Способ закалки высокотемпературного продукта термического крекинга

 

() 39

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАTEHT3f (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 06.02.76 (21) 2322061/28-04

2 (51) М. Кл, С 10 G 9/16 (23) Приоритет (3l) 15 5 /75 (32) 07.02.75 (33) Япония

Государственный комитет ссср оо делаь) кзооретеикй и открЫтнй

Опубликовано 25.08.79. Бюллетень № -81

Дата опубликования описания 28.08.79 (53) УДК

662.75 (088.8) (72) Авторы Иносч ратшы иаобрЕтеиия Киепзи Озаки, Акипобу Ьукухара, Такудэи Хосои, Ясуо Саги (Япония1

HHOCIpBHHfl фирма

"Чийода Кемикач Икджиниринг знл Конс1ракшн Ко, Лтд., Куреха Кагаку Когио Кабусики Кайся" ия.(71) Заявитель (54) (II(X Oh ЗАКАЛКИ BbICOKOTI .ÌÏI-;ÐËTÓÐÍOÃÎ ПРО)1УКТЛ

ТЕРМИЧЕСКОГО КРЕКИИГА

Изобретение касается закалки высокотемпературных продуктов термокрекин) а.

Известен способ закалки высокотемпературных продуктов термического крекинга путем контактирования их с охлаждаюшей углеводородной жидкостью (11.

Однако в известном способе недостаточно полно используется тепло продуктов термокрекинга.

Более близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ закалки высокотемпературного продукта термического крекинга путем косвенного охлаждения сначала в теплообменнике до температуры 450 — 600 С, а затем прямым охлаждением до температуры 150 — 200 С углеводородной жидкостью с температурой кипения

200 — 400 С, являющейся высококипящим компонентом термокрекинга. Углеводородную жидкость отделяют от охлажденного продукта и рециркулируют (2) .

Однако известный способ также недостаточно полно использует тепло, а кроме того, на внутренних стенках труб теплообменника может происходить коксование, в Результате которого процесс невозможно вести в течение длительного периода, так как трубы постепенно забиваются образующимся в них коксом.

Цель изобретения — улучшение утилизации тепла и снижение коксообразования.

Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа закалки высокотемпературного продукта термического крекинга, вклю1 чающего прямое охлаждение его углеводородной жидкостью, косвенное охлаждение в теплообменнике, послед;:-ощее отделение углеводородной жидкости от охлажденного продукта и рециркуляцию ее в процесс, процесс ведут при первоначальном прямом охлаждении. высокотемпературного продукта до температуры 300400 С с последующим косвенным охлаждением образующейся смеси высокотемпературного продукта с углеводородной жидкостью. ъО В качестве углеводородной жидкости желательно использовать побочный продукт процесса термического крекинга с температурой 250—

350 С.

Способ осуществляется следующим образом.

682139

Высокотемпературный газ, обпазуюшийся при термическом крекинге или газификации углеводородов и именлций температуру от

450 до 1400 С, поступает в зону предварительного охлаждения. Этот газ контактирует с разбрызгиваемым охлаждающим маслом, имеющим температуру от 250 до 350 С и которое в виде брызг подается в газ. В результате этого газ охлаждается примерно до 300- 400 С.

Небольшое количество этого масла попае>ся также в зону предварительного охлаждения сверху и стекает вниз по внутренней:тенке зоны, благодаря чему предо>вра>лается îrlloжение кокса на верхней части стенки э>ой эоны.

Небольшое количество охлаждающего масла является частью циркулирующего масла, поступаS5 ющего со дна разделительной зоны. Однако Лля этой цели можно испольэовать другое масло, подаваемое иэ наружного источника.

Высокотемпературный газ, поступающий в зону предварительного охлаждения, смешнва20 ют с разбрызгиваемым охлаждающим маслом и охлаждают примерно до 300--400 С. Затем смесь поступает в трубы кожухо-трубного теплообменника, расположенного в зоне рекупера2S ции тепла, через распределительную перфорированную плиту, смонтированную над теплообменником. Часть жидкого компонента смеси, поступающей в трубы, опускается по внутренним стенкам этих труб, образуя тонкую жидкую

39 пленку на внутренней сэенке каждой трубы.

Газ, содержащий остальную часть жидкого компонента, проходит по трубам со скоростью от

15 до 100 м/сек или предпочтительно от 20 до

50 м/сек. Газовый и жидкостной потоки, про35 ходящие по трубам >еплообменника, охлаждаются примерно до 240 — 350 С, отдавая свое тепло воде, которая подается в кожух по вхоп. ной трубе, и способствуя образованию паравысокого давления от 40 до 100 кг/см .

46

В разделительной зоне рекуперационной системы газообразный компонент смеси отделяется от жидкого компонента и удаляется из системы в качестве целевого газа термического крекинга для последующей обработки. Жид45 кий компонент смеси после удаления смолообразного компонента, если это необходимо, возвращается в верхние части системы с помощью циркулнционного насоса для повторного применения в качестве охлаждающего масла.

54

В качестве высокотемпературного крекинггаза, применяемого пля рекуперации тепла, можно использовать такие нефтепродукты, как газ, получаемый при крекинге нафты, крекинггазы из гаэойлей, сырой нефти и остатков пере- 55 гочки, а также газ, получаемый при карбониэации, гипрокарбониэации, газификации или гидрогазификации каменного угля.

Коксообраэование на инуrренней стенке зоны предварительного охлаждения выше входа охлажпан>щего масла прелотврапьается частью охлаждающего масла, с>екаюшей по внутренней стенке этой зоны, Поток пара с температурой о выше 150 С вдоль стенки зоны, покрытой охлаждающим маслом, может предотвращать коксование.

Когда смесь разбрызгиваемого охлажлаюшего масла и высокотемпературного газа поступает в трубы теплообмеш>ика. часть жидкого компонента этой смеси образует тонкую пленку, стекающую по внутренней стенке каждой трубы. Оставшийся газообразный компонент смеси протекает вниз по трубам с боныпой скоростью, в реэулыате чего значительно уменьшается толщина жидкой пленки, обеспечивается улучшение теплопровопности пленки, и эффек. тивность теплообмена увеличивается в несколько раз по сравнению с достигаемой при осуществлении иэвесэного способа (2).

В качестве низкотемпературного углеводородного масла, используемого в качестве охлаждающего вещества, следует применять тяжелое масло, получаемое в качествс побочного продукта при термическом крекинге или газификации углеводородов. Однако при необходимости можно использовать другие углеводородные масла, поступающие из внешнего источника в качестве охлаждающих масел беэ циркуляции. Углеводородное масло, применяемое в качестве охлаждающего вещества, почти не должно испаряться при температуре предварительного охлаждения и должно обладать хорошей теплостойкостью (например масло, обогащенное ароматическими углеводородами) . Охлаждак>гцее масло можно выбирать с учетом таких факторов, как температура реакции, температура предварительного охлаждения, весовое отношение охлаждающего масла и крекинг-газа, температура циркулирующего охлаждающего масла и продолжительность быстрого охлаждения.

Предложенный способ по сравнению с известным имеет следующие преимущества.

1, Так как время пребывания смеси охлажпающего масла и газа в зоне предварительного охлаждения очень мало, масло меньше разлагается и поэтому температуру на входе теплообменника можно повысить примерно до 400 С беэ изменения качества охлаждающего масла. В результате этого иэ теплообменника можно удалять пар с давлением от 40 до 100 кг/см, Изобретение дает возможность рекуперировать тепловую энергию, содержащуюся в продуктах термического крекинга или газификации углеводородов, на исключительно высоком уровне.

2. В известноь4 способе (2) теплообменник, применяемый для циркулирующего охлаждаю68 139

Таблица 2

Параметры

Сырье (сорт) Уд.в.

150

Выход продуктов:

Газ (Н, -- С4), вес., 92,0

63,5

74,3

От ноп1ение С, 11, /Г, Н, 1,2

5,5

Жидкость. весЯ

8,0

25,7

365

8,4

10,8

4,3

I 4

5,1

4,3

2.3

12,2

21,4

395

365

260

3I0

310

310

50

5100

2400

310

310

310

0,55

0,2

0,15

Лавление полученного пара, кг/см

65

74,0

71,5

68,2 чаях не обнаружено ни образования кокса, ни коррозии.

II р и м е р 2. Использую тс же аппарат и систему рекуперации .епла. как в примере

Температура реакции, Т,, Г

Легкое масло. ((170 C)

Среднее масло, (170 — 270 С)

Тяжелое масло, (270 С) Температура предварительного нагревания, Т2 С

Температура, Т, на выходе теплообменника, С

Содержание смолы в охлаждающем масле, весЛ

Скорость циркуляции охлаждающего масла, кг/час

Температура, Та охлаждающего масла на входе, С

Перепад давления в трубах теплообменнпков, кг/см

Эффективность рекуперации тепла, %

Пример 3. Термический крекинг лигро. if ина и легкого масла проводят с применением трубчатой печи для крекинга, вместо печи для крекинга сырой нефти, которая является источ1. Получают результаты, приведенные в табл.2, подтве1>ждающие пригодность изобре ения @HER разных условиях крекинга разных сортов исходного масла. егкий игроин

644/15 С ником газа в примере 1, полученный продукт вводят в такую же систему рекуперации тепла, которая применена в примере l. Этим подтверждают приемлемость изобретения для такого

682139

Таблица3

Номера эксперйментов

Параметры

Сырье (сорт)

Уд. в, Лигроин

0,728/15 С

Легкое масло

0,830/15 С

857

Температура реакции, С

Выход продукта:

Газ (Н вЂ” С4), вес.Т

810

6l,9

63,9

99

36,!

3862

20,5

27,4

5,5

6,2

3,2

11,5

361

363

310

312

50

1800

1300

310

312

Перепад давления газа в теплообменнике, кг/см

0,15

0,15

65

62,0

61,4 исходного сырья. В данном случае теплообменник имеет ll труб.

Печь, применяемая для ведения крекинга, имеет трубы внутренним диаметром 41,2 мм и общей длиной 35000 мм из нержавеющей стали.

Отно|пенне С, Н4/С2 Н, Жидкость, вес.

Легкое масло ((170 С)

Среднее масло (170-270 С)

Тяжелое масло (270 С) Температура предварительного нагревания, Т,, С

Температура Тз на выходе тепло. обменника, С

Содержание смолы охлаждающего масла, вес%

Скорость циркуляции охлаждающего масла, кг/«ас

Температура Т4 охлаждающего масла на входе, С,11авление полученного пара кг/см

Эффективность рекуперации тепла, %

В качестве горючего используют смесь метана и водорода. Продукт термического крекинга лигроина или газойля вводят в систему для рекуперации тепла, охлаждения и рекуперации пара высокого давления. Экспериментальные результаты приведены в табл. 3. щего масла. грсбуст исключи>ельно болыпой поверхности >еплопередачи ввиду пеболыпой теплопров<>дности на масляной с>ороне, поэтому способ экономи юски очень нсвьподен.

С другой стороны, в >еплообмсннике, прилгеняемом в изобретении, толпища падающей пленки жидкого компонента делается очень неболь. шой, так как высокотемпературный газовь>й компонент также проходит вдоль внутренней поверхносэи труб теплообменника, что делает систему изобретения I> IcHb выгодной и экономичной.

3. В известном способе (2) высокотел1пературный гаэ, получаемый при термическом крекинге или газификации, l>oclyllael непосредственно в теплообменник. и поэтол>у часто проис ходит отложение кокса на внутренних стенках труб теплообменника даже при очень 1щательном ведении процесса.

По этой причине установку проходится выключать. Работа такой системы делается ирак1ически невозможной в моменты, когда в качестве сырья для термического крекинга применяется тяжелое масло. В прогивоположно>ь этому в системе, осуществляющей предложенный способ, на внутреннеи поверхности 1руб гепло2f обменника образуется тонкая пленка жидкости, которая предотвращает образование кокса и лает воэможность использовать систему для работы в течение длительного периода.

4. Известным способом (2) достигается небольшая степень рекуперации тепла и затрудняется охлаждение газа до температуры ниже точки росы. Предложенная система не о>личается таким недостатком и дает большую эффективность рекуперации тепла.

5. В системе известного способа (2) высокотемпературный крекинг-газ проходит через теплообменник непосредственно, и потому возникает коррозия, если используемый газ содержит ее сероводород. Предложенная система имеет тонкук> пленку жидкости на внутренних стенках труб теплообменника, которая защищает трубы от коррозии.

Пример 1. В камеру сгорания диаметром !00 мм и длиной 900 мм. футерованную огнеупорным материалом, вводят 50 м /час кислорода и 25 м /час водорода. Одновременно подают 25 м /час метана в качестве вспомоз> гательного топлива и 120 кг/час пара для ре- ее гулирования температуры сгорания.

Этими газами и паром в камере с>т>рания создают пламя с температурой около 2000 С, в которое под давлением !20 кг/см через раэбрыэгивающую форсуику вводят 100 кг/час д дистиллата нефти парафинового основания, имеющего уд. в. 0,824 при 15 С и и предварительно нагретого до 350 С. Зател> смесь газов

>прения и дистиллата пос>у»ал в реакционную камеру >щаметром 60 мл> и высотой Г(йй) мм, присоединенную к нижнему концу калк>>ь> сгорания и футеровапную огнеупорным магериа ° лом, в реэуль>ате чего происходит терлгнчсский крекинг дистиллата и течение примерно 2/100 сек.

Образовавшийся высокогемпера>у рный кре. кин>->аэ поступает немедленно в зону предвари. телып>го охлаждения, в которун> при разбрызгивании поступае.l примерно 2500 xr/час ахлажда. юшего масла. Темпера>уры крекин -газа, вводимого охлаждающего масла и предваритель. но охлажденной смеси приведены в табл. 1, Охлажденная смесь поступает в трубы кожухотрубного >еплообменника. присоединенного к зоне предварительного охлаждения через перфорированную распределительную плиту. В кожух теплообменника поступает проходящее количество воды под большим давлением, и происходит теплообмен между охлаждаемой смесью и водой, сопровождающийся выделением пара высокого давления, Через выходное отверстие из тецлообменника смесь воды высокого давления и пара, которая поступает в паровой барабан, где пар отделяют от конденсированной воды. Пар высокого давления поступает иэ барабана для дальнейшего использования, а остаточную воду возвращают в теплообменник совместно со свежей водой.

Смесь газа и жидкости со дна теплообменника поступает в газоотделитель, где тяжелую фракцию отделяют от газообразного компонента.

Ьольшую часть жидкой тяжелой фракции возвращают к форсункам в качестве охлаждаюгцего масла, а газообразный кол1понент вместе с фракцией легкого масла, фракцией среднего масла и водяным паром поступает в охлаждающую разделительную колпачковую колонну диаметром 1000 мм и высотой 11000 мм с 25 тарелками для разделения на комгюненты, Охлаждение разделительной колонны происходит при орошении легким маслом, сконденсированным в холодильнике, расположенном выше разделительной колонны, отделенным от газа сконденсированной воды в сепараторе и поступающим в верхнюю часть разделительной колонны. Скорость возвращения легкого масла в верх колонны регулируют так, чтобы поддерживать температуру в верху колонны равной 128 С. Крекинг-гаэ, водный конденсат, часть легкого масла и час1ь тяжелого масла

vдал я ют.

Контроль содержания смол в охлаждающем масле осуществляют при изменении потока и температуры этого масла, условий работы системы при добавлении небольшого количества фракции тяжелого масла, отбираемой со дна

682139

10 3 Са 1 1â 099

СаН 1,60

С4На 0.16

С2Н2 65

С2Н4 20,59

С2 Нб 1,35

C3Hâ 0,28

0,39

Нт

Остальное 7,96.

СО 5,48 Сз Н 5,07

СО 6 50 СзН4 0 55

26,47 СаН|р 0,65

Н2

Таблица !

Номера примеров отклонений

Физико-технические характеристики

Т, 1 7

Температура реакции, Т> С

905

905

905

905

Температура предварительного охлаждения, Т„C

378

367

363

343

Температура,Т>, на выходе теплообменника, С

310

312

3.40

Содержание смол в охлаждающем масле, вес.%

50

50

Скорость циркуляции охлаждающего масла, xr/час

2300

2300

2300

3400

Температура Та охлаждающего масла на входе, С

310

312

288

340

Давление полученного пара, кг/см

65

Эффективность рекуперацин тепла, %

69,0 65,3 69,0 и.

Эффективность рекуперации тепла — процент рекуперированной тепловой энергии в виде пара высокого давЛения от всех продуктов реакции, полученных из реакционной камеры при температуре от 096 до 128 С. охлаждающей колонны. Небольшое количество охлаждающего масла протекает вниз на поверхности стенки зоны предварительного охлаждения для защиты внутренней поверхности стенки тонкой пленкой масла. Линейная скорость газового потока в трубах теллообменника равна 20 м/сек, а потеря давления в них равна 0,16 кг/см .

Работу проводят в течение 960 час прн постоянных по существу условиях термического крекинга. Количество получаемого крекинггаза равно 105 м /час, т.е. составляет около

70% от веса исходных углеводородов.

Полученный газ имеет следуюпщй состав, % по весу % по объему

Как видно из табл. 1, охлаждающее масло может содержать от 27 до 77% по весу смолы, и имеющей т.кин. выше 550 С, Следует отметить, что даже если применяется охлажлавщее масло, содержащее больше 70% по весу смолы, то эфПолученное количество жидких продуктов равно 29,50% от веса сырых углеводородов.

Получены следующие жидкие продукты, Ч по весу:

Легкое масло (т.кип. до 170 С) 1,02

Среднее масло (т. кип.170-270 С) 4,58

Тяжелое масло и смолы (т.кип. выше 270 С) 13,90

Во время 960-часовой работы наблюдаю1 некоторые изменения рабочих условий, которые вместе с результатами приведены в табл.l. фективность рекуперации тепла будет больше

65%. Кроме того, общий коэффициент тепло передачи теплообменника поддерживают в пределах от 350 до 400 ккал/м,час С в течение

96 час. После окончания процесса во всех слу682!39

13!

Составитель Н. Богданова

Техред И.Асталош Корректор Н. Степ

Редактор H. Разумова

Заказ 4942/55

Тираж 609 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4!! р и м е р 4. Камлнп(й уголь подпер)акп пиролиэу в пссндоожпжснном слое при давлении обогашенного водородом аэа (гидрокарбонизированного) 70 млн. дин на см (70 бар) при температуре 540 (. !lолученный продукт в виде газа и пара вволяч в систему рекуперации тепла, как в примере l, подтверждая приемлемость изобретения в лом и других процессах, связанных с разложением или реакцией каменного угля при высоких температурах. 1е лообменник имеет l4 труб.

Реактор высокого давления, применяемый для гидрокарбонизации, имеет внутренний диамеэр 2,0 м и об l(vlo высоту 10 м, включая 5-метровый псевлоожиженный слой и

5 м высоты свободного пространства. Парооб4У разный и газообразный продукты удаляют с верха реактора через циклон, отделявший мелкий древесный уголь, уносимый из реактора.

Для охлаждения:по о продукта применяют

21 циркулирующее охлаждающее масло, которое вместе с предварительно охлажденным продуктом поступает в рекуперационную систему для охлаждения и рекуперации тепла в виде и;:ра высокого давления. Коксообраэования в системе не происходит.

Элементный анализ полибитуминозного угля, вес.%: 73,2 С; 55 Н; 1,3 N без влаги и золы;

0,8 $; 19,2 О, 13,880() золы (на сухой вес).

Условия реакции: скорость подачи угля (на сухой вес) 15 кг/час„температура реактора о

540 С; температура предварительного охлаждения 365; температура на выходе иэ эеплообменника 310 С; скорость циркуляции охлаждающего масла 30000 кг/час: температура на входе охлаждающего масла 310 С; потеря напора-незначительная; рекуперация тепла 5 27п, содержанис смолы в охлаждакццем масле 30%; давление почученного пара 65 кг/см т

Выход продукта (уголь, не содержащий влагу и эолу); 19,9 вес, газа С4 и жидкости, включая деготь: 18.0 вес.% смолы; 35,87 древесного угля; 2.2 кг/100 кг угля потпебленного водорода.

Формула изобретения

1. Способ закалки высокотемпературного продукта термического крекинга, включающий прямое охлаждение его углеводородной жидкостью, косвенное охлаждение в теплообменнике, последующее отделение углеводородной жидкости от охлажденного продукта и рециркуляцию ее в процесс, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью улучшения утилизации тепла высокотемпературного продукта и снижения коксообразования, процесс ведут при первоначальном прямом охлаждении высокотемпературного продукта до температуры 300 — 400 С с последующим косвенным охлаждением образующейся смеси высокотемпературного продукта с углеводородной жидкостью, 2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю ш н и с я тем, что в качестве углеводородной жидкости используют побочный продукт процесса термического крекинга с температурой 250 — 350 С.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Cl)IA 1(3676519, кл. 260 — 683, 1972.

2. Патент США N 3647907, кл. 260 — 683, 1972.