fra den kombinerte crackeprosess. Etanbidraget ble erholdt ved å tillate at etan cracket under identiske prosessbetingelser som blandingen. Bidraget fra etan ble deretter substrahert fra blandingsutbyttene for å oppnå kun bidraget fra gassolje under "DUOCRACKING" prosess-betingelsene. The "DUOCRACKING" yield data shown in Examples 1 and 2 indicate only the gas oil contributions from the combined cracking process. The ethane contribution was obtained by allowing the ethane to crack under identical process conditions as the mixture. The contribution from ethane was then subtracted from the mixture yields to obtain only the contribution from gas oil under the "DUOCRACKING" process conditions.

Claims

1. Process for the production of benzene, toluene and xylene with increased yield from a heavy hydrocarbon by thermal cracking, characterized by the following steps: a) diluting the heavy hydrocarbon stream with approx. 0.2 parts by weight of steam per weight part heavy hydrocarbon, partially crack the heavy hydrocarbon at a temperature in the range 650-780°C at a residence time of approx. 0.05 s; b) thermally cracking an ethane stream in the presence of dilution steam to high conversion; and c) mixing the partially thermally cracked hydrocarbon stream with the thermally cracked ethane stream to complete the cracking of the gas mixture obtained.

2. Method according to claim 1, characterized in that a ratio between heavy hydrocarbon and ethane of 65:35% by weight is used.

3. Method according to claim 1, characterized in that before the partial cracking of the heavy hydrocarbon stream, this is raised to a temperature in the range 480-540°C.

4. Method according to claim 1, characterized in that ethane is cracked under high conversion conditions at a temperature in the range 815-925°C with a residence time of 0.1-0.3 s.

5. Method according to claim 4, characterized in that before the complete cracking of ethane, this is mixed with dilution steam which is superheated to a temperature in the range 185-540°C, the steam being added in an amount of approx. 0.4 kg. steam per kg ethane.

6. Method according to claim 1, characterized in that the complete cracking of the heavy hydrocarbon takes place in a third zone and that this cracking zone comprises separate spirals.