FI65275C - Foerfarande foer termisk krackning av kolvaeteolja - Google Patents

Description

65275

Menetelmä hiilivetyöljyjen termistä krakkausta varten Förfarande för termisk krackning av kolväteolja

Keksinnön kohteena on menetelmä hiilivetyjen termistä krakkausta varten, jossa menetelmässä hiilivetysyöttö kuumennetaan krakkauslämpötilaan ja johdetaan erilliseen reaktiovyöhykkeeseen, jossa krakkautumisen annetaan jatkua virtauksen tapahtuessa alhaalta ylöspäin.

5

Hiilivetyöljyjen termisessä krakkauksessa raskaita öljyjakeita krakataan kevyemmiksi jakeiksi näin lisäten jälkimmäisten saantoa. Krakkauksessa syöttö-öljy kuumennetaan krakkausuunin kuumennusputkissa krakkauslämpötilaan. Käytössä on tavallisesti kaksi vaihtoehtoista menetelmää. Toi-10 sessa krakkaus tapahtuu krakkausuunin kuumennusputkissa ja osittain putkijohdoissa, jotka johtavat krakkausta seuraaviin prosessivaiheisiin. Tässä krakkausmenetelmässä viipymäaikoja el tiedetä tarkasti, mutta ne ovat suhteellisen lyhyitä eli minuutin luokkaa. Paine vaihtelee suuresti laskien uunin sisääntulosta kohti uunin ulostuloa. Toisessa krakkaus-15 menetelmässä hiilivetysyöttö kuumennetaan krakkausuunissa ensin sopivaan reaktiolämpötilaan ja varsinainen krakkausreaktio tapahtuu erillisessä reaktiovyöhykkeessä, jossa viipymäaika on huomattavasti pitempi kuin edellisessä menetelmässä eli luokkaa 10-30 minuuttia. Reaktiovyöhykkeeseen ei tuoda lainkaan lämpöä.

20

Viimeksimalnitus8a menetelmässä reaktiovyöhykkeen muodostaa tavallisesti pystysuora sylinterimälnen paineastia, jonka toiseen päähän tuodaan krakkausuunissa kuumennettu öljysyöttö ja toisesta päästä poistetaan nesteen ja kaasun seos jatkojalostusvaiheisiin, esimerkiksi tislaukseen. 25 Virtaussuunta reaktiovyöhykkeessä on ollut joko ylhäältä alaspäin tai alhaalta ylöspäin.

Hiilivetyöljyjen termisessä krakkauksessa tapahtuu pääasiallisesti kahdenlaisia reaktiolta. Toinen on itse krakkausreaktio, jolloin pitkäket-30 juiset molekyylit pilkkoutuvat pienemmiksi molekyyleiksi aiheuttaen viskositeetin alenemista. Toinen reaktiotyyppi on polykondensoituminen, jolloin molekyylit yhtyvät toisiinsa muodostaen pikeä ja koksia vedyn vapautuessa. Viimeksimainittu reaktio on ei-toivottu, koska siitä aiheu 2 65275 tuu asfalteenien määrän kasvua. Koska kondensointireaktiot kasvavat merkityksellisiksi korkeammissa lämpötiloissa, pyritään käyttämään alhaisempia reaktiolämpötiloja ja vastaavasti pidempiä viipymäaikoja.

5 Viipymäaika on termisen krakkauksen kannalta hyvin tärkeä. Krakkaus ei ehdi tapahtua, jos viipymäaika on liian lyhyt. Jos viipymäaika on liian pitkä, krakkaustuotteet alkavat reagoida edelleen muodostaen ei-toivottuja reaktiotuotteita. Tuloksena syntyy epästabiilia tuotetta, joka aiheuttaa vaikeuksia polttoaineen jatkokäytössä. Pyrkimyksenä on siten mah-10 dollisimman tasainen krakkautuminen. Jos virtaukset reaktiovyöhykkeenä toimivassa paineastiassa ovat epätasaisia, syntyy vaihtelevia viipymäaikoja.

Krakkausreaktiossa syntyy keveitä komponentteja, jotka reaktiovyöhykkeen 15 lämpötilassa ja paineessa höyrystyvät. Tästä syystä alenee neste/kaasu-seoksen tiheys seoksen virratessa ylöspäin painesäiliössä. Painesäiliön hydrostaattisen paine-eron takia kaasuosuuden tiheys alenee myöskin seoksen virratessa ylöspäin. Krakkausreaktorissa syntyneiden nestejakei-den tiheys on alempi kuin syötön tiheys, mikä myös alentaa neste/kaasu-20 seoksen tiheyttä. Tästä syystä virtausnopeus tavallisesti käytetyssä tasapaksussa sylinterimäisessä reaktorissa ei ole vakio, vaan kiihtyy seoksen virratessa ylöspäin.

US-patentissa 4.247.387 esitetyssä lämpökrakkausmenetelmässä on sylinte-25 rimäinen pystysuora reaktiovyöhykkeenä toimiva painesäiliö, jossa ta- kaisinvirtauksien estämiseksi reaktorin sisään on asennettu revitettyjä välipohjia, jotka muodostavat reaktoriin lukuisia sekoituskohtia. Tällä pyritään aikaansaamaan mahdollisimman tasainen viipymäaika vyöhykkeeseen syötetylle jakeelle. Välilevyjen käytöstä on haittapuolia. Reaktorin 30 virheoperaatioiden tuloksena voi sattua, että koko reaktori koksautuu umpeen. Välipohjat tekevät koksin poistamisen ja reaktorin puhdistamisen hankalaksi ja kalliiksi suorittaa.

Keksinnön päämääränä on aikaansaada parannus nykyisin tunnettuihin me-35 netelmiin. Keksinnön yksityiskohtaisempana päämääränä on aikaansaada menetelmä, jossa on mahdollista saavuttaa tasainen viipymäaika ilman reaktioastiaan sijoitettavia revitettyjä välipohjia tai muita vastaavia laitteita.

65275

Keksinnön päämäärät saavutetaan menetelmällä, jolle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että reaktiovyöhyke muodostetaan painesäiliöstä, jonka poikkipinta-ala kasvaa alhaalta ylöspäin.

5 Keksinnön mukaisen menetelmän muut tunnuspiirteet on esitetty patenttivaatimuksissa 2-8.

Käyttämällä keksinnön mukaisesti reaktiovyöhykkeessä alhaalta ylöspäin kasvavaa poikkipinta-alaa vähennetään suurten nopeusgradienttien synty-10 mistä ja edistetään tulppamaista virtausmallia, joka on krakkaustuloksen kannalta optimaalinen. Vaikka alhaalta ylöspäin virtaavan neste/kaasu-seoksen tiheys alenee reaktion aikana vaikuttaa reaktiovyöhykkeen kar-tiomainen, ylöspäin laajeneva muoto päinvastoin pyrkien hidastamaan virtausta reaktiovyöhykkeessä.

15

Reaktiovyöhykkeen seinämien kulma keskiakseliin nähden mitoitetaan mieluimmin niin, että neste/kaasuseoksen nopeus pysyy suunnilleen muuttumattomana normaaleissa olosuhteissa. Tämä aikaansaadaan yleensä silloin kun mainittu kulma on välillä 2-15 astetta. Tätä suuremmilla kulmilla 20 alkaa syntyä haitallisia takaisinvirtauksia ja vastaavasti kulman ollessa pienempi kuin 2 astetta sen vaikutus alkaa olla merkityksetön.

Koska reaktiovyöhykkeen sisääntulokohdassa herkästi syntyy virtausten nopeusgradientteja, on keksinnön mukaisesti edullista muodostaa myös 25 reaktiovyöhykkeen sisääntulo-osa kartiomaiseksi. Kartiokulma valitaan syöttöputkessa vallitsevan virtausnopeuden perusteella. Mitä korkeampi nopeus on syöttöputkessa, sitä pienempi kulma valitaan. Käytännössä sopivat kulmat vaihtelevat välillä 2-30 astetta.

30 Ulostulo reaktiovyöhykkeestä voidaan muodostaa kartion muotoiseksi. Tällöin kulma valitaan ulostuloputkessa normaalisti vallitsevan virtausnopeuden perusteella. Mitä korkeampi on ulostulonopeus, sitä pienempi kulma valitaan. Käytännössä sopivat kulmat ovat välillä 2-30 astetta. Ulostulo-osa voi olla myös ellipsi- tai pallopinnan mukaisesti 35 pyöristetty tai se voi olla varustettu virtausohjaimilla tms. elimillä takaisinvirtausten estämiseksi tällä alueella.

65275

Krakkausreaktion kannalta on todettu, että sopiva lämpötila on välillä 410-470 astetta ja paine 2-20 bar. Reaktiovyöhykkeen keskimääräisen läpimitan ja pituuden suhde vaihtelee edullisesti välillä 1:1-1:20.

5

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen edulliseen suoritusmuotoon, johon keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitettu yksinomaan rajoittaa.

10

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmän erästä edullista suoritusmuotoa kaaviomaisena prosessikaaviona.

Kuvio 2 esittää kuviossa 1 esitettyä reaktioastiaa suuremmassa mitta-15 kaavassa.

Kuviossa 1 syöttö-öljy johdetaan putken 11 kautta uuniin 12, jossa sen lämpötila nostetaan välille 410-470 astetta. Uunista 12 öljy johdetaan putken 13 kautta reaktoriin 14, jossa se virtaa alhaalta ylöspäin ja 20 poistuu reaktorin huipusta putken 15 kautta erilliseen yksikköön (ei esitetty), jossa voidaan esimerkiksi erottaa toisistaan kaasu, bensiini, kevyt- ja raskas polttoöljy. Keskimääräinen viipymäaika reaktiovyöhyk-kessä on välillä 5-100 minuuttia.

25 Kuvio 2 esittää kuvion 1 reaktioastiaa 14, jossa on sisääntulo-osa 16, varsinainen reaktiovyöhyke 17 ja kartiomainen poisto-osa 18. Vastaavissa osissa seinämien ja keskiakselien välistä kulmaa on merkitty kirjaimilla a,8 ja γ. Kuvion 2 mukaisessa reaktiovyöhykkeessä kulma a on suurempi kuin kulma 8· On täysin mahdollista, että kulmat a ja 8 vali-30 taan yhtäsuuriksi, jolloin erillistä sisääntulo-osaa 16 ei ole havaittavissa. Samoin on mahdollista ja jopa suotavaa, että kartiokulmien mahdolliset vaihtumiskohdat ovat pyöristettyjä siten, että teräviä kään-nöskohtia ei esiinny.

li

Claims (8)

65275 Pa tent t ivaat imukse t

1. Menetelmä hiilivetyjen termistä krakkausta varten, jossa menetelmässä hiilivetysyöttö kuumennetaan krakkauslämpötilaan ja johdetaan erilliseen reaktiovyöhykkeeseen, jossa krakkautumisen annetaan jatkua virtauksen tapahtuessa alhaalta ylöspäin, tunnettu siitä, että reaktiovyö- 5 hyke (17) muodostetaan painesäiliöstä (14), jonka poikkipinta-ala kasvaa alhaalta ylöspäin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiovyöhykkeen (17) seinämät ja keskiakseli muodostavat kulman 10 (g), jonka suuruus on 2-15 astetta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilivetyjen etenemisnopeus reaktiovyöhykkeessä (17) pidetään oleellisesti tasaisena. 15

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiovyöhykkeen (17) sisääntulo-osana (16) käytetään kartiomaista sisääntulo-osaa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sisääntulo-osan (16) seinämän ja keskiakselin välinen kulma (a) on 2-30 astetta.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, t u n -25 n e t t u siitä, että reaktiovyöhykkeessä (17) lämpötila on välillä 410-470 astetta, paine välillä 2-20 bar ja keskimääräinen viipymäaika välillä 5-100 min.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, t u n -30 n e t t u siitä, että reaktiovyöhykkeen (17) ulostulo-osana (18) käytetään kartiota, jossa seinämän ja keskiakselin välinen kulma (γ) on välillä 2-30 astetta.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, t u n - 35. e t t u siitä, että reaktiovyöhykkeen (17) keskimääräisenä läpimitan suhteena korkeuteen käytetään suhdetta välillä 1:1-1:20. 65275