Процесс крекинга углеводородного исходного сырья, содержащего тяжелую хвостовую фракцию

Изобретение относится к процессу крекинга углеводородного исходного сырья. Изобретение касается способа термического крекинга углеводородного сырья в установке, содержащей секцию излучательного нагрева (6) и конвекционную секцию (7), в котором углеводородное исходное сырье подают в подогреватель (1) сырья, присутствующий в конвекционной секции (7), получение тепла от подогревателя (1) сырья регулируют, изменяя производительность теплообмена экономайзера (9), посредством калькулятора (14) и контроллера (11), причем указанный экономайзер (9) размещен в конвекционной секции (7) между подогревателем (1) сырья и секцией излучательного нагрева (6), и в котором сырье, нагретое в подогревателе (1), затем подвергают крекингу в секции излучательного нагрева. Изобретение дополнительно относится к установке для крекинга углеводородного сырья. Технический результат - крекинг углеводородного сырья с тяжелой хвостовой фракций с уменьшением закоксовывания установки крекинга. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к процессу крекинга исходного сырья, конкретно исходного сырья низкого качества с тяжелой хвостовой фракцией, то есть исходного сырья с относительно высокой фракцией одного или более компонентов, которые испаряются при более высокой температуре, чем обычное исходное сырье (если испаряются вообще). Примерами таких компонентов являются деготь, твердые частицы, тяжелые углеводородные фракции, как, например, высококипящие фракции и остаточные фракции испарения.

Когда исходное сырье с тяжелой хвостовой фракцией подвергается крекингу в термической крекинг-печи (печи пиролиза), тяжелая хвостовая фракция обычно вызывает загрязнение конвекционной секции, секции излучательного нагрева и теплообменников трубопроводов. Это загрязнение приводит в результате к малой продолжительности работы и, таким образом, к неэкономичной работе.

Патент США 5580443 предлагает процесс пиролиза, в котором загрязнение/коксование понижается. В этой публикации описан процесс пиролиза исходного сырья низкого качества в олефины посредством процесса, в котором сырье предварительно нагревается и частично испаряется в подогревателе сырья. Остающееся жидкое сырье разделяется у выпускного отверстия подогревателя сырья в разделяющем устройстве после смешивания с количеством перегретого разбавляющего пара. Количество жидкого сырья, которое должно быть отделено, регулируют количеством и/или отношением перегретого разбавляющего пара, который смешивается выше по потоку и ниже по потоку, чем разделяющее устройство. Процесс может использовать экономайзер без любых средств для управления производительностью (съема тепла) с экономайзера.

Патент США 4879020 относится к способу работы углеводородной печи-конвертера. Процесс термического крекинга сырья, в котором получение тепла от подогревателя сырья управляется регулированием производительности теплообмена экономайзера, также не раскрывается в этой публикации.

В патенте США 6632351 описан процесс пиролиза, в котором сырье, которое должно быть разделено, нагревается до температуры по меньшей мере 375°C перед разделением сырья на жидкую и парообразную фракции.

ЕР-А 253633 описывает углеводородную крекинг-печь, содержащую теплообменники. Каждый теплообменник имеет свою собственную подачу исходного сырья так, чтобы поток и перепад давления могли управляться независимо. Не предполагается управлять получением тепла от подогревателя сырья и, посредством этого, температурой испарения исходного сырья.

Процессы по известному уровню техники, как, например, упомянутые выше, имеют ограниченную гибкость для вариантов режима процесса, как, например, вариантов характеристик исходного сырья, жесткости крекинга, отношения разбавляющего пара и наклона печи. Это связано с тем фактом, что управление разделением посредством смешивания количества перегретого разбавляющего пара только адекватно режиму, который близок к одному расчетному случаю. Для больших отклонений от расчетного случая количество жидкости, которая разделяется, может быть слишком большим (ненадлежащая эффективность процесса) или слишком малым (ненадлежащее разделение, вызывающее загрязнение оборудования ниже по потоку).

Однако желательно обеспечить альтернативные процессы крекинга исходного сырья, конкретно исходного сырья, содержащего тяжелую хвостовую фракцию.

Соответственно, целью изобретения является обеспечить новый способ крекинга углеводородного сырья при низкой тенденции вызывать загрязнение (коксование) установки для крекинга, в которой осуществляется процесс.

Конкретно, целью является обеспечить новый способ крекинга углеводородного сырья, как, например, углеводородного сырья с тяжелой хвостовой фракцией, причем этот процесс показывает хорошую гибкость, что касается вариантов режима процесса, как, например, вариантов характеристик исходного сырья и требуемой жесткости крекинга.

Кроме того, целью изобретения является обеспечить новую установку для крекинга углеводородного исходного сырья, подходящую для осуществления процесса в соответствии с изобретением.

Было обнаружено, что возможно осуществлять крекинг углеводородного исходного сырья, конкретно такого исходного сырья с тяжелой хвостовой фракцией, посредством управления параметром процесса у выхода дымового газа или вблизи него в конвекционной секции установки для крекинга, а именно посредством подогрева исходного сырья в конвекционной секции установки для крекинга, перед крекингом исходного сырья в секции излучательного нагрева установки для крекинга, и управления получением тепла от подогревателя сырья (расположенного вблизи выхода дымового газа из конвекционной секции). Таким образом, возможно поддерживать температуру дымового газа, выходящего из конвекционной секции, при желательно низкой температуре. Таким образом, высокий уровень извлечения тепла от дымового газа может быть реализован. Кроме того, управление получением тепла от подогревателя сырья дает возможность управлять температурой испарения исходного сырья.

Соответственно, в этом аспекте, изобретение относится к процессу термического крекинга углеводородного сырья, установке для крекинга, содержащей секцию излучательного нагрева 6 и конвекционную секцию 7, в которой

углеводородное исходное сырье подается в подогреватель 1 сырья, присутствующий в конвекционной секции 7,

получение тепла от подогревателя 1 сырья управляется посредством регулирования производительности по теплообмену экономайзера 9, размещенного в конвекционной секции 7 между подогревателем 1 сырья и секцией излучательного нагрева 6; и в которой с этого времени сырье, нагретое в подогревателе 1, подводится в секцию излучательного нагрева 6 и подвергается крекингу в указанной секции излучательного нагрева 6.

Посредством регулирования производительности по теплообмену экономайзера 9 получение тепла от подогревателя 1 сырья может управляться как, например, посредством регулирования потока теплообменной среды через экономайзер. Управление получением тепла, в свою очередь, дает возможность регулирования отношения жидкой фракции к парообразной фракции в сырье у выпускного отверстия подогревателя сырья.

Предпочтительно, в дополнение к экономайзеру 9 используется другой экономайзер 8, расположенный между подогревателем 1 и выпускным отверстием для дымового газа конвекционной секции 7.

Этот экономайзер 9 обычно работает в параллельном сообщении по текучей среде с экономайзером 8 (см., например, фиг.1). Через этот экономайзер направляется дополнительная теплообменная среда (обычно вода, также упоминаемая как котловая вода). Это размещение помогает обеспечивать, чтобы температура в дымовой трубе (температура дымового газа у выпускного отверстия конвекционной секции) поддерживается при желаемой температуре, конкретно приблизительно на 5-20°C выше температуры теплообменной среды у впускного отверстия экономайзера 8.

В соответствующем варианте осуществления экономайзер 8 опущен. Конкретно, в таком варианте осуществления экономайзер 9 снабжен байпасом - обычно в параллельном сообщении по текучей среде - например, как показано на фиг.2. Установка байпаса x' вокруг экономайзера 9 и исключение экономайзера 8 обычно приводит в результате к более высокой температуре дымовой трубы, когда процесс требует низкого получения тепла в экономайзере 9 и в подогревателе сырья.

В дополнительном аспекте изобретение относится к процессу термического крекинга углеводородного исходного сырья в установке, содержащей секцию излучательного нагрева и конвекционную секцию, в которой температура дымового газа у выхода находится при температуре приблизительно 150°C или менее, конкретно, при температуре в диапазоне от приблизительно 90°C до приблизительно 130°C, более конкретно, при температуре в диапазоне 95-130°C. Отмечено, что в соответствии с изобретением возможно удерживать температуру дымовой трубы в пределах желаемого диапазона, в то время как одновременно имеется высокая степень гибкости для вариантов режима процесса, как, например, варианты характеристик исходного сырья, жесткости крекинга, отношения разбавляющего газа (пара) и наклона печи.

Кроме того, изобретение относится к процессу термического крекинга углеводородного исходного сырья в установке, содержащей секцию излучательного нагрева и конвекционную секцию, в котором

углеводородное исходное сырье подается в подогреватель сырья, присутствующий в конвекционной секции (вблизи выхода дымового газа),

получение тепла от подогревателя сырья управляется посредством регулирования производительности теплообмена экономайзера, причем экономайзер размещен в конвекционной секции между подогревателем сырья и секцией излучательного нагрева, причем указанный экономайзер снабжен байпасом для теплообменной среды (конкретно, котловой воды). Получение тепла от экономайзера может управляться посредством регулирования потока теплообменной среды через экономайзер. Остаток теплообменной среды, который может использоваться для процесса, будет обходить байпасом и смешиваться с теплообменной средой через экономайзер у выпускного отверстия экономайзера или в паросборнике, и в котором

сырье, нагретое в подогревателе, с этого времени подвергается крекингу в секции излучательного нагрева. Использование первого и второго экономайзеров, или экономайзера и байпаса, делает возможным управлять получением тепла от подогревателя сырья, в то же время поддерживая температуру дымовой трубы в пределах желаемого диапазона.

Изобретение дополнительно относится к установке для крекинга углеводородного исходного сырья, содержащей секцию излучательного нагрева и конвекционную секцию, содержащей

- подогреватель сырья, присутствующий в конвекционной секции, для нагревания углеводородного исходного сырья, которое должно быть подвергнуто крекингу,

- экономайзер, размещенный в конвекционной секции между подогревателем сырья и секцией излучательного нагрева, причем производительность по теплообмену экономайзера может управляться контроллером,

- и трубопровод для подачи нагретого сырья в секцию излучательного нагрева для крекинга нагретого сырья.

Изобретение, конкретно, дополнительно относится к установке для крекинга углеводородного исходного сырья, содержащей секцию излучательного нагрева 6 и конвекционную секцию 7, в которой в конвекционной секции

- подогреватель 1 сырья присутствует для нагревания углеводородного исходного сырья, которое должно быть подвергнуто крекингу,

- причем подогреватель сырья размещен между первым экономайзером 8 и вторым экономайзером 9, причем первый экономайзер 8 размещен в конвекционной секции между выходом дымового газа и подогревателем 1 сырья, причем второй экономайзер 9 размещен в конвекционной секции 7 между подогревателем 1 сырья и секцией излучательного нагрева 6;

- и трубопровод g для подачи нагретого сырья в секцию излучательного нагрева для крекинга нагретого сырья.

Первый и второй экономайзеры в установке обычно находятся на одной линии, так что их трубопроводы текучей среды находятся в параллельном сообщении по текучей среде. Далее установка обычно содержит контроллер для регулирования получения тепла в экономайзерах, конкретно контроллер для регулирования потока теплообменной среды через экономайзер.

На фиг.1 схематически показан вариант осуществления установки для выполнения процесса в соответствии с изобретением, содержащего (использующего) по меньшей мере два параллельных экономайзера.

На фиг.2 схематически показан вариант осуществления установки для выполнения процесса в соответствии с изобретением, содержащего использование байпаса в параллельном соединении с экономайзером.

На фиг.3 схематически показан вариант осуществления, в котором по меньшей мере часть жидкой фракции, отделенной в сепараторе, дополнительно используется в процессе (рециркулирует к впускному отверстию для исходного сырья и/или в продукт ниже по потоку, чем секция излучательного нагрева).

На фиг.4 показано воздействие изменения производительности по теплообмену экономайзера в установке (использованной в процессе) по изобретению на температуру разделения и процентное содержание жидкости в подогретом исходном сырье.

Изобретение обеспечивает способ, реализуемый в установке, который имеет низкую тенденцию образования кокса.

Изобретение подходит для того, чтобы обеспечить газообразный продукт, содержащий один или более олефинов, конкретно газообразный продукт, содержащий по меньшей мере один олефин, выбранный из группы, состоящей из этилена, пропилена и бутиленов.

Изобретение обеспечивает способ, реализуемый в установке, который показывает хорошую гибкость, что касается изменений составов исходного сырья.

По сравнению с традиционной установкой, реализуемой для процесса, как, например, описанной в патенте США 5580443, изобретение обеспечивает возможность работать более эффективно, потому что в соответствии с изобретением получение тепла от потока процесса в подогревателе (выше по потоку, чем устройство для разделения, если оно присутствует) может управляться в широком диапазоне. Получение тепла от подогревателя сырья может регулироваться в соответствии с изобретением. На указанном известном уровне техники получение тепла является фиксированным, и нагрузка переменного потока перегретого разбавляющего пара, используемого на указанном известном уровне техники, является слишком малой для адекватного и гибкого управления.

В выгодном варианте осуществления изобретение дает возможность разделения тяжелой фракции перед процессом термического крекинга посредством специально управляемого способа, посредством чего адекватная степень разделения осуществляется для различных режимов процесса крекинга (варианты характеристик исходного сырья, жесткости крекинга, отношения разбавляющего пара и наклон печи), в то время как одновременно высокая термическая эффективность печи поддерживается посредством извлечения тепла в конвекционной секции для всех указанных различных режимов крекинга.

Если не определено иначе, когда делается ссылка на местоположение части оборудования (как, например, подогреватель, экономайзер, перегреватель и т.д.), предусмотренной в конвекционной секции, оборудование может рассматриваться как относительно близкое к верху, если оно находится относительно близко к выпускному отверстию для дымового газа, и относительно близко к низу, если оно находится относительно близко к секции излучательного нагрева. Обычно модуль, упомянутый как «находящийся вверху», будет находиться в положении выше по вертикали, чем модуль, упомянутый как «находящийся внизу». Однако не исключено, что «верхний» модуль и «нижний» модуль находятся в той же самой горизонтальной плоскости.

Например, экономайзер, присутствующий между подогревателем и радиационной секцией, может быть упомянут как нижний экономайзер (за относительную близость к секции излучательного нагрева по сравнению с подогревателем) и экономайзер, присутствующий между подогревателем и выходом для дымового газа из конвекционной секции, может быть упомянут как верхний экономайзер (за относительную близость к выходу для дымового газа по сравнению с подогревателем).

В контексте настоящей заявки, когда часть оборудования определяется, как находящаяся между двумя другими частями установки (используемой) в соответствии с изобретением, она находится между указанными другими частями, если смотреть от направления потока дымового газа через установку. Таким образом, часть не должна быть в (вертикальной, горизонтальной или диагональной) плоскости, в общем определяемой посредством двух других частей. Например, подогреватель 10 разбавляющего газа, размещенный между секцией излучательного нагрева 6 и подогревателем 1 сырья, не должен быть выше по вертикали, чем секция излучательного нагрева 6, и ниже по вертикали, чем подогреватель 1.

Если не определено иное, термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» используются для положения модуля относительно потока углеводородного сырья.

Таким образом, вход в подогреватель 1 сырья находится выше по потоку, чем (змеевик(и) для крекинга) секция излучательного нагрева 6.

Термин «приблизительно» и т.п., как использовано здесь, конкретно, определяется как включающий отклонение вплоть до 10%, более конкретно, вплоть до 5%.

Получение тепла от подогревателя сырья определяется здесь как тепло, которое отбирается исходным сырьем, направляемым через подогреватель сырья. Этот термин может также быть упомянут как нагрузка.

Термины «высококипящая фракция» и «низкокипящая фракция» конкретно, используются здесь, чтобы описать фракцию, которая удаляется из сырья перед крекингом (то есть, обычно фракцию, которая остается в жидкой фазе в сепараторе), соответственно, фракцию, которая подается в секцию излучательного нагрева (то есть, обычно фракцию, которая испаряется в сепараторе). Необходимо отметить, что «температура кипения», когда она упоминается в терминах «высококипящая фракция» и «низкокипящая фракция», в основном относится к стандартизированному методу испытания, как, например, ASTM D2887, и не обязательно к фактическим температурам режима процесса, при которых имеет место разделение, поскольку на температуру кипения влияет рабочее давление и отношение разбавляющего газа к сырью.

В качестве углеводородного сырья, в принципе любое сырье, содержащее один или более углеводородов, которые являются подходящими для термического крекинга, может быть использовано. Конкретно, сырье может содержать компонент, выбранный из группы, состоящей из этана, пропана, бутанов, лигроинов, керосинов, атмосферных газойлей, вакуумных газойлей, тяжелых дистиллятов, гидрированных газойлей, газоконденсатов и их смесей. Подходящее исходное сырье включает исходное сырье, как упомянуто в патенте США 5580443 и патенте США 6632351. Очень подходящим является исходное сырье, имеющее по меньшей мере одну из следующих характеристик испарения: вплоть до 70% по весу испаряется при 170°C, вплоть до 80% испаряется при 200°C, вплоть до 90% по весу испаряется при 250°C, вплоть до 95% по весу испаряется при 350°C, вплоть до 99,9% по весу испаряется при 700°C, как определено в ASTM D-2887.

Конкретно, способ по изобретению выгодно используется для крекинга углеводородного сырья с тяжелой хвостовой фракцией, то есть имеющего относительно высокое содержание высококипящих углеводородов, например деготь; твердые частицы и/или другие компоненты, которые, вероятно, вызовут коксование, если не будут приняты меры предосторожности.

Тяжелая хвостовая фракция представляет собой, конкретно, фракцию исходного сырья, которая остается в жидкой фракции, когда исходное сырье нагревается до температуры 300°C, более конкретно, когда исходное сырье нагревается до температуры 400°C, еще более конкретно, до температуры 500°C (как определено в ASTM D-2887).

Способ по изобретению конкретно является выгодным для обработки исходного сырья, в котором тяжелая хвостовая фракция в исходном сырье составляет приблизительно 10% по весу или менее, предпочтительно, приблизительно 1% по весу или менее, более предпочтительно, приблизительно 0,2% по весу или менее. Тяжелая хвостовая фракция может составлять приблизительно 0,01% по весу или более, конкретно, приблизительно 0,1% по весу или более, более конкретно, приблизительно 0,5% по весу или более.

Примеры углеводородного сырья с тяжелой хвостовой фракцией включают природные газоконденсаты как, например, тяжелая газоконденсатная жидкость (HNGL), керосин, атмосферные газойли, вакуумные газойли, тяжелые дистилляты.

Проект секции излучательного нагрева не является конкретно критическим и может быть секцией излучательного нагрева, как известно в этой области техники. Также, основной проект конвекционной секции может быть таким, как описано на известном уровне техники (с добавлением оборудования, как описано здесь, как, например, экономайзер(ы) в определенных местоположениях). Примеры секций излучательного нагрева, соответственно конвекционным секциям, включают те, которые описаны на известном уровне техники, цитируемом здесь, крекинг-печь GK6™ (Technip) и печь, как описано в европейской заявке 04075364.2.

Также части, как таковые, используемые в установке для крекинга (как, например, подогреватель(и) сырья, экономайзер(ы), сепаратор(ы), контроллеры и т.п.), могут вообще быть основаны на проектах, известных в этой области техники.

Температура, до которой сырье нагревается в подогревателе, может быть выбрана в широких пределах, в зависимости от конкретных свойств исходного сырья и желаемых свойств продукта, полученного в секции излучательного нагрева.

Хотя, в принципе, возможно нагревать сырье до более высокой температуры в подогревателе, обычно достаточно нагревать сырье в подогревателе до температуры менее чем 200°C. Предпочтительно, температура сырья, покидающего подогреватель, составляет приблизительно 170°C или менее, более предпочтительно, приблизительно 140°C или менее. Предпочтительно температура сырья, покидающего подогреватель, составляет по меньшей мере приблизительно 90°C, более предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 110°C. Это дает возможность, чтобы температура дымового газа на выходе была относительно низкой, и приводит в результате к тому, что по существу избегают загрязнения/образования кокса в трубопроводах сырья в верхней части конвекционной секции. Как указано выше, в соответствии с изобретением, получением тепла от подогревателя сырья можно управлять.

Производительностью по теплообмену можно управлять посредством нижнего экономайзера (позиция 9 на фигурах). Вообще, если желательно, получение тепла от подогревателя сырья увеличивается, если жидкая фракция у выпускного отверстия (смесь разбавляющий газ-углеводород) подогревателя 2, соответственно у впускного отверстия сепаратора 3, должна быть уменьшена посредством уменьшения потока теплообменной среды через нижний экономайзер и, таким образом, уменьшения получения тепла от нижнего экономайзера. Производительность по теплообмену и температура на выходе дымового газа зависят от получения тепла от верхнего экономайзера, которое может быть изменчивым и зависеть от получения тепла от подогревателя сырья и нижнего экономайзера. Вообще, если желательно увеличить производительность подогревателя сырья, то жидкая фракция у выпускного отверстия (смесь разбавляющего газа и углеводорода) подогревателя 2 должна быть уменьшена посредством увеличения получения тепла от нижнего экономайзера 9. Температура на выходе дымового газа может поддерживаться низкой посредством установки (работы) экономайзера 8 выше подогревателя 1 сырья.

В предпочтительном варианте осуществления получение тепла от подогревателя 1 сырья и/или температура на выходе дымового газа управляются посредством регулирования потоков теплообменных сред (обычно, котловой воды), текущих через первый верхний и второй нижний экономайзер, между которыми размещен подогреватель. Конкретно, отношением потока через первый к потоку через второй экономайзер можно управлять. Обычно отношение (потока к верхнему/потока к нижнему) уменьшается в случае, если жидкая фракция у выпускного отверстия (пара/углеводорода) подогревателя 2, соответственно, у впускного отверстия в сепаратор 3, должна быть увеличена.

Получение тепла от подогревателя сырья может быть дополнительно уменьшено, если желательно, посредством управления байпасом вокруг подогревателя сырья. Это может быть выполнено посредством смешивания управляемого количества дополнительного (ненагретого сырья, обходящего байпасом подогреватель) исходного сырья с нагретым сырьем. В общем, если желательно, производительность подогревателя сырья можно увеличить, направляя весь поток в подогреватель сырья и уменьшая поток теплообменной среды через нижний экономайзер.

Получением тепла от подогревателя сырья (производительностью по теплообмену) можно управлять, чтобы регулировать состав исходного сырья, направляемого в секцию излучательного нагрева. В общем, если желательно, производительность подогревателя сырья увеличивается, если цель состоит в том, чтобы уменьшить отношение низкокипящей к высококипящей фракции. Получение тепла от подогревателя сырья может быть увеличено посредством уменьшения потока теплообменной среды через нижний экономайзер (что уменьшает получение тепла от нижнего экономайзера).

В предпочтительном варианте осуществления процесс содержит разделение сырья, нагретого в подогревателе, на низкокипящую (парообразную) фракцию и высококипящую (жидкую) фракцию, причем эта низкокипящая фракция с этого времени подвергается крекингу в секции излучательного нагрева. Жидкая фракция может быть ликвидирована без крекинга. Возможно, дополнительно использовать жидкую фракцию, или ее часть, в процессе. Конкретно, (часть) жидкая фракция может быть смешана со свежим исходным сырьем перед входом в подогреватель 1 сырья, и/или (часть) жидкая фракция может быть использована ниже по потоку, чем секция излучательного нагрева, конкретно, быть смешана с крекинг-газом.

В установке (используемой в процессе) в соответствии с изобретением сепаратор, в общем, располагается ниже по потоку, чем подогреватель сырья, и выше по потоку, чем секция излучательного нагрева, вне обеих секций. В качестве сепаратора, в принципе, любой сепаратор, подходящий для разделения углеводородов, имеющих различные температуры кипения, может быть использован. Примеры подходящих сепараторов представляют собой циклоны. Примеры подходящих сепараторов, например, описаны в патенте США 6376732, патенте США 5580443 и патенте США 6632351.

Перед входом в сепаратор сырье (обычно смешанное с разбавляющим газом, как далее описано ниже) обычно дополнительно нагревается во втором подогревателе до температуры, при которой фракция сырья, которая должна быть подвергнута крекингу, испаряется, и фракция, которая должна быть удалена из сырья (высококипящая фракция), остается жидкой.

Желаемая температура, при которой сырье входит в сепаратор, зависит от характеристик исходного сырья и/или режима процесса и желаемого продукта газа. Хотя, в принципе, возможно нагревать сырье до температуры, превышающей 375°C, в общем достаточно нагревать сырье до температуры менее чем 375°C, конкретно, до приблизительно 300°C или менее, предпочтительно, до приблизительно 260°C или менее. Желаемый уровень температуры зависит от характеристики исходного сырья. Для того чтобы получить выгодное количество испаренной фракции, сырье обычно нагревается до температуры по меньшей мере приблизительно 190°C, предпочтительно, до температуры по меньшей мере приблизительно 205°C, более предпочтительно, до температуры приблизительно 210°C или более.

Отношение жидкой фракции к парообразной фракции, отделенных друг от друга, может быть выбрано в широких пределах, в зависимости от предназначенного качества продукта. Обычно весовое отношение весов составляет по меньшей мере приблизительно 0,01, предпочтительно, приблизительно 0,02 или более. Практически отношение обычно составляет приблизительно 0,7 или менее, предпочтительно, приблизительно 0,35 или менее, более предпочтительно, приблизительно 0,1 или менее, еще более предпочтительно, менее чем 0,04.

Установка (используемая в процессе) в соответствии с изобретением предпочтительно снабжена контроллером получения тепла от подогревателя сырья, содержащим входные данные для регистрации температуры пара, покидающего сепаратор, и/или входные данные для регистрации потока жидкости из фракции, покидающей сепаратор, и выходные данные для регулирования потока и/или температуры теплообменной среды экономайзеров. Предпочтительно, контроллер содержат калькулятор.

Углеводородное сырье, нагретое в подогревателе, обычно смешивается с разбавляющим газом перед крекингом, и если используется сепаратор, предпочтительно перед разделением сырья на жидкую фракцию и парообразную фракцию. Примеры разбавляющего газа представляют собой испаренный лигроин, нефтезаводские газы, азот, метан, этан, пар и их смеси, причем разбавляющий газ, содержащий пар, является предпочтительным.

Отношение (весовое) разбавляющего газа (пара) к углеводородному сырью может быть выбрано в широких пределах, обычно в пределах диапазона от 0,3 до 1,0, предпочтительно, от 0,4 до 0,8.

В общем, изобретение может быть осуществлено без необходимости регулировать отношение разбавляющего газа к углеводородному сырью в течение процесса (для того, чтобы избежать образования кокса). Отношение разбавляющего газа к углеводородному сырью может поддерживаться по существу постоянным, конкретно, если качество углеводородного исходного сырья является по существу постоянным, пока поддерживается низкая тенденция к образованию кокса. В общем, процесс в соответствии с изобретением может осуществляться без смешивания дополнительного разбавляющего газа с парообразной углеводородной фракцией после выхода из сепаратора.

На фиг.1 показан предпочтительный вариант осуществления изобретения, представляющий собой предпочтительную установку и схему технологического процесса для предпочтительного процесса. Тонкие (пунктирные) стрелки представляют собой передачу данных. Толстые (прямые) стрелки представляют собой поток вещества (как например, сырья, разбавляющего газа, теплообменной среды). Необходимо отметить, что не все оборудование (как например, подогреватели, сепараторы, контроллеры и другое показанное оборудование) является существенным в каждом аспекте изобретения. Они могут только быть предпочтительными.

Поток сырья

Исходное сырье (обычно исходное сырье с тяжелой хвостовой фракцией) направляется через трубопровод а к подогревателю 1 сырья, в котором сырье подогревается (обычно до между 90 и 170°C, конкретно, до приблизительно 130°C) и по выбору частично испаряется.

Подогретое сырье, покидающее выпускное отверстие подогревателя 1 сырья через трубопровод b , затем предпочтительно смешивается с разбавляющим газом (паром) (из трубопровода j). Разбавляющий газ предпочтительно нагревается в конвекционной секции перед смешиванием с сырьем в перегревателе 10 разбавляющего газа, в который разбавитель подводится через трубопровод i . Перегреватель 10 разбавителя (если он присутствует) обычно размещается относительно низко в конвекционной секции 7, где температура дымового газа все еще относительно высока, конкретно, между секцией излучательного нагрева 6 и подогревателем 1 (и, предпочтительно, между секцией излучательного нагрева и подогревателями 4 и/или 2 сырья, если они присутствуют).

Нагретый разбавляющий газ (пар) может конкретно быть использован для того, чтобы производить мгновенное испарение сырья из подогревателя 1 сырья вне конвекционной секции, особенно в случае, если исходное сырье представляет собой лигроин.

Трубопровод a' для подачи дополнительного исходного сырья в подогретое сырье в трубопроводе b , или в подогретое сырье, смешанное с разбавляющим газом в трубопроводе с , может присутствовать.

Подогретое сырье (предпочтительно смешанное с разбавляющим газом) затем обычно подводится во второй подогреватель 2 (который может упоминаться как подогреватель разбавляющего газа/углеводорода), чтобы довести сырье до температуры, при которой испаряется фракция, предназначенная для крекинга, и тяжелая хвостовая фракция все еще присутствует в жидкой фракции, так что она может быть удалена из испарившейся фракции.

Температура сырья, покидающего подогреватель 2 через трубопровод d , может выгодно иметь температуру между 190°C и 260°C, конкретно температуру приблизительно 210°C.

Сырье затем подводится через трубопровод d в сепаратор 3 для разделения сырья на высококипящую фракцию и низкокипящую фракцию.

Испаренная фракция (низкокипящая фракция) будет уменьшаться, если тяжелая фракция, которая должна быть отделена, увеличивается. Сепаратор 3 жидкость/газ (как например, циклон или резервуар-ловушка) отделяет высококипящие (жидкие) углеводороды и другие высококипящие компоненты от потока низкокипящей фракции (парообразной). Конкретно, в случае, если используются циклон или резервуар-ловушка, разделение пар/жидкость эквивалентно одной теоретической ступени.

Поэтому предпочтителен, конкретно, такой вариант осуществления, чтобы количество относительно низкокипящих углеводородов, превышающее фактическое количество «тяжелой хвостовой фракции», присутствовало в жидкой фазе для высокоэффективного разделения. Конкретно, считается выгодным, когда жидкая фракция сырья, которая отделяется от парообразной фракции в сепараторе, содержит тяжелую хвостовую фракцию плюс по меньшей мере приблизительно равное количество углеводородов, не определяемых как тяжелая хвостовая фракция (как, например, низкокипящие углеводороды). Очень подходящим является процесс, в котором вес жидкой фракции, покидающей сепаратор, превышает в от приблизительно 2 до приблизительно 20 раз вес фактической тяжелой хвостовой фракции.

Высококипящая фракция удаляется из сепаратора 3 через трубопровод h (типично, как жидкость) и может быть ликвидирована. Низкокипящая фракция представляет собой фракцию, которая должна быть подвергнута крекингу, и подводится к секции излучательного нагрева 6 через трубопроводы e , f и g.

Перед подачей в секцию излучательного нагрева 6 (типично, в змеевик крекинга, не показан) через трубопровод g низкокипящая фракция предпочтительно дополнительно нагревается в одном или более дополнительных подогревателях сырья (как например, 4 и 5, соединенных через трубопровод f , как показано на фиг.1). Такой подогреватель, или подогреватели, обычно располагаются в нижней части конвекционной секции, где дымовой газ имеет более высокую температуру, чем в верхней части.

Подогреватель 4 сырья может, конкретно, быть размещен между подогревателем 1 (соответственно 2, если он присутствует) и секцией излучательного нагрева. Подогреватель 4 предпочтительно размещен между подогревателем 1 (соответственно 2, если он присутствует) и подогревателем 10 разбавляющего газа, если он присутствует.

Подогреватель 5 сырья может быть размещен ближе всех подогревателей к секции излучательного нагрева, конкретно, всех подогревателей сырья. Таким образом, он предпочтительно присутствует между секцией излучательного нагрева 6 и подогревателем 1 сырья (конкретно 2, более конкретно 4, если он присутствует). В случае если подогреватель 10 разбавляющего газа предусмотрен в конвекционной секции, подогреватель 5 предпочтительно размещен между подогревателем 10 разбавляющего газа и секцией излучательного нагрева.

Сырье предпочтительно нагревается до температуры от приблизительно 550°C до приблизительно 650°C в последнем подогревателе (конкретно 5) и затем подается в секцию излучательного нагрева через трубопровод g .

По выбору, крекинг-печь содержит один или более перегревателей пара высокого давления. На фиг.1 предусмотрены два из них (15, 16). Если присутствует, перегреватель(и) предпочтительно присутствует(ют) относительно низко в конвекционной секции, конкретно, ближе к секции излучательного нагрева, чем подогреватель 10 разбавляющего газа и подогреватели 1, 2 и 4 сырья (насколько они присутствуют).

Если они присутствуют, перегреватели пара высокого давления могут быть использованы, чтобы перегревать насыщенный пар, произведенный в крекинг-печи. Насыщенный пар вырабатывается в теплообменниках трубопроводов, размещенных ниже по потоку, чем секция излучательного нагрева.

Управление/регулирование

Конкретно, если используется сепаратор, важным аспектом, чтобы определить весовое отношение фракций, которые должны быть отделены друг от друга (и таким образом размер фракции, которая должны быть подвергнута крекингу), является температура у выпускного отверстия подогревателя 2 (определяющая количество жидкой фракции, подаваемой в сепаратор). Этой температурой можно выгодно управлять посредством управления получением тепла от подогревателя 1 сырья при конструкции подогревателя сырья в виде «сэндвича». Конструкция подогревателя сырья в виде «сэндвича» охватывает подогреватель 1 сырья, расположенный между по меньшей мере двумя рядами экономайзеров в конвекционной секции (экономайзеры 8 и 9).

В соответствии с изобретением возможно управлять удалением тяжелой хвостовой фракции адекватно, посредством регулирования получения тепла от подогревателя сырья, конкретно, посредством регулирования потока теплообменной среды (обычно, котловой воды) через экономайзер 9, и,

в результате, температура дымового газа у впускного отверстия подогревателя 1 сырья (предпочтительно, в виде «сэндвича») может быть отрегулирована, посредством этого создавая степень свободы для управления получением тепла от этого подогревателя 1 сырья, так что желаемое количество тяжелых хвостовых фракций жидкостей может быть отделено ниже по потоку, обычно после дополнительного подогревания и после смешивания с разбавляющим газом как, например, перегретым разбавляющим паром (см. выше).

Предпочтительно предусматривается верхний экономайзер 8, чтобы обеспечить, что температура дымовой трубы и соответствующая эффективность печи могут поддерживаться на уровне, соответствующем современному промышленному стандарту. Таким образом, эффективность приблизительно 94% или более представляется достижимой.

Верхний экономайзер 8 может быть опущен, конкретно, если дополнительное извлечение тепла не является важным или значительным. В этом случае один экономайзер может быть использован как, например, нижний экономайзер 9 с байпасом, конкретно, как показано на фиг.2. В таком варианте осуществления теплообменная среда будет частично направляться через экономайзер 9 и частично подаваться в паросборник 12 без того, чтобы направляться через экономайзер. Это обычно приводит в результате к более низкому извлечению избыточного тепла из дымового газа, но имеет, как преимущество, несколько более простую конструкцию при более низких капитальных затратах.

Что касается управления производительностью по теплообмену экономайзера 9, производительность может регулироваться посредством регулирования потока теплообменной среды, которая подается в экономайзер 9 (через трубопроводы l) и отводится из экономайзера(ов) (через трубопроводы k), например, в паросборник. Паросборник служит как задержка для теплообменной среды (котловой воды), которая может быть использована для теплообменников трубопроводов, которые могут присутствовать, чтобы вырабатывать насыщенный пар, и которые могут быть использованы ниже по потоку, чем секция излучательного нагрева. Поток через трубопровод 1 может выгодно регулироваться посредством контроллера потока FC1, который управляет клапаном в трубопроводе l', на основе входных данных, которые поступают из калькулятора 14 получения тепла от подогревателя сырья. Типичные входные параметры представляют собой температуру испаренного углеводородного сырья в трубопроводе е (когда оно покидает сепаратор 3), объем потока жидкой фракции в трубопроводе h (удаляемой из углеводородного сырья в сепараторе 3). Дополнительные входные данные, которые могут быть использованы, включают производительность печи и отношение пара к маслу.

Производительность экономайзера 8 может адекватно регулироваться посредством контроллера потока FC2, который управляет клапаном в трубопроводе 1. FC2 может регулировать поток на основе входных данных, которые он принимает от контроллера 13 уровня в паросборнике, который типично использует свойства потока, управляемого посредством FC1, уровня в паросборнике 12 и отводимого потока пара, как входных данных.

Другим фактором, который может быть использован, чтобы управлять процессом, так чтобы он имел низкую тенденцию вызывать коксование в трубопроводах (и посредством этого улучшать продолжительность процесса, который может быть продолжен без необходимости в техническом обслуживании, требующем остановки процесса), является поток сырья, который обходит байпасом подогреватель сырья.

Этот параметр может конкретно управляться посредством контроллера 11 производительности печи, который может основывать свои выходные данные на входных данных, основанных на общей производительности по сырью печи «a+a'» и производительности по сырью через байпас подогревателя сырья «a'», устанавливаемой оператором, и фактическом потоке через трубопровод a , через трубопровод a' и через трубопровод i , мониторинг которых осуществляется посредством FC3, FC4, соответственно FC5. Контроллер 11 производительности печи может также быть использован, чтобы управлять сырьем и разбавляющим паром.

На фиг.3 показано, как вытекающий поток жидкости из сепаратора 3 может частично или полностью быть дополнительно использован в процессе (как, например, показанном на фиг.1 или 2). Отдельные элементы в конвекционной секции и средства управления не показаны. Вытекающий поток, покидающий сепаратор, может (частично) подводиться обратно в трубопровод а, ведущий к подогревателю 1 сырья (не показан), через трубопроводы h и n. Вытекающий поток может (частично) быть смешан с продуктом крекинг-газом, типично ниже по потоку, чем один или более теплообменников 17 трубопроводов, среди которых трубопроводы подаваемой воды обычно находятся в сообщении по текучей среде с паросборником (не показан) через трубопроводы h и o. Вытекающий поток может (частично) быть удален из процесса через трубопроводы h и m.

Пример (моделированный эксперимент)

Исходное сырье конденсат природного газа проходит через установку, как показано на фиг.2. Поток котловой воды через нижний экономайзер 9 изменяется как процентное содержание от суммарного потока котловой воды через оба экономайзера. Воздействие потока через экономайзер 9 показано на фиг.4.

Фиг.4 показывает, что в этом варианте осуществления температура разделения приблизительно 240°C достигается посредством управления потоком через нижний экономайзер до величины приблизительно 10% от суммарного потока котловой воды, в результате чего степень разделения жидкости составляет приблизительно 0,5% по весу. Посредством увеличения расхода через нижний экономайзер до величины приблизительно 27% от суммарного расхода котловой воды получение тепла от экономайзера увеличивается. В результате этого получение тепла от подогревателя сырья, размещенного выше, уменьшается. Как дополнительное следствие, температура разделения понижается до приблизительно 219°C и степень разделения жидкости увеличивается до приблизительно 1,7%.

Этот пример показывает, что получение тепла от подогревателя сырья и, посредством этого, температура разделения исходного сырья может управляться посредством регулирования производительности по теплообмену экономайзера 9. Посредством этого процентное содержание жидкости может управляться и регулироваться как желательно. Это дает возможность, конкретно, эффективно удалять тяжелую хвостовую фракцию исходного сырья из части исходного сырья, которая должна быть подвергнута крекингу.

1. Способ термического крекинга углеводородного сырья в установке, содержащей секцию излучательного нагрева (6) и конвекционную секцию (7), в котором
углеводородное исходное сырье подают в подогреватель (1) сырья, присутствующий в конвекционной секции (7),
получение тепла от подогревателя (1) сырья регулируют, изменяя производительность теплообмена экономайзера (9), посредством калькулятора (14) и контроллера (11), причем указанный экономайзер (9) размещен в конвекционной секции (7) между подогревателем (1) сырья и секцией излучательного нагрева (6), и в котором сырье, нагретое в подогревателе (1), затем подвергают крекингу в секции излучательного нагрева с последующим получением продуктов крекинга.

2. Способ по п.1, в котором присутствуют первый экономайзер (8) и второй экономайзер (9), причем первый экономайзер (8) размещен в конвекционной секции между выходом дымового газа из конвекционной секции и подогревателем (1) сырья, причем второй экономайзер (9) является экономайзером, определенным в п.1, размещенным в конвекционной секции (7) между подогревателем (1) сырья и секцией излучательного нагрева (6).

3. Способ по п.1, в котором экономайзер (9) находится в сообщении по текучей среде с байпасом (х').

4. Способ по пп.1-3, в котором получение тепла от подогревателя сырья управляется посредством регулирования потоков теплообменных сред, протекающих через экономайзер (9).

5. Способ по пп.1-3, в котором после выхода из подогревателя сырья нагретое сырье разделяется на парообразную фракцию и жидкую фракцию, и по меньшей мере часть парообразной фракции подвергается крекингу в секции излучательного нагрева.

6. Способ по п.5, в котором сырье, нагретое в подогревателе, смешивается с разбавляющим газом перед разделением.

7. Способ по пп.1-3, в котором парообразная фракция подвергается крекингу без дополнительного разбавления разбавляющим газом после отделения от высококипящей фракции.

8. Способ по пп.1-3, в котором сырье разделяется на жидкую фракцию и парообразную фракцию при температуре в диапазоне от приблизительно 190 до приблизительно 260°С.

9. Способ по пп.1-3, в котором сырье содержит тяжелую хвостовую фракцию, причем указанная тяжелая хвостовая фракция предпочтительно образует вплоть до приблизительно 10% по весу сырья, более предпочтительно вплоть до приблизительно 1% по весу сырья, еще больше предпочтительно вплоть до приблизительно 0,2% по весу сырья.

10. Способ по пп.1-3, в котором сырье имеет следующие характеристики: вплоть до 70% по весу испаряется при 170°С, вплоть до 80% испаряется при 200°С, вплоть до 90% по весу испаряется при 250°С, вплоть до 95% по весу испаряется при 350°С, и/или вплоть до 99,9% по весу испаряется при 700°С, как определено в ASTM D-2887.

11. Способ по пп.1-3, в котором температура дымового газа на выходе из конвекционной секции поддерживается при температуре в диапазоне вплоть до приблизительно 150°С, предпочтительно при температуре в диапазоне от приблизительно 90°С до приблизительно 130°С.

12. Способ по пп.1-3, причем указанный способ содержит разбавление исходного сырья разбавляющим газом перед крекингом, и в котором отношение исходного сырья к разбавляющему газу поддерживается, по существу, постоянным.

13. Установка для крекинга углеводородного исходного сырья, содержащая секцию излучательного нагрева и конвекционную секцию, содержащая
подогреватель сырья, присутствующий в конвекционной секции для нагревания углеводородного исходного сырья, которое должно быть подвергнуто крекингу,
экономайзер, размещенный в конвекционной секции между подогревателем сырья и секцией излучательного нагрева, в котором производительность по теплообмену экономайзера управляется посредством контроллера,
и трубопровод для подачи нагретого сырья в секцию излучательного нагрева для крекинга нагретого сырья.

14. Установка для крекинга углеводородного исходного сырья по п.13, содержащая секцию излучательного нагрева и конвекционную секцию, в которой в конвекционной секции присутствуют
подогреватель сырья для нагревания углеводородного исходного сырья, которое должно быть подвергнуто крекингу, причем подогреватель сырья размещен между первым и вторым экономайзером, причем первый экономайзер размещен в конвекционной секции между выходом дымового газа и подогревателем сырья, причем второй экономайзер размещен в конвекционной секции между подогревателем сырья и секцией излучательного нагрева;
и трубопровод для подачи нагретого сырья в секцию излучательного нагрева для крекинга нагретого сырья.

15. Установка по п.13 или 14, в которой экономайзер размещен между подогревателем сырья и секцией излучательного нагрева в параллельном сообщении по текучей среде с байпасом.

16. Установка по любому из пп.13 и 14, содержащая контроллер для регулирования производительности по теплообмену экономайзера, причем он размещен в конвекционной секции между подогревателем сырья и секцией излучательного нагрева.

17. Установка по любому из пп.13 и 14, в которой установка снабжена сепаратором для отделения парообразной фракции исходного сырья от жидкой фракции исходного сырья, причем сепаратор предусмотрен ниже по потоку, чем выпускное отверстие подогревателя сырья, и выше по потоку, чем секция излучательного нагрева.

18. Установка по п.17, в которой установка снабжена контроллером получения тепла от подогревателя сырья, содержащим входные данные для регистрации температуры пара, покидающего сепаратор, и/или входные данные для регистрации потока жидкости фракции, покидающей сепаратор, и выходные данные для регулирования потока и/или температуры теплообменной среды экономайзеров.

19. Установка по любому из пп.13 и 14, в которой установка снабжена смесителем для смешивания углеводородного сырья с разбавляющим газом выше по потоку, чем сепаратор.

20. Способ по выбору по любому из пп.1-12, содержащий использование установки по любому из пп.13-19.