专利名称：热解原油和含焦油沥青的原油馏分的制作方法
技术领域：
本发明涉及在烯烃热解炉内将原油和含焦油沥青的原油馏分进料热解的方法。
烯烃产品特别是乙烯常规是通过将采用天然气液体(NGS)如乙烷或采用高于常压操作的原油蒸馏塔所生产的石脑油或瓦斯油馏分的石油烃进料进行热裂化来获得。近来，在某些地区有将热解炉设计成适用于更重质进料如真空瓦斯油的趋势。但是这些重质进料会因焦炭沉积而堵塞对流区预热器和下游设备内的管子。一般对流区第一段预热器的操作温度范围从约200-400℃，借此将对流区内的进料完全汽化，或者在重质进料如瓦斯油或真空瓦斯油的情况下，将进料按美国专利4498269所述，最后与过热水蒸气一起另外通过一个混合喷嘴送往第二段预热器进行完全汽化。
美国专利5580443公开一种裂化低质进料如重天然气-液体，即一种与来自天然气田的气体产品并存的少量油的方法。该方法描述为将进料在对流区经第一段预热器进行处理，送入对流区外的气-液分离器，之后与过热水蒸气混合，进入对流区内的第二段预热器，最后进入辐射加热区。进料裂化的方法是先通过在汽液分离器内将一部分来自第一段预热器部分的重质馏分分离并移出，随后在对进料热解处理之前将进料的汽化部分返回第二段预热器。第一段预热器管内的温度和压力维持在能使那些有可能会引起管内结焦问题的进料馏分保持液态，同时那些不会引起结焦问题的馏分完全汽化的范围。为避免生焦馏分在管内汽化，一般第一段预热器的出口温度范围从约150-350℃。
美国专利5580443述及自第一段预热器出来的气-液混合物的比例在60/40到98/2范围内。该比例可通过在第一段预热器的出口与进入汽液分离器之前的某点处加入过热稀释水蒸气来进行调节，一旦进入汽液分离器，重质的未汽化液体馏分被移出并排放出系统，而气态馏分则通过气体输送管线，再与过热稀释水蒸气混合，然后再通过第二预热器。在第二预热器内，气体被加热到刚好在引发裂化反应的温度以下的温度，之后进入辐射加热部分并被裂化。
最好生产过程不是将重质天然气-液体作为进料送入热解炉来生产乙烯。理想的进料包括原油或来自原油常压塔塔底的常压渣油。原油进料来源于60％(重)或以上液体形式的采出物是原油的油田。在岩层内重质天然气-液体料流处于气态或超临界态，当其到达地表温度和压力时冷凝成液体。将原油进料或来自原油常压塔塔底的常压渣油在美国专利5580443所述的温度条件，特别是在第一预热器内从150-350℃范围的温度，或任何能使那些有可能会引起管内结焦问题的馏分保持液态，同时那些不会引起结焦问题的馏分完全汽化的温度下经热解炉进行处理的方法有一定的不足之处，因为是在处理重质天然气-液体的较低温度下即150-350℃的温度下处理，不能充分回收汽化原油或常压渣油的馏分，导致由这些进料获得所期望烯烃的产量下降。
原油或常压渣油的重尾馏分在典型的烯烃热解炉对流区条件下不能被汽化。原油或常压渣油的重尾馏分常规是通过蒸馏法移出，且将来自蒸馏过程的轻质可汽化馏分，最常见的是石脑油或瓦斯油馏分用作烯烃裂解装置的进料。原油或常压渣油的这个蒸馏准备步骤需要额外的投资及额外的生产操作费用。
现提供一种在烯烃热解炉内将原油和/或含焦油沥青的原油馏分进料热解的方法，包括将原油和/或含焦油沥青的原油馏分进料送入炉内对流区所提供的第一段预热器，将第一段预热器内的进料加热到出口温度至少为375℃，生成热的气-液混合物，将热的气-液混合物自第一段预热器取出送入汽液分离器，在汽液分离器内将气体与液体分离并移出，将移出的气体送入对流区所提供的第二段预热器，进一步将气体的温度加热到超过气体自汽液分离器流出温度的温度，预热后的气体被引入热解炉的辐射加热区，气体被热解为烯烃和相关副产物。
上述方法可以用来处理常压渣油和任意含焦油沥青的原油馏分。
本发明方法允许将原油或含焦油沥青的原油馏分进料送入热解炉的对流区，而不会有必须将热解炉的对流区管而不是辐射区管进行除焦处理情况，本发明方法将烯烃热解炉的能力扩大到能在常规操作条件下真空蒸馏塔塔底一般不能达到的较高温度(如480℃)下将进料(含焦油沥青的原油或原油馏分进料)进行闪蒸，因而能回收到比通过常压或真空蒸馏塔回收的更高沸点的含焦油沥青的原油或原油馏分作为适用于热解炉辐射加热转化区的汽化气。本发明方法在处理含焦油沥青的原油或原油馏分进料时还有一个优点就是不必先对含焦油沥青的原油或原油馏分进料进行分馏处理，因而热解炉所要处理的原料成本更低。最后一点，与重天然气液体不同，含焦油沥青的原油或原油馏分中的大量高沸点馏分能在本文所述的操作温度下以适当的线速度润湿对流区管子的内表面，因而使得含焦油沥青的原油或原油馏分成为适合的进料，且在对流区管子内的结焦现象最小化。
优选用于本发明的进料是一种其中85％(重)或以下的进料将在350℃下汽化，90％(重)或以下的原油进料将在400℃下汽化的进料，所得数据均是按ASTM D-2887方法测定。
优选用于本发明的原油进料具有如下特性，各个特性均按ASTMD-2887方法测定85％(重)或以下的进料将在350℃下汽化，且90％(重)或以下的原油进料将在400℃下汽化。
在上述特性范围内的进料能在本文所述的操作条件下使热解炉对流区管子内的结焦现象最小化。在300℃、350℃或400℃下汽化的轻质进料如大部分重天然气液体的百分比如此之高以至于在本发明所用的温度下结焦馏分的汽化过程将快速在第一段预热器内的管子上结焦。
在一个优选的具体实施方案中，指定用作进料的原油具有如下特性65％(重)或以下的进料将在300℃下汽化，且80％(重)或以下的进料将在350℃下汽化，且88％(重)或以下的进料将在400℃下汽化。
在一个更优选的具体实施方案中60％(重)或以下的原油或常压渣油将在300℃下汽化，且
70％(重)或以下的原油或常压渣油将在350℃下汽化，且80％(重)或以下的原油或常压渣油将在400℃下汽化。
在一个最优选的具体实施方案中，原油进料具有如下特性55％(重)或以下的原油将在300℃下汽化，且65％(重)或以下的原油将在350℃下汽化，且75％(重)或以下的原油将在400℃下汽化。
典型的原油进料的API比重应超过45。
常压渣油进料是处理和分馏脱盐原油所用的常压蒸馏塔的塔底油，常称作常压塔底油。此常压蒸馏塔从原油中分馏出柴油、煤油、石脑油、汽油和轻质成分。常压渣油满足上述对适用作本发明进料的说明，也满足下列说明35％(重)或以下，更优选15％(重)或以下，甚至10％(重)或以下在350℃下汽化，且55％(重)或以下，更优选40％(重)或以下，甚至30％(重)或以下在400℃下汽化。
对原油和/或常压渣油进入对流区第一段预热器入口的温度和压力不作限定，只要进料为流动状态。压力一般在8-28bar之间的范围内，更优选从11到18bar，原油的温度一般定在从室温到低于对流区内预先被加热的烟道气温度，一般是从140℃-300℃。进料速度不作限定，但最好是以每小时从22000到50000kg原油和/或常压渣油范围的进料速度进行操作。
图1是热解炉的工艺流程图。
图2是汽液分离器的正视图。
图3是图2的俯视图。
图4是图2汽液分离器叶片组的透视图。
图5是热解炉的工艺流程图。
图6是热解炉的工艺流程图。
下面参照作为本发明例示说明的图1来描述本发明。应当理解，本发明范围可包括在每个所述步骤之间或在一个操作步骤中所述来源和目标之间有任意数量和类型的操作步骤。例如，在气-液分离器与第二段加热器之间可有任意数量和类型的附加设备或操作步骤，且在移出的气体(来自作为来源的汽液分离器)送往第二段加热器(目标)的管线之间可有任意数量和类型的附加设备或操作步骤。
将原油或含焦油沥青的原油馏分进料或是常压渣油进料11送入烯烃热解炉10，进入对流区A的第一段预热器12。在整个说明书中以原油进料表示本发明装置的进料，但应当明白，每当提及原油进料时，也可替换成常压渣油作为适宜的进料或常压渣油与原油进料组合用作进料。并且，为方便起见，应明确的一点是，在整个说明书中每次提到的原油包括原油和含沥青渣油的原油馏分。因此，每当提及作为进料的原油时，本发明范围包括常压渣油和含焦油沥青的原油馏分。
对流区A的第一段预热器12一般是管组，管内的物料首先以对流传热方式被自热解炉辐射区出来的烟道气加热。优选送入的进料中85％(重)或以下的进料将在350℃下汽化，且90％(重)或以下的原油进料将在400℃下汽化(均按ASTM D-2887方法测定)。在一个具体实施方案中，随着原油和/或常压渣油进料流过第一段预热器12，它被加热到使不结焦馏分汽化成汽态和一部分结焦馏分汽化成汽态，而剩余部分的结焦馏分保持液态的温度。我们发现，对于原油和/或常压渣油进料来说，最好是将不会在第一段预热器内引起结焦的原油和/或常压渣油馏分全部汽化，除此之外，维持温度高到足以进一步将原油和/或常压渣油进料中所包含的能在第一段预热器和/或第二段预热器的管内引起结焦的馏分的一部分汽化成汽态。通过保持加热管壁表面湿润的方法使第一段预热器管内的结焦现象大为减少。只要以足够的液体线速度润温加热表面，就能阻止这些表面结焦。
原油和/或常压渣油进料在对流区第一段预热器被加热的最佳温度取决于原油和/或常压渣油进料的实际组成、第一段预热器内进料的压力及汽液分离器的性能和操作。在本发明一个具体实施方案中，原油和/或常压渣油进料在第一段预热器内被加热到出口温度至少为375℃，更优选出口温度至少为400℃。在一个具体实施方案中，进料自第一段预热器流出的温度至少为415℃。
原油和/或常压渣油进料在第一段预热器管12内的温度上限为原油和/或常压渣油进料的稳定性不受损害的温度。在一定的温度下，由于焦油沥青中的沥青质开始脱出溶液或者说是与进料中的增溶树脂开始发生相分离，进料的结焦倾向增加。此温度上限将同时应用于第一段预热器管和所有联接的管线，甚至包括汽液分离器。优选原油和/或常压渣油进料在第一段预热器内的出口温度不超过520℃，且最优选不超过500℃。
在上文所述的第一段预热器内的每一个温度都是按第一段预热器内任一点，包括第一段预热器的出口所获得的气液混合物温度测定的。记录下第一段预热器内原油和/或常压渣油进料随着原油和/或常压渣油进料流过整个管子达到第一段预热器出口温度时的温度连续变化，一般是温度升高，最好是测定从对流区第一段预热器出口处的温度。在这样的出口温度下，原油和/或常压渣油进料中的结焦馏分和非结焦馏分都被汽化成气态，同时仍有一部分结焦馏分维持液相，以便适当润湿所有加热表面的管壁。汽液比范围优选从60/40到98/2(重)，更优选为90/10-95/5(重)，以维持足够的湿润管壁，使结焦最少化，有助于产量的增加。
第一段预热器内的温度条件要适合应用于原油和/或常压渣油进料，不推荐应用于重天然气-液体进料。在本发明的工艺条件下将含结焦馏分的重天然气-液体进料送入第一段预热器可使进料汽化到其干点，在数天至一星期内可在对流区炉管上结焦，达到必须要停工处理的程度。
对第一段预热器12内的压力不作特殊限定。第一段预热器内的压力一般在4-21bar范围，更优选从5到13bar。
在本发明一个任选但为优选的具体方案中，可在气液混合物自第一段预热器流出之前的任一点向第一段预热器内的原油和/或常压渣油进料中加入稀释流体优选为稀释气体13的进料。在一个更优选的具体实施方案中，在热解炉外部的某一点向第一段预热器内的原油和/或常压渣油进料中加入稀释气体13，以便于设备的维修和更换。
稀释气体进料是在第一段预热器注入点为汽体的料流。可使用能促进原油和/或常压渣油进料中非结焦馏分和一部分结焦馏分汽化的任何气体。稀释气体也有助于维持进料流过管线的流动状态，由此使管子保持湿润并避免层流现象。稀释气体的实例是水蒸气，优选为稀释水蒸气(在其露点饱和的水蒸气)、甲烷、乙烷、氮气、氢气、天然气、干气、炼厂废气和汽化石脑油。优选稀释气为稀释水蒸气、炼厂废气、汽化石脑油或它们的混合物。
稀释气体的温度是能维持料流为气态的最低温度。就稀释水蒸气而言，优选以低于原油在注入点所测温度的温度加入，以确保稀释气体不会冷凝，更优选为比原油注入点温度低25℃。稀释水蒸气在稀释气体/进料注入点处的典型温度从140℃到260℃范围，更优选为从150℃到200℃。
稀释气体的压力不作特殊限定，但优选为足以允许注入的压力，稀释气体加入原油中时的典型压力一般在6-15bar范围内。
稀释气体最好是以气体(kg)/原油(kg)为0.5∶1的比例加入，优选气体(kg)/原油和/或常压渣油进料(kg)为0.3∶1的比例。
或者，可在气液混合物自第一段预热器出去之前的任一点向第一段预热器内的原油和/或常压渣油进料中加入稀释流体13(流体是指液相或液/气混合相)。稀释流体的实例是那些易于随原油一起汽化的液体，如液体水，或石脑油与其它稀释液体或气体的混合物。一般来说，注入点为原油仍处于液态的位置时，优选稀释流体，当注入点处原油为部分或全部已汽化时，优选稀释气体。按进料的摩尔数计算，过程中加入进料中的水量为1％(mole)或以下。
在另一个替换方案中，可将过热水蒸气由管线13加入第一段预热器，以促使第一段预热器管内的原油进料进一步汽化。
一旦原油进料被加热生成气液混合物，则通过管线14从第一段预热器内引出，以热气液混合物形式直接或间接送入汽液分离器。汽液分离器将原油和/或常压渣油进料中未汽化的部分移出，使其与原油和/或常压渣油进料中完全汽化的气体分离并取出。汽液分离器可以是任何分离器，包括旋风式分离器、离心分离机或重油处理过程常用的分馏装置。汽液分离器可装配成侧面进料，汽化气从分离器顶部出去，而液体从分离器底部出去的形式，或者从顶部进料，生成的汽化气从分离器侧面出去的形式。
汽液分离器的操作温度应足以维持气液混合物的温度在375到520℃范围内，优选在400到500℃范围内。气液混合物温度可通过一定手段来调节，包括在下面有关图5的详细介绍中所描述的增加过热水蒸气加入流往汽液分离器的气液混合物的流量，或者增加由外部热交换器流向向热解炉的进料温度。
在一个优选的具体实施方案中，述及一种按题为“一种湿壁式汽液分离器”的待审申请TH1497所述的汽液分离器，现在参看图2和3，图2示出汽液分离器20的立式局部剖视图，图3示出一个局部平面图。在汽液分离器20入口处管线14内气液混合物的条件取决于进料11的性质。优选有足量的未汽化液体15(进料体积的2-40％之间，优选进料体积的2-5％)润湿汽液分离器20的内表面。这一润湿器壁的要求对降低结焦形成速度(若不可避免的话)和减少分离器20表面沉积物是很重要的。汽化程度(或是说未汽化液体15的体积％)可通过调节稀释水蒸气/进料比和气液混合物14闪蒸温度的方法来控制。
本文所述的汽液分离器20能允许按不使分离器20或下游设备(未示出)形成结焦固体和明显堵塞现象的方式将闪蒸混合物分离成液相15和汽相16。由于其相对小型的结构，湿壁汽液分离器20的设计要比在典型的真空原油塔内能达到更高闪蒸温度，因而就能更有效地以较高比例回收进料11中的汽化馏分16，用于下游进一步处理。这样就能增加进料11中用于生产高值产品23的馏分，减少低值重烃液体馏分15的馏分。
参看图2，汽液分离器20包括一个器壁为20a的容器，用来接收所送入的气液混合物14的入口14a，用来导流汽相16的汽化气出口16a，用来导流液相15的液体出口15a。紧挨着入口14a的是一个旋翼叶毂25，旋翼叶毂25有多个叶片25a间隔环绕旋翼叶毂25一圈，优选靠近离入口14a最近的一端。图4的透视图可以更清楚地显示该叶片组件。送入的气液混合物14通过飞溅到旋翼叶毂25的近端上被分散，实际上，是通过叶片25a强迫混合物14的一部分液相15甩向汽液分离器20的器壁20a，借以保持器壁20a完全用液体润湿，并减少器壁20a内侧任何结焦的速度(若不能避免的话)。同样，由于没有足够的力量将与旋翼叶毂25外表面接触的液体15送到器壁20a的内表面，旋翼叶毂25的外表面通过流下旋翼叶毂25外表面的液体层维持完全湿润的条件。在旋翼叶毂25的末端环绕一圈裙板25b，有助于迫使流下旋翼叶毂25外表面的任何液体通过附着于旋涡汽流而送到器壁20a。当气液混合物14进入汽液分离器20时，填满汽液分离器20上部介于入口14a与旋翼叶毂25之间的20b处，以帮助润湿器壁20的内部。当液体15流下时，它保持器壁20a湿润，并清洗旋翼叶毂25，减少(若不能避免的话)焦炭在这些表面上的形成。液体15连续流下，并通过液体出口15a排出汽液分离器20。在汽化气输出管16a的下面装有一对进料喷嘴26，提供急冷油用于冷却所收集的液体15并减少下游焦炭的形成。汽相16进入汽化气出口导管16a的最高点16c，由16a排出，继续进入汽化器17，用以在进入热解炉辐射区之前进行进一步处理，如图1所示。进入汽化气导管16的入口16c环绕一圈裙板16b，有助于任何液体15向外斜流到分离器器壁20a。
根据对液滴移过超出旋翼叶毂25半程之前要收集的液滴尺寸的估算来选择旋翼叶毂25在叶片25a以下的延伸距离。大部分液体将流下旋翼叶毂(根据对空气/水模型的观察)，旋翼叶毂25上存在的“裙板”25b将液滴引入叶片25a下的汽相井，当汽化气16的连续旋涡移向出口管线16a时，得以在旋翼叶毂25的裙板25b下进行连续收集。
旋翼叶毂裙板25b的大小定为将来自旋翼叶毂25的液体尽可能地接近外面的器壁20a，同时不使汽化气16的流动区域少于叶片25a内所获得的区域。实际上，所提供的流动区域约比叶片25a处的多20％。
旋翼叶毂25的底部与汽化气输出管16a的最高点16c间的距离定为汽化气输出管16a直径的4倍。这是和空气/水模型一致的。目的在于提供一定的区域用于汽化气向出口16a迁移，而不会有极高的径向速度。
汽化气输出管16a的入口16c与汽化气输出管16a水平部分中心线间的距离选定为约3倍管径。目的在于提供一定的距离来保持输出管16a上面的纵向旋涡-使其不受附近离开输出管16a的水平流程的汽化气16的干扰。汽化气输出管16a上的防蠕爬环16b的位置和尺寸不是很确定。位置在接近但是低于管口处，且相对较小，使结焦的空间落在外面的器壁20a与环16b之间。
分离器20在输出管16a以下部分的细节受此分离器范围以外相关因素的支配。只要不出现能引起液体喷射到进入输出管16a的入口16C以上的情况，应该对分离效率没有影响。
与结焦有关的主要区域包括汽化气循环区，或是说没有被液体很好冲洗的金属部分。分离器顶盖内的区域20b成型为或用材料填充为接近预期的循环区。旋翼叶毂25的内部是另一个有潜在问题的点。若焦炭发展并落到进入汽化气输出管16a的入口16c上，则会发生明显的流动阻塞(如一个关闭的止回阀)。为此，可使用一个笼子或滤网25C或称管罩，这虽不能避免焦炭发展，但可将大部分焦炭留在适当位置，不会有大块焦炭落下。叶片裙下的区域和汽化气输出管16a上的裙板16b也未被“冲洗”，在这些区域可能有焦炭生长，来自第一段预热器12的气液混合物送入汽液分离器20后得到的气态的原油和/或常压渣油进料11的汽化部分16接着被送入汽化混合器17，用过热水蒸气18与汽化气混合，将汽化气加热到更高的温度。汽化气最好是与过热水蒸气混合，通过降低汽化气内的烃分压来确保料流仍为气态。由于从汽液分离器出去的汽化气是饱和的，过热水蒸气的加入将使汽化气中结焦馏分在未加热的连接汽液分离器与第二段预热器的外部管线的内表面冷凝的趋势最小化。过热水蒸气的来源是送入热解炉第一与第二段预热器之间对流区的水蒸气进料18。来自辐射区的烟道气优选作为加热源，将水蒸气的温度升高到过热态。
过热水蒸气的适宜温度的上限不作特殊规定，应当足以提供过热到汽化气露点以上测量值。一般来说，过热水蒸气是以450℃到600℃范围的温度被引入到汽化混合器内。
汽化混合器17优选位于热解炉的外面，也是为了便于维护。可使用任何常规的混合喷嘴，但优选使用一种如USA-4498629中所述的混合喷嘴，进一步使混合喷嘴内表面周围的结焦趋势最小化。如USA-4498629中所述的优选喷嘴包括第一管形元件和环绕第一管形元件形成环形空间的第二管形元件，第一管形元件和第二管形元件纵轴基本上重合。优选在移出气体进入第二段预热器之前与过热水蒸气混合。因此，提供一个第一进气装置用来将汽化的原油和/或常压渣油或是常压渣油进料引入第一管形元件，提供一个第二进气装置用来将过热水蒸气引入环形空间。第一管形元件和第二管形元件都有一个开口端，用来将所提供的过热水蒸气环形包围汽化气进料核芯，开口端止于一个基本垂直纵轴的平面，装置还包括一个截头圆锥型元件，一端与第二管形元件的开口端连接，以纵轴与第二管形元件的纵轴基本重合的方式安装，并以远离第二管形元件的方向发散，截头圆锥型元件的顶角最大为20度。略微发散的截头圆锥型元件放置在过热水蒸气与进料相遇位置的后面，以避免液滴与元件的器壁接触，由此使混合喷嘴内形成焦炭的危险性最小化。
过热水蒸气/气体混合物经管线19从汽化混合器17流出，进入第二段预热器21，在被来自热解炉辐射区烟道气加热的第二段预热器管内被加热。在第二段预热器21内，混合后的过热水蒸气-气体混合物被完全预热到接近或刚好低于大部分进料裂化的温度，同时将会有伴生的焦炭落在预热器内。混合进料接着经管线22流向烯烃热解炉的辐射区B，在辐射区B内气态烃被热裂化成烯烃和相关副产物，经管线23流出。一般进入辐射区B的入口温度在480℃以上，更优选至少510℃，且最优选至少537℃，出口温度至少为732℃，更优选至少760℃，且最优选760到815℃之间，以促进长短链分子裂化为烯烃。烯烃热解炉的产物包括但不限于乙烯、丙烯、丁二烯、苯、氢气和甲烷，及其它相关的烯烃、链烷烃和芳烃产物。主要产物一般是乙烯，以汽化进料的重量计，典型的范围从15到30％(重)。
在一个任选的具体实施方案中，可如图1所示，经管线13将过热水蒸气加入对流区的第一段预热器12中，来代替稀释水蒸气，或者可如图5所示，在第一段预热器的出口与汽液分离器之间加入过热水蒸气，目的在于将气液混合物的温度升高到所期望值，由此提高从原油和/或常压渣油进料中回收的汽化气的分数和重量百分比。
第一段预热器内气液混合物中的汽化组分的百分比可通过控制闪蒸温度、任选稀释水蒸汽的加入量和加入第一段预热器12内原油和/或常压渣油进料中的任选过热水蒸气量来进行调节。为最大程度减少结焦现象，从原油和/或常压渣油进料中回收的汽化气量应不超过规定的汽液比，就是说，不大于98/2。
本发明方法可通过将第一段预热器和汽液分离器的加热表面连续润湿的手段，在汽液分离器20、汽化混合器17和第二段预热器21内抑制焦炭形成。本发明方法对原油和/或常压渣油馏分所达到的回收率比第一段预热器温度为350℃或以下的其它方式所得到的要高，同时能抑制焦炭的形成。
热解炉可以是任何类型的常规用于生产低分子量烯烃操作的烯烃热解炉，特别包括管式水蒸气裂化炉。热解炉对流区内的管可以是一组平行排列的管，或者以进料单程通过对流区来布置。在入口处，进料可分流到若干个单程管中，或者可以进入一个单程管，所有进料从第一段预热器的入口流过管子到出口，且更优选是通过整个对流区。优选第一段预热器由一组装在热解炉对流区内的单程管组成。在此优选方案中，对流区包括一个有两或多组管的单程管，原油和/或常压渣油进料在管内流过。在每组管中，可以盘绕或称螺旋形排列在一行内的形式来排布管子，每组管可以有若干行管子。
为进一步使第一段预热器的管子和下游管子及汽液分离器内结焦现象最小化，原油和/或常压渣油进料流动的线速度优选为减少结焦馏分汽化气体在管内的停留时间，适宜的线速度也能促进形成一润湿管表面的均匀薄层。尽管原油和/或常压渣油进料以较高的线速度流经第一段预热器的管子能降低结焦速度，但是对于具体进料有一个最佳线速度范围，超出此范围，考虑到为提供高于最佳线速度范围，泵送进料所需的额外能量和管子的定径需求，则降低结焦速度的有利之处就有所减小。一般来说，原油和/或常压渣油流经对流区第一段预热器管子的线速度范围从1.1-2.2m/s，更优选从1.7-2.1m/s，且最优选从1.9-2.1m/s，以在结焦现象与炉内管子成本和能量需求保持平衡方面提供最佳结果。
将原油和/或常压渣油进料以1.1-2.2m/s的线速度送入的一种手段是通过任何常规的泵送机械。在本发明的一个优选实施方案中，进入第一段预热器之前，或是在第一段预热器内的任何期望点处，通过在原油和/或常压渣油进料中注入少量液体水的方法来提高原油和/或常压渣油进料的线速度。当液体水在原油和/或常压渣油进料中汽化时，进料流经管子的线速度得以提高。为获得此效果，只需要少量的水，如1％(mole)或以下(以流经第一段预热器管子的进料摩尔数计)。
在许多市售的烯烃热解炉中，辐射区管子每3-5星期就累积了足够要对管子进行除焦操作的焦炭。本发明方法提供在烯烃热解炉内预热和裂化原油和/或常压渣油进料，而不必将热解炉频繁停工进行除焦操作，而其它方法则必须将炉子停工以便对辐射区管进行除焦处理。通过本发明方法，对流区的运转周期至少于辐射区的运转周期一样长。
在本发明的另一个具体实施方案中，对流区管按一种有规律的定期原则以一定的频率按需除焦，决不能比辐射区的除焦频率更频繁。优选对流区按至少是辐射区除焦日程的5倍长，更优选至少6到9倍长的频率进行除焦。可以用水蒸气和空气流对管子进行除焦。
在本发明的另一个具体实施方案中，借助一个混合喷嘴将水蒸气流加入到第一段预热器管和/或加入第一段预热器对流区出料点与汽液分离器之间。因此，所提供的一个具体方案中，水蒸气流进入对流区，优选在第一段预热器和第二段预热器之间进入，借此将水蒸气流过热到约450-600℃范围内的温度。如图5和图6所示，过热水蒸气源可被一个分流器分流成一股进入汽液分离器6的过热水蒸气流和一股进入位于第一段预热器(包括管组2、3和4)出口与汽液分离器6之间的混合喷嘴5的过热水蒸气流。
在本发明的另一个具体实施方案中，进料如图6所示被一个位于热交换器2和3之间，或位于热解炉对流区第一段预热器的任何其它热交换器之间的分流器1a所分流。当进料含有高重量百分比的焦油沥青，且为控制其流动性在热交换器1内加热到高温时，最好有这样一个分流器，以免需要在对流区第一段预热器的第一热交换器中处理所有进料。
下面的预测实施例例示说明本发明的一个具体实施方案，但并不意味着限定本发明的范围。此实施例来自仿真科学提供版5.1的建模程序，参照图5来例示说明此具体实施方案。在每种情况下，从对流区出去的气液混合物的温度超过375℃。在实施例所述的压力/温度条件下，轻质进料如重天然气液体将汽化成裂化馏分，引起对流区生成焦炭，其结焦速度远以比处理下述条件进料的炉内结焦速度快的多。预测实施例1具有下列物性的原油进料用作装置进料
此原油进料的API比重为37.08，平均分子量为211.5，以27℃的温度和38500kg/hr的速度送入外部热交换器1，在进入第一组对流区加热管2之前将原油在15巴的压力下加热到83℃。加热后的原油进料在此点仍为液态，流经单程的包括8行管(每一行以蛇形管立体排布)的第一组管2，被加热到324℃并以11bar的压力流出。在此阶段，液体的重量分数为0.845，液体的流动速度为32500kg/hr。液体的密度为612kg/m3，平均分子量为247.4。汽相流动速度为5950kg/hr，平均分子量为117.9，密度为31kg/m3。
气液混合物从第一组管2流出，进入与第一组管相同的第二组管3，气液混合物在此被进一步加热到370℃的温度，并以9bar的压力流出。流出第二组管的液体重量分数为0.608，液体现在的密度为619kg/m3，平均分子量为312.7，流动速度为23400kg/hr。汽相流动速度为15100kg/hr，平均分子量为141.0，密度为27.4kg/m3。
气液混合物接着被送入与第一和第二组管相同的第三组管4，气液混合物在此被进一步加热到388℃的温度，并以此温度和约7bar的压力从第三组管和对流区流出。在第三组管4处，将1359kg/hr的稀释水蒸气流，即料流3.5以10bar压力和182℃温度送入第三组管4。流出第三组管4的液体重量分数现在降为0.362。第三组管出口处的液相平均分子量增加为419.4，密度为667kg/m3，流动速度为14400kg/hr。汽相流动速度为25400kg/hr，平均分子量为约114.0，密度为14.5kg/m3。
气液混合物从乙烯热解炉对流区第三组管4流出，流向混合喷嘴5。通过混合喷嘴5，将约17600kg/hr过热到594℃且压力为9bar的水蒸气流5a注入从对流区流出的气液混合物。得到的气液混合物以57500kg/hr的速度、427℃的温度和6bar的压力流向汽液分离器6。现在液相平均分子量进一步增加为696.0。由于加入了过热水蒸气，液体的重量分数现在为0.070。
在汽液分离器6中将气液混合物进行分离。分离后的液体经分离器底部流出，分离后的汽化气7自顶部或经侧线以53500kg/hr的流速和约427℃温度及6bar压力流出汽液分离器。汽流的平均分子量约为43.5，密度为4.9kg/m3。汽液分离器底部流出的液流被认为是焦油沥青，并据此处理。焦油沥青的流速约为4025kg/hr，以约427℃的温度和6bar的压力流出。此液体的密度为750kg/m3，平均分子量为696。
汽化气流7与在管组8被加热的水蒸气8a合并，水蒸气以约1360kg/hr的速度流经管线8a，并在9bar压力下被过热到593℃的温度。该水蒸气流过混合喷嘴9，与汽化气流7合并，生成汽化气流9a，在430℃的温度和约6bar的压力下以54800kg/hr的流速流向对流区第二段预热器9b，进一步被加热并通过辐射区(未示出)。汽化气流9a的平均分子量为42.0且密度为4.6kg/m3。
汽化气流接着流回到对流区并进入乙烯热解炉的辐射区来裂化汽化气。预测实施例2由原油得到的，来自原油常压蒸馏塔塔底料流且具有如下物性的常压渣油料流用作装置进料
此常压渣油进料的API比重为25.85，平均分子量为422.2，以38℃的温度和43000kg/hr的速度送入外部热交换器1，在进入第一组对流区加热管2之前将常压渣油在18Bar的压力下加热到169℃。常压渣油进料在此点仍为液态，流经单程的包括8行管(每一行以蛇形管立体排布)的第一组管2，被加热到347℃并以13bar的压力流出。
常压渣油在流出第一组管2时的密度为710kg/m3，被送入与第一组管相同的第二组管3，在此被进一步加热到394℃的温度，并以10bar的压力流出。没有汽化现象发生，全部料流以43000kg/hr的流速和670kg/m3的密度液态流出。
常压渣油接着被送入与第一和第二组管相同的第三组管4，在此被进一步加热到410℃的温度，并以此温度和约7bar的压力从第三组管和对流区流出。在第三组管4处，将1360kg/hr的稀释水蒸气流，即料流3.5以10bar压力和182℃温度送入第三组管4。以气液混合物形式流出第三组管4，液体重量分数为0.830。第三组管出口处的液相平均分子量为440.5，密度为665kg/m3，流动速度为36850kg/hr。汽相流动速度为7540kg/hr，平均分子量为约80.5，密度为9.6kg/m3。
气液混合物从乙烯热解炉对流区第三组管4流出，流向混合喷嘴5。通过混合喷嘴5，将约17950kg/hr过热到589℃且压力为9bar的水蒸气流5a注入从对流区流出的气液混合物。得到的气液混合物以62300kg/hr的速度、427℃的温度和6bar的压力流向汽液分离器6。现在液相平均分子量进一步增加为599.0。由于加入了过热水蒸气，液体的重量分数现在为0.208。
在汽液分离器6中将气液混合物进行分离。分离后的液体经分离器底部流出，分离后的汽化气7自顶部或经侧线以49400kg/hr的流速和约427℃温度及6bar压力流出汽液分离器。汽流的平均分子量约为42.9，密度为4.84kg/m3。汽液分离器底部流出的液流被认为是焦油沥青，并据此处理。焦油沥青的流速约为13000kg/hr，以约427℃的温度和6bar的压力流出。此液体的密度为722kg/m3，平均分子量为599。
汽化气流7与在管组8被加热的水蒸气8a合并，水蒸气以约1360kg/hr的速度流经管线8a，并在9bar压力下被过热到589℃的温度。该水蒸气流过混合喷嘴9，与汽化气流7合并，生成汽化气流9a，在430℃的温度和约6bar的压力下以50730kg/hr的流速流向对流区第二段预热器9b，进一步被加热并通过辐射区(未示出)。汽化气流9a的平均分子量为41.3且密度为4.5kg/m3。
汽化气流接着流回到对流区并进入乙烯热解炉的辐射区来裂化汽化气。
权利要求
1.一种在烯烃热解炉内将原油和/或含焦油沥青的原油馏分进料热解的方法，包括将原油和/或含焦油沥青的原油馏分进料送入炉内对流区所提供的第一段预热器，将第一段预热器内的进料加热到出口温度至少为375℃，生成热的气-液混合物，将热的气-液混合物自第一段预热器取出送入汽液分离器，在汽液分离器内将气体与液体分离并移出，将移出的气体送入对流区所提供的第二段预热器，进一步将气体的温度加热到超过气体自汽液分离器流出温度的温度，预热后的气体被引入热解炉的辐射加热区，气体被热解为烯烃和相关副产物。
2.一种权利要求1的方法，其中85％(重)或以下的进料将在350℃下汽化，90％(重)或以下的原油进料将在400℃下汽化，所得数据均是按ASTM D-2887方法测定。
3.一种按权利要求1或2的方法，其中进料以从11到18bar范围的压力和从140℃-300℃范围的温度被送入第一段预热器。
4.一种按权利要求1-3任一项的方法，其中进料在第一段预热器内被加热到出口温度至少为400℃。
5.一种按权利要求1-4任一项的方法，其中气液比范围从60/40到98/2。
6.一种按权利要求1-5任一项的方法，其中将稀释气体加入到第一段预热器内的进料中。
7.一种按权利要求1-6任一项的方法，其中在移出气体进入第二段预热器之前与过热水蒸气混合。
8.一种按权利要求1-7任一项的方法，其中烯烃包括从15到30％(重)范围量的乙烯(以汽化进料的重量计)。
9.一种按权利要求1-8任一项的方法，其中将稀释流体(流体是指液相或液/气混合相)加入到第一段预热器内。
全文摘要
一种在烯烃热解炉内将原油进料或含焦油沥青的原油馏分进料热解的方法，是将原油或含焦油沥青的原油馏分进料送入热解炉对流区的第一段预热器，原油或含焦油沥青的原油馏分进料在其中加热到出口温度至少为375℃，生成热的气－液混合物，将热的气－液混合物自第一段预热器取出送入汽液分离器，在汽液分离器内将气体与液体分离并移出，将移出的气体送入对流区所提供的第二段预热器，进一步将气体的温度加热到超过气体自汽液分离器流出温度的温度，预热后的气体被引入热解炉的辐射加热区，气体被热解为烯烃和相关副产物。
文档编号C10G9/36GK1422323SQ01807970
公开日2003年6月4日 申请日期2001年3月8日 优先权日2000年3月8日
发明者A·J·鲍姆加特纳, P－Y·J·钱, D·Y－K·尼甘 申请人:国际壳牌研究有限公司