TWI408221B - 利用全原油原料之烯烴生產 - Google Patents

Description

利用全原油原料之烯烴生產

本發明關於藉由全原油的熱裂解來形成烯烴。更詳而言之，本發明關於利用全原油當作採用烴裂解方法如於熱解爐中蒸汽裂解的烯烴生產工廠的原料。

烴的熱裂解是一種廣用於生產烯烴如乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯及芳香烴如苯、甲苯和二甲苯的石油化學程序。

基本上，烴原料，例如藉由蒸餾或分餾全原油而生產的輕油、製氣油或全原油的其它餾份，係與充當稀釋劑的蒸汽混合，以保持烴分子分離。蒸汽/烴混合物係被預熱到約華氏900度至約1,000度(℉或F)，然後進入反應區內，於該反應區內被非常快速地加熱到在約1,450至約1,550F範圍內的激烈烴裂解溫度。

此程序係於範圍從約10至約30 psig的反應區壓力下於熱解爐(蒸汽裂解器)內進行。熱解爐在其內部有對流段及輻射段。預熱係在對流段中達成，而激烈的裂解係在輻射段中發生。

於激烈的裂解後，熱解爐的流出物含有大為不同的氣態烴，例如每分子1至35個碳原子。這些氣態烴可為飽和、單飽和及多飽和的，且可為脂肪族、脂環族及/或芳香族。所裂解的氣體亦含有大量的分子氫(氫)。

因此，習知的蒸汽裂解，如在商業的烯烴生產工廠中所進行者，係採用全原油的餾份，而且將該餾份完全汽化，同時將其熱裂解。所裂解的產物可含有例如約1重量百分率(重量%)的氫、約10重量%的甲烷、約25重量%的乙烯及約17重量%的丙烯，所有的重量%皆係以該產物的總重量為基準，其餘者大部分係由其它每分子有4至35個碳原子的烴分子所組成。

然後在烯烴生產工廠進一步加工所裂解的產物，以生產各種分開的個別高純度物流，如氫、乙烯、丙烯、每分子有四個碳原子的混合烴、燃料油及熱解汽油。每一上述分開的個別物流本身就是有價值的商業產品。因此，烯烴生產工廠目前採取全原油物流的一部分(餾份)而由此產生多種分開的有價值產品。

如上述，習知烯烴生產工廠的原料之起始材料，於抵達工廠之前，通常已經先接受相當昂貴的加工。通常，全原油被蒸餾或分餾成為數種餾份，如汽油、煤油、輕油、製氣油(真空或常壓)等等，包括高沸點殘渣油。之後，這些餾份任一者，除了殘渣油以外，可通往烯烴生產工廠當作該工廠的原料。

將合意的是，能夠放棄精煉蒸餾單元(全原油加工單元)的資本和操作成本，該單元將原油加工以產生充當習知烯烴生產工廠原料之原油餾份。然而，到最近為止的先前技術係教示遠離具有太寬沸點範圍分布的均勻烴切取份(餾份)。例如，見Lenglet的美國專利第5,817,226號。

最近，美國專利第6,743,961號頒予Donald H.Powers。該專利係關於採用含有填充料的汽化/輕度裂解區來裂解全原油。該區的操作方式係使得尚未汽化的全原油之液相被保持在該區中，直到更黏滯烴液體成分之裂解/汽化達到最大程度為止。此僅容許最小量的固體殘渣形成，該殘渣以填充料上的沈積物遺留下來。此殘渣稍後藉由習知的蒸汽空氣除焦而從填充料燒掉，理想上在正常的爐除焦循環期間，見該專利的第7欄第50－58行。因此，該專利的第二區9係當作含有不能在程序所採用的條件下被裂解或汽化的原油進料的成分(包括烴質材料)之阱，見該專利的第8欄第60－64行。

2002年9月16日申請的美國專利申請案序號10/244,792係與美國專利第6,743,961號具有共同的發明人及受讓人，其針對一種該專利中所揭示的方法，但其採用輕度酸性裂解觸媒來驅動汽化/輕度裂解單元的全體功能，使更朝向汽化(沒有先前的輕度裂解)－輕度裂解(接著汽化)系列之輕度裂解端。

2003年7月10日申請的美國專利申請案序號10/616,839係與美國專利第6,743,961號具有共同的發明人及受讓人，其針對一種該專利中所揭示的方法，但其將汽化/輕度裂解單元中所殘留尚未汽化或輕度裂解的液體烴予以去除。這些原油進料的液體烴成分係由靠近該單元的底部被取出，然後通往一分開控制的空化裝置，以提供額外的裂解能量給那些在先前已經抵抗汽化和輕度裂解的黏滯烴成分。因此，該發明亦尋求在汽化/輕度裂解單元驅動全體程序以更朝向上述汽化－輕度裂解系列之輕度裂解端。

依照本發明，茲提供一種利用全原油當作烯烴生產工廠原料之方法，其使得汽化功能達到最大程度，而且使得上述輕度裂解功能減到最小程度(若未消除的話)，藉以驅動本發明汽化單元中之全體程序強烈地朝向上述系列的汽化端。

根據本發明，全原油係被預熱，如在習知的烯烴生產工廠(烯烴工廠)中者，以從原油生產烴蒸氣和液體的混合物，而有很少或沒有焦炭的形成。然後使汽狀烴與殘留的液體分離，並使蒸氣通往激烈的裂解操作。藉由將驟冷油導入單元內及從該單元取出由驟冷油和來自原油進料的殘留液體烴所組成的液體殘渣油，以使殘留的液體烴接受有利於汽化更勝過輕度裂解的條件。

本發明中所用的術語"全原油"係意指從油源噴出的原油，但該原油可接受以使它可供輸送到原油煉油廠及/或在該煉油廠中的習知蒸餾的任何處理除外。該處理應包括例如脫鹽的步驟。其為適合於在煉油廠中蒸餾或其它分餾的原油，但其尚未進行任何該蒸餾或分餾。其可能包括(但未必總是包括)不沸騰成分，如瀝青烯或焦油。因此，若非不可能，要提供全原油的沸騰範圍是很困難的。因此，根據本發明用作烯烴工廠初始進料的全原油可為直接來自油田管線及/或習知原油儲存設施的一或多種原油，如使用說明所示者，而沒有任何的先前分餾。

本發明中所用的術語"烴"及"烴類"並不意味材料全然或僅含有氫原子和碳原子。該術語意指材料的本性係烴質的，它們主要或實質上係由氫和碳原子所組成，但可含有其它元素如氧、硫、氮、金屬、無機鹽、瀝青烯等等，即使可觀量亦然。

本發明中所用的術語"氣體"或"氣體類"係意指本質上係汽態的氣體，例如單獨的蒸汽、蒸汽與烴蒸氣的混合物等等。

本發明中所用的術語"焦炭"係意指任何高分子量碳質固體，且包括由多核芳香烴縮合所形成的化合物。

本發明可用的烯烴生產工廠應包括用於最初接受和裂解全原油進料的熱解(裂解)爐。烴之蒸汽裂解用的熱解爐係藉由對流和輻射來加熱，且包括一系列的預熱、循環及裂解管，通常為成束的這類管，以供預熱、輸送及裂解烴進料。高裂解熱係由配置在爐之輻射段(有時稱作"輻射段")中的燃燒器所供應。來自這些燃燒器的廢氣係循環經過爐的對流段，以提供用於預熱進來的烴進料所需要的熱。爐的對流段與輻射段係在"交叉"處接合，而且以上所提及的管子係將烴進料從一段的內部攜帶到下一段的內部。

裂解爐係設計用於在輻射段中從輻射管(旋管)入口開始快速加熱，於該處由於低溫，故反應速度常數是低的。大部分所傳遞的熱係僅將烴從入口溫度提高到反應溫度。在旋管的中間，溫度上升的速率較低，但是裂解速率是可察覺的。在旋管出口處，溫度上升的速率會稍微增加，但是不如入口處快速。反應物的消失速率為其反應速度常數乘以局部濃度的積。在旋管的末端，反應物濃度是低的，而可藉由增加程序氣體溫度以獲得額外的裂解。

進料烴的蒸汽稀釋會降低烴分壓、增進烯烴的形成及減少在輻射管中朝向焦炭形成的任何傾向。

裂解爐典型上具有矩形火箱，其具有置於中央位於輻射耐火壁之間之豎管。該管子係從其頂部被支撐。

輻射段的生火係用壁或地板裝燃燒器或兩者的組合，使用氣態或組合的氣態/液態燃料來達成。火箱典型上係在稍微的負壓下，最常是用向上流動的煙道氣。藉由至少一種自然通風或誘導的通風扇，以建立煙道氣流入對流段。

輻射旋管通常掛在單一平面中，向下到火箱的中心。它們可套疊在單一平面中或平行地置於交錯的雙列管排列中。從燃燒器至輻射管的熱傳遞大部分藉由輻射來發生，因此，叫做熱"輻射段"，烴於此處被加熱到約1,450℉至約1,550℉，藉此經歷激烈的裂解。

輻射旋管因此是一種火燒的管狀反學反應器。送往爐的烴進料係在對流段中藉由來自輻射段的煙道氣之對流加熱、對流段中進料之蒸汽稀釋或類似者，而被預熱到約900℉至約1,000℉。於預熱後，於習知的商業爐中，進料準備好進入輻射段。

在典型的爐中，對流段可含有多區。例如，進料可一開始在第一上部區中被加熱，鍋爐給水在第二區中被加熱，混合的進料和蒸汽在第三區中被加熱，蒸汽在第四區中被過熱，而最後的進料/蒸汽混合物在底部第五區中被預熱完成。區的數目及它們的功能可相當地變化。因此，熱解爐可為複雜且可變化的結構。

離開輻射段的裂解氣態烴係被快速地降低溫度，以防止裂解模式的破壞。於烯烴生產工廠中將裂解後的氣體冷卻，然後在下游進一步將其加工，係以高壓蒸汽回收大量的能量，以再利用於爐及/或烯烴工廠中。此常常是使用技藝中眾所周知的輸送線交換器來達成。

輻射旋管設計者努力於短的滯留時間、高溫及低烴分壓。旋管長度和直徑係由每一旋管的進料速率、與溫度能力有關的旋管冶金術及旋管中焦炭沈積速率來決定。旋管的範圍係從具有低進料速率的單一小直徑管與每爐有許多旋管到具有高進料速率的長的大直徑管與每爐有較少旋管。較長的旋管可由用U形彎頭所連接的數節管道來構成。可採用各種不同的管子組合。例如，四支平行的窄管可供給兩支亦平行的較大直徑管，其然後供給串聯連接的更大管。因此，旋管長度、直徑及串流及/或並流的排列可從爐至爐之間廣泛地變化。爐由於它們設計上的專有特徵，故常常以它們的製造商來提及。本發明適用於任何的熱解爐，包括但不限於由Lummus,M.W.Kellog & Co.、Mitsubishi、Stone & Webster Engineering Corp.、KTI Corp.、Linde－Selas等所製造者。

由爐所流出的裂解烴之下游加工係有相當變化，且特別是基於初始烴進料是否為氣體或液體。因為本發明僅使用液態全原油當作進料，故此處的下游加工將針對液體供給的烯烴工廠來說明。來自液體原料、先前技術的輕油至製氣油及本發明的全原油之裂解氣態烴之下游加工係比氣態原料更複雜，因為有較重的烴成分存在於原料中。

用液體烴原料下游加工，雖然可能在各廠間有所不同，但典型上是在例如在如上述的輸送線交換器中將爐流出物作熱交換後者，採用油驟冷。然後，使裂解的烴物流接受初級分餾，以去除重液如燃料油，接著壓縮未凝結的烴，及從它去除酸氣和水。各種所欲的產物然後被個別分離，例如乙烯、丙烯、每分子有四個碳原子的烴類混合物、燃料油、熱解汽油及高純度氫流。

依照本發明，茲提供一種利用全原油液體(尚未接受分餾、蒸餾等等)當作烯烴工廠熱解爐的初級(初始)原料。藉著如此作法，本發明免除將全原油分成各種餾份，例如從輕油至製氣油，以充當爐的初級原料之昂貴蒸餾需要，如上述首先說明的先前技術所主要進行者。

如上述略提及者，使用液體烴初級原料係比使用氣態烴更複雜，因為存在於液體中的較重成分並沒有存在於氣體中。當使用全原油作為初級原料相對於使用液體輕油或製氣油作為初級進料時更是如此。使用全原油，有較多通常為液體的烴成分存在，且其自然的熱力學傾向係保持在該狀態。液體進料需要熱能來將液體加熱到其汽化溫度，其對於較重的成分而言可相當高，加上該成分之汽化的潛熱。

如上述，為了裂解目的，需要使預熱的烴流以氣態通往輻射段，且其中要求使用全原油當作爐的初級進料。亦高度合意的是保持上述較重成分離開輻射段，以及對流段的較高溫度部分，因為若它們接觸輻射旋管的內壁，則它們可能導致在該旋管中有不想要的焦炭形成。藉由本發明，即便使用全原油當作初級進料，也可避免過量焦炭的產生。此係與先前技術的優勢相反，該先前技術教示將全原油直接供給到習知的蒸汽爐係不可行的。

藉由本發明，避免前述使用全原油當作爐的初級進料之問題，而且藉由主要採用汽化功能來達成使通入爐輻射段內的烴流完全汽化，正好與組合汽化/輕度裂解功能相反，其中輕度裂解並不是方法的重要目標。本發明的汽化步驟可涉及微量的輕度裂解或沒有輕度裂解，視所採用的材料而定，例如原油進料和驟冷油(以下定義)，但是輕度裂解並不是本發明的目標。在某些用含有烴質成分材料的情況下正好不可避免輕度裂解至稍微程度。

本發明可使用獨立的汽化設施來進行，該汽化設施係與對流和輻射段分開且獨立地操作，且可被用來當作(1)爐的整體段，例如於爐內在或接近對流段，但在輻射段的上游，及/或(2)在爐本身外，但與爐流通。當被採用在爐外時，全原油初級進料係在爐的對流段中被預熱，離開對流段和爐通往單獨駐立的汽化設施。此單獨駐立設施之汽狀烴產物然後往回通入爐內以進入其輻射段。若須要，預熱可在爐對流段以外進行，或在爐內及/或爐外的任一組合中進行，且仍然在本發明的範圍內。

本發明的汽化單元接受已經被預熱例如到約500℉至約750℉，較佳約550℉至約650℉的全原油初級進料。這是比進料之完全汽化所需者低的溫度範圍，且為本發明的新穎特徵之一部分。當依照本發明操作時，此較低的預熱溫度範圍有助於避免在預熱段中產生結垢及焦炭。該預熱較佳為，但非必要，發生在這種全原油是初級進料的同一爐之對流段中。

因此，本發明汽化操作步驟之第一區採用汽/液分離，其中在預熱進料流中之汽態烴和其它氣體(若有的話)係與在預熱後仍為液體的成分分離。上述氣體係從汽/液分離段去除並通往爐的輻射段。

在此第一(例如上部)區中，汽/液分離係以任何習知方式來去除液體，其各種不同方式和手段為技藝中眾所周知且顯而易知的。適合於汽/液分離的裝置包括具有切線蒸氣入口的液體去除容器，離心分離器、習知旋風分離器、schoepentoeters、葉輪液滴分離器等等。

如此由上述蒸氣所分離出的液體移動進入第二區(例如下部區)。此可藉由以下第2圖中所示的外部管路來達成。或者，此可藉由汽化單元在內部達成。進入此第二區且沿著其長度移行的液體遇到新進的蒸汽，例如上升的蒸汽。此液體不含有所移除的氣體，接受新進蒸汽之熱能及稀釋效果的充分衝擊。

此第二區可攜帶至少一種液體分配裝置，如多孔板、槽式分配器、雙流盤、煙囪盤、噴嘴等等。

此第二區亦可在其一部分中攜帶一或多種習知的蒸餾塔填充材料，以在第二區中促進液體與蒸氣的緊密混合。

當液體烴移行(下降)通過此第二區時，其實質部分被其所接觸的高能量蒸汽所汽化。此使得較難以汽化的烴成分繼續下降，且接受愈來愈高的蒸汽對液體烴之比例和溫度，以使得它們能被蒸汽的能量和隨增加的蒸汽分壓而減低的液體烴分壓二者所汽化。此外，用某些原油進料組成物，蒸汽亦可提供能量給某些微量的輕度熱裂解，以減低液體中各種材料的分子量，藉此使得它們能被汽化。然而，由於本發明中所採用的新穎步驟，若發生輕度裂解，也是以較少，甚至不明顯的量進行。就使用某些輕質全原油當作本發明中的初級進料而言，實質上僅發生汽化而很少或沒有輕度裂解發生。

藉由本發明，與先前技術相反地，係使汽化(實質上在本發明的汽化單元中沒有液體烴的輕度裂解)達到最大程度，而將液體成分的輕度裂解減到最小程度(若沒有消除的話)。此係藉由將驟冷油導入汽化單元內及以規律的基準從該單元取出驟冷油與來自粗原料的液體烴之混合物而達成。依此方式，用原油與驟冷油的適當組合，用於供給爐輻射段的合意量烴蒸氣可單獨藉由汽化功能來達成。用其它不同組成的原油及/或驟冷液，可能發生某些微量的輕度裂解，但是即使在此情況下，絕大部分所欲的烴蒸氣將由汽化功能單獨產生。

第1圖顯示典型的裂解操作(工廠)1，其中爐2具有藉交叉道連結的上對流段C和下輻射段R(見第2圖)。進料5係在爐2中被裂解，但是於裂解之前，為了確保實質上完全的汽化，其首先在區6中被預熱，然後與稀釋蒸汽7混合，而且所產生的混合物進一步在區8中被加熱，區8係在段C中比區6熱的區域。所產生的蒸氣混合物然後通入輻射段R內，且分布於一或多個輻射旋管9。旋管9的裂解氣體產物係被收集及通經管路10而到數個輸送線交換器11(第1圖中的TLE)，於該處裂解氣體產物被冷卻到實質上終止熱裂解功能的程度。藉由在緊鄰TLE 11下游的再循環經冷卻的驟冷油20之注射，而將裂解氣體產物進一步冷卻。驟冷油和氣體混合物經由管路12通往油驟冷塔13。於塔13中，其與烴質液體驟冷材料如來自管路14的熱解汽油接觸，以進一步冷卻裂解氣體產物以及冷凝和回收額外的燃料油產物。於某些額外的冷卻(未圖示)後，產物24的一部分係被循環，經由管路20進入管路12內。裂解氣體產物係從塔13經由管路15被移除並通往水驟冷塔16，於其中它與從塔16下部回收的再循環和冷卻之水17接觸。水17在塔16中將液體烴餾份凝結出，其一部分被用作液體驟冷材料14，而一部分經由管路18被移除以用於在它處的其它加工。未通入管路20內的驟冷油餾份24之部分則被移除當作燃料油且在它處被加工。

所加工裂解的氣體產物係從塔16中被移除，及經由管路19通往壓縮和分餾設施21，於其中回收上述個別產物流當作工廠1的產物，該個別產物束流係全體由管路23代表。

第2圖顯示本發明方法應用於第1圖的爐2時之一個具體態樣。為了簡化及簡明起見，第2圖係非常示意的，如上述討論地，真實的爐為複雜的構造。在第2圖中，顯示爐2係具有進入預熱段6的初級進料流5。由於上述的理由，進料1在進入段6及/或段6內部之前可與稀釋用蒸汽(未圖示)混合。段6為爐的預熱段。進料5通過段6，而且當被加熱到上述合意的溫度範圍時，則經由管路25離開段6。在習知的烯烴工廠中，預熱的進料將與稀釋蒸汽混合，然後從段6，例如爐的對流段C，通入第1圖的段8內，然後進入爐2的輻射段R內。然而，根據本發明，預熱的進料(一種主要由來自進料5的烴液和烴蒸氣所組成的混合物)係改經由管路25在約500℉至約750℉的溫度下通入單獨駐立的汽化單元26內，其在此具體態樣中實際上位於爐2外。不過，單元26係與爐2流通。預熱的進料最初係進入單元26的上部第一區27，其中所存在的氣態成分係與伴隨的靜止液體成分分離。

單元26是汽化單元，其為本發明新穎特徵之一個構成要素。單元26並未發現與習知的裂解爐連接。單元26經由管路25接受來自爐2的全原油，並將其進一步加熱到約650℉至約1,100℉，以主要地(佔優勢地)達成仍在液態的初級進料之至少可觀部分的汽化。由單元26所接收與預熱的全原油進料結合的氣體，係經由管路28從區27中被移除。因此，管路28實質上攜帶存在於區27中的全部烴蒸氣離開。存在於區27中的液體係經由管路29自其被移除並通入下區30的上內部。在此具體態樣中，區27和30係藉由不滲透性壁31而分開不互相流通，該不滲透性壁31可為固體盤。管路29表示在區27與區30之間的外部流體向下流通。代替它，或除此之外，區27和30之間可具有內部流通，此係藉由使用一或多個設計用於讓液體向下通入區30內部和使蒸氣向上通入區27內部之盤修改壁31以使其至少部分為液體可滲透的。例如，代替不滲透性壁(或固體盤)31，可使用煙囪盤，於此情況下管路42所攜帶的蒸氣將改通過煙囪盤而經由管路28離開單元26，而液體32將在內部通過單元26向下進入段30，而不是在單元26外部經由管路29。在此內部向下流動的情況中，分配器33變成視需要選用的。

藉由任何方式，將液體從區27移到區30，該液體如箭號32所示向下移動，而因此遭遇至少一個如前述的液體分配裝置33。裝置33平均分配液體越過單元26的橫截面，如此液體將均勻地越過塔的寬度而與填充料34接觸。在本發明中，填充料34不含有會促進烴類輕度裂解的材料如觸媒。

稀釋蒸汽7通過過熱區35，然後經由管路40進入填充料34下方的區30之下部54，其中它如箭號41所示地上升接觸填充料34。在填充料34中，液體32和蒸汽41互相緊密地混合，因此將實質量的液體32汽化。此新形成的蒸氣，伴隨著稀釋蒸汽41，係經由管路42從區30中被移除，並加到管路28中的蒸氣，以在管路43中形成合併的烴蒸氣產物。流42可實質上含有來自進料5的烴蒸氣和蒸汽。然而，視驟冷油51的化學組成而定，其可不含有這種驟冷油的成分或是含有少量至大量原始存在於油51中的任何較輕之烴成分。例如，用重質驟冷油如重質燃料油，實質上沒有成分會汽化而在流42中結束，但是用較輕的驟冷油如煤油、原油、天然氣冷凝油，則這些油的大量較輕成分可在流42中結束。

流42因此代表實質部分的進料流5加上稀釋蒸汽41，少部分存在於束流50之來自進料5的液體殘渣油。流43係通過在對流區C的較熱(下)段中的混合進料預熱區44，以進一步增加所有存在的材料之溫度，然後經過交叉管路45進入段R中的輻射旋管9內。管路45可在爐導管55的內部或外部。

流7可完全用在區30內，或其一部分可用在管路28(經由管路52)或管路43(經由管路53)內，或兩者，以防止在管路28和43中的液體凝結。

於段R中，來自管路45含有許多不同烴成分的汽狀進料係經歷如上述之激烈裂解條件。

裂解產物經由管路10離開段R，以在如第1圖所示的爐2下游之烯烴工廠的剩餘者中作進一步加工。

單元26的段30提供表面積用於使液體32接觸熱氣體，例如蒸汽41。在段30內的液體與氣體的逆向流動使得最重(最高沸點)的液體能在最高的熱氣體對烴之比例下同時與最高溫度的氣體接觸。此產生用於原油原料5的最重殘渣汽化的最有效率裝置及操作，藉此容許這種如汽狀進料45的原油於激烈裂解段R的非常高利用性。

經由本發明，主要將該等液體汽化，而在區30中很少或沒有使用輕度熱裂解功能。此係藉由以連續或至少半連續或周期的方式從區30的底段54經由管路50來移除液體，以及將驟冷油51導入如此的底液而達成。因此，可形成液體殘渣油50，其至少最初由該底液和驟冷油51的混合物所組成。

驟冷油51可為(但未必是)與裂解工廠中所傳統稱為驟冷油(即第1圖中的油24)者相同的材料。油51實質上皆為烴質且在周圍溫度和壓力的條件下通常為液體。其可含有一廣大系列的烴分子，因此難以(若非不可能的話)藉由其化學組成來定性。然而，這不需要告知技術，因為其可被定性為在周圍溫度和壓力的條件下是液態的烴質混合物。因此，可採用各式各樣的已知材料，如第1圖的裂解工廠驟冷油24、第1圖的原油進料5、天然氣冷凝油、柴油、燃料油、製氣油、煤油等等。

油51係在實質上比存在於區30下段54中的進料5之殘留液體低的溫度下被導入區30內。油51的溫度可充分低於這種液體者，以便至少減少且較佳為消除在區30之段54，尤其是在蒸汽41導入的段中最低點以下的部分的主要溫度下可能發生(存在)於這種液體中的任何焦炭形成反應。該溫度可廣泛變化，但通常將小於約800F，較佳小於約700F。剛導入區30內的油51之壓力可為足以將油注入該區內部者，例如從稍微高於大氣壓至高達約100 psig。

油51可含有或可不含有較輕的烴餾份，該烴餾份在區30的主要條件下，於流41導入段54的最低點以下閃蒸或汽化。若油51是天然氣冷凝油，比如說，則其成分可能汽化而抵達管路42。如此的汽化，特別是藉由閃蒸者，可有助於冷卻液體，因此將油51混入以幫助上述所討論的液體之冷卻。若油51含有在區30之條件下能汽化且在管路42和43中結束的成分，則該成分應該是適合的且可操作當作旋管9的裂解進料。油51就其最初組成而言，可經選擇以使得其在區30的段54中會實質上全部蒸發或不蒸發。油51可具有明顯(可測量地)低於在區30之段54中與其混合的液體烴之黏度，以便使得殘留在液體殘渣油混合物50中的油51之餾份附帶地用於減低混合物50的總黏度，藉此幫助此程序下游的混合物50之處理。

因此，藉由本發明驟冷油51的使用及殘渣油50的移除，則可驅動單元26的全體操作朝向汽化功能，以排除或實質上排除輕度裂解功能。此容許在程序中可採用之全原油進料材料5之更寬廣的組成範圍。而且，與先前技術用熱金屬表面來加熱相反地，此容許簡單地用熱氣來加熱重質烴，接著快速地驟冷，藉此避免系統的焦炭形成及不宜焦炭結垢與阻塞。再者，可合意地避免流50中的焦炭，因為有較少焦炭存在，該流有較高的石油化學品質及價值。

油51不僅可在某種程度上用於冷卻段54中的底液體和減少區30和管路50中的焦炭形成，而且藉著謹慎地選擇油51的化學組成，可藉由在段54的操作條件下從油51閃蒸較輕的成分來增加該冷卻效果。這些經閃蒸的材料亦可有利地幫助提供給旋管9中裂解程序的進料量，藉此增加裂解工廠整體的生產力。

因此，在第2圖所舉例的具體態樣中，分離的液體烴29係從區27向下落到下部第二區30內，及在區30中被一部分汽化，而不依賴輕度裂解。這些氣態烴由於熱氣，例如蒸汽41的影響成功地經由管路42離開單元26，蒸汽41在經由管路40被導入區30(段54)的下部，例如底部一半或四分之一處後，經過區30上升。

進料5可在約周圍溫度至高達約300F的溫度、於稍高於大氣壓力至約100 psig(以下稱為"大氣壓至100 psig")的壓力下進入爐2。預熱的進料5可在約500至約750F，較佳從約600至約650F的溫度、於大氣壓至100 psig之壓力下經由管路25進入區27。

流28可實質上皆為由來自進料5所形成的烴蒸氣，且係在約500至約750F的溫度及大氣壓至100psig的壓力下。

流29可實質上皆為來自進料5的殘留液體9扣除在預熱器6中蒸發者，而且係在約500至約750F的溫度和稍高於大氣壓力至高達約100 psig(以下稱為"大氣壓至100 psig")的壓力下。

流28和42的組合，如由流43所表示者，可在約650至約800F的溫度及大氣壓至100 psig的壓力下，且含有例如每磅烴約0.2至約2磅蒸汽的總蒸汽/烴比例。

流45可在約900至約1,100F的溫度及在大氣壓至100 psig的壓力下。

流51可在比約800F低的溫度，較佳為比約700F低的溫度及在足以將該流注入區30內部在流40注入段54的最低點下方的下部，即段54之壓力下。藉由在區30內於流40下方注射流51，使段54內液體之溫度減低(快速驟冷效果)達到最大程度。

以進料5的總重量為基準，液體殘渣油50可由例如少於進料5之約50重量%的餾份所組成，其全部、實質上全部或沒有被油51或其成分稀釋。流50可實質上僅含有進料5成分，或可為進料5成分與油51或其成分之混合物。因此，流50可由100%的進料5成分或進料5成分和驟冷油51(或其成分)之任何重量的混合物所組成，視最初所採用的進料5和油51之初始組成以及單元26的操作條件而定。存在於殘渣油50中的進料5成分可具有大於約1,000F的沸點。殘渣油50可在比約700F低的溫度及大氣壓至100 psig的壓力下。

於區30中，高稀釋比例(熱氣/液滴)係合意的。然而，稀釋比例如將廣泛變化，因為全原油的組成係廣泛變化。通常，在區30的頂部，熱氣41，例如蒸汽，對烴的比例可為約0.2/1至約5/1，較佳為約0.2/1至約1.2/1，更佳為約0.2/1至約1/1。

蒸汽為經由管路40導入的適當熱氣之例子。其它材料可存在於所採用的蒸汽中。流7可為習知裂解工廠中所通常使用的蒸汽之類型。這樣的氣體較佳係在足以將進入區30內的液體烴32之實質部分予以汽化的溫度下。通常，從導管40進入區30內的氣體將在至少約800F，較佳約800℉至約1,100℉，及在大氣壓至100 psig下。為了簡單起見，該氣體在以下將僅以蒸汽來提及。

流42可為蒸汽與烴蒸氣(主要衍生自進料5，且可能的話，若干少量係來自油51)的混合物，其在比約1,100F低的溫度沸騰。此流可在約600至約800F的溫度及在大氣壓至100 psig的壓力下。

習知的蒸餾塔填充料34提供表面積給從管路41進入的蒸汽。段34因此提供表面積用於使向下流動的液體接觸從管路40進入的向上流動之蒸汽41。段30內的逆向流動使得最重(最高沸點)的液體能在最高的蒸汽對油之比例下同時與最高溫度的蒸汽接觸。此產生用於較重油原料最重部分之汽化的最有效率裝置及操作，藉此容許這種如汽狀進料的原油於激烈裂解段R的非常高利用性。因此，較難以汽化的液滴係接受進來的蒸汽在其最熱且於非常高的蒸汽稀釋比例時的充分熱強度，因此使汽化這些黏滯材料的可能性達最大程度。

在單元26內，尤其是區30內的溫度範圍，與段30中的滯留時間結合者，可為實質上汽化進料5中大部分，至少約90重量%具有約1,000F和更低的大氣壓沸點的液體成分者，該量係以進料5的總量為基準。依此方式，液體全原油初級進料的明顯部分係轉化成適合當作用於導入段R內的進料的氣態烴流。

可見來自管路40的蒸汽不僅僅是如可被導入例如導管5內的稀釋蒸汽所作者(未於圖示)用來當作分壓目的之稀釋劑。更正確地說，來自管路40的蒸汽不僅提供稀釋功能，而且提供額外的汽化能量給仍保持在液態的烴。此係藉由以恰恰足夠的能量達成較重烴成分的汽化及藉由控制能量的輸入來達成。例如，藉由使用管路40中的蒸汽，達成進料5液體的實質汽化，且在段30中有減少的焦炭形成。此與油51的焦炭形成淬滅效果結合，有或沒有油51之成分的閃蒸，係在段54和殘渣油50中將焦炭的形成降至最小程度。因此提供非常高的蒸汽稀釋比及最高溫度的蒸汽，其中當液體烴滴逐漸移動在區30中下降時最需要它們。未汽化的液滴係被油51快速驟冷。

第2圖之單元26，代替爐2外側的單獨駐立單元，可實際上被容納於對流區C的內部，以便使區30完全在爐2的內部。雖然單元26在爐內的全部包容對於各種不同的爐設計考量可能是合意的，但是為了達成本發明的利益並不要求它。亦可以全部地或部分地在爐外的方式採用單元26，而仍然在本發明的精神內。與爐2有關的單元26之全內部和全外部的組合將為熟習該項技術者所顯而易知且亦在本發明的範圍內。

本發明之單元26的操作可用於去除不能裂解或汽化的材料，不論是否為烴質。這類材料的典型例子是金屬、無機鹽、未轉化的瀝青烯等等。這類材料可經由管路50從系統取出。

實施例

在周圍溫度和壓力的條件下，將來自儲存槽且特徵為Saharan Blend的全原油流5直接送入熱解爐2的對流段。在此對流段中，此全原油初級進料係在約70 psig下被預熱至約650℉，然後通入汽化單元26內，其中在該單元的區27內將在約650F和63 psig的烴氣體與液體分離。從區27中移除分離的氣體以供輸送至同一爐的輻射段，以供在輻射旋管9之出口處於1,450℉至1,500℉的溫度範圍內激烈裂解。

從進料5殘留的烴液，在與上述隨同的烴氣體分離後，係被輸送到下段30，及在該段中向下掉落朝向其底部。將約1,100℉的預熱蒸汽流40導至靠近區30的底部，以在段54中產生約3.8/1的蒸汽對烴之比例。向下掉落的液滴係與從區30底部朝向其頂部上升的蒸汽成逆向流動。就區30中向下掉落的液體而言，蒸汽對液體烴的比例係從區30的頂部往底部增加。

從靠近區30的頂部處取出約710F的蒸汽與烴蒸氣之混合物42，及使其與稍早從區27中經由管路28所移除的氣體混合，以形成每磅存在的烴含有約0.4磅蒸汽的複合的蒸汽/烴蒸氣流。於小於約50 psig下，於區44中將此複合物流預熱到約1,025F，然後導入爐2的輻射段R內。

1．．．裂解操作工廠

2．．．爐

5．．．進料

6．．．預熱段

7．．．蒸汽

8．．．區

9．．．旋管

10．．．管路

11．．．TLE

12．．．管路

13．．．塔

14．．．管路

15．．．管路

16．．．塔

17．．．水

18．．．管路

19．．．管路

20．．．驟冷油

21．．．壓縮和分餾設施

23．．．管路

24．．．驟冷油餾份

25．．．管路

26．．．單元

27．．．第一區

28．．．管路

29．．．管路

30．．．下區

31．．．不滲透性壁

32．．．液體

33．．．分配裝置

34．．．填充料

35．．．過熱區

40．．．管路

41．．．蒸汽

42．．．管路(流)

43．．．管路、(流)

44．．．進料預熱區

45．．．管路(汽狀進料)

50．．．液體殘渣油

51．．．驟冷油

52．．．管路

53．．．管路

54．．．下段

55．．．爐導管

C．．．對流段

R．．．輻射段

第1圖顯示典型烴裂解工廠之簡化流程圖。

第2圖顯示本發明內的一個具體態樣，此具體態樣採用單獨駐立的汽化單元。

2．．．爐

5．．．進料

6．．．預熱段

7．．．蒸汽

9．．．旋管

10．．．管路

27．．．第一區

28．．．管路

29．．．管路

30．．．下區

31．．．不滲透性壁

32．．．液體

33．．．分配裝置

34．．．填充料

35．．．過熱區

40．．．管路

41．．．蒸汽

42．．．管路(流)

43．．．管路(流)

44．．．進料預熱區

45．．．管路(汽狀進料)

50．．．液體殘渣油

51．．．驟冷油

52．．．管路

53．．．管路

54．．．下段

55．．．爐導管

C．．．對流段

R．．．輻射段

Claims (16)

1. 一種方法，其包括：(a)在提供汽化功能的單元中，將經加熱的全原油原料分離成汽狀烴和液體烴；(b)將該汽狀烴的至少一部分輸送到爐的輻射加熱段，以誘導激烈的熱裂解；(c)將該液體烴的至少一部分保留在該單元中；(d)使該被保留的液體烴接觸至少一種經加熱的氣體，以形成額外的汽狀烴供輸送給爐的該輻射加熱段；(e)在靠近該單元的底部處導入至少一種驟冷油，以形成油-液體烴混合物，該驟冷油的溫度係足以冷卻殘餘的液體烴，以使焦炭形成反應降低到最小程度；及(f)從該單元移出該油-液體烴混合物的至少一部分，藉此驅動該單元的操作朝向該汽化功能。
2. 一種操作烯烴生產工廠之方法，該工廠採用熱解爐激烈地熱裂解烴材料，以供該裂解材料在該工廠中的後續加工，該爐在其內部具有至少一個對流加熱段和一個分開的輻射加熱段，該輻射加熱段係用於該激烈裂解，其改良處包括：提供全原油當作到該爐的初級原料；將該原料預熱以形成汽狀烴和液體烴的混合物；在汽化單元中收集該混合物；在該單元中使該汽狀烴與該液體烴分離；使該汽狀烴通往該輻射加熱段；將該液體烴保留在該單元中；將至少一種經加熱的氣體導入該單元內以在該單元中與該液體烴混合，以稀釋液體烴及將其加熱而形成額外的汽狀烴， 並留下殘餘的液體烴在該單元中；將該額外的汽狀烴移至該輻射加熱段；將至少一種驟冷油導入該單元內，以在該單元中形成該驟冷油和該殘餘液體烴之混合物，該驟冷油的溫度係足以冷卻該殘餘液體烴，以使存在於該殘餘液體烴中的任何焦炭形成反應降低到最小程度；及從該單元移出至少一部分該殘餘的液體烴，藉此驅動該單元的操作朝向汽化。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該原料係被加熱到約500至約750F的溫度，該經加熱的氣體將液體烴加熱到約650至約1,100F的溫度，且該驟冷油具有低於約800F的溫度。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該驟冷油具有低於約700F的溫度。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該驟冷油在周圍溫度和壓力的條件下是烴質液體。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該驟冷油具有實質上小於該殘餘液體烴之黏度，且產生一種驟冷油/殘餘液體烴混合物，其黏度實質上低於該殘餘液體單獨之烴黏度。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該驟冷油是至少一種選自由烴裂解工廠驟冷油、全原油、天然氣冷凝油、製氣油、柴油及煤油所組成的族群。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該驟冷油具有當與該殘餘液體烴混合時會閃蒸成蒸氣以幫助該殘餘液體烴冷卻的烴成分，且該閃蒸的成分係可操作當作該輻射加熱 段中裂解之進料。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中係在該至少一種經加熱的氣體導入該單元內之最低點的下方將該驟冷油導入該單元內。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該經加熱的氣體與至少一種該汽狀烴和額外的汽狀烴係在從該單元移出之後且在導入該輻射段內之前混合。
11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中實質上所有的汽狀烴係與該殘餘的液體烴分離，如此主要地僅有保留在該單元內的烴液同時經受較高的經加熱氣體對液體烴比例及較高的經加熱氣體溫度，以導致該液體烴之額外的汽化。
12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在約0.2/1至約5/1的經加熱氣體/烴稀釋比將該經加熱的氣體導入該單元內。
13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在至少約800F的溫度將該經加熱的氣體導入該單元內。
14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該經加熱的氣體是蒸汽。
15. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該單元係a)在該對流加熱段的內部或b)在該爐的外部但與該爐內部呈流體連通。
16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該全原油流是在其導入該爐之前尚未接受任何分餾的原油。