DE3390051T1 - Process for the thermal cracking of hydrocarbon oils - Google Patents
Process for the thermal cracking of hydrocarbon oilsInfo
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Description
Verfahren zum thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen Process for the thermal cracking of hydrocarbon oils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen, bei dem die Kohlenwasserstoffe auf Reaktionstemperatur erhitzt und in eine Reaktionszone, wo die Strömung von unten nach oben gerichtet ist, eingeleitet werden.The invention relates to a method for thermal cracking of hydrocarbon oils, in which the hydrocarbons heated to reaction temperature and into a reaction zone, where the flow from below to directed above.
Beim thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen werden Schwerölfraktionen unter Bildung von leichtersiedenden Fraktionen gekrackt, wodurch die Ausbeute der letzteren erhöht wird. Beim Kracken wird das Einsatzöl in den Heizrohren des Krackofens auf Kracktemperatur erhitzt. In der Regel sind zwei alternative Verfahren verfügbar. Bei einem dieser Verfahren findet das Kracken in den Heizrohren des Krackofens und zum Teil in den Rohrleitungen, die zu den auf das Kracken folgenden Verfahrensschritten führen, statt. Bei diesem Krackverfahren sind die Verweilzeiten nicht genau bekannt,In the thermal cracking of hydrocarbon oils, heavy oil fractions are formed with lower-boiling ones Cracked fractions, thereby increasing the yield of the latter. When cracking, the feed oil in the heating pipes of the cracking furnace to cracking temperature heated. There are usually two alternative methods available. In one of these procedures, the cracking takes place in the heating pipes of the cracking furnace and partly in the pipes leading to those following the cracking Procedural steps lead instead. In this cracking process, the residence times are not exactly known,
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- X - 3 DE 3632- X - 3 DE 3632
jedoch relativ kurz; d. h., sie liegen in der Größenordnung von einer Minute. Der Druck verändert sich in hohem Maße und nimmt vom Ofeneinlaß zum Ofenauslaß ab. Bei dem anderen Krackverfahren wird der Kohlenwasserstoffeinsatz zuerst in dem Krackofen auf eine geeignete Reaktionstemperatur erhitzt, und die eigentliche Krackreaktion findet in einer getrennten Reaktionszone statt, wo die Verweilzeit beträchtlich länger ist als bei dem vorher erwähnten Verfahren, d. h., in der Größenordnung von 10 bis 30 min liegt. Der Reaktionszone wird keine Wärme zugeführt.but relatively short; d. that is, they are on the order of a minute. The pressure changes to a large extent and decreases from the furnace inlet to the furnace outlet. The other cracking process uses hydrocarbon feed first heated in the cracking furnace to a suitable reaction temperature, and the actual cracking reaction takes place in a separate reaction zone, where the residence time is considerably longer than for the aforementioned method, d. i.e., on the order of 10 to 30 minutes. The reaction zone will no heat supplied.
Bei dem zuletzt erwähnten Verfahren besteht die Reaktionszone normalerweise aus einem stehenden, zylindrisehen Druckbehälter, an dessen einem Ende der in dem Krackofen erhitzte Öleinsatz eingeleitet wird, während an dem anderen Ende eine Mischung von Flüssigkeit und Gas entnommen und weiteren Raffinationsschritten, z. B. einer Destillation, zugeführt wird. Die Strömungsrichtung in der Reaktionszone war entweder von oben nach unten oder von unten nach oben gerichtet.In the last-mentioned process, there is the reaction zone usually from a standing, cylindrical pressure vessel, at one end of which is in the Cracking furnace heated oil feed is introduced, while at the other end a mixture of liquid and Gas withdrawn and further refining steps, e.g. B. a distillation is supplied. The direction of flow in the reaction zone was directed either from top to bottom or from bottom to top.
Beim thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen finden im wesentlichen zwei Arten von Reaktionen statt.Essentially two types of reactions take place in the thermal cracking of hydrocarbon oils.
Eine dieser Reaktionen ist die eigentliche Krackreaktion, bei der die langkettigen Moleküle in kleinere Moleküle aufgespalten werden, wodurch eine Verminderung der Viskosität verursacht wird. Der andere Reaktionstyp wird als Polykondensation bezeichnet. Bei der Polykondensation vereinigen sich die Moleküle und erzeugen Pech und Koks, während Wasserstoff freigesetzt wird. Die zuletzt erwähnte Reaktion ist eine unerwünschte Reaktion, weil sie zu größeren Mengen von Asphaltenen führt. Da die Kondensationsreaktionen bei höheren Temperaturen derart zunehmen, daß sie ein bedeutendes Ausmaß erreichen, wird die Anwendung von niedrigeren Reaktionstempe-One of these reactions is the actual cracking reaction, in which the long chain molecules are broken down into smaller molecules are split, causing a decrease in viscosity. The other type of reaction is called polycondensation. During the polycondensation, the molecules combine and create pitch and coke while releasing hydrogen. The last mentioned reaction is an undesirable reaction, because it leads to larger amounts of asphaltenes. Because the condensation reactions at higher temperatures increase to a significant extent, the use of lower reaction temperatures
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raturen und entsprechend längeren Verweilzeiten angestrebt. temperatures and correspondingly longer dwell times are aimed for.
Die Verweilzeit ist fur das thermische Kracken sehr wichtig. Das Kracken hat keine Zeit, stattzufinden, wenn die Verweilzeit zu kurz ist. Falls die Verweilzeit zu lang ist, beginnen die Krackprodukte zu reagieren und unerwünschte Reaktionsprodukte zu bilden. Als Ergebnis wird ein unstabiles Produkt gebildet, das bei der weiteren Verwendung des Brennstoffs Schwierigkeiten verursacht. Das Ziel besteht infolgedessen in einem möglichst gleichmäßigen Kracken. Wenn die Strömungen in dem als Reaktionszone dienenden Druckbehälter ungleichmäßig sind, werden als Ergebnis unterschiedliche Verweilzeiten erhalten.The residence time is great for thermal cracking important. The cracking has no time to take place if the dwell time is too short. If the residence time is too long, the cracked products start to react and to form undesirable reaction products. As a result, an unstable product is formed, which in the continued use of the fuel causes difficulties. The goal, therefore, is one cracking as evenly as possible. If the flows in the pressure vessel serving as the reaction zone are uneven different residence times are obtained as a result.
Bei der Krackreaktion werden leichtsiedende Komponenten gebildet, die bei der Temperatur und dem Druck, die in der Reaktionszone herrschen, verdampfen. Die Dichte der Flüssigkeit/Gas-Mischung nimmt infolgedessen ab, während die Mischung in dem Druckbehälter nach oben strömt. Infolge des hydrostatischen Druckgefälles in dem Druckbehälter !nimmt auch die Dichte des gasförmigen Anteils ab, während die Mischung nach oben strömt.The cracking reaction produces low-boiling components formed, which evaporate at the temperature and pressure prevailing in the reaction zone. The concentration the liquid / gas mixture decreases as a result, while the mixture in the pressure vessel upwards flows. As a result of the hydrostatic pressure gradient in the pressure vessel, the density of the gaseous Portion as the mixture flows upwards.
Die in dem Krackreaktionsbehälter gebildeten flüssigen Fraktionen haben eine geringere Dichte als das Einsatzprodukt, wodurch die Dichte der Flüssigkeit /Gas-Mischung ebenfalls vermindert wird. Die Strömungsgeschwindigkeit ist . infolgedessen in dem üblicherweise angewandten zylindrischen Reaktionsbehälter, der eine gleichmäßige Dicke hat, nicht konstant, sondern nimmt zu, während die Mischung nach oben strömt.The liquids formed in the cracking reaction vessel Fractions have a lower density than the feed, which increases the density of the liquid / gas mixture is also decreased. The flow rate is. consequently in the commonly applied cylindrical reaction vessel, which has a uniform thickness, is not constant but increases while the mixture flows upwards.
Bei dem in der US-C 4247387 offenbarten thermischen Krackverfahren sind in einem zylindrischen, stehendenIn the thermal disclosed in US-C 4247387 Cracking processes are in a cylindrical, standing
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Druckbehälter, der als Reaktionszone dient, mit dem Ziel der Verhinderung von Rückflüssen innerhalb des Reaktionsbehälters gelochte Zwischenboden angeordnet worden, die in dem Reaktionsbehälter eine Vielzahl von Mischstellen bilden. Damit wird die Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Verweilzeit für die in die Zone eingeführte Fraktion bezweckt. Die Verwendung von Zwischenböden hat ihre Nachteile. Ein gestörter Betrieb des Reaktionsbehälters kann dazu führen, daß der gesamte Reaktionsbehälter durch Koksbildung verstopft wird. Die Zwischenböden machen die Koksentfernung und die Reinigung des Reaktionsbehälters schwierig und teuer.Pressure vessel, which serves as a reaction zone, with the aim of preventing backflow within the Reaction container perforated intermediate bottom has been arranged, which in the reaction container a plurality of mixing points. This is to achieve the most uniform possible residence time for the Zone introduced faction aims. The use of intermediate floors has its disadvantages. A disturbed one Operation of the reaction vessel can cause the entire reaction vessel to become clogged with coke formation will. The intermediate floors make the coke removal and the cleaning of the reaction vessel is difficult and expensive.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Erzielung einer Verbesserung bei bekannten Verfahren. Im einzelnen ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem eine gleichmäßige Verweilzeit erzielt werden kann, ohne daß das Reinigungsverfahren durch Zwischenboden behindert wird.The object of the invention is to achieve an improvement in known methods. In detail It is the object of the invention to provide a method in which a uniform residence time is achieved can be without the cleaning process is hindered by the intermediate floor.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, das hauptsächlich dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fluid/Gas-Mischung in dem die Reaktionszone bildenden Druckbehälter in . tangentiale Drehbewegung versetzt wird.The object of the invention is achieved by a method which is mainly characterized in that that the fluid / gas mixture in the pressure vessel forming the reaction zone in. tangential rotary motion is moved.
Die übrigen charakteristischen Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.The other characteristic features of the invention are specified in claims 2-11.
Erfindungsgemäß wird in der Reaktionszone eine tangential rotierende, jedoch in senkrechter Richtung gleichmäßig nach oben fortschreitende Fluid/Gas-Strömung erzeugt, ohne daß Rückflüsse auftreten, die ungleichmäßige Verweilzeiten verursachen.According to the invention there is a tangential in the reaction zone a rotating fluid / gas flow that progresses evenly upwards in a vertical direction is generated, without backflows occurring which cause uneven residence times.
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Die tangential rotierende Strömung der Fluid/Gas-Mischung kann auf mehrere Weisen erzielt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Drehbewegung durch wendeiförmige Bauteile hervorgerufen, die in dem als Reaktionsbehälter dienenden Druckbehälter einen spiral- bzw. schraubenförmig aufsteigenden Durchgang bilden. In diesem Durchgang ist die Strömung immer nach oben gerichtet, und es treten keine abwärtsgerichteten Ströme auf. Das Wendelsystem kann sich über die gesamte Länge oder nur über einen Teil der Reaktionszone erstrecken. In einigen Fällen kann es ausreichen, das Wendelsystem auf den Eintrittsabschnitt der Reaktionszone einzuschränken.The tangentially rotating flow of the fluid / gas mixture can be achieved in several ways. According to an advantageous embodiment, the rotary movement Caused by helical components, the one in the pressure vessel serving as a reaction vessel Form a spiral or helical ascending passage. In this passage the current is always directed upwards and there are no downward currents. The spiral system can be on the extend over the entire length or only over part of the reaction zone. In some cases it may be sufficient to restrict the spiral system to the entry section of the reaction zone.
In dem Reaktionsbehälter können auch zwei oder mehr wendeiförmige Bauteile bereitgestellt werden, die den Drehsinn der Fluid/Gas-Mischung umkehren. Hierdurch werden ein oder mehrere Mischungsstufen für die in der Reaktionszone strömende Fluid/Gas-Mischung gebildet.In the reaction vessel, two or more helical components can also be provided, which the Reverse the direction of rotation of the fluid / gas mixture. This enables one or more mixing stages for the in the reaction zone flowing fluid / gas mixture formed.
Bei einer anderen Ausführungsform, die dazu dient, die Fluid/Gas-Mischung in tangentiale Drehbewegung zu versetzen, werden tangential angebrachte Düsen verwendet. Durch die Düsen hindurch kann ein Teil des Einsatz-Produkts oder ein anderes Fluid, ζ. Β. Dampf, eingeleitet werden, um das eigentliche Einsatzprodukt in Drehbewegung zu versetzen. Die Anzahl der Düsen wird entsprechend dem Bedarf gewählt, beispielsweise 2 bis 20 Düsen. Es ist auch möglich, die Zuleitungsrohre für den zu krackenden Kohlenwasserstoff, der in die Reaktionszone eintritt, tangential in dem Eintrittsabschnitt der Zone anzuordnen.In another embodiment, which serves to Tangentially attached nozzles are used to set the fluid / gas mixture in tangential rotary motion. Part of the product or another fluid, ζ. Β. Steam, initiated in order to set the actual input product in rotary motion. The number of nozzles is selected according to the need, for example 2 to 20 nozzles. It is also possible to use the feed pipes for the hydrocarbon to be cracked, which is in the reaction zone occurs to be arranged tangentially in the entry section of the zone.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat die Reaktionszone über ihre gesamte Länge oder zum Teil, beispielsweise nur an dem Teil des Zuführungs-According to a further advantageous embodiment, the reaction zone has or over its entire length in part, for example only on the part of the feed
- /8T - + DE 3632- / 8T - + DE 3632
abschnitts, die Gestalt eines nach außen weiter werdenden Konus. Eine solche konische Gestalt hat schon für sich die Wirkung, daß die Verteilung der Verweilzeitsection, the shape of an outwardly widening cone. Such a conical shape has been used for the effect that the distribution of the residence time
gleichmäßig ist.
5is even.
5
Es ist festgestellt worden, daß die vom Standpunkt der Krackreaktion aus geeignete Temperatur zwischen 410 und 4700C und der Druck zwischen 2 und 20 bar liegt. Das Verhältnis des mittleren Durchmessers zu der Länge . der Reaktionszone liegt vorteilhafterweise in dem Bereich von 1:1 bis 1:20. .It has been found that is from the standpoint of cracking reaction of suitable temperature 410-470 0 C and the pressure between 2 and 20 bar. The ratio of the mean diameter to the length. the reaction zone is advantageously in the range from 1: 1 to 1:20. .
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die in den Figuren der beigefügten Zeichnungen gezeigt werden, ausführlich beschrieben, was jedoch nicht bedeutet, daß die Erfindung ausschließlich auf diese Ausführungsformen eingeschränkt ist.The invention is illustrated with reference to some advantageous embodiments of the invention shown in the figures of the accompanying drawings are described in detail, but this does not mean that the Invention is limited solely to these embodiments.
Fig. 1 zeigt in einem schematischen Verfahrensdiagramm eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens.1 shows an advantageous embodiment of the method in a schematic process diagram.
Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des im Rahmen der Erfindung angewandten Reaktionsbehälters im schematischen Aufriß.Fig. 2 shows an advantageous embodiment of the reaction container used in the context of the invention in schematic elevation.
Fig. 3A zeigt eine andere vorteilhafte Ausführungsform des bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewandten Reaktionsbehälters (von oben betrachtet). 303A shows another advantageous embodiment of the method used in the method according to the invention Reaction container (viewed from above). 30th
Fig. 3B zeigt den Reaktionsbehälter von Fig. 3A im Aufriß.Figure 3B shows the reaction vessel of Figure 3A in elevation.
Fig. 4A zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des im Rahmen der Erfindung angewandten Reaktionsbehälters (von oben betrachtet). 4A shows a further advantageous embodiment of the reaction container used within the scope of the invention (viewed from above).
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Fig. 4B zeigt den Reaktionsbehälter von Fig. 4A im Aufriß.Figure 4B shows the reaction vessel of Figure 4A in elevation.
In Fig. 1 wird das Einsatzöl durch das Rohr 11 hindurch in den Ofen 12 eingeleitet, wo die Temperatur des Eihsatzöls auf einen Wert zwischen 410 und 4700C erhöht wird. Das Öl wird aus dem Ofen 12 durch das Rohr 13 hindurch in den Reaktionsbehälter 14 eingeleitet, wo es nach oben strömt und am oberen Ende des Reaktionsbehälters durch das Rohr 15 hindurch austritt, und zwar zu einer getrennten Apparateeinheit (nicht abgebildet), in der beispielsweise Gas, Benzin, leichtes und schweres Heizöl voneinander getrennt werden können. Die mittlere Verweilzeit in der Reaktionszone liegt zwischen 5 und 100 min.In Fig. 1, the feed oil is introduced through the pipe 11 into the furnace 12 where the temperature of the Eihsatzöls to a value from 410 to 470 0 C is increased. The oil is introduced from the furnace 12 through the pipe 13 into the reaction vessel 14, where it flows upwards and exits at the upper end of the reaction vessel through the pipe 15 to a separate apparatus unit (not shown) in which, for example Gas, petrol, light and heavy fuel oil can be separated from each other. The mean residence time in the reaction zone is between 5 and 100 minutes.
Bei der Ausführungsform von Fig. 2 ist innerhalb des Reaktionsbehälters 14 ein wendeiförmiges Bauteil 16 gebildet worden. Die zu krackenden Kohlenwasserstoffe werden von unten nach oben in den Reaktionsbehälter 14 eingeleitet, wodurch sie in einen durch das wendeiförmige Bauteil 16 gebildeten spiralförmigen Durchgang eintreten, wo das eigentliche Kracken stattfindet.In the embodiment of Fig. 2 is within the Reaction container 14 a helical component 16 has been formed. The hydrocarbons to be cracked are introduced from the bottom up into the reaction vessel 14, whereby they are introduced into a spiral passage formed by the helical component 16 occur where the real cracking takes place.
Bei der Ausfiihrungsform von Fig. 2 kann die Reaktionszone 18 in gleicher Weise zwei wendeiförmige Bauteile 16 und 17 mit entgegengesetztem Steigungssinn enthalten. Hierdurch wird die Drehung der in der. Reaktionszone 18 strömenden Fluid/Gas-Mischung umgekehrt.In the embodiment of FIG. 2, the reaction zone 18 can have two helical components in the same way 16 and 17 with opposite slope directions included. This will make the rotation of the. Reaction zone 18 flowing fluid / gas mixture reversed.
Die Fig. 3A und 3B zeigen den unteren Teil des als Reaktionszone 18 wirkenden Druckbehälters 14, in den der zu krackende Kohlenwasserstoffstrom von unten nach oben eingeleitet wird. Die Düsen 19, durch die hindurch entweder ein Teil des Einsatzprodukts oder ein anderes Fluid wie z. B. Dampf eingeleitet werden kann, um den3A and 3B show the lower part of the pressure vessel 14 acting as the reaction zone 18, in the the hydrocarbon stream to be cracked from bottom to bottom is introduced above. The nozzles 19 through which either part of the input product or another Fluid such as B. Steam can be introduced to the
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zu krackenden Kohlenwasserstoffstrom in Drehung zu versetzen, stehen tangential mit dem unteren Teil des Druckbehälters 14 in Verbindung.to be cracked hydrocarbon stream in rotation offset, are tangential to the lower part of the pressure vessel 14 in connection.
Bei der Ausführungsform der Fig. 4A und 4B sind am Ende des Zuleitungsrohrs 20 für die zu krackenden Kohlenwasserstoffe Düsen 21 gebildet worden, die eine Drehbewegung des Einsatzprodukts erzwingen.In the embodiment of FIGS. 4A and 4B, at the end of the feed pipe 20 for the hydrocarbons to be cracked Nozzles 21 have been formed, which force a rotary movement of the input product.
Ein thermisches Kracken von Rohöl wurde unter Anwendung eines Reaktionsbehälters wie in Fig. 1 und eines ähnlichen Reaktionsbehälters ohne .Wendelsystem in halbtechnischem Maßstab durchgeführt. Die Bedingungen waren in anderer Hinsicht die gleichen. Das Einsatzöl war der Vakuumdestillationsrückstand von sowjetischem Rohöl. Die Ergebnisse sind in der beigefügten Tabelle Thermal cracking of crude oil was used a reaction vessel as in Fig. 1 and a similar reaction vessel without .Wendelsystem carried out on a semi-industrial scale. The conditions were the same in other respects. The feed oil was the vacuum distillation residue of Soviet crude oil. The results are in the attached table
produktmission
product
Produktsproperties
Product
WendelsystemWith
Spiral system
Wendelsystemwithout
Spiral system
(Gew.-%)Asphaltene content
(Wt .-%)
(Gew.-%)Sulfur content
(Wt .-%)
1) Der Begriff "Stabilität" wird in: van Kerkvoort, W.J., Nieuwstad, A.J.J. IV: E Congress Intern. du1) The term "stability" is used in: van Kerkvoort, W.J., Nieuwstad, A.J.J. IV: E Congress Intern. you
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1 Chauffage Industriel, Abhandlung Nr. 220, Paris, 1952, naher erläutert.1 Chauffage Industriel, Treatise No. 220, Paris, 1952, explained in more detail.
2) Anmerkung des Übersetzers: In der finnischsprachigen 5 Beschreibung lautet der Zahlenwert "4200".2) Translator's note: In the Finnish language 5 Description is the numerical value "4200".
Claims (11)
' δ '·'■■'■ , ' . ■ ' ■ ■ / ' 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the helical system (16, 17) consists of two or more helical systems which can reverse the rotation of the fluid / gas mixture.
' δ ' · '■■' ■, '. ■ '■ ■ /'
25with the aid of a nozzle system (19) through which part of the feedstock or steam or other fluid is introduced into the pressure vessel (14).
25th
100 min durchgeführt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the thermal cracking 1 · η of the reaction zone (18) at a temperature of 410 to 470 ° C under a pressure of 2 to 20 bar and with an average residence time between 5 and
100 min is carried out.
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