用蒸汽氣化重烴原料的設備和方法
2023-07-11 08:51:41
專利名稱：用蒸汽氣化重烴原料的設備和方法
技術領域：
本發明涉及了一種用蒸汽氣化重烴原料的設備和方法。
提高烴原料質量來得到有價值的氣態(主要是烯烴)和液態產物的已知方法是通常所說的熱解工藝。為了降低在熱解階段的烴的部分壓力，在把氣化烴原料引入一個爐子的熱解區(輻射區)之前，通常用過熱蒸汽稀釋烴原料來促進烴原料的氣化。這種方法也稱為蒸汽-熱解。如果處理重烴原料，如沸點範圍高於230℃的材料，通常在多個階段中進行液體材料的氣化。首先預熱烴原料，此後把還是液體的原料與過熱蒸汽混合成兩相的氣/液混合物和同時加熱液體。從輻射區排出的氣體進一步從外部加熱由此形成的蒸汽和液體混合物，以部分地氣化液體，此後把另外的過熱蒸汽量引入蒸汽和部分氣化液體的流中來完全氣化餘下的液體。例如，依靠一個噴管把另外的蒸汽量添加到烴原料上，其中以環繞烴原料芯的一個環帶形式引入蒸汽。重要的是，送進到一個熱解爐的輻射區(在那裡產生實際的熱解反應)的原料是完全氣化的，因為存在的液體微滴可能在其餘對流管束高溫部分的盤管以及輻射盤管中引起嚴重的結焦和堵塞。
在已知的混合噴管中，可以在流動路線中，特別是在對最後氣化步驟引入蒸汽的位置上形成結焦。這可能最終造成在混合噴管中液體和蒸汽通道的縮小，造成沿整個混合噴管壓降的增加。在EP-A-95197中也提出了這個問題，並且給出了對結焦形成的一個合理說明。在EP-A-95197中發布的對這個問題的解決辦法涉及了一個專用的設備，它包括一個第一(內部)管件和一個環繞第一管件的第二(外部)管件，以形成一個環形的空間，其中設有一個第一入口部件來把重烴原料引入內部管件，以及設有一個第二入口部件來把過熱蒸汽引入環形空間。內部管件和外部管件每個均設有一個開口端，用於以環繞重烴原料芯的一個環帶形式供應過熱蒸汽，開口端造成了設在基本垂直於縱軸的平面中的開口。設備還包括一個截錐形的構件，一端與第二管件的開口端連接，設有一條與管件縱軸基本相符合的縱向軸線，並且沿著離開外部管件的方向逐漸擴大。在過熱蒸汽與重烴原料相遇位置的後面設置稍為擴大的截錐形構件防止了液體微滴與管件壁的接觸，從而避免了在設備中形成結焦的危險。
本發明提供了對EP-A-95197中發布的混合噴管的改進，這個改進對大尺寸的混合噴管特別有用，以下將做更詳細說明。
在首先引入過熱蒸汽，由此形成蒸汽和液體原料的混合物之後，最好在到混合噴管的管子中發展成一個環流的方式，以充分溼潤其內表面，從而使對流熱效率最大化。當原料進入混合噴管時應該已經發展成環流方式。包含烴和蒸汽的混合物的氣化物形成了環流的芯。在其內部管件中，原料的環流進入EP-A-95197所發布的混合噴管。在這個混合噴管中，把第二次過熱蒸汽量添加到環繞上述內部管件的環帶中。在這個內外管件間的環形空間中的蒸汽與在內部管件中的液體環流之間大的速度差建立了剪力，並且在兩股流相遇的地點上原料急劇蒸發，產生了為質量和熱傳導所需的微滴分布。微滴分布將保證有效的氣化。在過熱蒸汽與液體重烴原料相遇地點的後面設置一個稍為擴大的截錐形構件防止了液滴與該管件壁的接觸，由此避免了在混合噴管本身中形成結焦的危險。因此，重要的是，進入混合噴管的內部管件的蒸汽/液體混合物具有一個環流模式。
實際上，混合噴管往往垂直設置，靠近對流區，並且在輻射區的頂上。為了以節省空間的方式適應這種構形，從對流區出口(通常設在其底部)伸出的管子在首先一段短的水平部分之後，應該基本上垂直向上，然後應該彎180度垂直向下，從而可以在頂上進入垂直設置的混合噴管。通常從對流區伸出的管子將作三個約90°的角度來適應這種構形。但是，這些角度可能破壞環流模式而改變成為根據熱對流和氣化觀點所不希望的緩慢流動模式。在第三個90°彎曲(從對流區看)之後的直線長度應該適當地至少為環形寬度(即直徑)的5倍，以便在進入噴管之前重新建立充分發展的環流模式，否則細滴分布將被破壞，從而導致噴管的失效。通常長度/直徑比(L/D)不超過30。給定噴管本身的尺寸和所需的L/D比，它在第三個90°彎曲之後對一個直管至少為5以保證一個環流的模式，按比例放大一個爐子來保證更大的供料輸送量將需要一個更大直徑的直管，因而需要在第三個90°彎曲之後一個大得多的管子長度。結果是，在第一個90°彎曲之後從對流區垂直伸出的管子長度應該同樣增加。這將是非常不經濟的，因為需要更大量的材料來製造直管和附加的管子支架。另外，整個結構可能需要昂貴的地區空間。
本發明改進設備的目的是提供與成比例放大爐子相關的這些問題的解決辦法，而仍保證進入混合噴管內部管件的蒸汽/液體混合物具有一個環流模式。
這由採用一個特殊裝置來實現，它能夠對包含液體的蒸汽引發一個緩和的旋渦模式，裝置與混合噴管的供料入口管連接，這個引發旋渦的裝置將使烴原料的流動方向彎90°，而同時使它的液體部分產生一個旋渦模式，由此迫使液體靠到向下伸到混合噴管的供料入口管的管壁上，具有一個重新建立環形流動模式的垂直於管子縱軸的速度分量。
因此，本發明涉及了一種用蒸汽氣化重烴原料的設備，上述設備包括(a)在兩端打開的第一管件；(b)在一端打開並環繞第一管件形成一個環形空間的第二管件，上述第一管件和第二管件具有基本相符合的縱軸以及在其下遊端具有設置在與上述相符合縱軸相垂直的平面中的開口端；(c)把重烴原料引入第一管件中的供料入口部件；(d)把過熱蒸汽引入環形空間的蒸汽入口部件；以及(e)一個截錐形構件，它一端與第二管件的開口端連接並沿著離開第二管件的方向逐漸擴大，並且具有一條與管件縱軸基本相符合的軸線，特徵在於供料入口部件與一個裝置連接，裝置能夠迫使一個旋渦模式加到進入上述裝置時的重烴原料的液體部分上，由此把上述液體部分壓到供料入口部件的內壁上，使得在第一管件之內建立一個環形流動模式。
按照本發明在設備中氣化的重烴原料通常具有高於200℃的初始沸點，特別是更多為230℃或以上，而最終沸點一般不超過650℃，尤其是600℃。適合的原料例子是加氫處理的急聚蒸餾液或加氫裂解的急聚蒸餾液。
有關混合噴管及其各個部分可參考EP-A-95197。在這個專利申請中詳細描述了混合噴管，其內容結合這裡作為參照。
因此，在一個優選實施例中，本發明設備的第一管件和第二管件均造成設置在垂直於管件縱軸的平面中的開口端。這些開口端把過熱蒸汽供應成一個環繞烴原料芯的非旋渦環帶。截錐形構件應該具有一個最大為20°和最好為6°的頂角，上述截錐形構件的小端與第二管件的開口端連接，上述截錐形構件的軸線基本上與上述第一和第二管件相符合。截錐形構件的大端與第三管件的一端適當地連接，第三管件具有一條基本上與第一和第二管件縱軸相符合的縱向軸線。第三管件的另一端與一個沿著離開第三管件方向逐漸收縮的截錐形構件適當地連接。設備還適當地具有多個入口，用於把過熱蒸汽引入在第一和第二管件之間的環形空間中，各個入口沿著第二管件的周邊基本上均勻分布。最好是，在過熱蒸汽入口的下遊，在環形空間中設置多個導向葉片，上述導向葉片沿著環形空間的截面基本上均勻分布。
與混合噴管供料入口連接的引發旋渦裝置必須能夠迫使一個旋渦模式加到進入這個裝置時的重烴原料的液體部分上，由此把上述液體部分壓到供料入口部件的內壁上，使得在第一管件之內建立一個環形流動模式。
同時，引發旋渦裝置還保證了烴供應原料的流動方向彎向混合噴管。往往這將意味著流動方向改變一個60°到100°的角度，通常為90°左右。混合噴管的供料入口部件適當地包括一個通路管，與第一管件的一個開口端連接並且具有一條與第一管件縱軸基本符合的縱向軸線。這個入口部件的L/D比應該至少為5，通常不超過30。
一般說，可以採用在現有技術中能夠迫使一個旋渦模式加到進入這個裝置時的重烴原料的液體部分上，使得在第一管件之內建立一個環形流動模式的任何已知的裝置。這種裝置可以具有任何適當的形狀和可以包含或不包含用於使供料的液體部分引發適當旋渦模式的內部零部件。一種非常適合的旋渦引發裝置是所謂的切向入口裝置。這種切向入口裝置最好包括(i)一個截錐或截半球形構件，沿著離開混合噴管供料入口部件的方向逐漸擴大以及(ii)與上述截錐或截半球形構件內壁相切地把重烴原料和蒸汽的氣體/液體混合物引入截錐或截半球形構件的部件。這種部件通常是一個管子，它與截錐或截半球形構件的側壁連接，並且與上述截錐或截半球形構件截面的切線相符合。優選採用截錐形的構件。
在另一個優選的實施例中，切向入口裝置的截錐或截半球形構件的大端與另一個管件(或第四管件)連接，這另一個管件具有一條基本與第一管件縱軸符合的縱向軸線，管件的另一端被封閉。這另一個管件包括在其側壁上的一個開口，可以通過開口把重烴原料沿切向引到上述側壁的內壁上。
在
圖1和2中進一步說明了這個設備。圖1表示了本發明設備的側視圖。圖2是一個適當的切向入口裝置的頂視圖。
圖1表示了一個混合噴管1的側視圖，用於把過熱蒸汽供應到部分氣化的重烴原料上來完全氣化它們。噴管1包括一個內部或第一管件2和一個具有相符合縱軸的外部或第二管件3。內部管件2在一端打開以形成一個出口5，用於部分地氣化重烴原料，而入口端4與直的供料入口管20連接，管20具有與內部管件2相同的直徑。外部管件3在一端打開，在另一端依靠一個焊接到內部管件2上的法蘭6來封閉。設有基本上沿著外部管件3周邊均勻分布的多個入口噴管7，用於把過熱蒸汽供應到內部管件2和外部管件3之間的環形空間8中。為了防止在環形空間8中產生旋渦，設置了多個導向葉片14，並且沿環形空間8的截面基本上均勻分布。外部管件3的開口端和內部管件2的出口5設置在垂直於管件2和3相符合縱軸的平面中，由此形成一個環形通道9，用於從環形空間8排出過熱蒸汽。在其開口端，外部管件3與截錐形構件10連接，構件10設有一條與管件縱軸基本相符合的縱向軸線。截錐形構件10沿著離開外部管件3的方向逐漸擴大。截錐形構件10具有最大為20度的頂角。截錐形構件10的底與一個管件11連接，管件11又與一個沿離開構件11方向逐漸收縮的第二截錐形構件12連接。截錐形構件12在其自由端上設有一個法蘭13，用於把噴管1連接到熱解設備的供料路線(圖中未示)上。
直的供料入口管20連接到切向入口裝置15上，切向入口裝置15包括一個沿著離開入口管20逐漸擴大的截錐形構件16和一個一端封閉並與構件16連接的管件17。截錐形構件16可以具有一個10到150度的頂角，實際的頂角由諸如供料蒸汽速度範圍的工藝參數來確定。在應用條件下選擇適當頂角是在熟悉該技術的人員的正常技術範圍內。
管件17在其側壁具有一個開口18，一個供料入口管19與之連接，從而把部分氣化的烴原料沿切向引入上述管件17中。
在圖2中，表示了一個切向入口裝置15的頂視圖，供料入口管19在管件17側壁的開口18上與管件17側壁連接。由於沿著箭頭方向進入切向入口裝置15，在部分氣化的烴原料中引入一個旋渦，並且通過截錐形構件16，成旋渦的供料將進入供料入口管20，由此在這個供料入口管20中建立了或者重新建立了一個環形流動模式。
在另一個方面，本發明涉及了用蒸汽氣化重烴原料的方法，其中採用以上描述的設備。
本發明還涉及了從重烴原料製備低烯烴的一個方法，該方法包括以下步驟(a)預熱烴原料；(b)把還是液體的原料與過熱蒸汽混合，形成蒸汽和液體原料微滴的兩相混合物；(c)加熱這個兩相混合物來部分地氣化液體原料；(d)採用以上描述的設備引入另外的過熱蒸汽量來完全氣化餘下的液體原料；(e)可選擇地過熱氣化的烴原料；以及
(f)使可選擇地過熱的氣化烴原料承受熱解處理。
以上描述的設備被設置在把原料送到熱解設備之前的一個氣化重烴原料的系統中。液體形式的重烴原料首先通過一個預熱器來加熱液體，加熱的液體接著與過熱的蒸汽混合，並且通過一個爐子來部分地氣化液體烴，形成例如70％的氣化物。
部分氣化的液體接著與另外的過熱蒸汽量混合來氣化原料中餘下的液體。用於最後氣化步驟的蒸汽應該過熱到這樣溫度使得蒸汽的顯熱足以氣化餘下的液體並且給出額外的過熱裕量，以避免混合後的凝結危險。由於系統有受侵蝕的危險，應該避免蒸汽的凝結。
至少可以在參照圖1和2所描述的設備中進行第二次混合步驟。在上述設備的噴管部分中，通過蒸汽入口噴管7把過熱蒸汽引入環形空間8，而在依靠設在上述噴管1上遊的切向入口裝置15保證進入入口4的部分氣化烴原料的環形流動模式之後，部分氣化液體通過上述入口4引入內部管件2。
通過環形出口通道9離開環形空間8的蒸汽形成一個環帶，環繞著通過出口5離開內部管件2的烴原料芯。
蒸汽的熱引起離開內部管件2的部分氣化液體中餘下液體的氣化。為了防止液體微滴從烴原料芯通過到噴管壁而具有上述形成結焦的危險，蒸汽環帶和烴原料芯均通過位於外部管件3下遊的截錐形構件10。
屬於截錐形構件10的錐頂角應該最大為20度，以防止流入截錐形構件10的蒸汽中發生不希望的紊流。由於這種紊流，還未氣化的液體微滴可能通過蒸汽環帶並且附著在截錐形構件的壁上，導致形成結焦。已經發現，約6度的頂角足以在截錐形構件10中得到希望的流動模式。例如，一個適合的頂角為16度。
設置了截錐形構件10，液體微滴的徑向傳送將不會使這些微滴達到構件10的壁上。
在截錐形構件10的下遊的管件11中完成液體的氣化。截錐形構件10和管件11的總長度應該選擇成使所有液體在離開上述管件之前被氣化。接著通過截錐形連接構件12把蒸汽和氣化物的混合物引入一個熱解爐，在那裡發生熱解處理。在爐子中，首先過熱氣化物，以及在相鄰的輻射區中在使烴熱解和轉換成較輕成分的溫度下最終加熱，通過適當的壓縮和凝結步驟在爐子下遊被回收。
應該注意到，選擇第二管件的截面積，使得對於給定的蒸汽量得到給定烴原料量所需的在環形空間8中蒸汽的高速度，例如約75-80m/s。
關於工藝條件，可以認為通常用於這類蒸汽熱解方法的這些條件是可行的。熟悉該技術的人員可以理解到，實際溫度和壓力的條件由供料的性質來確定。
權利要求
1.一種用蒸汽氣化重烴原料的設備，上述設備包括(a)在兩端打開的第一管件；(b)在一端打開並環繞第一管件形成一個環形空間的第二管件，上述第一管件和第二管件具有基本相符合的縱軸以及在其下遊端具有設置在與上述相符合縱軸相垂直的平面中的開口端；(c)把重烴原料引入第一管件中的供料入口部件；(d)把過熱蒸汽引入環形空間的蒸汽入口部件；以及(e)一個截錐形構件，它一端與第二管件的開口端連接並沿著離開第二管件的方向逐漸擴大，並且具有一條與管件縱軸基本相符合的軸線，特徵在於供料入口部件與一個裝置連接，該裝置能夠迫使一個旋渦模式加到進入上述裝置時的重烴原料的液體部分上，由此把上述液體部分壓到供料入口部件的內壁上，使得在第一管件之內建立一個環形流動模式。
2.如權利要求1中的設備，其中供料入口部件包括一個直管，直管連接到第一管件的一個開口端，並且具有一條基本上與第一管件縱軸相符合的縱向軸線。
3.如權利要求1或2中的設備，其中迫使一個旋渦模式加到重烴原料的液體部分上的裝置是一個切向入口裝置。
4.如權利要求3中的設備，其中切向入口裝置包括一個沿著離開上述供料入口部件的方向逐漸擴大的截錐或截半球形構件，以及一個與上述截錐或截半球形構件內壁相切地把重烴原料引入截錐或截半球形構件的部件。
5.如權利要求4中的設備，其中切向入口裝置的截錐或截半球形構件的大端與另一個管件連接，這另一個管件具有一條基本與第一管件縱軸符合的縱向軸線，管件的另一端被封閉。
6.如權利要求5中的設備，其中另一個管件包括在其側壁上的一個開口，可以通過開口把重烴原料沿切向引到上述側壁的內壁上。
7.用蒸汽氣化重烴原料的方法，其中採用權利要求1-6中任一條中的設備。
8.從重烴原料製備低烯烴的方法，該方法包括以下步驟(a)預熱烴原料；(b)把還是液體的原料與過熱蒸汽混合，形成蒸汽和液體原料微滴的兩相混合物；(c)加熱這個兩相混合物來部分地氣化液體原料；(d)採用權利要求1-6中任一條中的設備引入另外的過熱蒸汽量來完全氣化餘下的液體原料；(e)可選擇地過熱氣化的烴原料；以及使可選擇地過熱的氣化烴原料承受熱解處理。
全文摘要
一種用蒸汽氣化重烴原料的設備，上述設備包括(a)在兩端打開的第一管件；(b)在一端打開並環繞第一管件形成一個環形空間的第二管件，上述第一管件和第二管件具有基本相符合的縱軸以及在其下遊端具有設置在與上述相符合縱軸相垂直的平面中的開口端；(c)把重烴原料引入第一管件中的供料入口部件；(d)把過熱蒸汽引入環形空間的蒸汽入口部件；以及(e)一個截錐形構件，它一端與第二管件的開口端連接並沿著離開第二管件的方向逐漸擴大，並且具有一條與管件縱軸基本相符合的軸線，特徵在於供料入口部件與一個裝置連接，裝置能夠迫使一個旋渦模式加到進入上述裝置時的重烴原料的液體部分上，由此把上述液體部分壓到供料入口部件的內壁上，使得在第一管件之內建立一個環形流動模式。
文檔編號B01D3/38GK1430661SQ01809977
公開日2003年7月16日 申請日期2001年5月23日 優先權日2000年5月25日
發明者克裡希納穆爾蒂·錢德拉塞卡蘭, 安東尼厄斯·G·J·克洛特, 耶龍·萬維斯特倫寧 申請人:國際殼牌研究有限公司