使用全馏分原油原料生产烯烃的制作方法
【专利说明】使用全馏分原油原料生产烯烃
[0001]发明背景发明领域
[0002]本发明涉及对全馏分原油进行热裂解而生产烯烃。更具体地，本发明涉及使用全馏分原油作为采用烃裂解工艺例如热解炉中的蒸汽裂解来生产烯烃的装置的原料。
[0003]现有技术描述
[0004]烃的热裂解是广泛用于生产烯烃例如乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯和芳烃例如苯、甲苯和二甲苯的石化工艺。
[0005]基本上，通过蒸馏或其它方式分馏全馏分原油而产生的烃原料例如石脑油、瓦斯油或全馏分原油的其它馏分与充作稀释剂的蒸汽混合以使烃分子保持分离。所述蒸汽/烃混合物被预热至约900 —约1，000华氏度(° F或F)，然后进入反应区，在那里将它非常迅速地加热到约1，450 一约1，550° F的剧烈烃裂解的温度。
[0006]本方法在反应区压力为约10 —约30psig的热解炉(蒸汽裂解器)中实施。热解炉内部具有对流区和辐射区。预热在对流区完成，而剧烈裂解在辐射区发生。
[0007]剧烈裂解后，所述热解炉的流出物含有多种气态烃，例如每分子I 一 35个碳原子。这些气态烃可以是饱和的、单不饱和的和多不饱和的，并可以是脂族的、脂环族的和/或芳族的。裂解的气体也可含有大量的分子氢(氢气)。
[0008]因此，在工业化烯烃生产装置中实施的常规的蒸汽裂解，采用了全馏分原油的馏分，并对其进行热裂解时全部蒸发该馏分。裂解的产物可含有，例如，约I重量百分比(wt% )的氢气、约10wt%的甲烧、约25wt%的乙稀和约17wt%的丙稀，全部被％基于所述产物的总重量，其余主要由每分子具有4 - 35个碳原子的其它烃分子组成。
[0009]然后裂解产物进一步在烯烃生产装置中加工以生产作为该装置产物的各种分开的单独的高纯度料流，例如氢气、乙烯、丙烯、每分子具有4个碳原子的混合烃、燃料油和高温分解汽油。前述每种分开的单独的料流是有价值的工业产品。因此，烯烃生产装置当前采用全馏分原油料流的一部分(馏分)并由其产生多种分开的有价值的产品。
[0010]如上所述，用作常规烯烃生产装置的原料所来自的起始物质通常在它到达该装置之前已经经过大量的昂贵的处理。通常，全馏分原油被蒸馏或以其它方式分馏成多种馏分例如汽油、煤油、石脑油、瓦斯油(减压或常压)等，包括高沸点渣油。因此，除了渣油外，可将任何这些馏分送到烯烃生产装置作为该装置的原料。
[0011]希望能够预测精炼蒸馏设备(全馏分原油加工设备)的资金和操作成本，所述设备加工原油以生成充作常规烯烃生产装置原料的原油馏分。然而，直到现在，现有技术教导了要避免使用沸程分布太宽的均匀的烃馏分(馏分)。例如，参见授予Lenglet的美国专利N0.5，817，226。
[0012]最近，美国专利N0.6, 743, 961被授予Donald H.Powers。该专利涉及通过米用含有填料的蒸发/温和裂解区来裂解全馏分原油。该区以这样的方式操作:尚未蒸发的全馏分原油的液相被保持在该区中直到更稳定的烃液体组分的裂解/蒸发得以最大化。这允许最少的固体残渣生成，该残渣作为填料上沉积物而剩下。该残渣理想地在正常的炉除焦循环过程中通过常规的蒸汽空气除焦而发生燃烧离开填料，参见该专利的第7栏第50 - 58行。因此，该专利的第二区9充作在该工艺所使用的条件下不能裂解或蒸发的原油原料的组分(包括烃质物质)的阱，参见该专利的第8栏第60-64行。
[0013]2002年9月16日提交的美国专利申请序列号10/244，792 (其具有与美国专利N0.6，743，961共同的发明人和受让人)涉及在该专利中所公开的方法，但它采用温和的酸性裂化催化剂以驱动所述蒸发/温和裂解设备的全部功能更加朝着所述蒸发(没有在先的温和裂解)一温和裂解(随后蒸发)图的温和裂解端进行。
[0014]2003年7月10日提交的美国专利申请序列号10/616，839 (其具有与美国专利N0.6，743，961共同的发明人和受让人)涉及在该专利中所公开的方法，但它除去至少一部分剩留在蒸发/温和裂解设备中的尚未蒸发或温和裂解的所述液体烃。原油原料的这些液体烃组分从该设备的底部附近排出，并送至分开的受控制的抽空设备中以对此前耐受住蒸发和温和裂解的那些稳定的烃组分提供额外的裂解能量。因此，该发明也试图驱动在蒸发/温和裂解设备中的整个过程更加朝着前述的蒸发一温和裂解图的温和裂解端进行。
[0015]发明概述
[0016]根据本发明，提供了使用全馏分原油作为烯烃生产装置的原料的方法，该方法使蒸发功能最大化并使前述的温和裂解功能最小化(如果没有消除的话)，并由此驱动本发明的蒸发设备中的整个过程朝着前述图的蒸发端强烈进行。
[0017]根据本发明，全馏分原油在常规烯烃生产装置(烯烃装置)中被预热以产生来自原油原料的烃蒸气和烃液体的混合物，同时有少量或没有焦炭生成。然后将蒸气烃与剩余的液体分开，并将所述蒸气送去进行剧烈裂解操作。通过向所述设备中引入急冷油，剩下的液体烃经受与温和裂解相比有利于蒸发的条件，并从该设备中排出液体渣油，该渣油由急冷油和来自原油原料的剩余的液体烃组成。
[0018]附图描述
[0019]图1显示了典型的烃裂解装置的简化的流程图。
[0020]图2显示了本发明范围内的一个实施方案，该实施方案采用单独设立的蒸发设备。
[0021]发明详述
[0022]本发明中所使用的术语“全馏分原油”是指从井口流出的原油，但不计使这种原油适于运输到原油炼厂和/或这种炼厂的常规蒸馏而对其进行的任何处理。该处理可包括诸如脱盐之类的步骤。“全馏分原油”是适合于在炼厂中蒸馏或以其它方式分馏的原油，但它没有经过任何这类蒸馏或分馏。“全馏分原油”可包括，但没必要总是包括，非沸腾物质，例如沥青或焦油。因此，如果不是不可能，它难以提供全馏分原油的沸程。因此，根据本发明，用作烯烃装置的初始原料的所述全馏分原油可以是一种或多种直接来自于油田管道和/或常规原油存储设施的原油，视可得性而定，没有任何在先的分馏。
[0023]本发明中所使用的术语“烃”和“烃类”并不是指严格地或仅含有氢原子和碳原子的物质。这类术语是指在性质上为烃质的物质，它们主要或基本上由氢和碳原子组成，但可以含有其它元素例如氧、硫、氮、金属、无机盐、沥青等，甚至以显著的量含有。
[0024]本发明中所使用的术语“气体”或“多种气体”是指一种或多种基本上处于蒸气状态的气体，例如，单独的蒸汽、蒸汽和烃蒸气的混合物等。
[0025]本发明中所使用的术语“焦炭”是指任何高分子量烃质固体并包括由多核芳烃的缩合而生成的化合物。
[0026]本发明有用的烯烃生产装置将包括用于最初接收和裂解所述全馏分原油原料的热解(裂解)炉。用于烃蒸汽裂解的热解炉通过对流和辐射加热，并包含一系列预热、循环和裂解管，通常是管束，以预热、运输和裂解所述烃原料。通过位于炉的辐射区(有时称作“辐射区”)的燃烧器提供高裂解热。这些燃烧器的废气沿着炉的对流区循环以提供预热进口烃原料所需的热量。所述炉的对流和辐射区连接在“交叉”处，和以上提到的管载着从一个区的内部至下一个区的内部的烃原料。
[0027]裂解炉被设计用于在辐射区中在辐射管(盘管)入口处开始快速加热，在辐射管入口处由于温度低而反应速率常数低。大多数传入的热量简单地使烃从入口温度升高至反应温度。在盘管的中部，升温速率较低但裂解速率是可观的。在盘管的出口处，升温速率稍微增加但不如在入口处迅速。反应物消失的速率是它的反应速率常数乘以它的局部浓度之积。在盘管的末端，反应物浓度低，且通过提高工艺气体温度可得到额外的裂解。
[0028]原料烃的蒸汽稀释降低了烃分压，强化了烯烃的生成，并减少了在辐射管中生成焦炭的趋势。
[0029]裂解炉通常具有矩形的燃烧室，竖直的管道居中位于辐射耐火壁之间。这些管道从它们的上端进行支撑。
[0030]使用气体或气体/液体混合燃料，由装配在燃烧器上的壁或地板或二者的组合来完成对辐射区的烘烤。燃烧室通常处于微负压下，最通常具有向上的烟道气流。通过至少一个自然通风扇或诱导通风扇来使烟道气流入对流区。
[0031]辐射盘管通常悬挂在燃烧室中心下方的单独的平面上。它们可被套入单独的平面内或平行放置在交错的双排管布置中。从燃烧器向辐射管的热传递主要通过辐射进行，因此烃在热“辐射区”被从约1450° F加热到约1550° F，并因此经过剧烈裂解。
[0032]因此，辐射盘管是受热的(fired)管式化学反应器。进料到该炉中的烃在对流区通过来自辐射区的烟道气、对流区中原料的蒸汽稀释等的对流加热被预热至约900 —约1000° Fo预热后，在常规工业炉中，原料准备进入辐射区。
[0033]在典型的炉中，所述对流区可含有多个区域。例如，原料可以在第一上区中进行初始预热，锅炉进料水在第二区域中加热，混合的原料和蒸汽在第三区中加热，蒸汽在第四区中进行过热，和最终的物料/蒸汽混合物在底部即第五区中预热至完成。区域的数目和它们的功能可相当地不同。因此，热解炉可以是复杂的和可变的结构。
[0034]离开辐射区的裂解的气体烃被快速降温以防止裂解模式的破坏。在裂解的气体被进一步在烯烃生产装置中的下游加工之前对其进行冷却，以高压蒸汽的形式回收大量的能量，所述高压蒸汽用于在所述炉和/或烯烃装置中再次利用。这通常通过使用本领域公知的在线换热器来完成。
[