专利名称:裂化重质烃类生产链烯和液体烃类燃料的方法
本发明是关于用重质烃类生产链烯和液体烃类燃料的方法，更具体地说，本发明是关于在热裂化环境下生产链烯类的方法。
在高温下，使天然存在的烃类裂化，以生产链烯类和液态燃料，关于这一点人们早就悉知了。用在然存在的重质烃类制备链烯类和烃燃料的方法，有催化裂化法和非催化裂化法两种。
使用天然存在的分子量和沸点均较低的烃类(例如瓦斯油)来生产链烯类和汽油一直是合手需要的。在较轻的烃类中，典型情况下含有的杂质比重质烃类少。
但是，随着较轻质烃类被消耗掉，石油工业和石油化学工业不得不主要使用例如渣油等较重质的烃类。习惯上把残余的常压重油、常压塔底残油、减压渣油、拨顶原油和比瓦斯油重的绝大部分烃类叫作渣油。使用渣油的问题是，渣油中含有硫和金属之类的杂质。在催化裂化操作中，重金属尤其容易出现麻烦。重质烃类也含有许多焦碳前体容易在裂化工序中转化成焦碳，而且常常阻塞设备，污染裂化工序中使用的催化剂或者惰性粒子。
为了解决裂化渣油所出现的问题，研制了许多方法，这些方法通常是在裂化前对渣油进行预处理。溶剂脱沥青法、流化焦碳法、延迟焦化法或者加氢处理法是渣油进料预处理法。溶剂脱沥青法、流化焦化法或者延迟焦化法本质上属于碳抑制法(Carbon rejection Processes)，这类方法导致原料的大量损失。加氢处理法在典型情况下通过污染物对催化剂的中毒作用以及对耗氢量的影响，给此处理方法带来了十分沉重的经济负担。
本发明的目的是裂化重质烃类以生产链烯和液体燃料。
本发明的另一个目的是使常压塔底残油(atmosPheric touer bottoms)首先经过减压塔处理，然后分别裂化减压油和减压渣油，用这种方法裂化常压塔底残油。
本发明的方法，基本上是按热裂化法来进行的。在减压塔中使原料(即常压塔底残油)分离成减压瓦斯油和减压渣油。然后，将减压瓦斯油输送到热裂化反应器中，并且高温下(即1500°F)和低停面时间(即0.05至0.04秒)等条件下，与颗粒状固体一起通过，以便使烃裂化生成链烯。在一个分离器中使链烯与固体粒子分离，同时从分离器顶部将其取出。固体颗粒被输送至焦化装置解吸塔。与此同时，从减压塔底放出的减压渣油被输送到焦化装置解吸塔中，在其中得到裂化，而且大部分转化为焦碳。通过燃烧此裂化过程中生成的焦碳来使颗粒状固体再生，并且重新送入热裂化反应器中反复裂化使用。
参照下列附图可以更好地理解本发明的方法，其中图1是本发明方法的流程图。
图2是热再生系统(TRC)中反应器加料器的剖面视图。
图3是热再生裂化过程中分离器的剖面视图。
图4是沿图3 4-4线的剖视图。
本发明的方法指在用重质烃类原料生产链烯类和液体燃料。常压底残油(ATB十分适于用本发明方法处理。然而，能够分离成轻物流和重物流的任何重质原料都可以用本发明方法进行处理。
正如在图1中清楚看到的那样，本系统主要由一个减压塔2和一个热再生裂化系统所组成。而热再生裂化系统，是由一个热再生裂化反应器6、一个反应器加料器4、一个分离器8和一个焦化解吸容器10所组成。这个系统还包括在反应后使从裂化产物中分离出来的固体颗粒再生的装置。在此系统中，图示说明了一个携带床式加热器16，一个输送管路12，以及一个能用于固体颗粒再生的流化床反应器14。
在本发明的工艺过程中，通过管路3把常压塔底残油(ATB)输送到传统型减压塔2中，此塔在大约20mm汞柱压力下操作，在此塔中常压塔底残油被分离成轻质塔顶馏出的减压油流和较重的塔底减压残油。此减压瓦斯油被冷凝后，通过管路20被输送到热再生裂化反应器6之中。
减压瓦斯油是与通过反应器加料器4(从图2看得最清楚)的固体颗粒一起送入反应器6中的。在此反应器中热固体颗粒与减压瓦斯油立即发生紧密混合，而且马上进行裂化。进入反应器的固体颗粒温度处于1750°F范围内。减压瓦斯油在大约700°F下被输送到反应器中。固体颗粒与减压瓦斯油进料的重量比为5比60，此反应在1500°F温度下进行的停面时间为大约0.05至0.04秒，最好为0.20至0.30秒。在分离器8(从图3中看得最清楚)中使产物气体与固体颗粒分离，而且产物气体通过在上面的管路22，立即被经过管路36输送到管路22中的典型急冷油的急冷。经过急冷的产物被通入旋风分离器24，在其中除去夹带的固体颗粒之后，经过管路44被输送至焦化装置解吸器10之中。
被分离出来的固体颗粒离开分离器8，经过管路26通入到解吸焦化装置10之中。与此同时，来自管路32的减压残油被输送至解吸焦化装置10之中，借助于温度高处于1300至1600°F的固体颗粒使减压残油裂化。在解吸焦化装置中固体颗粒与减压残油之间的重量比为5∶1至60∶1。这样，减压残油温度被提高到950-1250°F由减压残油中分出的挥发性产物，在上面通过管路30取出，然后输送到管路34中处理或者直接径由管路42从系统中取出。
在管式反应器6和解吸焦化装置10中累积结焦的固体颗粒被输送至携带床式加热器16中，与通过管路44输送到系统中的空气一起燃烧，以便为在反应器6中热再生裂化提供所需的热量。
热再生(TRC)处理系统的反应器加料器，由于能够迅速混合烃原料和固体颗粒而特别适用于本系统。正如在图2中所看到的那样，反应器加料器4通过垂直设置的导管72，从固体颗粒贮藏器70向反应器6输送固体颗粒，与此同时与从导管72放出的固体颗粒流经途径成一定角度，向反应器6输送烃原料。通过螺旋加料管76将烃加至其中的环形室74，尾接有一定角度的开口78，一个混合折流板或者管塞80，也有助于烃原料和固体颗粒之间迅速而紧密混合。有一定角度的开口78的边缘79最好逐渐倾斜，它在导管72反应器端的边缘79。这样一来，气态物流自环形室74呈斜面喷射入混合区，拦截从导管78流出的固体颗粒相。这种气流的喷射，将会形成一个虚线77所示的园锥，此园锥的涡旋体处于固体颗粒流通途径的下方。通过呈斜面通入气相，此两相迅速而均匀的混合，形成均一的反应相。固相与气相的混合，是固-气相之间剪切面以及流动面的函数。由于剪切面(S)和流动面(A)之比(S/A)为无穷大时，产生理想混合，所以当沿反应区器壁加入固体颗粒时混合效果最差。在本发明系统中，气流是呈环形引向固体颗粒相的，这就保证了高剪切面。另外，通过环形加料口使气相横向通入，正如在优选法的实施方式中的那样，从而使两相互相贯穿，获得了更快的混合效果。利用许多环形气体加料点和许多固体加料导管，能更迅速地促进更好的混合，这是由于对于恒定的固体颗粒流动面来说，剪切面与流动面之比增加的缘故。混合也是混合区L/D的一个已知函数。管塞能够在L恒定的条件下有效地减小直径D，因而促进混合。
管塞80减少流动面积并且形成离散的混合区。在每个固体加料点四周环形加入气体以及受限制的离散混合区相结合，提供了十分有利的混合条件。利用这种优选的实施方案，为在反应区获得基本上均一反应相所需的时间相当短。因此，这种优选的气体和固体加料法，可以用于停留时间小于1秒，甚至于小于100毫秒的反应系统之中。
考虑到反应器6和反应器加料器4的周围情况，将其器壁衬以陶瓷材料内芯81。有关反应器加料器的细节，在美国专利NO 4，388，18F中做了更详细介绍，现用参照方式将此专利拼记本文。
在附图3中看到的TRC系统的分离器8，也可以用于快速和离散式分离从反应器6放出的裂化产物和固体颗粒。分离器8的入口直接处于直角拐角90的上方，在此拐角90处收集大量的固体颗粒92。处于拐角90下游方向的一个堰板94，有助于累积大量固体颗粒92。分离器8的气体出口22与此分离器气-固体入口96成180°而且固体颗粒出口26与气体出口22正面相对，而且处于气体出口22和堰板94的下方。操作期间，离心力将固体颗粒推向室93中入口96的对面器壁上，与此同时动量较小的气体通过室93的蒸气空间流动，开始时，固体颗粒碰撞在入口96对面的器壁上，然后聚集形成固体颗粒92的固定床，最后形成园周角大约为90°的曲线弧形表面形状。碰撞在床92上的固体颗粒，沿此曲线弧形表面移动到固体出口95处，在重力作用下这些粒子优先取向下的固体粒子流。所说弧形表面的精确形状，取决于具体分离器的几何形状以及入口物流的参数(例如速度、质量流速、堆积密度和粒度)。由于施加在进料固体上的力，是指向固定床92而不指向分离器8本身的，所以磨蚀很小。因此分离器的效率并不受高的入口速度(高达150呎/秒)的有害影响，分离器效率是用从通过出口97离开的气相中除去固体颗粒百分数表示的。分离器8可以在很宽的稀相密度范围内操作，优选范围是0.1至10.0磅/呎3。本发明分离器8的效率大约为80%，但是在优选的具体实施方案中，可以除去90%以上的固体颗粒。
已经发现，分离器效率取决于其几何形状，更具体地说流动途径必须基本上成直角，而且在气体流动时高度H和U形弯头道形状之间有一个最佳关系。
已经发现，对于室93的给定高度H来说，分离器效率随着处于入口96和出口97之间的180°U形弯道逐渐靠近入口96而增加。因此，对于给定的H来说，分离器效率随着流动途的缩短而增加，因而停留时间缩短。现在假定入口96的内径为Di，则入口96和出口97中心线之间的优选距离CL不大于4.0Di，在所说中心线之间的最优先选用的距离为1.5-2.5Di。当CL低于1.5Di时，虽然分离效果更好，但是由于制造上的困难使之在绝大部情况下丧失吸引力。假如后述的实施方案理想的话，则分离器8大概需要整体浇铸设计，因为入口96和出口97互相靠得太近，以致于不能用焊接法制造。
已经发现，流动途径的高度H应当至少等于Di值或者等于4寸，二者之中取大者。实践表明，如果H小于Di或者小于4寸，则进入的物流往往扰动此床固体颗粒92，从而使气体产物中夹带的固体颗粒通过出口97流出。最好使H处于二倍Di的数量级，以便获得更高的分离效率。虽然没有另外的限制，但是过大的H值似乎最终仅使停留时间增加，然后分离效率却无明显增加。流动途径的宽度W，优先选用0.75Di至1.25Di之间的数值，最好为0.9Di至1.10Di之间。
出口97可以具有任何内径。但是，当速度高于75呎/秒时，气体中携带的残余固体可能造成磨蚀。出口97的内径应当加以规定，以便使在图1中所示的解吸容器10和分离器8之间存在一定压力差，促而在固体颗粒出口管26中形成固定高度的固体颗粒。在管路26中存在的固定高度固体颗粒，形成阻止气体进入解吸容器10的正密封。在解吸容器10和分离器8之间的压差值，取决于使大量固体颗粒流向固体出口95移动所需的力以及管道26中的固体颗粒高度。当压差增加时，气体向解吸容器10的净流动减少。具有重力冲量的固体颗粒克服此压差，向气体则优先通过气体出口逸走。
图4表明的是分离器沿截面4-4的剖面图。必要的条件是，纵向侧壁101和102应当呈直线形或者呈虚线101a和102a所示的轻度弧形。因此，通过分离器8的流动途径基本上具有矩形横截面正如图4所表明的那样，矩形横截面高为H，宽为W。图4所表明的具体实施方案，通过调节侧壁101和102的衬里宽度而限定流动途径的几何形状。也可以采用折流板、插入物、堰板或者其它手段。与流动途径呈横向的侧壁103和104的结构可以制成类似形状，但是这并不是必要的。
分离器外壳和人孔优先衬以耐磨蚀衬里105，当出现高速的固体颗粒时这可能是需要的。市场上可以买到的典型耐磨蚀衬里材料包括金刚砂预制碳化硅耐火材料(Carborundum Precast Carbofrax)D、金刚砂预制阿尔夫拉克斯(Carborundum Precast Alfrax)201或者其它等同物。在外壳和衬里105之间，以及在人孔和其相应耐磨蚀衬里之间可以嵌入隔热衬里106，以便使此分离器可以在高温下使用。这样，当工艺温度高于1500°F870℃时可以使用。
关于分离器8的详细情况，在美国专利NO4，288，235中做了更详细描述，通过参照将此美国专利拼入本文。
下面的实例说明本发明方法。主要含有44%减压残油和56%减压瓦斯油的常压塔底残油组成如下减压瓦斯油(TRC) 减压渣油(VR)瓦斯 10.7 15C224.6 14C310.5 7C47.6 4裂化气(CrGas) 15.5 10低沸点燃料油(LFO) 11.6 6高沸点燃料油(HFO) 16.6 34焦碳 2.9 10将62，700磅常压塔底残油通过管道3输送到减压塔2。从此减压塔2取出35，100磅减压瓦斯油，送至管路20;通过管路32取出27，600磅/小时减压渣油。将减压瓦斯油输送至反应器6，用温度已经提高到1750°F的固体颗粒加以裂化。固体颗粒与烃原料之间的重量比等于22。在1500°F温度下进行裂化0.20秒。在反应器6中每小时大约生产出1018磅附在颗粒上的焦碳。
将27，600磅/小时减压渣油输送到温度大约为650°F下的焦化器10中。在其中每小时生产2760磅焦碳。在此系统中生产的总焦碳量为3778磅。本方法的全部总产率如下总产率 Wt% 磅/吋瓦斯 12.6 7900乙烯 19.9 12500丙烯 9.0 5640C46.0 3760裂化气(CrGas) 13.1 8210低沸点燃料油(LFO) 9.1 5710高沸点燃料油(HFO) 24.3 15240焦碳 6.0 3780
勘误表
勘误表
权利要求
1.生产链烯或者液体燃料的一种方法，其中包括的步骤为(a)将重质烃类分离成轻质烃馏份和重质烃馏份。(b)利用由固体颗粒所供给的热，使轻质烃馏份热裂化，(c)从固体颗粒中分离裂化产物，(d)将径分离的固体颗粒输送至焦化器中，(e)将重质烃类输送到焦化器中，以生产焦碳和挥发性烃。
2.按照权利要求
1的一种方法，其中热裂化温度大约为1500°F固体颗粒与轻质烃类的重量比为3至60，反应的停留时间为0.05至0.50秒。
3.按照权利要求
2的一种方法，其中输送到焦化器中的固体颗粒温度为1300至1600°F，焦化温度为950°F至1250°F。
4.按照权利要求
3的一种方法，其中焦化器中固体颗粒与重质烃类进料的重量比为5∶60。
5.按照权利要求
2的一种方法，其中所说的重质烃类是渣油。
6.按照权利要求
2的一种方法，其中所说的重质烃是常压塔底残油。
7.按照权利要求
2的一种方法，其中所说的轻质烃进料和热固体颗粒，是通过一个反应器加料器输送到管式热再生裂化反应器中的，所说的反应器加料器具有-与所说的管式热再生裂化反应器和盛装于一个热固体颗粒容器中的固体颗粒相通的垂直通道。-处于所说垂通通道上方，使固体颗粒局部流态化的装置，以及-与固体颗粒进入所说的热再生反应器的途径成一定角度，把轻质烃馏份输送到所说管式热再生反应器中的装置。
8.按照权利要求
1的一种方法，其中在一个分离器中分离固体颗粒和热裂化产物气体通过分离器一个入口进入所说的分离器，然后改变方向90°，以便与进入方向成180°的相反方向，固体颗粒继续沿着固体颗粒-裂化产物气体在分离器入口方向成90°角的途径，然后固体颗粒的途径指向下方。
9.按照权利要求
1的一种方法，其中固体颗粒和裂化产物气体在一个分离器中得以分离，所说的分离器有一个使大约80%的固体颗粒与进入的混合相物流迅速分离的室，所说的室具有1)近似呈直线的纵向侧壁，以便形成一个高为H、宽为W、横截面近似呈矩形的流动途径，2)内部宽度为Di的一个混合相入口，所说的入口2、1)处于所说室的一端，2、2)设置在流动途径的法向上，所说的流动途径2、2、1)高H至少等于Di或者4吋，二者取大者，2、2、2)宽W不小于0.75Di，不大于1.25Di，3)一个气体出口，所说的气体出口3、1)与所说入口之间的距离按其中心线计算时不大于4Di，3、2)取向使气体方向发生180°变化，促而产生的离心力使进入物流中的固体颗粒指向与所说入口相对的室壁上，在那里形成并且保持基本上固定的固体颗粒床，所说床的表面规定着固体颗粒向固体出口流出时沿着近似90°园锥角的弧形曲线途径流动，以及4)固体出口，所说的固体出口4、1)处于所说室的对面端，4、2)安装成适于排出的固体颗粒在重力作用下向下流动。
专利摘要
通过使重质烃类分离成轻馏分和重馏分，并且使轻馏分伴随热裂化、使重馏分焦化的方法来裂化重质原料的一种方法。
文档编号C10B55/02GK85106815SQ85106815
公开日1987年3月11日 申请日期1985年9月11日
发明者罗伯特·J·加特赛德, 阿克塞尔·R·约翰逊, 约瑟夫·L·罗斯 申请人:史东及辛伯斯特工程公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan