專利名稱：利用兩個(gè)氣液分離器由重質(zhì)烴原料生產(chǎn)低級(jí)烯烴的改進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理重質(zhì)烴原料以生產(chǎn)低級(jí)烯烴。
技術(shù)背景生產(chǎn)低級(jí)烯烴的常見方法是通過(guò)將包含烴例如乙烷、丙烷、丁烷、 戊烷、和原油餾分例如石腦油和瓦斯油的飽和烴原料熱解裂解。低級(jí) 烯烴的生產(chǎn)者一直在尋找可以通過(guò)熱解裂解工藝經(jīng)濟(jì)地升級(jí)為低級(jí)烯 烴的成本更低的烴原料。被考慮用于轉(zhuǎn)化為低級(jí)烯烴產(chǎn)品的更低成本 材料是包含高沸點(diǎn)或不可氣化的焦炭前體的任何石蠟烴材料，例如原 油和原油餾分如石油渣油。盡管原油和石油渣油從成本的角度是有吸 引力的，但是它們不是用于熱解裂解的好的原料，因?yàn)樗鼈冊(cè)诔Ｒ?guī)的 熱解裂解爐的對(duì)流段內(nèi)不能完全地氣化。原油和包含瀝青的原油餾分的熱解的最新進(jìn)展如美國(guó)專利6， 632， 351中所示。在。51方法中，將原油原料或包含瀝青的原油餾 分直接進(jìn)料到熱解爐中。所述方法包括將原油或包含湯青的原油餾分 進(jìn)料到對(duì)流段內(nèi)的第一階段預(yù)熱器中，其中原油或包含瀝青的原油餾 分在第一階段預(yù)熱器內(nèi)被加熱到至少375C的出口溫度，以產(chǎn)生加熱 的氣液混合物。將該混合物從第一階段預(yù)熱器抽出，加入蒸汽，并且 將氣液混合物進(jìn)料到氣液分離器，隨后在氣液分離器中使氣體與液體 分離并且將其除去，和將除去的氣體進(jìn)料到在對(duì)流段中提供的第二預(yù) 熱器中。然后將預(yù)熱的氣體引入到熱解爐中的輻射段，并且熱解為烯 烴和相關(guān)的副產(chǎn)物。盡管這是對(duì)總的工藝方法的改進(jìn)，但是，由于提 高在其中發(fā)生熱解的爐子輻射段的烴氣體進(jìn)料流量所需的提高的分離 溫度引起對(duì)流段和氣液分離器中的焦炭形成，在實(shí)現(xiàn)更有價(jià)值產(chǎn)品的 更高收率方面仍有局限性。
美國(guó)專利4， 264， 432公開了在熱裂解為烯烴之前通過(guò)在第一混合 器中用蒸汽閃蒸、將蒸氣過(guò)熱、和在第二混合器中閃蒸來(lái)自第一混合 器的液體而使重瓦斯油氣化的方法和系統(tǒng)。這種方法顯然只涉及在重 油熱解裂解之前氣化具有約1005。終餾點(diǎn)的重瓦斯油，而不涉及從否 則不可接受的具有不希望的焦炭前體和/或高沸點(diǎn)瀝青餾分的原料產(chǎn) 生可接受的熱解原料。需要改進(jìn)的方法來(lái)允許經(jīng)濟(jì)地處理重質(zhì)烴原料，從而以更高的收 率生產(chǎn)低級(jí)烯烴，而不引起對(duì)流段或氣液分離設(shè)備中的不可接受的結(jié) 垢或結(jié)焦。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及使一部分重質(zhì)原料熱解以便提供用于生產(chǎn)烯烴的更為 經(jīng)濟(jì)有吸引力的原料的方法。這是通過(guò)首先將包含不希望的在一般的 熱解爐的對(duì)流段條件下不能完全氣化的焦炭前體和/或高沸點(diǎn)瀝青餾 分的所述原料中的未氣化部分分離而實(shí)現(xiàn)的。要求保護(hù)的方法包括a) 將原料進(jìn)料到在熱解爐的對(duì)流段中提供的第一階段預(yù)熱器中， 和在所述第一階段預(yù)熱器中加熱所述原料以產(chǎn)生加熱的氣液混合物，b) 將加熱的氣液混合物從第一階段預(yù)熱器抽出并且在第一氣液 分離器中將其與高溫蒸汽合并，c) 在第一氣液分離器中將氣體與液體分離并將其除去，將氣體在 所述對(duì)流段中提供的氣相過(guò)熱器中加熱到約450-7001C的溫度，將全 部或大部分(一般為大于60體積°/。)的加熱氣體進(jìn)料到第二氣液分離器 中，和將剩余部分進(jìn)料到熱解爐的輻射段中并將氣體熱解以產(chǎn)生烯烴 和其它熱解產(chǎn)物，d) 將液體從第一氣液分離器抽出，和通過(guò)將除去的液體與(i)來(lái) 自第一氣液分離器的經(jīng)過(guò)在對(duì)流段的所述過(guò)熱器中進(jìn)一步加熱的大部 分蒸氣和任選的(ii)另外的過(guò)熱蒸汽合并而將除去的液體加熱到約 425-約510'C的溫度，和將合并的物流進(jìn)料到第二氣液分離器中，e) 在第二氣液分離器中將標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)低于590X:的氣體組分與液體 餾分分離并將其除去，將除去的氣體進(jìn)料到熱解爐的輻射段并且使氣
體熱解，以產(chǎn)生烯烴和其它熱解產(chǎn)物，和f)從第二氣液分離器中除去剩余液體餾分。對(duì)于一些應(yīng)用，只需要一個(gè)分離器(例如旋風(fēng)分離器)，如美國(guó)專利6， 632, 351和5， 580， 443中公開和要求保護(hù)的。例如對(duì)于包含瀝青的輕質(zhì)原料，例如非常輕質(zhì)的原油或黑色凝析 油，因?yàn)橹恍枰鄬?duì)低的旋風(fēng)分離器溫度(經(jīng)常低于3701C)就可以使 原料幾乎完全地氣化，所以只需要單個(gè)旋風(fēng)分離器。此外，重要的是 要認(rèn)識(shí)到，即使對(duì)于更重質(zhì)的原料，例如一般的原油和減壓或常壓渣 油，如果可以容易地得到非常高溫的稀釋蒸汽，則只需要一個(gè)旋風(fēng)分 離器，以避免對(duì)流段中的高原料溫度，因?yàn)樵现辉趯?duì)流段外部通過(guò) 與高溫蒸汽混合而加熱到可能形成焦炭的溫度。本發(fā)明的雙旋風(fēng)分離 器方案特別有用的設(shè)計(jì)是其中不容易得到非常高溫的稀釋蒸汽的情 況，或者有通過(guò)將原料與非常高溫的稀釋蒸汽混合產(chǎn)生的結(jié)焦問(wèn)題或 者稀釋蒸汽的量受限的情況。在這些情況中，有利的是使用兩個(gè)旋風(fēng)分離器以避免在對(duì)流段中將原料加熱到非常高的溫度，使得可以實(shí)現(xiàn) 充分高的旋風(fēng)分離器溫度，用于在旋風(fēng)分離器中使期望的烴的氣化最 大化。實(shí)質(zhì)上，在對(duì)流段中加熱來(lái)源于第一旋風(fēng)分離器的蒸氣所產(chǎn)生 的過(guò)熱蒸氣被用于代替稀釋蒸汽，或者用于補(bǔ)充稀釋蒸汽。一般地，為了實(shí)現(xiàn)商業(yè)上可接受的熱解爐投入運(yùn)行時(shí)間，不能將 包含瀝青的寬沸程烴原料例如黑色凝析油、原油和渣油(例如常壓渣油 或減壓渣油)不經(jīng)首先除去瀝青餾分而直接在熱解爐中裂解。通過(guò)在熱 解爐的對(duì)流段中并入一個(gè)或多個(gè)高效旋風(fēng)分離器，可以將包含瀝青的 原料不經(jīng)事先分餾而直接進(jìn)料到爐子中，旋風(fēng)分離器用于除去瀝青餾 分或用于從原料"除去高沸點(diǎn)餾分"。從一般的石蠟烴原料除去的瀝 青物流中硫、金屬和氮的含量相對(duì)低，并且可以直接進(jìn)料到渣油FCC 單元或煉焦設(shè)備，或者可以用作燃油混合組分使用。熱解爐的對(duì)流段特別適合使用旋風(fēng)分離器從其原料除去高沸點(diǎn)餾 分，這是因?yàn)楦叩脑蠝囟群痛罅康母邷卣羝ǔＳ糜谑箤?duì)流段中的 重質(zhì)原料氣化，并且高的蒸汽/原料比有助于減少輻射段中的結(jié)焦。并
入旋風(fēng)分離器不必須需要在對(duì)流段中安裝另外的傳熱表面或使用另外 的蒸氣使原料氣化。高的原料溫度和加入大量蒸汽(其通常是乙烯裂解 爐工藝的一部分)可用于實(shí)現(xiàn)足以將瀝青分離的原料氣化，切割點(diǎn)高達(dá)~ 1100-1200。F(593-649X:)和更高。此外，通過(guò)并入兩個(gè)與中間加 熱串聯(lián)的旋風(fēng)分離器，可以得到非常高的瀝青分離溫度(超過(guò)950°F (510°C ))，而不在對(duì)流管組的管中將包含瀝青的液體餾分加熱到超 過(guò)通常用于原油蒸餾單元進(jìn)料加熱器的溫度。另外，本發(fā)明的方法比建造用于從包含湯青的原料除去高沸點(diǎn)餾 分以回收有價(jià)值的烴用于熱解的另外的蒸餾裝置廉價(jià)得多和更加能量 有效。使用兩個(gè)旋風(fēng)分離器并且中間加熱來(lái)自第一旋風(fēng)分離器的蒸氣 還具有額外的優(yōu)點(diǎn)，即能夠減少加熱原料所需的稀釋蒸汽的量。


圖1是表示本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案的生產(chǎn)流程的示意圖，所 述生產(chǎn)流程利用兩個(gè)氣液分離器和一個(gè)裂解爐，用于加熱重質(zhì)烴原料 和用于將在第一氣液分離器中氣化的原料的輕質(zhì)餾分熱解。圖2是用于本發(fā)明的氣液分離器的正視圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)采用單個(gè)氣液分離器的示意圖。
具體實(shí)施方式
重質(zhì)烴原料(即包含不希望的在對(duì)流段條件下不能完全氣化的焦 炭前體和/或高沸點(diǎn)瀝青餾分的烴原料)可包括多種重質(zhì)烴類。本文中 使用的"瀝青"包括存在于包含焦炭前體或成垢物的原料中的石油瀝 青和所有其它高沸點(diǎn)重質(zhì)餾分。適合的原料的實(shí)例包括但不限于常壓渣油和減壓渣油、得自煉油廠工藝的重質(zhì)烴物流、真空瓦斯油、重瓦 斯油、和原油中的一種或多種。其它實(shí)例包括但不限于脫瀝青油；衍 生自焦油砂礦、油頁(yè)巖和煤的油；和合成烴，例如SMDS(殼牌中間鎦 分合成法)的重質(zhì)餾分、GTL(氣體至液體)重質(zhì)餾分、重質(zhì)石蠟合成產(chǎn) 品、費(fèi)托產(chǎn)物和加氫裂解油。下面參考圖1作為本發(fā)明的例示描述本發(fā)明。應(yīng)該理解，本發(fā)明 的范圍可以在每個(gè)描述的工藝步驟之間或工藝步驟內(nèi)所述的來(lái)源和目
的地之間包括任何數(shù)量和類型的工藝步驟。為烯烴裂解爐10進(jìn)料脫鹽 的原油或包含瀝青的原油餾分11，進(jìn)入對(duì)流段A的第一階段預(yù)熱器12。 對(duì)流段中的第一階段預(yù)熱器12典型地是管組，其中管中的內(nèi)容物 主要由通過(guò)從熱解爐的輻射段排出的燃燒氣體的對(duì)流熱傳遞來(lái)加熱。 在一個(gè)實(shí)施方案中，隨著原油和/或常壓渣油原料通過(guò)第一階段預(yù)熱器 12，其被加熱到促進(jìn)原料氣化而將焦炭前體留在液態(tài)中的溫度。我們 發(fā)現(xiàn)，使用原油和/或常壓渣油原料，期望將原油和/或常壓渣油餾分 完全地氣化而不促進(jìn)第一階段預(yù)熱器中的結(jié)焦。如本文中使用的，結(jié) 焦意味著由各種形式的含碳固體(包括焦油、焦炭和炭)的沉積所導(dǎo)致 的結(jié)垢。保持加熱管壁上為濕的表面明顯減少第一階段預(yù)熱器管中的 結(jié)焦現(xiàn)象。只要以足夠的液體線速度潤(rùn)濕加熱表面，則這些表面的結(jié) 焦得到抑制。結(jié)焦的進(jìn)一 步抑制是通過(guò)限制促進(jìn)結(jié)焦的液體餾分與之接觸的加 熱表面和所有其它表面的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在對(duì)流段的第一階段預(yù)熱器 中加熱原油和/或常壓渣油原料以避免可能導(dǎo)致促進(jìn)加熱表面上焦炭 沉積的加熱表面溫度的最佳溫度取決于具體的原油和/或常壓渣油原 料組成、第一階段預(yù)熱器中原料的壓力、和氣液分離器的性能和操作。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，原油和/或常壓渣油原料在第一階段預(yù)熱 器中加熱到至少300t:的出口溫度，更優(yōu)選加熱到至少375n的出口溫 度。在其它實(shí)施方案中，來(lái)自第一階段預(yù)熱器的原料的出口溫度為約nrc-約5"x:。認(rèn)識(shí)到在第一階段預(yù)熱器管內(nèi)原油和/或常壓渣油原 料的溫度連續(xù)變化，通常是隨著原油和/或常壓渣油流過(guò)管子而升高， 直到其離開第一階段預(yù)熱器的溫度，期望測(cè)量對(duì)流段的第一階段預(yù)熱 器的出口孔溫度。調(diào)節(jié)管徑、壓力和溫度，使得在氣化過(guò)程中產(chǎn)生環(huán) 狀流動(dòng)區(qū)域，從而保持管壁是潤(rùn)濕的。對(duì)于第一階段預(yù)熱器12內(nèi)的壓力沒(méi)有特別限制。第一階段預(yù)熱器 內(nèi)的壓力通常為50-400磅/平方英寸，更優(yōu)選為約60-180磅/平方英 寸。為了進(jìn)一步抑制焦炭的產(chǎn)生和沉積，特別是在爐子輻射段內(nèi)的焦
炭產(chǎn)生和沉積，并且為了有助于爐子對(duì)流段中液體原料的氣化，將稀 釋氣體進(jìn)料到爐子中，最通常是進(jìn)料到被并入熱解爐對(duì)流段的原料加 熱段和氣化段的一個(gè)或多個(gè)部分中。在此處描述的實(shí)施方案中，稀釋 氣體的原料為在進(jìn)入第一階段預(yù)熱器的注入點(diǎn)為蒸氣的物流。可以使 用促進(jìn)原油和/或常壓渣油原料氣化的任何氣體。外部注入稀釋氣體原 料還有助于建立和保持原料通過(guò)管的流動(dòng)區(qū)域，由此使得管子保持潤(rùn) 濕和避免層流。稀釋氣體的實(shí)例是稀釋蒸汽、甲烷、氮?dú)?、氫氣和?然氣。為了進(jìn)一步幫助原料氣化，稀釋氣體可以用典型的輕質(zhì)熱解爐 原料例如乙烷、丙烷、精煉廠廢氣、和氣化的汽油或石腦油補(bǔ)充。優(yōu) 選地，稀釋氣體是稀釋蒸汽。有可能使用低溫蒸汽(是指溫度最低為149。C(或300。F)的蒸汽，其可能是或不是過(guò)熱蒸汽)或者如果沒(méi)有蒸 汽可用時(shí)使用水。加入的稀釋蒸汽或水的量可以廣泛地變化。在本發(fā)明任選但是優(yōu)選的實(shí)施方案中，稀釋蒸汽的進(jìn)料13可以在 氣液混合物離開第一階段預(yù)熱器之前的任一點(diǎn)加入到第一階段預(yù)熱器 中的原油和/或常壓渣油原料中，但是優(yōu)選在剛好在其中開始最初汽化 之前的預(yù)熱器管中的位置加入，以便保證在預(yù)熱器中迅速地獲得環(huán)狀 流動(dòng)區(qū)域。在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，稀釋蒸汽還在熱解爐外部緊鄰第 一階段預(yù)熱器下游的點(diǎn)加入到第一階段預(yù)熱器的原油和/或常壓渣油 原料中。此外，盡管噴嘴不是必需的，但是優(yōu)選使用混合噴嘴42將蒸 汽和原料混合。還優(yōu)選將另外量的過(guò)熱稀釋蒸汽13A加入到第一階段 氣液分離器20的蒸氣出口 ，以便保證流到下游對(duì)流段管組的蒸氣總是 高于其露點(diǎn)和在連接分離器的蒸氣出口與下游管組的管壁上不會(huì)發(fā)生 焦油冷凝。稀釋氣體的溫度至少為足以保持物流為氣態(tài)。對(duì)于稀釋蒸汽，優(yōu) 選將其以高于在注入點(diǎn)測(cè)量的原油和/或常壓渣油原料溫度的溫度加 入，以保證稀釋氣體不會(huì)冷凝，更優(yōu)選比注入點(diǎn)的原油和/或常壓漆油 原料溫度高至少251C。對(duì)于稀釋氣體的壓力沒(méi)有特別限制，但是優(yōu)選 足以允許在寬的原料流量范圍內(nèi)進(jìn)行注入。加入到原油和/或常壓渣油 原料的典型的稀釋氣體壓力為70-400磅/平方英寸(4. 8-27.6巴)。
期望將稀釋蒸汽以相對(duì)于被進(jìn)料到輻射段的每千克烴原料最高為約0. 5-1. 0千克蒸汽的量加入到第一階段預(yù)熱器和/或其下游，盡管可 使用更高的比例。優(yōu)選地，蒸汽的量相對(duì)于每千克烴原料不應(yīng)低于 0. 25千克蒸汽?？梢酝ㄟ^(guò)控制原料入口溫度、加入的任選的稀釋蒸汽的量、和任 選的被加入到在第一階段預(yù)熱器12中的原油和/或常壓渣油原料中的 過(guò)熱稀釋蒸汽的溫度來(lái)調(diào)節(jié)第一預(yù)熱器內(nèi)的氣液混合物中氣化組分的 百分比。一旦原油和/或常壓渣油原料已經(jīng)被加熱以產(chǎn)生氣液混合物，通過(guò) 管線14將其從第一階段預(yù)熱器抽出到混合噴嘴42，然后到氣液分離 器20。氣液分離器除去原油和/或常壓渣油原料的未氣化部分，將其 抽出并與原油和/或常壓渣油原料的氣化氣體分離。氣液分離器可以是 任何分離器，包括旋風(fēng)分離器、離心機(jī)、或通常用于重油加工的分餾 裝置。氣液分離器可以設(shè)置為接受側(cè)線進(jìn)料，其中蒸氣從分離器頂部 離開和液體從分離器底部離開，或者接受頂部進(jìn)料，其中產(chǎn)品氣體從 分離器的側(cè)線離開，如圖2中所示。氣液分離器操作溫度足以保持氣液混合物的溫度在375-525C的 范圍內(nèi)，優(yōu)選在400-500C的范圍內(nèi)?？梢酝ㄟ^(guò)任何方式調(diào)節(jié)氣液溫 度，包括調(diào)節(jié)來(lái)自爐子的原料的溫度、使用外置換熱器和/或提高加入 其中的稀釋蒸汽的溫度和/或流量。在優(yōu)選實(shí)施方案中，氣液分離器描 述在美國(guó)專利6， 376， 732和6， 632， 351中，其公開內(nèi)容被并入本文作 為參考。在優(yōu)選實(shí)施方案中，然后將來(lái)自第一氣液分離器20的氣化氣體進(jìn) 料到熱解爐對(duì)流段中的蒸汽過(guò)熱器32，以便使所述物流的溫度從典型 的約427"C的溫度提高到不超過(guò)677X:的最高溫度。離開過(guò)熱器的物流 即物流34的一部分(在圖1中表示為物流17)可被送往第二階段預(yù)熱 器n以便被熱解為烯烴，和用于第二氣液分離器的溫度控制。離開過(guò) 熱器的物流的主要部分通過(guò)管線36和37送往第二氣液分離器35。如 果期望，還可以通過(guò)管線45向離開過(guò)熱器的物流中加入少量的蒸汽。
使蒸氣的主要部分與來(lái)自旋風(fēng)分離器20的液體15在混合噴嘴40中混 合?？墒褂萌魏位旌蠂娮?，但是優(yōu)選使用在美國(guó)專利6， 626，424描述 的混合噴嘴。第二氣液分離器可與第一氣液分離器相似，即其也可以是旋風(fēng)分 離器。由于第二氣液分離器的目的是從氣液混合物中除去標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)低 于590"C (或取決于原料類型甚至更高的沸點(diǎn))的組分而同時(shí)使設(shè)備結(jié) 垢的可能性最小化，期望迅速地降低離開第二氣液分離器的液體的溫 度。因此，使用淬冷物流來(lái)迅速地降低離開第二氣液分離器的液體的 溫度并對(duì)其進(jìn)行控制。盡管可以使用任何類型的容器來(lái)接收來(lái)自第二 氣液分離器的液體，但是優(yōu)選為所述目的使用位于第二氣液分離器下 方的立式的罐44，和優(yōu)選控制這個(gè)罐的溫度在大約320t;，通常認(rèn)為 所述溫度為不會(huì)發(fā)生顯著量熱裂解的溫度。另外，第二氣液分離器可 以設(shè)計(jì)為具有蒸氣頂部出口和液體底部出口的側(cè)線進(jìn)料旋風(fēng)分離器， 并且其可以包含用于接收液體的底室，從而不再需要單獨(dú)的容器用于 接收瀝青。在優(yōu)選實(shí)施方案中，通過(guò)將第二旋風(fēng)分離器下方的罐中所 包含的液體的一部分抽出、將其冷卻并且將其再循環(huán)到罐中而產(chǎn)生淬 冷物流(未示出)。通過(guò)噴射環(huán)將冷卻的再循環(huán)液體引入到液面上方的 罐頂部來(lái)實(shí)現(xiàn)快速淬冷。還可以通過(guò)剛好浸沒(méi)在液面下的分配環(huán)將冷 卻的再循環(huán)液體引回罐中。通過(guò)將小流量的過(guò)熱稀釋蒸汽43注入到噴 射環(huán)上方的罐頂部部分以形成罐和旋風(fēng)分離器之間的蒸氣屏障，阻止 來(lái)自上方旋風(fēng)分離器的熱蒸氣進(jìn)入罐并冷凝在320X:液體上。來(lái)自第二氣液分離器的液體產(chǎn)物39 —般被進(jìn)料到殘?jiān)麱CC單元或 煉焦設(shè)備，或者作為燃油混合組分使用。具有第二氣液分離器的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在適度的出口溫度(3751C或 甚至更低)下操作第一階段預(yù)熱器并避免其中任何明顯的焦炭形成。重 要的額外優(yōu)點(diǎn)是離開第一氣液分離器的原料的氣化部分在第二氣液分 離器中被容易地回收，并且其與注入到爐子對(duì)流段中的幾乎全部稀釋 蒸汽一起用作上升氣體以促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)低于590X:的組分從離開第一 旋風(fēng)分離器的液體中氣化。被送往第二氣液分離器的來(lái)自過(guò)熱器的加 熱氣體部分為加熱氣體的60-100體積％，；故送往第二階段預(yù)熱器的加 熱氣體部分為0-40體積％。上升氣體通過(guò)降低液相中組分在蒸氣相中使其在較低溫度沸騰大體上相同的方式在較低的溫度氣化。通過(guò)使上 升氣體的量最大化，所需的第二氣液分離器的操作溫度被最小化，并 且因此在第二氣液分離器中形成焦炭的可能性也被最小化。具有兩個(gè) 氣液分離器的另外的優(yōu)點(diǎn)在于其允許離開第一氣分離器的蒸氣在對(duì)流 段中被獨(dú)立地過(guò)熱到寬范圍的溫度，從而允許能夠在第二氣液分離器 中實(shí)現(xiàn)足夠高的溫度，以便從離開第一氣液分離器的液體回收大部分 沸點(diǎn)低于5901C的原料組分。因?yàn)榈诙庖悍蛛x器的目的是通過(guò)使用大量的上升氣體除去氣化的輕質(zhì)產(chǎn)物，即標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)低于590X:的產(chǎn)物，所以可以保持第二氣液 分離器的溫度典型地比590X:低得多，例如48(TC或更低。當(dāng)?shù)谝粴庖?分離器在375-400C操作時(shí)，第二氣液分離器可在460-480t:操作。第 二氣液分離器的操作范圍典型地為約460C到最高500'C，優(yōu)選較低的 溫度以使設(shè)備的焦炭沉積或結(jié)垢最小化。被加熱的蒸汽/氣體混合物通過(guò)管線38離開第二氣液分離器并且 通過(guò)加入少量稀釋蒸汽41而被過(guò)熱。然后混合物被進(jìn)料到第二階段預(yù) 熱器21并且隨著其流過(guò)被來(lái)自爐子輻射段的燃燒氣體加熱的管子而 在第二階段預(yù)熱器中被加熱。在第二階段預(yù)熱器21中，過(guò)熱蒸汽-氣 體混合物被充分預(yù)熱到接近或者剛好低于會(huì)在預(yù)熱器中發(fā)生顯著的原 料裂解和伴隨的焦炭沉積的溫度?；旌系脑想S后通過(guò)烯烴熱解爐的 管線22流到輻射段B，在其中氣態(tài)烴類被熱解為烯炫和相關(guān)的副產(chǎn)品， 其通過(guò)管線23離開爐子。輻射段B的典型的進(jìn)口溫度為高于537匸， 和出口的溫度至少為7321C，更優(yōu)選至少為760n，并且最優(yōu)選為 760-860'C，以促進(jìn)長(zhǎng)鏈和短鏈分子裂解為低分子量烯烴，即碳數(shù)為 2-4的烯烴。烯烴熱解爐的產(chǎn)物包括但不限于乙烯、丙烯、丁二烯、 苯、氫氣、和甲烷、以及其它相關(guān)的烯烴類、鏈烷類和芳族產(chǎn)物。乙 烯是主要的產(chǎn)物，典型地為氣化原料重量的15-30重量％。
本發(fā)明的方法通過(guò)連續(xù)潤(rùn)濕第一階段預(yù)熱器內(nèi)的加熱表面和氣液 分離器及第二階段預(yù)熱器上游的相關(guān)設(shè)備內(nèi)的表面來(lái)抑制氣液分離器20和35和第一階段預(yù)熱器21內(nèi)的焦炭形成。熱解裂解爐10限定了熱解裂解段(爐子輻射段)并且提供了將原料 的氣化餾分的烴熱解裂解的裝置，由此得到富含更低分子量烯烴(例如 乙烯、丙烯和丁二烯)的產(chǎn)物。富含低級(jí)烯烴的產(chǎn)物經(jīng)管道23通過(guò)熱 解裂解爐10。如上所述，熱解裂解產(chǎn)物包括低級(jí)烯烴，而且包括其它 衍生物。作為此處所用的這些術(shù)語(yǔ)，輕質(zhì)餾分包括可以適當(dāng)?shù)赜米髂軌蚴购?:i些烴類化合^通常是標(biāo)準(zhǔn);弗s(即在i.'o巴的沸點(diǎn))^!于匸、更優(yōu)選低于537^C并且在第一階段預(yù)熱器的進(jìn)口所需的正常原料 壓力下為液體的那些烴。直接通過(guò)原油分餾衍生的原料和主要包含較 低標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)組分的原料通常性質(zhì)上是更加鏈烷的，并且傾向于是比衍 生自包含更高標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)組分的原油的更重質(zhì)原料更好的用于熱解裂解 爐的烴原料，其具有更高的低級(jí)烯烴收率。此外，具有更低標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn) 的這些原料可以容易地在常規(guī)設(shè)計(jì)的熱解爐中處理。熱解爐可以是操作用于生產(chǎn)低分子量烯烴的任何類型的常規(guī)烯烴 熱解爐，特別包括管狀的蒸汽裂解爐。熱解爐對(duì)流段內(nèi)的管子可作為 平行管組排列，或者管子可以布置為原料單程通過(guò)對(duì)流段。在進(jìn)口處， 原料可以在若干原料通道中分流，每個(gè)原料通道由用U形彎頭相互連 接的多個(gè)直管組成，或者原料可以進(jìn)料到由用U形彎頭相互連接的多 個(gè)直管組成的單個(gè)原料通道中，并且所有的原料通過(guò)所述原料通道從 第一階段預(yù)熱器的進(jìn)口流到出口。優(yōu)選地，第一階段預(yù)熱器由設(shè)置在 熱解爐對(duì)流段中的一個(gè)或多個(gè)單程通過(guò)的管組組成。第二階段預(yù)熱器也可以是單程通過(guò)或多程通過(guò)的管組，但是優(yōu)選是多程通過(guò)的管組， 使得其壓降減小，并且使通過(guò)所述管組的烴的停留時(shí)間最小化。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，用于加熱和氣化原料的對(duì)流段包括所有原油和/ 或常壓渣油原料從中流過(guò)的具有一個(gè)或多個(gè)管組的單程通道和用于過(guò)
熱要在輻射段熱解的原料部分的多程通過(guò)管組。另外，單獨(dú)的過(guò)熱用 管組用于加熱來(lái)自第一氣液分離器的蒸氣。在每個(gè)管組內(nèi)，管子可以 布置為盤管或在一排內(nèi)的蛇管型布置，并且每個(gè)管組可具有幾排管子。為了進(jìn)一步使第一階段預(yù)熱器的管子中和進(jìn)一步的下游管子(例 如通向氣液分離器的管子)中的結(jié)焦最小化，應(yīng)該選擇原油和/或常壓 渣油原料物流的線速度，以縮短液體在高溫下的停留時(shí)間，因?yàn)楦L(zhǎng) 的停留時(shí)間促進(jìn)被加熱的壁表面上的焦炭形成。適宜的線速度還促進(jìn) 形成均勻地潤(rùn)濕管表面的薄液層，并在管壁上提供充分的剪切力，以 防止焦炭沉積或使其最小化。盡管原油和/或常壓渣油原料通過(guò)第一階 段預(yù)熱器的管子的更高線速度降低焦炭形成和沉積的速率，但是對(duì)于 特定的原料存在有線速度的最佳范圍，考慮到泵送原料的額外能量要 求和管子容納比最佳速度范圍更高的速度所需的尺寸要求，超過(guò)這個(gè) 最佳范圍時(shí)，焦炭減少的有利程度開始降低。將原油和/或常壓渣油原料進(jìn)料到第一階段預(yù)熱器的一種方法是 使用任何常規(guī)的泵送機(jī)構(gòu)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，在進(jìn)料泵的 下游并且進(jìn)入第一階段預(yù)熱器之前、或者在第一階段預(yù)熱器內(nèi)的期望 的任一點(diǎn)，通過(guò)向原料中注入少量液態(tài)水來(lái)提高原油和/或常壓渣油原 料的線速度。隨著原油和/或常壓渣油原料中的液態(tài)水氣化，原料通過(guò) 管子的速度提高。為了實(shí)現(xiàn)這種效果，只需要小量的水，例如基于通過(guò)第一階段預(yù)熱器管子的原料重量為0. 25重量y?；蚋俚乃?，但是可以使用更大的量。在許多商用的烯烴熱解爐中，輻射段的管子積聚大量的焦炭，需要每3-5周進(jìn)行一次這些管子的除焦操作。本發(fā)明的方法提供在熱解 爐中預(yù)熱和裂解原油和/或常壓渣油原料，而無(wú)需比否則必須關(guān)閉爐子 以便進(jìn)行輻射段的管子的除焦處理更經(jīng)常地關(guān)閉爐子來(lái)進(jìn)行對(duì)流段設(shè) 備的除焦操作。通過(guò)本發(fā)明的方法，對(duì)流段運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間至少與輻射段的 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間同樣長(zhǎng)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，以根據(jù)需要的頻率定期對(duì)對(duì)流段 的管子進(jìn)行除焦，其在任何情況中都不會(huì)比輻射段除焦的頻率更頻繁。 優(yōu)選地，對(duì)流段以比輻射段除焦時(shí)間表長(zhǎng)至少5倍的頻率除焦，更優(yōu) 選長(zhǎng)至少6到9倍。爐子的對(duì)流段和輻射段中管子的除焦可以通過(guò)包 括閥和管子以允許第一階段預(yù)熱器的出口被引導(dǎo)到第二階段預(yù)熱器中 和通過(guò)使蒸汽和空氣流入第一階段預(yù)熱器而同時(shí)進(jìn)行。被加熱的蒸汽-空氣混合物會(huì)從第二階段預(yù)熱器流到爐子輻射段并且將其與第一和第 二階段預(yù)熱器一起除焦。在此處所述的實(shí)施方案中，有一個(gè)稀釋蒸汽的物流在單獨(dú)的加熱 管組中進(jìn)入對(duì)流段，優(yōu)選在第一和第二階段預(yù)熱器之間，由此過(guò)熱稀 釋蒸汽的物流到約450-700X:的溫度，但是可能使用更高的溫度。優(yōu) 選過(guò)熱稀釋蒸汽，以有助于重質(zhì)原料的汽化，其中第一階段預(yù)熱器中 的氣化溫度受到使第一階段預(yù)熱器中焦炭沉積最小化或防止焦炭沉積 所要求的最大管壁溫度的限制。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)混合噴嘴42或用于在混合點(diǎn) 促進(jìn)管壁的均勻液體潤(rùn)濕的裝置將過(guò)熱稀釋蒸汽加入到第 一階段預(yù)熱 器管中和/或加入到對(duì)流段的第一階段預(yù)熱器的出口點(diǎn)和下游的氣液 分離器之間。參考圖2,優(yōu)選的氣液分離器20包括容器，其具有壁20a、用于 接收進(jìn)來(lái)的氣液混合物14的進(jìn)口 14a、用于引導(dǎo)蒸氣相16的蒸氣出 口 16a、和用于引導(dǎo)液相15的液體出口 15a。與進(jìn)口 14a臨近隔開的 是輪軸25，其具有沿輪軸25的圓周間隔開的多個(gè)葉片25a，優(yōu)選靠近 最接近進(jìn)口 14a的末端。進(jìn)來(lái)的氣液混合物14通過(guò)噴'減在輪軸25近 端上得到分散，特別地，通過(guò)葉片25a朝向氣液分離器20的壁20a 向外推動(dòng)混合物14的液相15的一部分，從而保持壁20a被液體充分 潤(rùn)濕并且降低(如果不是防止)壁20a內(nèi)部的任何結(jié)焦速率。同樣地， 通過(guò)由于將與輪軸25表面接觸的液體15輸送到壁20a內(nèi)部的力不足 而從輪軸25外表面流下的液層而保持輪軸25的外表面為完全潤(rùn)濕的 狀況。裙部25b圍繞輪軸25的遠(yuǎn)端并且通過(guò)將液體置于渦流蒸氣中而 有助于迫使從輪軸25的外表面向下輸送的所有液體朝向壁20a的內(nèi) 部。氣液分離器20的上部在進(jìn)口 14a和輪軸25之間的20b處是填滿 的，以有助于隨著氣液混合物14進(jìn)入氣液分離器20而潤(rùn)濕壁20a的 內(nèi)部。隨著液體15向下輸送，其保持壁20a和輪軸25得到洗滌并且 減少(如果不是防止)在它們的表面上形成焦炭。液體15繼續(xù)落下并且 通過(guò)液體出口 15a離開氣液分離器20。在蒸氣出口管16a下方提供一 對(duì)入口噴嘴26,用于提供淬冷油用于冷卻收集的液體15和通過(guò)確保 噴嘴下方的表面被液體充分淋洗而減少下游的焦炭形成，所述淬冷油 典型地為已經(jīng)被冷卻到非反應(yīng)性溫度的再循環(huán)的熱裂解瀝青。在將該 旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)應(yīng)用于包含兩個(gè)氣液分離器的優(yōu)選的工藝實(shí)施方案 時(shí)，只在第二旋風(fēng)分離器中使用噴嘴26。它們不用于這種設(shè)計(jì)的第一 旋風(fēng)分離器，這是因?yàn)樗鼈儠?huì)使瀝青再次再循環(huán)通過(guò)第二旋風(fēng)分離器， 將其再次加熱至高溫并且可能使其變得不穩(wěn)定。蒸氣相16在其最高點(diǎn) 16c進(jìn)入蒸氣出口導(dǎo)管，在出口16a排出。裙部16b圍繞蒸氣導(dǎo)管16 的入口 16c，并且有助于使任何液體15向外朝向分離器壁20a偏轉(zhuǎn)。輪軸25延伸到葉片25a下方的距離是以對(duì)液滴移動(dòng)通過(guò)輪軸25 的一半以上路徑之前被捕集的液滴尺寸的估算來(lái)選擇的。大量液體15 從輪軸25流下(基于使用空氣/水模型的觀察結(jié)果)并且輪軸25上'裙 部，25b的存在會(huì)在葉片25a下方將液滴引導(dǎo)入蒸氣相，并且由于隨 著蒸氣16移到出口管16a的持續(xù)渦流而在輪軸25的裙部25b下方繼 續(xù)收集。輪軸裙部25b的尺寸為使液體盡可能靠近地從輪軸25移到到 外壁20a，而不使葉片25a內(nèi)可獲得的區(qū)域下方的蒸氣16流動(dòng)的區(qū)域 減小。實(shí)際上，已經(jīng)提供了比葉片25a處存在區(qū)域大約20%的區(qū)域。 關(guān)于分離器的尺寸的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在美國(guó)專利6, 632, 351中公開，所述 專利被并入本文作為參考。圖3涉及使用一個(gè)旋風(fēng)分離器，并且用于與本發(fā)明進(jìn)行對(duì)比。典 型地，來(lái)自第一預(yù)熱器12的加熱物流14被送往混合噴嘴70，在其中 其經(jīng)管線71與過(guò)熱稀釋蒸汽接觸，并且被加熱的氣液混合物被送往氣 液分離器72，在其中裂解的蒸氣被回收并通過(guò)管線73離開分離器。 液體通過(guò)管線74離開進(jìn)入貯料罐75，和通過(guò)管線76除去瀝青。盡管 在圖3中沒(méi)有示出，但是通過(guò)噴射環(huán)將冷卻的再循環(huán)液體從罐底部引
入到液面上方的罐頂部中，使得進(jìn)入旋風(fēng)分離器下方的貯料罐的瀝青的溫度被迅速地降低到約320"C的非反應(yīng)性溫度。為了防止旋風(fēng)分離 器中的熱蒸氣與液體一起離開旋風(fēng)分離器的底部，將少量過(guò)熱蒸汽通 過(guò)管線78注入貯料罐中噴射環(huán)上方的蒸氣相中，其與從旋風(fēng)分離器向 下流動(dòng)的液體逆流往上流動(dòng)。過(guò)熱蒸汽通過(guò)管線77注入到離開旋風(fēng)分 離器的蒸氣中，以保證混合物在連接氣液分離器和第二階段預(yù)熱器21 之間的管子中遠(yuǎn)高于其露點(diǎn)。合并的物流通過(guò)管線73被送往第二階段 預(yù)熱器和通過(guò)預(yù)熱器的出口管線22離開爐子A的對(duì)流段。其由管線 U進(jìn)入爐子的熱解段B，在其中被加熱并且轉(zhuǎn)化，以生產(chǎn)烯烴，烯烴 經(jīng)管線23離開爐子。盡管已經(jīng)根據(jù)目前優(yōu)選的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技 術(shù)人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖兒驼{(diào)整是可能的。這些改變和調(diào)整在描述的本 發(fā)明和隨后的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種方法，該方法用于使烴原料的一部分氣化并熱解為烯烴，和將包含不希望的在一般的熱解爐的對(duì)流段條件下不能完全氣化的焦炭前體和/或高沸點(diǎn)瀝青餾分的所述原料的未氣化部分分離，所述方法包括a)將烴原料進(jìn)料到在熱解爐的對(duì)流段中提供的第一階段預(yù)熱器中，和在所述第一階段預(yù)熱器中加熱所述原料以產(chǎn)生加熱的氣液混合物，b)從第一階段預(yù)熱器抽出加熱的氣液混合物，將其與高溫蒸汽合并，和將合并的物流進(jìn)料到第一氣液分離器中，c)在第一氣液分離器中將氣體與液體分離并將其除去，將氣體在所述對(duì)流段中提供的氣相過(guò)熱器中加熱到約450-700℃的溫度，將全部或大部分的加熱氣體進(jìn)料到第二氣液分離器中，和將剩余部分進(jìn)料到熱解爐的輻射段中并將氣體熱解以產(chǎn)生烯烴和其它熱解產(chǎn)物，d)將液體從第一氣液分離器抽出，和通過(guò)將除去的液體與來(lái)自第一氣液分離器的經(jīng)過(guò)在對(duì)流段的所述過(guò)熱器中進(jìn)一步加熱的大部分蒸氣合并而將除去的液體加熱到約425-約510℃的溫度，和將該物流進(jìn)料到第二氣液分離器中，e)在第二氣液分離器中將氣體與液體餾分分離并將其除去，將除去的氣體進(jìn)料到熱解爐的輻射段中，和使氣體熱解以生產(chǎn)烯烴和其它熱解產(chǎn)物，和f)從第二氣液分離器中除去剩余液體餾分。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中熱解裂解條件包括約700-約900X:的 熱解裂解溫度、約1-約3巴的熱解裂解壓力、并且其中氣態(tài)餾分暴 露于輻射段內(nèi)的熱解裂解條件下最多約10秒的熱解裂解時(shí)間段。
3. 權(quán)利要求1或2的方法，其中所述氣液分離器是離心式氣液分離器。
4. 權(quán)利要求l-3任一項(xiàng)的方法，其中在混合噴嘴中將過(guò)熱稀釋蒸汽加入到來(lái)自第 一 階段預(yù)熱器的加熱的氣液混合物中。
5. 權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中所述烴原料選自常壓和減 壓渣油；真空瓦斯油；重瓦斯油；原油；脫瀝青油；來(lái)源于焦油砂礦、 油頁(yè)巖和煤的油；SMDS(殼牌中間餾分合成法)重質(zhì)餾分；GTL(氣體至 液體)重質(zhì)餾分；重質(zhì)石蠟合成產(chǎn)品；費(fèi)托產(chǎn)物；加氫裂解油；及它們 的>'昆合物。
6. 權(quán)利要求l-5任一項(xiàng)的方法，其中從第二氣液分離器中除去的 液體的溫度被調(diào)節(jié)到約320X:的最高溫度，以控制液體的穩(wěn)定性，使 得液體的隨時(shí)間變化的溫度不超過(guò)引起液體中瀝青質(zhì)沉淀的溫度。
7. 權(quán)利要求l-6任一項(xiàng)的方法，其中調(diào)節(jié)來(lái)自第二氣液分離器的 剩余液體餾分的量，使得有足夠的液體被留下用于潤(rùn)濕和洗滌分離器 的表面。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中通過(guò)調(diào)節(jié)向第二氣液分離器的液體原 料中加入的過(guò)熱稀釋蒸汽的溫度和量、或者通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入第二氣液分 離器的液體的溫度，來(lái)控制第二氣液分離器的溫度為460-500r的溫 度。
9. 權(quán)利要求l-8任一項(xiàng)的方法，其中將高溫稀釋蒸汽加入到a) 第一和第二氣液分離器的蒸氣出口，和b) 第一和第二氣液分離器的液體出口。
10. 權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的方法，其中在步驟c)中從所述預(yù)熱器 送往第二氣液分離器的加熱氣體部分為加熱氣體的60-100體積％，被 送往熱解爐的輻射段的加熱氣體部分為0-40體積％。
11. 熱解爐，包括第一階段預(yù)熱器，其位于所述熱解爐的對(duì)流段，用于加熱包含不 希望的在一般的熱解爐的對(duì)流段條件下不能完全氣化的焦炭前體和/ 或高沸點(diǎn)瀝青餾分的烴原料；第一氣液分離器，用于將在所述第一階段預(yù)熱器中加熱的氣體與 液體分離；過(guò)熱器，用于加熱從所述第一氣液分離器中除去的氣體；第二氣液分離器，用于將來(lái)自第一氣液分離器的液體和在過(guò)熱器中加熱的氣體的混合物的氣體與液體分離；和輻射段，其位于所述熱解爐中，用于將來(lái)自所述第一和第二氣液 分離器的氣體熱解。
12. 權(quán)利要求11的熱解爐，其中所述第一和第二氣液分離器是離 心式分離器。
13. 權(quán)利要求11或12的熱解爐，其包括用于混合進(jìn)入第一階段 氣液分離器的氣體和液體的混合噴嘴，和用于混合進(jìn)入第二階段氣液 分離器的氣體和液體的混合噴嘴。
全文摘要
一種由重質(zhì)烴原料生產(chǎn)低級(jí)烯烴的方法，所述方法組合使用兩個(gè)氣液分離裝置，和然后將重質(zhì)烴原料的輕質(zhì)餾分熱解裂解，由此生產(chǎn)低級(jí)烯烴產(chǎn)物。
文檔編號(hào)C10G9/16GK101400766SQ200780008404
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者A·J·鮑姆加特納, D·Y-K·顏 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司