TWI417134B - 用於烯烴爐中過熱蒸氣接觸及蒸發含高沸點及不可蒸發積垢物進料之方法及裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於加熱烴進料且將其分成液體及蒸氣餾份。詳言之，本發明係關於在熱分解烴進料物質之前預熱該等進料。更特定言之，本發明係關於接觸及蒸發烯烴爐之烴進料且機械分離該進料之液體及蒸氣組份。
在文獻中良好建立以蒸汽接觸烴進料流及該烴進料流隨後熱解之觀念。另外，在文獻中亦良好建立使用旋風分離器或旋風式器件分離兩相氣液混合物之觀念。
在一系統中，將經特殊設計之離心式蒸氣/液體分離器用於爐中以分離烴與蒸汽之閃蒸混合物的蒸氣及液體組份，使得僅蒸氣流饋入熱解爐之輻射管下游且進一步得以處理。(美國專利6,376,732 B1)。分離器之設計確保傾向於焦化之分離器之所有表面由進料之非蒸發液體部分充分濕潤及洗滌。
'732專利中所揭示之葉片排列經設計以提供極平滑空氣動力加速度且旋入進入氣體/液體混合物，其為獲得高分離效率及低氣壓損失所必需。該葉片設計進一步以其缺少將產生焦炭沈積之區域的停滯區著稱。此外，不同於通常以單個不對稱進口槽或導管開口為特徵之習知切入式旋風分離器，該葉片本身由一系列葉片元件或刀翼組成，該等葉片元件或刀翼負責對進入氣體/液體混合物在沿蒸氣/液體分離器之進口區之整個圓周上賦予均勻離心力。
旋流於裝置之分離區內之壁附近的高溫蒸汽及烴蒸氣保持與壁上油膜緊密接觸。然而，此系統仍受限於其由於整個系統中之焦化問題而蒸發最大量烴進料的能力。
一種經特殊設計之蒸汽－接觸/蒸發式及離心式蒸氣/液體分離裝置整合該兩種處理功能於一單個緊湊裝置中以達成以下目的：a)以高溫過熱蒸汽接觸且以物理方式蒸發烴進料流，b)以機械方式分離所得液體及蒸氣，及c)獲得排出液體與蒸汽/蒸氣相之間的高度熱平衡。
在一較佳實施例中，本發明提供一種接觸器/分離器，其包含：一容器；一於該容器中之進口，其用於接受蒸氣/液體混合物；一於該容器中之進口，其用於接受過熱蒸氣；一位於該容器內之輪轂，該輪轂包括複數個用於向該蒸氣/液體混合物或該過熱蒸氣中之一者賦予離心運動的葉片；一於該容器底部之出口，其用於移出液體；及一出口，其用於自該容器中移出蒸氣。
在另一實施例中，本發明提供一種烴裂解器，其包含：一爐；及一接觸器/分離器，其包含：一容器；一於該容器中之進口，其用於接受蒸氣/液體混合物；
一於該容器中之進口，其用於接受過熱蒸汽；一位於該容器內之輪轂，該輪轂包括複數個用於向該蒸氣/液體混合物或該過熱蒸汽中之一者賦予離心運動的葉片；一於該容器底部之出口，其用於移出液體；及一出口，其用於自該容器中移出蒸氣。
在另一實施例中，本發明提供一種接觸器/分離器，其包含：一容器；一於該容器中之進口，其用於接受蒸氣/液體混合物或液體；一於該容器中之進口，其用於接受過熱蒸氣；一構件，其用於向該蒸氣/液體混合物、液體或該過熱蒸氣中之至少一者賦予離心運動；一於該容器底部之出口，其用於移出液體；及一出口，其用於自該容器中移出蒸氣。
在又一實施例中，本發明提供一種加熱及自烴進料中分離液體及蒸氣的方法，其包含：將烴進料引入一接觸器/分離器中；將過熱蒸氣引入該接觸器/分離器中使得其接觸且蒸發該接觸器/分離器內之該進料的一部分；在該接觸器/分離器中使用離心力將未蒸發進料與蒸發進料分離；經由一第一出口移出該蒸發進料及該過熱蒸氣；及
經由一第二出口移出該未蒸發進料。
在另一實施例中，本發明提供一種加熱一熱解爐之進料的方法，其包含：在一熱解爐之一對流區中預熱烴進料以形成預熱進料；在一接觸器/分離器中以過熱蒸氣加熱該預熱進料且使用離心力將該進料分離成蒸氣餾份及液體餾份；及在該爐之該對流區中進一步加熱該蒸氣餾份。
在另一實施例中，本發明提供一種裂解含瀝青之烴進料之方法，其包含：在一爐之一對流區中預熱含瀝青之烴進料；在一接觸器/分離器中以過熱蒸氣加熱該預熱進料且使用離心力將該進料分離成蒸氣餾份及液體餾份；自該接觸器/分離器中移出該液體餾份；及在該爐之一輻射區中裂解該蒸氣餾份。
如本專利說明書中所用之進料包括包含原油及/或含瀝青之原油餾份的進料。其亦包括較輕質原油(例如冷凝物)及/或原油餾份(例如石油精、煤油及柴油)之較輕質沸點餾份與重質烴進料的混合物。重質烴進料(亦即"含不當焦炭前驅物之烴進料")可包含一定範圍之重質烴。適當進料之實例包括(但不限於)長短殘渣、來自精練廠製程之重質烴流、減壓瓦斯油、重瓦斯油及原油中之一或多者。其他實例包括(但不限於)脫瀝青油、源自瀝青砂、油頁岩及煤之油、SMDS(殼牌中間餾份合成法，Shell Middle Distillate
Synthesis)重餾份、GTL(氣體至液體)製程重餾份、費托(Fischer Tropsch)產物、含高沸點組份之所有合成氣體衍生型烴及加氫裂解產物。
原油不能在典型烯烴爐對流區條件下完全蒸發。其通常藉由蒸餾進行處理，且僅將較輕質可蒸發餾份用作烯烴廠進料。自烯烴廠進料中藉由蒸餾移除重餾份之進料製備步驟需要額外資金及運轉成本。本發明裝置及方法在導管之單個區段中以避免形成固體焦炭沈積且同時有效防止瀝青與烴蒸氣產物(該烴蒸氣產物經熱解以產生烯烴)一起騰帶的方式整合了蒸發、熱平衡及蒸氣與液流之物理分離。如本文中所用，"瀝青"包括石油瀝青及所有其他存在於含焦炭前驅物或積垢物之進料中的高沸點重餾份。由於在裝置之分離區中緊密接觸該兩相，故在用於蒸發過程中之蒸汽與烴產物之間獲得迅速熱平衡。本發明以經改良烯烴爐之進料預熱區整合了蒸發、熱平衡及分離步驟，從而僅允許重質進料之蒸氣餾份進入該爐之裂解區。此外，在高於通常可在真空蒸餾塔中達到之溫度(750℉)的溫度下以稀釋蒸汽使烴閃變之能力導致比經由煉油廠中所用之典型常壓/真空蒸餾塔所回收者有更高比率的原油經回收為烯烴廠進料。本發明因此降低較低價值瀝青之產率。此係透過根據本發明之經整合之蒸汽蒸發及非焦化蒸氣/液體分離器設計來實現。蒸氣/液體分離器可在一定範圍之蒸汽溫度下運作，例如1000℉至1500℉(540℃至820℃)，其中1200℉至1250℉(650℃至680℃)為典型的。排出分離器之蒸發部
分之溫度通常在800℉至900℉(430℃至480℃)之範圍內。對於給定進料，由在所需溫度範圍上可接受之焦化速率確定最優條件。
改良典型烯烴熱解爐之對流區使得重質烴進料可直接饋入裂解爐中。重質烴進料包括(但不限於)原油、冷凝物、重質液體天然氣及含在烯烴熱解爐之對流區中可達到之正常操作條件下不能完全蒸發的重質尾端烴之長短殘渣。
現參看圖1，其為乙烯爐10之示意圖，由重質烴進料組成之粗進料11經由乙烯爐10之對流區之冷進料預熱器階段(CFPH)12在80－300℉(27℃至150℃)之溫度範圍內進入，其中約250－300℉(約120℃至150℃)之溫度最常施加於需要使鹽及沈積物在位於該爐之上游之脫鹽器中移除的進料。
將來自蒸汽供應線13之少量稀釋蒸汽15與排出CFPH之烴混合，隨後將烴與蒸汽混合物14饋入對流區之熱進料預熱器階段(HFPH)16中。將大多數來自供應線13之稀釋蒸汽17饋入爐10之對流區之稀釋蒸汽過熱器(DSSH)階段18中，其中將其加熱至約1250℉(680℃)。使排出DSSH之過熱蒸汽19之大多數蒸汽20進入接觸器/分離器25之頂部，其中使用葉片總成對進入蒸汽賦予強烈旋流運動(或在一如下所述之實施例中，有助於對進料及蒸汽流在其進入接觸器/分離器25之後賦予強烈旋流)。必要或需要時，可將鍋爐給水(BFW)22或任何其他來源之清水注入進入接觸器/分離器25之過熱蒸汽20中，以達成控制接觸器/分離器內之蒸氣/液體比的目的。"清水"意謂水將不含在藉由與過熱蒸汽
接觸來蒸發水時將沈積於下游設備上且產生設備污垢問題的雜質。亦在約760℉(404℃)之溫度及約85 psig之壓力下將來自HFPH 16之熱進料21經由切向入口饋入接觸器/分離器25中，且伴有匹配賦予進入蒸汽之定向旋轉，且其中蒸汽與進料藉由主要蒸發進料之作用均勻混合。在接觸器/分離器25之下游分離區中藉由離心作用分離所得兩相蒸氣/液體混合物。
將經蒸發烴及蒸汽餾份27與某些來自DSSH之過熱蒸汽23組合，將其分成多道物流(多通量)，其中將各通量饋入閥門或其他流量控制器件(諸如針對單通量所展示之閥門24)中，且隨後將該等通量饋入該爐之混合進料預熱區(MFPH)28中，其中將其進一步加熱且隨後饋入該爐之輻射區中，其中將烴混合物在高溫下熱解。
將與經蒸發烴及蒸汽餾份27分離之非蒸發液體餾份(重質烴或"瀝青")26自接觸器/分離器25中收回且收集於瀝青收集器29(詳情參見圖19)中，隨後將其發送至煉焦器、催化裂解器或其他殘渣處理單元以便進一步處理或用作燃料。視烴進料11之組成而定，可使用不同處理方案或處理條件。瀝青收集器29可接受來自一或多個接觸器/分離器25之瀝青。該配置可(例如)用於在對流區中使用多個流量控制型並聯進料通道之爐中。各進料通道將配備有接觸器/分離器且來自進料通道接觸器/分離器之瀝青流可經由減壓閥導引至在比接觸器/分離器低之壓力下運作之普通瀝青收集器中。
在接觸器/分離器25之入口處的運作條件係視烴進料11特性而定，其中要求始終存在足以濕潤接觸器/分離器25之內表面的非蒸發液體(介於2－40體積%之進料、較佳至少2－5體積%)。此濕潤壁要求對防止於接觸器/分離器25之表面上形成積垢物(尤其焦炭形成)及沈積物必不可少。可藉由調節稀釋蒸汽/進料比及進入熱進料預熱器(HFPH)16之烴/蒸汽混合物14之閃點溫度來控制蒸發程度(或非可蒸發液體之分率)。其亦可藉由在接觸器/分離器25之前將清水(諸如鍋爐給水(BFW)22)注入高溫過熱蒸汽20中來控制。
經整合之接觸器/分離器25之接觸器區經設計以便含於進入熱進料21中之液態烴一旦進入後立即濕潤裝置壁且隨後使其與過熱蒸汽20接觸。此配置防止形成振盪性濕潤－乾燥區介面，其中非可蒸發重質烴液體可蒸發且形成固體或半固體焦炭之沈積，若允許該焦炭沈積生長，則將最終由於過度壓降及進料及/或蒸汽流速率之伴隨性降低抑或由於分離時之固體不利影響而關閉裝置。接觸器/分離器25之分離區使進入油與分離器之內壁隔離，藉此以如下方式允許分離閃蒸混合物之液相與氣相：使得不允許焦化固體形成及隨後淤塞接觸器/分離器25抑或下游設備。
由於其相對緊密構造及防止焦炭沈積生長之能力，濕潤壁接觸器/分離器設計可實現比在典型真空蒸餾塔中之閃變更高溫度之閃變。此外，在遠遠超過大氣壓之壓力下之處理操作使其對少量由在高溫下熱裂解進料所產生之輕氣體不敏感，該等輕氣體將通常在真空蒸餾塔中導致真空限
制。在相對較高壓力下之濕潤壁接觸器/分離器操作亦允許存在大量上升氣體(諸如欲用於極大降低在氣相中高沸點烴之分壓的稀釋蒸汽)，由此影響用於進一步後續處理之進料11之高級蒸發餾份27的回收率。藉此增加可用於產生自該爐之熱解區排出之較高價值產物的烴進料11之分率，且降低較低價值重質烴液體餾份26之分率。
接觸器/分離器25之第一實施例展示於圖2、圖3、圖4及圖5中。現參看圖2及圖3，接觸器/分離器25展示於圖2之垂直剖視圖及圖3之俯視圖中。接觸器/分離器25包含一具有主體外殼30之圓柱形容器或導管區、一用於接受進入兩相熱進料21之切向附著進口21a、一用於接受進入蒸汽20之進口20a、一用於引導蒸發餾份27至爐10之MFPH區28之蒸氣出口27a及一用於引導液體餾份26至瀝青收集器之液體出口26a。
部分由一在其近端具有一鼻錐40a及在其遠端具有一後緣鼻錐40b之圓柱形輪轂40組成的"葉片總成"42與進口20a緊密放置。輪轂40含有複數個圍繞輪轂40之圓周對稱間隔的葉片41，其連同鼻錐40a及40b一起構成本文中稱為"葉片總成"42的物體。葉片總成之一實施例更明確展示於圖5之透視圖中。
葉片總成42可部分由兩個或兩個以上重疊葉片41構建。在本發明之較佳實施例中，個別葉片41經設計使得其導向或近端向上彎曲，以便對進入元件之近端之蒸氣提供平滑流過渡。元件之近緣應切成圓角以便提供甚至更平滑之流
過渡。在較佳實施例中，各葉片41之上彎曲區之下游為包含元件之剩餘部分的恆定角度螺線區。對於本發明，元件之此螺旋區相對於水平面或相對於與接觸器/分離器25之主軸以直角相交之平面形成30∘角度。其他角度(包括10∘至60∘範圍內之角度)亦為可能的。對於給定喉部速度及外部葉片直徑而言，較小角度對進入蒸氣20賦予較多旋轉，但流量較低。對於給定喉部速度及外部葉片直徑而言，較大角度賦予較多旋轉，但流量較大。各葉片41之遠端應與相鄰元件之遠端以至少30∘重疊，以便確保排出葉片總成42之蒸氣以與刀翼元件之遠端與水平面形成之角度相同(或幾乎相同)的角度而進行工作。
該等鼻錐應具有與輪轂40相同之底部直徑且在較佳實施例中應具有與其底部直徑相比約一又三分之一倍的高度。其他高度/直徑比為可能的，但其通常應處於0.5至2.0之範圍內。鼻錐40a有助於提供進入葉片總成42之蒸氣的平滑過渡。鼻錐40b以及圓錐區31防止排出葉片總成42之蒸氣經受總流量分離及伴隨產生之流動漩渦。展示於圖2中之鼻錐在大小及形狀上一致，但其他選擇為可能的。舉例而言，鼻錐40a可以半球形式構建且仍實現其對於進入葉片總成42之蒸氣提供平滑流過渡的主要目的。
如圖2、圖3及圖4中所示，進入烴進料21經由進口21a切向進入外殼30內之環形間隙，接著進入圓形－矩形過渡區21b，接著進入矩形管道21c。環形間隙由外殼之內壁、"隔離圓柱體"33之外壁及環形頂蓋區32形成。該進料以足
以使液相完全濕潤在其入口附近之外殼內壁的速度及流動速率進入。
過熱蒸汽20經由蒸汽進口20a進入外殼30之頂部且隨後穿過上述葉片總成，其中以與賦予經由進入區段21a、21b及21c進入外殼30之進料旋轉方向相同的旋轉方向賦予其強烈旋流。該蒸汽接著以螺旋方式流經管道31之收束區，流經隔離圓柱體33且隨後流入由圖2中經標記虛線34所指明之圓柱形接觸及分離區。排出隔離圓柱體33之蒸汽在隔離圓柱體33下立即接觸進料21之烴液體餾份，增強進料21在其切向進入外殼30中之後所獲取之現有旋轉，且在外殼30之接觸及分離區34之長度上進行蒸發進料21之揮發性餾分。由於對進入接觸器/分離器25之流體混合物所賦予之旋轉，故基本上分離器中之所有液體與蒸氣脫離且沈積於旋風分離器之壁上，且進入進料21中之所有蒸氣以及進料21之可蒸發部分以及進入外殼30之蒸汽20經由渦管60、排出曲管60b及蒸氣出口27a以不含或基本上不含烴液體之混合蒸發餾份27形式排出外殼30。
如圖1中所示，蒸發餾份27進入熱解爐之混合進料預熱器(MFPH)區28以便進一步加熱，隨後其進入該爐之輻射區。在任何液膜沈積於渦管60之外壁上的情況下，圍繞渦管60之入口的圓錐形側緣60a有助於使液體朝外殼30之分離器壁向外偏轉，藉此防止任何液體進入渦管60。
沿接觸器/分離器25之壁以螺旋狀方式向下輸送進入接觸器/分離器25之非可蒸發烴液體。液體沿接觸器/分離器
25之內壁之該向下流動在存在於接觸器/分離器之內壁附近之向下引導對流力的影響下發生，且該對流力為通常存在於所有旋風式器件中之典型對流力且係歸因於作用於液體之重力。當液相向下輸送時，其使接觸器/分離器之壁保持處於洗滌濕潤狀態且藉此防止焦炭沈積形成於壁上。該液體經由液體出口26a排出蒸氣/液體分離器25。排出接觸器/分離器25之液體餾份26之較小再循環部分(未顯示)可經由泵加壓且注入接觸器/分離器25之較低區域中(必要時)以有助於保持接觸器/分離器25之壁34處於濕潤狀態。此外，(若需要)可在蒸氣出口27a下提供一組進口噴嘴61以提供淬火油，從而冷卻所收集液體26且降低下游焦炭形成。通常不需要液體之該再循環，但當處理具有低至不能夠充分澆灌設備之壁以防止焦炭形成之瀝青含量的進料時可適用。此外，可將蒸汽注入瀝青收集器29之較高區域中，以達成自瀝青收集器中分離接觸器/分離器容器25中之蒸氣的目的。如圖2中所示，接觸器/分離器25可裝配有一或多個主體凸緣30a、30b及37以適應區域構造及單元例行檢修期間之常規檢查或維護。
設計之第二實施例展示於圖6、圖7及圖8中。此時，進料21進入在葉片總成42以上之接觸/分離裝置25。此外，輪轂40延伸至葉片41之遠端以下以形成延長輪轂區40d。擴張式側緣狀圓錐區43附於延長輪轂區40d之遠端。區段40d及43之目的為防止任何可能流下輪轂壁之液膜脫離輪轂及向下滴入渦管60中，並藉此經由混合進料預熱器
(MFPH)進入爐之熱解區。相對於展示於圖2至圖5中之第一設計實施例而言，此設計提供由於其經由葉片總成之共有通道而造成進料與蒸汽相之間的某些額外接觸及平衡。然而重要的是設計葉片41之前緣角度，以使其相對於水平面之傾角儘可能地恰在葉片元件之前與液體自外殼30之較高區域螺旋形下降之傾角緊密匹配。除該等差異外，在此第二實施例中所揭示之設計在功能上與展示於圖2至圖5中之第一實施例一致。
設計之第三實施例展示於圖9至圖11中。此設計基本上與展示於圖2至圖5中之第一設計實施例一致，不同點在於環形"滯留"室32a及排出擴散器33b。滯留室32a由頂蓋區32、外殼30及壁架33a組成。腔室32a迫使含於進料21中之切向進入液體進入於其界限內之旋轉液環中。與不含該腔室之設計相比，該液體以更均勻之方式排出腔室。因而，腔室起更類似於切向進入霧化噴嘴之作用，僅本設計中之液相不被霧化，相反地，其以錐形液體薄層形式排出腔室。擴散器33b被包括於內以輕輕引導圓錐形液膜至裝置之壁30上且亦降低腔室上之壓降。除該等差異外，在此第三實施例中所揭示之設計在功能上與展示於圖2至圖5中之第一實施例一致。
設計之第四實施例展示於圖12中。此設計具有與見於第三設計實施例中之特徵相同之特徵，不同點在於在此情況下缺少連接收束區31(葉片元件41之下游)與上述滯留室32a之導管31a的圓柱體區段。此提供稍微簡單化及更緊湊設
計(縱向)。除此之外，設計之此第四實施例在功能上與展示於圖9、圖10及圖11中之第三實施例一致。
設計之第五實施例展示於圖13中。此設計與展示於圖9、圖10及圖11中者(亦即第三實施例)一致，不同點在於將雙曲面(或類似)形狀的擴散器50插入排出擴散器33b內，以達成有助於引導所有液體排出滯留室32a至外殼30之壁的目的。該擴散器可經由十字撐條52及中心支撐柱51附於外殼30上。撐條53有助於將管柱51穩定於十字撐條52上。其他支撐構件亦為可能的。展示於圖13中之擴散器亦可與展示於圖12中之設計組合。該擴散器亦適用於非設計條件期間，諸如適用於啟動及關閉期間，因為其位置防止來自進料口之液體直接向下滴入接觸器/分離器之蒸氣出口管中。
設計之第六實施例互換進料流21與蒸汽流20，以使進料流進入進口20a且蒸汽進入進口21a。儘管此實施例可應用於展示於圖2至圖15中之裝置中之任一者上，但其尤其適用於經由圖2中所揭示之設計之區段31、33及34產生均勻液膜。
如圖14之正視圖及圖15之俯視圖中所示，設計之第七實施例具有在進口葉片總成42之前同軸進入的進料流21與蒸汽流20。此設計與展示於圖6、圖7及圖8中之實施例二相似，該相似在於其提供由於其經由葉片總成之共有通道而造成進料與蒸汽相之間的某些其他接觸及平衡。較佳地，進料流將進入進口21a，而蒸汽流將進入進口35。或者，
進料流可進入進口35，而蒸汽流可進入進口21a。然而，前一進口分配為較佳的，此係因為此配置迫使進料之進入液體餾份衝擊鼻錐40a，藉此改良液體經由葉片總成之分配。因為此第七實施例取消較複雜之切向側邊入口，所以其在製造上最為簡單。亦提供更均勻分布之進料流(其將通常經由切向圓形－矩形進口斜槽21a、21b及21c進入)。
如圖16之正視圖及圖17之俯視圖中所示，設計之第八實施例亦具有在進口葉片總成42之前同軸進入的進料流21與蒸汽20。在此設計中，進料21經由形成於進料管35內壁與蒸汽管36外壁之間的環進入裝置。在此環內，必要時可使用一或多個流量分布或"校直"葉片(或調整片)38，以促進進料流在葉片總成42前之均勻分布。
在排出同軸進料及蒸汽管之後，使進料經受由其經由具有葉片41之葉片總成42之通道所產生的強離心力。蒸汽流排出同軸導管且進入由進料葉片輪轂39a之內壁與內管39之閉合區(本文中稱為"內部葉片輪轂")之外壁形成的導管之同軸區之環。在較佳實施例中，內管39在其遠端以圓盤40f密封且在其近端以圓頭帽40e密封。末端帽可採取標準管帽或經特殊設計之鼻錐形式，以便降低蒸汽相之壓降且在帽之下游提供更均勻蒸汽流模式。視情況，內部輪轂之遠端可置於開啟狀態。使用螺旋狀條帶或葉片總成40g來對蒸汽賦予強離心力或旋轉。葉片經設計以使得蒸汽旋轉方向與由葉片41向進料流所施加之方向相同。
在設計之此特定實施例下，進料及蒸汽流並不彼此接觸
直至其經由穿過內部輪轂底板40f之假想水平面而交匯。此設計限制濕潤－乾燥表面在進入兩相進料與進入蒸汽蒸氣之間與由導管39在其遠端之外緣所界定之圓環接觸。在此種情況下，其防止熱蒸汽與進料相之間的"漂移"介面，此情況又消除在該兩種流首次彼此接觸處壁或表面焦炭形成之可能性。如同如上所述之其他設計實施例一樣，繼其初次接觸之後，蒸汽與進料相於分離區34內熱平衡；未蒸發瀝青相26得以離心至分離器之壁上且經由液體出口26a排出。將經混合之蒸汽與蒸發進料相排出渦管60。
如上所述，視進料組成、運作溫度及流動條件而定，使進料流與蒸汽在其接觸面之前隔熱可為必需的。該隔熱之目的將為防止進料管35中及/或輪轂39a上之焦化。隔熱可藉由使進料管及輪轂成為"雙層壁"來實現，以降低在以"熾熱"蒸汽接觸進料之前蒸汽與進料流之間的導熱及對流熱傳遞速率。
此第八實施例消除對在接觸器/分離器25之外殼30之圓柱形壁中切割矩形開口的需要，藉此簡化其構造。在無任何特殊內件來改良液體流量分布之情況下，較之將通常由簡單矩形進入管道所產生之分布，其亦提供進入油沿接觸器/分離器25之壁30之更均勻分布。
儘管迄今焦點為單個接觸器/分離器，但應瞭解一個以上該單元可並聯安裝之情況可發生。其可由於以下種種原因而發生：1.為降低分離裝置之尺寸以便獲得更佳機械/熱穩定性。
2.為處理特別高進料及蒸汽速率。
3.為改良分離"割點"直徑及總瀝青收集效率。
4.為降低對於給定總進料及蒸汽速率的總壓力損失。
5.為允許一或多個單元停用以便維護，而一或多個其他單元保持運轉。
6.為更好適應由於處理條件及/或原料之變化而引起的進料及蒸汽速率之變化。
7.為允許接觸器/分離器安裝於通常用於許多乙烯爐設計中之並聯進料通道中。在該等設計中，各進料通道得以獨立進行流量控制且分配相等分率之總進料流動速率至該爐中。因此，若該爐具有6個進料通道，則將安裝6個接觸器/分離器。
圖18繪示排列一並聯組接觸器/分離器單元125之若干可能方法中之一者。此處，導管集管110及112用以分別提供蒸汽及進料至單元125之進口。類似地，導管集管114及116用以移出瀝青及蒸氣餾份。如上所述，儘管圖18繪示接觸器/分離器設計實施例七號的用途，應明瞭本申請案中所描述之實施例中之任一者可並聯排列及操作。成功操作該並聯組接觸器/分離單元之關鍵為合適歧管設計。其包括保持集管上之壓降小於單個接觸器/分離單元上之壓降。其亦包括排列配管以便相同數量及比率之進料及蒸汽通至個別分離單元中之每一者中。
現參看圖19，必要時可使瀝青收集器29中所收集之液態瀝青77藉由穿過熱交換器88、藉助於泵80再循環且藉助於
液體分布器76噴塗或者分布於收集器之頂壁70上以進行濕潤而加以冷卻。必要時冷卻瀝青亦可經由附於在蒸汽環74正下方之收集器29之內壁上的兩個或兩個以上切向噴嘴(未顯示)進入以達成濕潤收集器之壁的目的。此外，冷卻瀝青91亦可經由分布環92以低於瀝青收集器29中之液態瀝青77之含量再循環。此外，必要時某些瀝青83可再循環回接觸器/分離器25以幫助冷卻且保持接觸器/分離器之壁處於濕潤狀態。獨立熱瀝青泵(未顯示)可用於將來自接觸器/分離器之底部之熱瀝青再循環回接觸器/分離器之分離區中以確保壁濕潤。
此外，蒸汽73可藉助於蒸汽環74注入瀝青收集器29之較高區段中以便在接觸器/分離器25與瀝青收集器29中所收集之瀝青77之間形成蒸汽隔層。藉由使瀝青與可另外進入收集器之任何夾帶烴蒸氣分離，有可能防止存在於旋風分離器中之較高溫度烴蒸氣向下流動且冷凝於瀝青收集器中之較冷液體上。
可將具有吸入口84、蒸汽進口86及排出噴嘴87之蒸汽驅動真空噴射器85安裝於瀝青收集器29中以降低收集器之氣相70a內的壓力，從而達成增加適合於饋入烯烴廠之烴組份之回收率的目的。儘管未展示於圖式中，但為允許安裝真空噴射器，藉由機械法使其運作在兩種不同壓力下而使瀝青收集器之蒸氣空間分離於接觸器/分離器之蒸氣空間之下。可以任何使瀝青自接觸器/分離器自由流動至瀝青收集器之方法實現分離。
儘管本發明已針對目前較佳實施例進行描述，但應瞭解可進行變化且仍歸入本發明之範疇內。舉例而言，多個接觸器/分離器可並聯與單個爐結合聯合使用。其可各自經由該爐連接至獨立通量或可各自處理單通量之一部分。另外，多個切向進料進口可用於單個接觸器/分離器中。此外，容器可為如較佳實施例中所說明之圓柱形或其可為圓錐形，此係因為兩者皆使用離心力分離蒸氣與液體。
10‧‧‧乙烯爐
11‧‧‧粗進料
12‧‧‧冷進料預熱器階段
13‧‧‧蒸汽供應線
14‧‧‧烴與蒸汽混合物
15‧‧‧稀釋蒸汽
16‧‧‧熱進料預熱器階段
17‧‧‧稀釋蒸汽
18‧‧‧稀釋蒸汽過熱器階段
19‧‧‧過熱蒸汽
20‧‧‧過熱蒸汽
20a‧‧‧進口
21‧‧‧熱進料
21a‧‧‧切向圓形－矩形進口斜槽
21b‧‧‧切向圓形－矩形進口斜槽
21c‧‧‧切向圓形－矩形進口斜槽
22‧‧‧鍋爐給水
23‧‧‧過熱蒸汽
24‧‧‧閥門
25‧‧‧接觸器/分離器
26‧‧‧非蒸發液體餾份
26a‧‧‧液體出口
27‧‧‧烴及蒸汽餾份
27a‧‧‧蒸氣出口
28‧‧‧混合進料預熱區
29‧‧‧瀝青收集器
30‧‧‧外殼
30a‧‧‧主體凸緣
30b‧‧‧主體凸緣
31‧‧‧收束區
31a‧‧‧導管
32‧‧‧頂蓋區
32a‧‧‧滯留室
33‧‧‧隔離圓柱體
33a‧‧‧壁架
33b‧‧‧擴散器
34‧‧‧分離區
35‧‧‧進口
36‧‧‧蒸汽管
37‧‧‧主體凸緣
38‧‧‧校直葉片
39‧‧‧內管
39a‧‧‧進料葉片輪轂
40‧‧‧輪轂
40a‧‧‧鼻錐
40b‧‧‧鼻錐
40d‧‧‧延長輪轂區
40e‧‧‧圓頭帽
40f‧‧‧內部輪轂底板
40g‧‧‧螺旋狀條帶或葉片總成
41‧‧‧葉片
42‧‧‧葉片總成
43‧‧‧擴張式側緣狀圓錐區
50‧‧‧擴散器
51‧‧‧中心支撐柱
52‧‧‧十字撐條
53‧‧‧撐條
60‧‧‧渦管
60a‧‧‧圓錐形側緣
60b‧‧‧排出曲管
61‧‧‧進口噴嘴
70‧‧‧頂壁
70a‧‧‧氣相
73‧‧‧蒸汽
74‧‧‧蒸汽環
76‧‧‧液體分布器
77‧‧‧瀝青
80‧‧‧泵
83‧‧‧瀝青
84‧‧‧吸入口
85‧‧‧蒸汽驅動真空噴射器
86‧‧‧蒸汽進口
87‧‧‧排出噴嘴
88‧‧‧熱交換器
91‧‧‧瀝青
92‧‧‧分布環
110‧‧‧導管集管
112‧‧‧導管集管
114‧‧‧導管集管
116‧‧‧導管集管
125‧‧‧單元
圖1為在可用於本發明之熱解爐中之全過程的示意性流程圖。
圖2為根據本發明之一實施例之接觸器/分離器的正視圖，其中該進料流經由一於該裝置側面上之切向槽進入且該蒸汽經由一於該裝置頂部之葉片總成進入。
圖3為沿線A－A所獲取之圖2的俯視圖。
圖4為圖2之局部正視圖，其展示經旋轉90度之烴(進料)進口區。
圖5為圖4之接觸器/分離器之四刃狀葉片總成的透視圖。
圖6為本發明之第二實施例的正視圖，其中進料與蒸汽均由葉片總成之上游進入裝置。
圖7為沿線A－A所獲取之圖6的俯視圖。
圖8為圖6之局部正視圖，其展示經旋轉90度之烴(進料)進口區。
圖9為本發明之第三實施例的正視圖，其中該進料流進
入一環狀進口孔以便改善液體分布及蒸汽接觸。
圖10為沿線A－A所獲取之圖9的俯視圖。
圖11為圖9之局部正視圖，其展示經旋轉90度之烴(進料)進口區。
圖12為圖9之替代性實施例之局部正視圖，其展示無蒸汽管道之圓柱體區段直接位於進料進入該裝置之處的上游。
圖13為圖9之另一替代性實施例之局部正視圖，其展示可用於幫助引導進入液體至該裝置之壁上的雙曲面形插入物。
圖14為本發明之第七實施例的正視圖，其中進料及蒸汽流以優於葉片總成之同軸方式進入接觸器分離器25。
圖15為沿線A－A所獲取之圖14的俯視圖。
圖16為本發明之第八實施例之正視圖，其具有單獨賦予旋轉之以同軸方式進入之進料及蒸汽流且其中不允許該等物流混合直至蒸汽流排出內部葉片元件。
圖17為沿線A－A所獲取之圖16的俯視圖。
圖18為簡單等角圖，其說明複數個具有獨立進料、蒸汽、瀝青及蒸氣出口集管之接觸器/分離器單元的並聯連接。
圖19為瀝青收集器之正視圖，其展示a)兩種可用以在以特別大量焦炭前驅物處理進料時降低焦炭沈積之瀝青再循環法，及b)使用真空噴射器提高烴自瀝青相中之回收率。
10‧‧‧乙烯爐
11‧‧‧粗進料
12‧‧‧冷進料預熱器階段
13‧‧‧蒸汽供應線
14‧‧‧烴與蒸汽混合物
15‧‧‧稀釋蒸汽
16‧‧‧熱進料預熱器階段
17‧‧‧稀釋蒸汽
18‧‧‧稀釋蒸汽過熱器階段
19‧‧‧過熱蒸汽
20‧‧‧過熱蒸汽
21‧‧‧熱進料
22‧‧‧鍋爐給水
23‧‧‧過熱蒸汽
24‧‧‧閥門
25‧‧‧接觸器/分離器
26‧‧‧非蒸發液體餾份
27‧‧‧烴及蒸汽餾份
28‧‧‧混合進料預熱區
29‧‧‧瀝青收集器
Claims (13)
- 一種接觸器/分離器，其包含：一容器；一於該容器中之進口，其用於接受蒸氣/液體混合物；一於該容器中之進口，其用於接受過熱蒸氣，較佳接受蒸汽；一位於該容器內之輪轂，該輪轂包括複數個用於向該蒸氣/液體混合物或該過熱蒸氣中之一者賦予離心運動的葉片；一於該容器底部之出口，其用於移出液體；及一出口，其用於自該容器中移出蒸氣。
- 如請求項1之接觸器/分離器，其中該用於接受該蒸氣/液體混合物之進口係位於該容器之一側面，且該用於接受過熱蒸氣之進口係位於該容器之一頂部。
- 如請求項1之接觸器/分離器，其中該用於接受該蒸氣/液體混合物之進口係位於該容器之一頂部且該用於接受過熱蒸氣之進口係位於該容器之一側面。
- 如請求項1之接觸器/分離器，其中該用於接受該蒸氣/液體混合物之進口與該用於接受該過熱蒸氣之進口係同心地定位於該容器之該頂部中。
- 如請求項1之接觸器/分離器，其中該用於接受該蒸氣/液體混合物之進口進一步包含一由該外殼之一內表面之一部分、一頂蓋區及一壁架形成的滯留室。
- 一種烴裂解器，其包含： 一爐；及一如請求項1至5中任一項之接觸器/分離器。
- 如請求項6之烴裂解器，其包含兩個或兩個以上接觸器/分離器。
- 如請求項6之烴裂解器，其進一步包含一用於接受來自該接觸器/分離器之液體的收集器，其中該收集器包含一用於降低該收集器內之壓力的真空噴射器或一用於冷卻該液體之熱交換器。
- 如請求項8之烴裂解器，其中該收集器包含一位於該收集器之一較高區域中之蒸汽噴射器，以於該接觸器/分離器與該收集器中之液體之間形成一隔層。
- 一種加熱及自烴進料中分離液體及蒸氣的方法，其包含：將烴進料引入一如請求項1至5中任一項之接觸器/分離器中：將過熱蒸氣引入該接觸器/分離器中，使得其接觸且蒸發該接觸器/分離器內之該進料的一部分；在該接觸器/分離器中使用離心力將未蒸發進料與蒸發進料分離；經由一第一出口移出該蒸發進料及該過熱蒸氣；及經由一第二出口移出該未蒸發進料。
- 如請求項10之加熱及自烴進料中分離液體及蒸氣的方法，其中該烴進料係在一大於400℃之溫度下，較佳在一介於404℃與520℃之間的溫度下蒸發。
- 如請求項10或11之加熱及自烴進料中分離液體及蒸氣的方法，其中該烴進料包含原油、原油餾份、重質烴進料、氣體至液體製程重餾份、殼牌中間餾份合成法(Shell Middle Distillate Synthesis)重餾份、脫瀝青油、源自瀝青砂、油頁岩及煤之油、費托(Fischer Tropsch)產物或加氫裂解產物。
- 如請求項10或11之加熱及自烴進料中分離液體及蒸氣的方法，其中該接觸器/分離器中之溫度係藉由調節該過熱蒸氣之溫度、藉由調節饋入該接觸器/分離器之過熱蒸氣之量或藉由調節饋入該接觸器/分離器之該烴進料之溫度來控制。
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