NO174895B - Fremgangsmåte for vannmetning av tilförselsgass for dampkrakking - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår dampkrakking av hydrokarboner for fremstilling av lavere olefiner. Mer spesielt angår denne oppfinnelse tilsetningen av fortynningsdamp til gassformige hydrokarbon-utgangsmaterialer, samt regulering av damp/hydrokarbon-forholdet i det resulterende blandede utgangsmateriale som til-føres dampkrakkingsovnen.

De grunnleggende prosesstrinn for fremstilling av lavere olefiner, så som etylen og propylen, er velkjente, og omfatter høytemperaturdampkrakking av hydrokarboner i området fra etan til svært tunge gassoljer, hurtig avkjøling av de resulterende krakkede gasser, og deretter videre avkjøling av disse gasser, fra-skilling av prosesskondensat og hydrokarboner som normalt er flytende, komprimering av de gjenværende krakkede gasser til høyere trykk, avkjøling av de komprimerte gasser, og flere gangers eks-pansjon av de avkjølte gasser gjennom en serie av fraksjoherings-kolonner for å separere produktet etylen og ledsagende produkter.

Dampkrakkingstrinnet gjennomføres vanligvis i en rørformet, opphetet ovn som har en strålesekseksjon hvor krakking finner sted , og en kondensjonssone hvor overskuddsvarme fra strålingssonen gjennvinnes ved oppvarming av til f ørselsmateriale og dampf remstil-ling. Dampkrakkingsreaksjoner begunstiges av høy temperatur og lavt trykk. I kommersiell praksis tilsettes "fortynningsdamp" til det tilførte hydrokarbonmateriale i en tilstrekkelig mengde for å oppnå det laveste hydrokarbon-partialtrykk som er økonomisk praktisk. Fortynningsdamp undertrykker også koksdannelse i krak-kingrørene. Typiske damp/hydrokarbon-vektforhold for forskjellige utgangsmaterialer er:

Etan, propan 0,3 : 1

Nafta 0,4 : 1

Gassolje 0,6 : 1

I dagens praksis varieres damp/hydrokarbonforholdet for å tilfredsstille krav når det gjelder fullstendig fordampning av de tilførte materialer og for å opprettholde økonomisk gunstige be-tingelser. Lavere forhold tenderer til å redusere utstyr- og ener-giforbruk i et olefinanlegg; høye forhold tenderer til å forbedre utbytteselektivitet og til å redusere forbruk av utgangsmateriale.

Fortynningsdamp er en kostnadsfaktor i produksjonen fordi den vanligvis genereres fra prosesskondensater ved varmeveksling med damp under høyt trykk eller avgasser i krakkingovnens konveksjons-seksjon. Det er klart at fortynningsdamp ville være mindre kostbar dersom den kunne tilveiebringes ved metning av den tilførte hydro-karbongass med prosesskondensat på en måte som gir det ønskede damp/hydrokarbonforhold, og som bare krever en varmekilde med lav kapasitet og med liten eller ingen økonomisk betydning.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes og reguleres fortynningsdamp for dampkrakking av gassformige hydrokarboner ved sirkulasjon av vann oppover gjennom en oppvarmet, rørformet metningssone med hydrokarbontilførsel som injiseres i motsatt retning. En to-fase-blanding som utvinnes fra den rørformede metningssone, separeres til en vannstrøm for resirkulering og til en blandet tilførsels-strøm av normalt gassformige hydrokarboner som er fullstendig mettet med vann, og som føres til en dampkrakkingssone uten at det er nødvendig å tilsette supplerende damp. Sammensetningen av den blandede tilførselsstrøm, dvs. forholdet damp/hydrokarbon, reguleres ved valg av driftsmetnings-temperaturen som er valgt i metningssystemet. Injeksjon av hydrokarbon-tilførselsgass inn i den lavere, oppstuvede del av den rørformede metningssone sikrer full metning med gass ved vanntemperaturen. Vanntemperaturen opprettholdes ved regulering av graden av indirekte varmeveksling i den rørformede metningssone.

Den rørformede metningssone tilveiebringes på egnet måte ved hjelp av en vertikal mangerørs-varmeveksler anordnet for sirkulasjon av vann, fortrinnsvis prosesskondensat, oppover gjennom rørene, og det er videre anordnet for oppoverrettet injeksjon av gassformig hydrokarbon-tilførselsmateriale inn i rørene i samme retning som det sirkulerende vann. Vannet og gassen innenfor sonen oppvarmes med en varierende og kontrollert hastighet ved indirekte varmeveksling med et varmefluidum.

En likevektsblanding med to faser som omfatter vann og som er tilført hydrokarbon, utvinnes fra metningssonen og føres til en separasjonssone for damp/væske som har et statisk væsketrykk større enn trykket i metningssonen. Det er fordelaktig dersom separatoren fysisk er anbrakt over varmeveksleren for metning.

Oppoverrettet strøm av vann gjennom metningssonen induseres ved konvektiv sirkulasjon, vanligvis betegnet som termosifonsirkulasjon, og er et resultat av varmetilførsel til sonen. Denne sirkulasjon suppleres ved hjelp av oppoverrettet gass injeksjon inn i metningssonen, og kan eventuelt suppleres ytterligere ved hjelp av en sirkulasjonspumpe.

Damp som er skilt fra to-fase-blandingen er en blandet til-førselsstrøm som omfatter det gassformige hydrokarbon fullstendig mettet med vann ved strømmens temperatur. Denne temperatur velges som metningstemperatur for en blandet tilførselsstrøm med det ønskede damp/hydrokarbon-forhold, og opprettholdes ved regulering av oppvarmingsfluid til den rørformede metningssone.

Ettersom den blandede tilførselsstrøm vil forvarmes ytterligere, vanligvis i konveksjons-spiraler i dampkrakkingsovnen, bør den blandede tilførselsstrøm være fri for flytende hydrokarboner for å unngå problemer i forbindelse med oppvarming av to-fase-blandinger i ovnsspiraler. Tyngre hydrokarbon-tilførselsmateria-ler, så som naftaer, kan opprettholdes i gassformig tilstand gjennom det mettede system ved å holde systemet på høyere tempe-raturer. Varmekilder med høyere nivå er da imidlertid påkrevet, og disse vil da minske det ønskede incitament for anvendelse av det beskrevne metningssystem. I henhold til dette foretrekkes det å anvende damp som varmefluid med et trykk på mellom 0 og 7,2 bar, noe som vil tillate utvelgelse av den regulerende temperatur for den blandede tilførte dampstrøm i området mellom 88°C og 160°C. Ved vanlige trykk for den blandede tilførselsstrøm i området fra 2,7 bar til 8,3 bar vil dette område for metningstemperaturer tillate anvendelse av vektforhold mellom damp og hydrokarbon i området mellom 0,15 og 0,6.

Med henvisning til tegningen anvendes en kjent krakkingovn 1 med konveksjons-oppvarmingsseksjon 2 og strålings-oppvarming-seksjon 3 anvendes for å krakke hydrokarboner til etylen eller andre ønskede produkter. Konveksjonssonen 2 er utstyrt med spiraler 4, 5, 6, 7, som gjenvinner overskuddsvarme fra ovnen.

I den spesielle ovnsanordning som er illustrert, oppvarmes en blandet tilførselsstrøm 8 ved 5,5 bar, og som inneholder fortynningsdamp og propan med et vektforhold på 0,3 : 1 til begyn-nende krakkingtemperatur i ovnsspiraler 5 og 7, og føres til krakkingrørene 9 (det bare vist ett enkelt rør) . Krakket gass fra rørene 9 avkjøles hurtig i en hurtigkjølingsveksler 10, og føres så til et produktseparasjonssystem som ikke er vist.

I henhold til oppfinnelsen føres fortynningsdampkondensat som er skilt fra de krakkede gasser til damp/væske-separator 11 gjennom rørledning 12 som påfyllingsvann for metningssystemet for hydrokarbon-tilf ørselsgass. Vann fra separator 11 strømmer nedover gjennom rørledning 13 inn i den oversvømmede bunndel av varmeveksler 14 og oppover gjennom den rørformede metningssone dannet av rørene 15. Propan-utgangsmateriale tilføres systemet gjennom rør-ledning 16, og injiseres inn i rørene 15, hvor det strømmer med-strøms oppover med, og mettes av vannet som føres inn gjennom rør-ledning 13. Blandingen av vann og propan oppvarmes ved indirekte varmeveksling med en variabel og regulert hastighet med damp med 3,5 bar, som føres inn gjennom reguleringsventil 17. Dampkondensat fjernes fra yttersiden av varmeveksler 14 gjennom rørledning 18.

En likevektsblanding av vann og propan i to faser utvinnes fra den øvre ende av varmeveksler 14, og føres gjennom rørledning 19 til damp/væske-separator 11, fra hvilken en blandet tilførsels-strøm av fullstendig vannmettet propan føres ut gjennom rørledning 20. Den blandede tilførselsstrøm har det ønskede vektforhold damp-/propan på 0, 3 til 1 på grunn av den fullstendige metning med vann ved de temperatur- og trykkbetingelser som forekommer i den rør-formede metningssone, som i sin tur reguleres av systemets trykk og av temperaturen som er valgt ved hjelp av reguleringsinnretning 21. I dette eksempel hvor blandet tilførselsstrøm 8 er ved 5,5 bar, er temperaturen i den blandede tilførselsstrøm 20 som går ut av separator 11, og som er nødvendig for full metning av propan ved det ønskede forhold mellom damp og propan, 13 0"C. Dampstrømmen gjennom ventil 17 reguleres derfor ved hjelp av temperatur-reguleringsinnretning 21 for å opprettholde den valgte temperatur 13 0°C. Den blandede tilførselsstrøm forvarmes så eventuelt i varmeveksler 22. og oppvarmes videre til den innledende krakkingtemperatur på 650 °C i ovnsspiraler 5 og 7 før den føres inn i krakkingrørene 9. Fordi det ønskede forhold mellom damp og propan i den blandede tilførselsstrøm oppnås i metningssystemet for tilført gass, tilsettes ingen ytterligere damp til strømmen.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for regulering av fortynningsdamp for dampkrakking av gassformige hydrokarboner, karakterisert ved at den omfatter (a) sirkulasjon av vann oppover gjennom en rørformet metningssone (15) og oppvarming av vannet i denne sone i en variabel og regulert grad ved indirekte varmeveksling med et varmefluid; (b) injeksjon av et gassformig hydrokarbon-utgangsmateriale i en lavere oppstuvet del av den rørformede metningssone (15) medstrøms med det sirkulerende vann; (c) utvinning av en likevektsblanding i to faser bestående av vann og vannmettet hydrokarbontilførsel fra den rørformede metningssone (15); (d) innføring av den to-fasede likevektsblanding i en separasjonssone (11) som har et statisk væsketrykk større enn trykket i den rørformede metningssone (15); (e) utvinning av en vannstrøm fra separasjonssonen (11) og resirkulering av den utvunnede vannstrøm til den rørformede metningssone (15);' (f) utvinning av en blandet damptilførselsstrøm av gassformig hydrokarbon mettet med vann fra separasjonssonen (11); (g) regulering av graden av indirekte varmeveksling i den rør-formede metningssone (15) ved valg av en regulerende temperatur for den blandede dampformige tilførselsstrøm, og (h) innføring av den blandede damptilførselsstrøm til en dampkrakkingssone (9).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at oppvarmingsfluidet er damp med et trykk mellom 0 og 7,2 bar, at trykket av den blandede til-førte dampstrøm er mellom 2,7 bar og 8,3 bar, og at den valgte regulerende temperatur for den blandede tilførte dampstrøm er mellom 88°C'og 160°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vannet strømmer gjennom den rørformede metningssone (15) ved termosifonsirkulasjon.