NO164784B - Fremgangsmaate ved termisk cracing av tunge hydrokarbon-foeder for fremstilling av olefiner. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt termisk cracking (nedbrytning) av hydrokarboner til å gi olefiner. Mere spesielt vedrører oppfinnelsen cracking av tunge hydrokarboner såsom nafta, kerosen, atmosfærisk gassolje, vakuumgassolje og rester til å gi olefiner. Mere spesielt vedrører oppfinnelsen anvendelse av crackede lettere hydrokarboner som et fortynningsmiddel og varmekilde for cracking av tunge hydrokarboner.

For tiden finnes det et antall prosesser tilgjengelige for cracking av tyngre hydrokarboner til å gi olefiner. Typisk innføres hydrokarbonet som skal crackes til en ovn omfattende både en konveksjonssone og en strålingssone eller seksjon. Hydrokarbonet gis initielt forhøyet temperatur i konveksjonssonen og overføres deretter til strålingssonen hvor det under-kastes en intens oppvarming fra strålebrennere. Et eksempel på en konvensjonell ovn og fremgangsmåte er vist i US patent nr. 3.487.121. Ettér cracking blir avløpet raskt nedkjølt for å avbryte nedbrytningsreaksjonene.

Det er også velkjent at damp anvendes som et fortyrinings-middel ved cracking av hydrokarboner. Fortynningsdampen nedsetter blåndingens molekylvekt dg nedsetter hydrokarbonets partialtrykk i crackespiralene. Det nedsatte partialtrykk for-hindrer dannelse av uønskede koksprodukter i det indre av bestrålingsrørene. I tillegg vil fortynningsdampen forøke utbyttet av ønskede komponenter under crackingen. På den annen side vil anvendelse av damp i hydrokarbonstrømmen kreve en større ovnskapasitet og utstyr enn det som ville være nødvendig for hydrokarbon uten tilsatt damp. ytterligere når damp anvendes må energi og utstyr tilveiebringes for å generere og overoppvarme dampen. På den annen side har opti-mal økonomi favorisert drift ved et minimum damp til hydro-karbonforhold. Tidligere har lette hydrokarboner generelt vært anvendt for fremstilling av olefiner ved termiske crackeprosesser. Generelt kan lette hydrokarboner crackes med fortynningsdamp i området 0,3-0,6 kg damp pr. kg hydrokarbon. I den senere tid har behovet for olefiner overskredet tilgjengeligheten av lette hydrokarboner. Industrien har således søkt mot tyngre hydrokarboner som råvare for olefin-produksjon. Det er funnet at større mengder fortynningsdamp er nødvendig for tyngre hydrokarboner enn for lettere hydrokarboner. Det er funnet at for tyngre hydrokarboner kreves det 0,7-1,0 kg fortynningsdamp pr. kg hydrokarbon. Som en generell-regel er det nødvendig med større mengder fortynningsdamp for tyngre hydrokarboner for å oppnå det ønskede partialtrykk for hydrokarbonstrømmen for å undertrykke for-koksingshastighetene i strålespiralene under den termiske cracking. Følgelig vil behovet for fortynningsdamp kreve en større ovnsstørrelse og større plass.

Innen denne industri er det tidligere foreslått å anvende fortynningsmidler andre enn damp ved termisk cracking. Eksempelvis er det i US patent nr. 4.021.501 foreslått anvendelse av buten som et fortynningsmiddel ved cracke-prosessen. I US patent nr. 4.002.556 er det foreslått anvendelse av et hydrogendonorfortynningsmiddel. I henhold til patentet er en hydrogendonor et materiale som delvis er hydrogenert og som lett avgir hydrogen under de termiske crackebetingelser. Dette materialet injiseres i crackeen-heten ved. et antall steder for å bibeholde hydrogenover-føringsforholdet til crackeforholdet ved et i det vesentlige jevnt nivå i enheten.

Innen industrien er også anvendt hydrogen som et kjølemate-riale for direkte avkjøling av pyrolyseavløpet. I henhold til US patent nr. 2.928.886 avkjøles det crackede gassavløp ved direkte kontakt med en olj,e-vannemulsjon (5-15% olje) .

Ytterligere er det kjent anvendelse av aromatiske hydrokarbon og gassoljer som en kjøleolje for å øke olefinutbyttet av det crackede utgangsmaterialet. Den sistnevnte teknikk er blant annet vist i fransk patent nr. 1.349.293 og i japansk patent nr. 41/19886.

Nylig er det utviklet en fremgangsmåte for cracking av lette hydrokarboner under meget harde betingelser med etterfølgende samtidig avkjøling av det crackede avløp med en tung hydrokarbon og cracke den avkjølte tunge hydrokarbon under anvendelse av mindre harde betingelser véd anvendelse av den frie varme fra det crackede avløp, slik som angitt i US patent nr. 4.268.375.

Av alle de kjente prosesser er det ingen ved hvilken en tung hydrokarbon initialt delvis crackes med en minimal mengde fortynningsdamp og deretter crackes fullstendig under alvor-ligere betingelser under anvendelse av crackede lette hydro-karbonavløp som fortynningsmiddel.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken tunge hydrokarboner kan crackes under anvendelse av minimale mengder fortynningsdamp, dvs. hvor det anvendes fortynningsdamp vel under de konvensjonelle 0,7^1,0 kg damp pr. kg hydrokarbon. Det er en ytterligere hensikt med foreliggende oppfinnelse å cracke tunge hydrokarboner og lette hydrokarboner i en kombinert prosess.

Det er en ytterligere hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken et lett hydrokarbon crackes i det vesentlige til dens maksimale omdannelse ved en høy spiralutgangstemperatur og tunge hydrokarboner samtidig crackes til et mellomliggende trinn hvoretter det crackede lette hydrokarbonavløp forenes med det partielt crackede tunge hydrokarbonavløp for å tjene som fortynningsmiddel for de tunge hydrokarboner.

Det er ytterligere en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for cracking av tunge hydrokarboner hvor utstyrets størrelse, plassbehov for prosessen reduseres til under det som er nødvendig.. for å cracke tunge hydrokarboner, uten tap av utbytte av ønskede olefiner, sammenlignet med konvensjonell cracking med høy dampfortynning. Det er en ytterligere hensikt ved foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe plassbesparelse, innsparing i isolasjons-omkostninger som følge av. nedsatt service arealkrav og mini-malisering av det tilhørende dampgenereringsutstyr. For dette formål er det tilveiebragt en fremgangsmåte og et apparat for å cracke lette hydrpkarbonråmaterialer og tungt hydrokarbonråmateriale i et kombinert system.

Det lette hydrokarbonråmateriale crackes konvensjonelt i et første trinn med den vanlige krevede mengde fortynningsdamp. Cracking av det lette hydrokarboninnmatningsmaterialet for-løper ved først å tilveiebringe fortynningsdamp og heve temperaturen av råmaterialet i en konveksjqnsseksjon i en ovnuog deretter cracke den lette hydrokarboninnmatning til maksimal omdannelse i ovnens strålingssone. Samtidig forsynes den tunge hydrokarboninnmatning med én mindre mengde fortynningsdamp og temperaturen heves i konveksjonssonen i en ovn til en temperatur i området 540°C, deretter blir den tunge hydrokarboninnmatning delvis cracket i strålingssonen ved en temperatur på over 590°C og opptil 790°C.

Den lette hydrokarboninnmatning cracket ved høy omdannelse

og den partielt crackede tunge hydrokarboninnmatning kombineres. Ytterligere cracking av det tunge hydrokarbon kan finne sted på en av flere måter:

(i) i strålingssonen - under direkte varme/glødekontroll

(ii) i strålingssonen - men vekk fra direkte strålings-eksponering (iii) adiabatisk - fullstendig; isolert for bidrag fra stråling eller konveksjon og kan være eksternt i forhold ti ovnen,

og

(iv) ved en hvilken som helst kombinasjon av disse metoder.

I den felles rørledning blir den crackede pyrolysegass fra

den lette innmatning avkjølt for å avslutte eller nedsette omsetningen av de lette avløp. Samtidig vil varmen fra den lette hydrokarboninnmatning cracket ved høy omsetning tilveiebringe ytterligere varme for ytterligere cracking av den tunge hydrokarboninnmatning.

Ovnskonstruksjonen som er utviklet for fremgangsmåten anvender en seksjon av ovnen og som er egnet for partiell cracking av den tunge hydrokarboninnmatning, en seksjon for å maksimalisere omdannelsen av en lett hydrokarboninnmatning og en seksjon for å tilveiebringe en separat regulering av varmen som tilføres den felles rørledning hvor pyrolysegassene fra den lette hydrokarbon avkjøles og hvor avløpet fra det partielt crackede tunge hydrokarbon ytterligere crackes til det ønskede omdannelsesnivå. Konvensjonelle kjølemetoder og konvensjonelle separasjonssystemer er også anordnet for å gjøre prosessen fullstendig. Oppfinnelsen vil lettere forstås ved henvisning til de vedlagte tegninger hvor: Figur 1 viser skjematisk et flyteskjema for foreliggende oppfinnelse og tilpasset for anvendelse i en konvensjonell pyrolyseovn, og Figur 2 er en skjematisk tegning av en ovn spesielt konstruert for å cracke lette og tunge hydrokarboner i henhold til foreliggende fremgangsmåte.

Som det tidligere er indikert har fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen til hensikt å tilveiebringe et middel for å cracke en tung hydrokarboninnmatning uten behov for en større mengde fortynningsdamp. Tidligere var dette store dampbehov nødvendig for å gi partialtrykk nødvendig for å undertrykke koksdannelse i strålingsseksjonen av crackeovnen. De påtenkte tunge hydro-karboninnmatniriger ;er nafta, parafin, atmosfærisk gassolje, vakuumgassolje og rester. Ytterligere kan foreliggende fremgangsmåte utøves under anvendelse av konvensjonelle ovnsappa-rater, imidlertid som det vil fremgå er en ovn som er spesielt velegnet og spesielt konstruert for foreliggende fremgangsmåte også tilveiebragt. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan passende betegnes som "DUOCRACKING".

Som det best fremgår av figur 1 er en konvensjonell ovn 2 omfattende en konveksjonssone 6 og en strålingssonen 8 forsynt med konveksjons- og bestrålingsseksjonrørledninger i stand til å utføre fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Konveksjonssonen 6 i henhold til oppfinnelsen er anordnet for

å motta en innmatningsrørledning 10 for lett hydrokarboninnmatning og en innløpsrørledning ,18 for en tun hydrokarboninnmatning. Spiralene 12 og 20 gjennom hvilke henholdsvis den lette hydrokarboninnmatning og den tunge hydrokarboninnmatning føres er plassert i konveksjonssonen 6 i ovnen 2. Rørledningene 14 og 22 er anordnet for å avgi fortynningsdamp til henholdsvis konveksjonsspiralene 12 og 20.

Strålingssonen 8 er forsynt med spiraler 16 for å cracke

den lette hydrokarboninnmatning til høy omdannelse og spiralene 24 for partiell cracking av den tunge hydrokarboninnmatning. En felles spiral 26 er også anordnet hvori den tunge hydrokarboninnmatning crackes i en vesentlig grad ved hjelp av en av de fire måter som tidligere forklart og avløpet fra det lette hydrokarbon avkjøles for å avbryte reaksjonene.

En avløpsutførselsrørledning 28 er anordnet og konvensjonelt kjøleutstyr såsom en USX (Double Tube Exchanger) og/eller en TLX (Multi-Tube Transfer Line Exchanger) er også anordnet for å avkjøle det crackede avløp.

Systemet innebefatter også et separasjonssystem 4 som er konvensjonelt. Som det fremgår av figur 1 er separasjonssystemet 4 tilpasset for å separere det avkjølte avløp til restgass (rørledning 32), etylenprodukt. (rørledning 34),propylenprodukt (rørledning 36), butadien C^-produkt (rørledning 38), rå pyrolysebensin/BTX produkt (rørledning 40), lett brenselsolje-produkt (rørledning 42) og brenselsoljeprodxikt (rørledning 44) .

Eventuelt er det anordnet en rørledning 24A for å avgi det partielt crackede tunge hydrokarbon direkte fra omdannelses-spiralen 20 til den felles rørledning 26. Under disse betingelser kan det tunge hydrokarbon delvis crackes i konveksjonssonen 6 og derved gjøre ytterligere cracking i strålesonen unødvendig.

Generelt utføres foreliggende fremgangsmåte ved å tilføre

en lett hydrokarboninnmatning såsom etan, propan, normal og iso-butan, propylen, blandinger derav, raffinater og naftaer gjennom rørledningen 10 til konveksjonsspiralene 12 i kon-veks jonssonen 6 i ovnen 2. Tung • hydrokarboninnmatning såsom nafta, parafin, atmosfærisk gassolje eller vakuumgassoljé ■ tilføres gjennom rørledningen 18 til konveksjonsspiralene 20.

Fortynningsdamp tilføres via rørledningene 14 til konveksjonsspiralene 12 gjennom hvilke den lette hydrokarboninnmatning føres. Det er foretrukket at fortynningsdampen er overhetet damp ved temperaturer i området 4 25-54 0°C. Fortynningsdampen blandes med den lette hydrokarbonblanding i forholdet 0,3-0,6 kg damp pr. kg innmatning. Blandingen av den lette innmatning og fortynningsdampen heves til en temperatur på ca. 54 0°C til 650°C. Deretter føres det oppvarmede hydrokarbon gjennom spiralen 16 i strålingsseksjonen 8 av ovnen 2. I strålingssonen vil den lette hydrokarboninnmatning fortrinnsvis crackes under kraftige betingelser ved temperaturer i området 815°C og 930°C ved oppholdstiden i området 0,1-0,3 s.

Samtidig tilføres den tunge hydrokarboninnmatning gjennom rør-ledningen 18 til konveksjonsspolene 20 i konveksjonssonen 6 i ovnen 2. Fortynningsdamp tilføres via rørledningen 22 til kon-veks jonsspolene 22 og blandes med det tunge hydrokarbon i et forhold på 0,15-0,20 kg damp pr. kg hydrokarbon. Blandingens temperatur heves til 450-650°C, fortrinnsvis 480-540°C i kon-veks jonssonen 6 i ovnen 2. Deretter blir den tunge hydrokarboninnmatning fra konveksjonssonen 6 tilført til strålingsspiralene 24 hvori det partielt crackes under lavere eller midlere harde betingelser til en temperatur ved 675-790°C med en oppholdstid på 0,05-0,20 s. Den delvis spaltede tunge hydrokarboninnmatning føres til den felles rørledning 26 og den fullstendig crackede lette hydro-karbonpyrolysegass fra rørledningen 16 føres også til den felles rørledning 26. I den felles rørledning 26 vil avløpet fra den fullstendig crackede lette innmatning tilveiebringe varme til å gi en mer fullstendig cracking av det delvis crackede tunge hydrokarbon. Samtidig blir avløpet fra det lette hydrokarboninnløp avkjølt av den lavere temperatur av den delvis crackede tunge hydrokarboninnmatning i den felles rørledningen 26. Den sammensatte blanding blir ytterligere cracket og deretter konvensjonelt avkjølt i et konvensjonelt kjøleutstyr og deretter separert i de forskjellige spesifikke produkter.

Ovnen 102 i figur 2 er utviklet spesielt for foreliggende fremgangsmåte. På samme måte som i den konvensjonelle ovn er det anordnet en konveksjonssone 106 og en strålingssone 108. Imidlertid er det anordnet en separat spiral 120 i kon-veks jonssonen for gjennomføring av tungt hydrokarbon og det er også anordnet en separat spiral 112 for gjennomføring av lett hydrokarbon.

Strålingssonen 108 er anordnet med en strålingsspiral 116

og et antall brennere 140 for kraftig cracking av den lette hydrokarboninnmatning. Praksis har vist at spiralen 116 kan være en flerrøret spiral med brennere med en sammensatt brennekapasitet for å oppnå omdannelsesnivåer på 60-65% etan, 85-95% propan, 90-95% butaner, 95-98% og 95-98% omdannelse for raffinat- eller lett nafta. En kort spiral 116 vil tilveiebringe en kort oppholdstid men høy utløpstemperatur fra spiralen. En slik kort spiral vil forsterke selektiviteten. En lengre spiral 116 kan resultere i de ovenfor nevnte omdan-nelser av lettere bestanddeler og kan også anvendes for å tilveiebringe en lavere temperatur av utløpet fra spiralene. Hver av spiralene kan med fordel anvendes på kjent måte av en fagmann.

En rekke strålebrennere 14 0 vil tilveiebringe den nødvendige varme for å gi de krafige crackebetingelser for den lette hydrokarbon i spiralene 116. Stråleseksjonen 108 er også forsynt med en spiral 124 for partiell cracking av det tunge hydrokarbon som kan være i et enkelt rør. En rekke brennere 142 vil tilveiebringe den nødvendige varme for partiell cracking av tunge hydrokarboner.

En rekke brennere 146 er anordnet mot det felles rør 126 og vil tilveiebringe regulert oppvarmning av det felles rør 126

hvori tungt hydrokarbon fullstendig crackes ,og avløpet fra det lette hydrokarbon avkjøles.

Den tilgjengelige varme fra avløpene fra det lette hydrokarbon tilveiebringer nå entalpi for fortsatt spaltning av det tunge hydrokarbon. Ved valg av passende strømningsmengder for de lette og tunge hydrokarbonstrømmer kan tilveiebringes den nødvendige varme for en fullstendig spaltning av det tunge hydrokarbon.

Imidlertid kan røret 126 kontrollert oppvarmes av brennerene 146 og således tilveiebringe ytterligere varme utover det som tilføres fra avløpene fra det lette hydrokarbon.

Ved å holde spiralen 126 i brennrommets omgivelse tilveiebringer en atmosfære ved hvilken det tunge hydrokarbon isotermisk absor-berer varmen f ra de lette avløp under kontrollerte betingelser. Det tunge hydrokarbon som øyeblikkelig når en høy temperatur som følge av blanding holdes ved blandingens temperatur ved ca. 760°C med en kort oppholdstid i området 0,02-0,05 s for å gi det ønskede omdannelsesnivå.

Vedå holde spiralen 124A, avskygget fra direkte stråling, tilveiebringer en atmosfære ved hvilken det tunge hydrokarbon adiabatisk kan absorbere varme fra de lette avløp. Den suksessive innføring av avløpene fra lett cracket hydrokarbon inn i den tunge hydrokarbonstrøm i spolen 124A vil også tilveiebringe en kontrollert forøkning av temperaturprofilen med hensyn til det tunge hydrokarbon.. Høye omdannelsesnivåer for tungt hydrokarbon oppnås ved å øke blandingens temperatur til 800-870°C ved tilføring, om nødvendig, varme fra brennerene 146. Under disse forøkede oppvarmingsbetingelser vil lavere oppholdstider på 0,01-0,02 s bevirke fullstendig omdannelse av de tunge hydrokarboner.

Et eksempel på fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse sammenlignet med en konvensjonell prosess viser utbyttesfordelene ved oppfinnelsen. I eksempelet ble de følg-ende betingelser bibeholdt:

"DUOCRACKING" utbyttesverdiene vist i eksempelet gjelder kun for bidraget fra gassoljen i den kombinerte crackeprosess. Bidraget fra etan ble erholdt ved å cracke etan under iden-tiske prosessbetingelser som blandingen. Bidraget fra etan ble deretter substrahert fra utbyttene for blandingen for å oppnå kun bidraget fra gassoljen under "DUOCRACKING" frem-stillingsbetingelsene.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved termisk cracking av tunge hydrokarbon-føder for fremstilling av olefiner, karakterisert ved at den omfatter: (a) fortynne den tunge hydrokarbon-føden (18) med vanndamp (22) i et forhold på 0,2 eller mindre kg damp pr. kg av tunge hydrokarboner, (b) øke temperaturen i de tunge hydrokarbonene med vanndamp fortynningsmiddel til en temperatur på 593-788°C ved en oppholdstid på 0,05 - 0,2 sekunder for å oppnå en delvis termisk cracking i rørene (24), (c) blande en strøm av lette hydrokarboner (10) som er lettere enn den tunge hydrokarbon-føden med vanndamp fortynningsmiddel (14), (d) termisk cracke den lette hydrokarbon-fødestrømmen fullstendig i rørene (16) ved en temperatur på 815-926°C ved en oppholdstid på 0,1 - 0,3 sekunder, (e) tilsette det fullstendig crackede lette hydrokarbon fortynningsmiddelet til strømmen av delvis crackede tunge hydrokarboner og danne en blandings-strøm, hvor de lette hydrokarbonene tilfører varme for videre cracking og virker som et fortynningsmiddel for de delvis crackede tunge hydrokarbonene, (f) videre cracke den sammensatte strømmen i fellesrøret (26), og (g) bråkjøle utløps-strømmen (28) fra den crackede sammensatte strømmen av tunge og lette hydrokarboner i et apparat for bråkjøling (30) for å stanse reaksjonene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fortynningsdampen tilføres den lette hydrokarbon-strøm i et forhold på 0,3-0,6 kg damp pr. kg lett hydrokarbon .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som tungt hydrokarbon anvendes nafta, parafin, atmosfærisk gassolje, vakuumgassolje og rester.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 3, karakterisert ved at det som lett hydrokarbon anvendes etan, propan, propylen, normal- og isobutan, raffinater og naftaer eller blandinger derav.