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WO1995007959A1 - Verfahren und vorrichtung zum dampfcracken einer leichten und einer schweren kohlenwasserstoffbeschickung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum dampfcracken einer leichten und einer schweren kohlenwasserstoffbeschickung Download PDF

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Publication number
WO1995007959A1
WO1995007959A1 PCT/EP1994/002970 EP9402970W WO9507959A1 WO 1995007959 A1 WO1995007959 A1 WO 1995007959A1 EP 9402970 W EP9402970 W EP 9402970W WO 9507959 A1 WO9507959 A1 WO 9507959A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cracking
feed
zone
hydrocarbons
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP1994/002970
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
M. Eric Lenglet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
PROCEDES PETROLIERS ET PETROCHIMIQUES Sarl
Original Assignee
Linde GmbH
PROCEDES PETROLIERS ET PETROCHIMIQUES Sarl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH, PROCEDES PETROLIERS ET PETROCHIMIQUES Sarl filed Critical Linde GmbH
Priority to JP7505421A priority Critical patent/JPH09505086A/ja
Priority to US08/615,319 priority patent/US5817226A/en
Priority to DE59401172T priority patent/DE59401172D1/de
Priority to EP94926242A priority patent/EP0698075B1/de
Publication of WO1995007959A1 publication Critical patent/WO1995007959A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/14—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in pipes or coils with or without auxiliary means, e.g. digesters, soaking drums, expansion means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2400/00—Products obtained by processes covered by groups C10G9/00 - C10G69/14
    • C10G2400/20—C2-C4 olefins

Definitions

  • the invention relates to a method for steam cracking hydrocarbons in a cracking furnace with a convection zone and a radiation zone, the method comprising a first step of pre-cracking a feed of light hydrocarbons and a second step of co-cracking the mixture of this pre-cracked feed of light hydrocarbons and a feed of heavy hydrocarbons.
  • the invention further relates to a device for steam cracking hydrocarbons, the cracking furnace with a convection zone and a radiation zone, at least one preheating tube for feeding light hydrocarbons in the convection zone for preheating this feed, this tube downstream with at least one cracking tube for feeding light hydrocarbons for precracking them in the radiation zone, and comprises at least one preheating tube for feeding heavy hydrocarbons in the convection zone for preheating this feed.
  • the steam cracking process is well known and is one of the most important petrochemical processes.
  • a feed consisting of hydrocarbons and steam is vaporized and preheated in the convection zone of the steam cracking furnace.
  • the temperature of this feed beyond the initial cracking temperature and cracking or splitting occurs at high temperature before the cracked gases are cooled and the cracked products are fractionated.
  • feed means a mixture of hydrocarbons and water vapor. This applies to both light and heavy loads.
  • the mixture is referred to as feed either before this mixture is cracked or during the cracking of this mixture.
  • a distinction must be made between the feed and the hydrocarbon-containing fraction of the feed (the fraction without water vapor)
  • ATZBLATT RULE -26 Hydrocarbons from the feed or mixture of hydrocarbons and water vapor before cracking the feed.
  • the preheat temperatures are usually in the range between 450 and 650 ° C
  • the cracking temperatures (outlet temperature of the furnace) usually in the range between 780 and 920 ° C.
  • the high values of the temperature intervals generally concern the lightest loads, the low values the relatively heavy loads. For the feeds, cracking in the convection zone is avoided as far as possible.
  • the "initial cracking temperature” is the temperature above which cracking or splitting of the hydrocarbons occurs or occurs to a significant degree and above which the cracking takes place ever faster.
  • the initial cracking temperatures depend largely on the composition of the feed.
  • the initial crack temperature values are known to those skilled in the art.
  • temperatures are conventional values. Since these temperatures generally do not represent sharp temperature values, temperatures that deviate by 10 to 20 K from the stated values could also be specified. The values given above correspond to very low cracking speeds. In comparison, at higher cracking speeds the temperatures are normally at least 100 K above the specified temperature values. Such temperatures usually prevail at the outlet of the cracking furnace. In a manner well known to those skilled in the art, the aim is to greatly increase the temperature of the feed to the initial cracking temperature and beyond, because this is beneficial for the yield. Rapid cooling also favors the yield. The changes in the temperature in the process essentially correspond to a "square" temperature profile.
  • the cracking intensity is essentially determined by the cracking conditions or certain parameters such as the dwell time of the feed in the cracking furnace, the temperature and the dilution. At the same time, the cracking intensity reflects the importance of the residence time and the temperature.
  • the crack intensity can be measured using various indices known to the person skilled in the art (for example using the KSF index).
  • the index of cracking intensity can be defined as the conversion of a feed of normal pentane cracked under the same conditions as temperature, residence time and dilution.
  • Co-cracking is understood to mean a process procedure with a combined cracking or splitting of light and heavy hydrocarbon inserts.
  • the heavy hydrocarbon input is usually included in the main feed.
  • the second goal of certain methods is to use a pre-cracked light feed as a diluent, which at least partially replaces the water vapor used to dilute the heavy feed.
  • a heavy feed generally a gas oil
  • the amounts of heavy feed that can be fed in this case are greatly reduced (e.g. 10% with respect to naphtha) so that the mixture is at a cracking temperature of the gas oil.
  • a process called "duocracking" has generally been proposed (see EP-B-0 110 433) in which the heavy load is pre-cracked before it is mixed with the already cracked light load.
  • the percentage of heavy feed may be slightly increased and the goal of partially replacing the pre-cracked light feed with water vapor can be achieved.
  • the sharp rise in temperature of the heavy feed is undesirable because it is pre-cracked with a very weak dilution (below 0.2).
  • the additional conversion of the light feed in the course of the final joint cracking is limited, since the heavy feed is already pre-cracked and the final joint cracking can only be carried out with a reduced cracking intensity.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus of the type mentioned, for which all the advantages of the methods described above can be maintained, but at the same time the disadvantages need not be accepted.
  • the invention is also based on the object of demonstrating a method and a device of the type mentioned at the outset, wherein the co-cracking in coils can be carried out with a large and uniform throughput.
  • the method and device should also be economical and allow very easy control of the gap parameters.
  • the method comprises the following steps:
  • the first advantage is that an important additional (maximum) cracking is achieved for the heavy load: due to the fact that the heavy load is not pre-cracked and the two loads are mixed at a temperature below the initial cracking temperatures, this corresponds to during of the sharp rise in temperature and co-cracking of the mixture reached cracking intensity of the full feed cracking intensity.
  • this complete cracking intensity allows an additional maximum cracking of the light feed. This is of particular interest and greatest advantage in view of the very heat-resistant light feeds, which cannot be cracked at more than approximately 60 to 65%, or at least not alone, without major coking problems, such as ethane.
  • the process allows additional conversion in the course of co-cracking so that approximately 70 to 85% overall conversion can be achieved.
  • the temperature required for the mixture is relatively low, so that the preheated (relatively cold) heavy feed is much larger Amounts can be used as light feed because their temperature is very high at the end of pre-cracking.
  • the light feed consists of downstream process stages, such as fractionation, recycled fractions of compounds with 2 to 5 carbon atoms (e.g. ethane, a C4 and / or a Cs cut).
  • the light feed can also be obtained by cracking a main feed (heavy feed) such as naphtha. In this case, the amount of fractions returned hardly exceeds 15% of the amount of the heavy feed.
  • the amount of the hydrocarbon-containing light feed is less than 50%, preferably between 4% and 45%, particularly preferably between 5 and 35%, of the total amount of the two hydrocarbon-containing feeds.
  • the relatively large influence of the heavy feed thus allows a considerable dilution of the light feed during co-cracking, which reduces the coking of the furnace due to the very intensive cracking of the light feed (for example, the coking is very strong if ethane alone when converting from is split more than 65%).
  • this temperature increase takes place in contrast to the previously known methods of co-cracking by introducing the mixture into the radiation zone.
  • This increase in temperature is less than that caused by mixing, but it still remains very fast due to the low reactivity of the lightly pre-cracked feed.
  • This low reactivity is achieved by cooling the pre-cracked light feed during mixing.
  • the cooling takes place at least 60 ° C., preferably at least 80 ° C., and particularly preferably at least 100 ° C. It enables a considerable reduction in the amount of fission radicals.
  • the cooled, pre-cracked light feed thus behaves at least in part like a diluent.
  • the temperature increase therefore falls much more than when the heavy feed is pre-cracked alone.
  • the method allows the use of relatively small amounts of the light feed, a strong additional cracking of this feed, while avoiding the coking problems associated with this heavy cracking because the heavy feed is highly diluted.
  • This heavy feed is brought to its cracking temperature much more quickly due to the presence of the light feed acting as a diluent (effect of mutual dilution).
  • This preparation according to the invention of a mixture of relatively low temperature, which leads to a cooling of the pre-cracked light feed, is surprising and is in contrast to the processes known in the prior art. Rather, these processes are primarily concerned with using a very high temperature energy source (e.g. 850 ° C) consisting of the pre-cracked light feed. Accordingly, attempts have been made in these known processes to use this heat vector at the highest possible usable heat level, that is to say for the final cracking of the heavy feed (“duocracking process”) or for a strong increase in temperature of this heavy feed by mixing.
  • a very high temperature energy source e.g. 850 ° C
  • the approach of the method according to the invention differs fundamentally from that of the known methods: Instead of attaching importance to the feeding of the light feed (feed in two respects: energy vector and heavy feed as a diluent), in the method according to the invention the heavy feed functions Feed as a diluent of this light feed tries to achieve a strong additional splitting of the light feed in order to limit its coking. As far as the energy level is concerned, the limitation of the heat level when using the heat supplied through the pre-cracked light feed does not cause any energy loss.
  • the mixed stream after the mixing, can be divided into a plurality of individual streams immediately before these individual streams are introduced into the radiation zone in order to bring the mixed stream abruptly to its initial gap temperature.
  • the mixed stream can be divided into a plurality of individual streams immediately before these individual streams are introduced into the radiation zone in order to bring the mixed stream abruptly to its initial gap temperature.
  • the mixed stream is advantageously divided into the individual streams at a temperature which is lower than the initial cracking temperature of one of the two feed streams.
  • the mixed stream circulates at a temperature which is lower than the cracking temperatures of the two feeds.
  • the mixed stream is divided into a large number of individual streams.
  • these individual streams are introduced into the radiation zone in order to bring the mixture abruptly to a temperature which is higher than the initial cracking temperatures of the two feeds.
  • the individual currents then circulate in parallel at least in a first part of the radiation zone.
  • a plurality of cracking streams can be fed to the cracking zone from one and the same mixing zone or a large number of cracking processes can be carried out. According to known methods, this is done separately or with an at least partial merging of the streams in the end part of the cracking coil according to the so-called "split coil” technique.
  • the mixture is divided or separated in the mixing zone.
  • the mixing zone often consists of distribution nozzles or Venturi tubes.
  • the choice of a low mixing temperature according to the invention essentially prevents coking of the mixing zone, so that the supply of the various streams is not disturbed. Due to the reduced temperature of the mixture, premature cracking in the separation zone can also be prevented, which would have an adverse effect on the yield.
  • any light and heavy feed can be used in accordance with the invention if only the average molecular weight of the hydrocarbon-containing fraction of the light feed is less than that of the hydrocarbon-containing fraction of the heavy feed.
  • the most suitable light feeds are those in which the hydrocarbonaceous fraction of these feeds consist largely of hydrocarbons with 2 to 5 carbon atoms, specifically:
  • hydrocarbon-containing light feeds are typically in the range of the molecular weight which is preferred according to the invention for the light feed.
  • the hydrocarbon-containing fraction in the feed of light hydrocarbons has an average molecular weight in the range between 25 and 60. This also corresponds to the average molecular weight of the unsaturated fractions recycled.
  • the mixtures which mainly consist of hydrocarbons from the group comprising ethane and the unsaturated recycled fractions (for example the C4 cut), are also particularly suitable as a hydrocarbon-containing fraction according to the invention in the feed of light hydrocarbons, the ethane being the yield when cracking or splitting the unsaturated fraction due to its function as a hydrogen donor, directly or via the intermediate stage of the molecular hydrogen formed during cracking, can improve.
  • a hydrocarbon-containing fraction is therefore preferably used in the feed of light hydrocarbons, the majority of which consists of ethane, preferably of recycled ethane.
  • the hydrocarbon-containing fractions in the feed of heavy hydrocarbons are preferably in the range of an average molecular weights between 70 and 500.
  • These fractions mainly comprise naphtha, kerosene and gas oil (atmospheric gas oil or vacuum gas oil).
  • the process according to the invention can also be carried out with ethane as the hydrocarbon-containing fraction of the light feed and with liquid gases (saturated or unsaturated C3 and / or C4 compounds) as the hydrocarbon-containing fraction of the heavy feed.
  • the pre-cracked light feed is subjected to a slight aging in an essentially adiabatic zone in order to reduce its temperature by 10 to 50 ° C before it is mixed with the preheated heavy load.
  • the hydrocarbon-containing fraction of the heavy feed consists mainly of heavy fractions from the group of vacuum gas oils and distillates.
  • the temperatures and amounts of the two feeds are determined prior to mixing so that the preheated heavy feed does not evaporate completely and that the complete evaporation this loading is done by mixing with at least part of the pre-cracked light loading.
  • the mixing can optionally also be carried out in several, in particular two, stages: mixing with part of the pre-cracked light feed so that the heavy feed completely evaporates (derivation from the "dry point"), and then mixing with the rest of the pre-cracked light feed . Between the two mixing processes, the heavy charge that has completely evaporated over part of the pre-cracked light charge can, if necessary, be overheated by convection.
  • the portion of the light feed used to completely evaporate the heavy feed may be cooled slightly, for example, by mixing with a small amount of colder water vapor if in the case of heavy loading, excessive temperatures in the mixing zone should be avoided.
  • this is not absolutely necessary, and preferably the pre-cracked light feed is not cooled (by an external fluid). Whenever possible, full evaporation of the heavy feed before the mixing zone is preferred.
  • a mixing zone for forming a mixed stream with at least one inlet line for at least part of the pre-cracked light hydrocarbon stream, which is connected to the upstream part of the cracking tube for feeding light hydrocarbons, and with at least one inlet line for the preheated and non-pre-cracked heavy hydrocarbon stream, which is connected to the upstream part of the preheating pipe for feeding heavy hydrocarbons,
  • At least one cracking tube for the mixture which is connected upstream with at least one of the circulation tubes for the individual streams and downstream with devices for cooling the cracked gases.
  • the mixing can take place at a relatively low temperature which is sufficient to avoid premature cracking in the downstream separation zone or considerable coking of this zone.
  • this device comprising the following in addition to the features mentioned at the beginning:
  • a mixing zone located outside the furnace to form a mixed stream with at least one inlet line for at least part of the pre-cracked light hydrocarbon stream, which with the upstream part of the cracking tube for the loading of light Is connected to hydrocarbons, and with at least one inlet line for the preheated and not pre-cracked heavy hydrocarbon stream, which is connected to the upstream part of the preheating pipe for feeding heavy hydrocarbons,
  • At least one transport pipe for transporting the mixture from the outside of the furnace to the interior of the radiation zone, this pipe being connected upstream to the mixing zone and downstream to at least one circulation pipe for the mixture in the radiation zone, and
  • the mixing zone is located outside the furnace, which considerably limits the coking of the furnace, and the mixture can reach the radiation zone undisturbed at a relatively low temperature, where the final co-cracking is carried out without the risk of premature splitting or coking.
  • the mixing zone is also the zone in which the heavy feed finally evaporates.
  • a very strong heat vector (the pre-cracked light feed) is used to completely evaporate a very heavy feed such as a vacuum gas oil or distillate with a large safety margin.
  • the device according to the invention can also include the following in addition to the features listed at the beginning:
  • a mixing zone located outside the furnace to form a mixed stream with at least one inlet line for at least part of the pre-cracked light hydrocarbon stream, which is connected to the upstream part of the cracking tube for the feed of light hydrocarbons, and with at least one inlet line for the preheated and not pre-cracked heavy hydrocarbon stream which is connected to the upstream part of the preheating tube for feeding heavy hydrocarbons,
  • Transport pipes for transporting the individual streams from the outside of the furnace to the inside of the radiation zone, these pipes being connected upstream to the separation zone and downstream to circulation pipes for the mixture in the radiation zone,
  • At least one cracking tube for the mixture which is connected upstream with at least one of the circulation tubes for the individual streams and downstream with devices for cooling the cracked gases formed during co-cracking.
  • two or more circulation pipes can be connected to at least one can in the radiation zone of the furnace.
  • the devices according to the invention can advantageously be designed in such a way that an adiabatic zone is provided outside the radiation zone between at least one cracking tube for charging light hydrocarbons for pre-cracking them and the inlet line for at least part of the pre-cracked light hydrocarbon stream.
  • a plurality of can tubes can be connected to a device for cooling the can gases generated during co-cracking.
  • the preheating tube (s) for preheating the feed of light hydrocarbons in the convection zone within the cracking furnace can be connected to the cracking tube (s) for pre-cracking the light hydrocarbons in the radiation zone.
  • the devices according to the invention are particularly suitable for carrying out the method according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic representation of part of a system for steam rack according to the invention.
  • 2 shows a schematic representation of the most important steps of the method according to the invention;
  • Fig. 3 is a schematic representation of the different embodiments of
  • FIG. 4 is a schematic view of the mixing zone of a steam rack system according to the invention.
  • an oven 10 for the steam racking of hydrocarbons which heats by means of convection and radiation and comprises preheating, circulation and cracking tubes or bundles of preheating, circulation and cracking tubes for hydrocarbons in order to preheat them and thermal cracking.
  • the furnace 10 shown in FIG. 1 comprises a first part A, in which heating is carried out by convection, and which is connected to a second part B, in which heating is carried out by means of radiation.
  • part B of the furnace the very strong heat flow is generally supplied via burners (not shown), the exhaust gases of which then circulate in the first part A of the furnace and provide heating by means of convection.
  • the furnace 10 shown in FIG. 1 can be supplemented by a second furnace half arranged in mirror symmetry and not shown in FIG. 1 but indicated.
  • the first part A of the furnace comprises one or more preheating tube (s) 4 for a hydrocarbon-containing heavy feed 2 and for water vapor, the hydrocarbons of this feed mainly having at least three carbon atoms (e.g. a naphtha or a gas oil).
  • Part A of the furnace also includes one or more preheat tube (s) 3 for a light feed consisting, for example, of ethane and water vapor, which tube (s) 3 are shown in phantom in Fig. 1 to remove them from the tubes for the distinguish between heavy loads in which this heavy load flows alone or in a mixture.
  • preheat tube (s) 3 for a light feed consisting, for example, of ethane and water vapor
  • the tubes 3 provided in the first part A of the furnace are connected to canned tubes 5 in the second part B of the furnace (radiation zone).
  • the downstream end of the tubes 5 is connected to an aging zone 6, which consists for example of a tube with a length between 1 and 10 m, the diameter of which is larger than the diameter of the end section of the tubes 5.
  • the pre-cracked light feed (7) and the preheated and not pre-cracked heavy feed (8) are combined and mixed in a mixing zone with the aid of inlet lines 7 and 8 to form the mixed stream 9.
  • the mixture Downstream of the mixing zone, the mixture can be divided into a plurality of individual streams (12) with the aid of a separation zone 11.
  • These currents circulate in the transport pipes 12 and are introduced into the circulation pipes 13 inside the radiation zone B of the furnace 10.
  • the supply of heat to the tubes 13 in the radiation zone B causes the temperature of the mixture to rise sharply above the initial cracking temperatures of the two feeds.
  • the tubes 13 are connected downstream with canned tubes 14.
  • the circulation pipes 13 each merge into canned pipes.
  • a plurality of circulation tubes 13 preferably open into a can 14.
  • the can 14 and also 5 can be arranged in the radiation zone B in different (known per se) ways. In particular, several canned tubes can be combined.
  • the cracked gases of the final co-cracking are then cooled in the quench cooler 15, preferably in a TLX heat exchanger (Transfer Line eXchanger).
  • TLX heat exchanger Transfer Line eXchanger
  • This steam rack device works in the following way:
  • the light feed (1) in which the carbon-containing part preferably consists of ethane or a mixture of recycle ethane and unsaturated recycle fractions, which are composed of hydrocarbons with 3 to 6 carbon atoms - for example a mixture of 30 to 70% ethane and additionally an unsaturated C4 cut - is introduced at point 1.
  • This feed is preheated by circulation in the preheating tubes 3 (in one or more parallel passes) to a temperature in the range between 450 ° C and 680 ° C, preferably between 500 ° C and 650 ° C, either to a temperature, which is significantly below the initial cracking temperature, or, for example, to 720 ° C, if this feed is mainly C3 and C4 hydrocarbons or in equal proportions of ethane and C3- and C4- Contains connections. If two fractions are present in the same amount, the initial cracking temperature of the heavier feed is taken into account.
  • the light feed leaves the convection zone A (after point O) without any noticeable start to cracking. It is cracked or in the radiant section B through circulation in the tubes 5 cleaved at a starting temperature at point (I) in the range from 780 to 920 c C, preferably between 800 and 900 ° C.
  • hydrocarbon-containing fraction in the light feed is ethane
  • a conversion in the range between 40 and 65%, preferably between 50 and 65% can be achieved during the pre-cracking, without causing the tubes 5 to coke too quickly becomes.
  • the conversion can also be significantly higher if the dilution of the light feed (proportion of water vapor) is considerable.
  • the dilution can vary between 0.2 and 1.2 (20 to 120% of the light feed).
  • the ethane is preferably converted during the pre-cracking only in the range between 30 and 55% and particularly preferably in the range between 35 and 50%, around the fractions containing 4 or 5 carbon atoms not cracking too much during the last phase of co-cracking.
  • the dilution (ratio of steam to hydrocarbon-containing fraction in the feed) of the light feed is generally in the range between 0.2 and 1.2, and preferably between 0.25 and 1.
  • the light feed is passed through the essentially adiabatic aging zone 6, where a slight cooling takes place between points I and J, for example by 10 to 50 ° C., due to the continuation of the cracking reactions.
  • This aging zone 6 is particularly important in the case of the use of ethane, since an additional conversion can take place with it, without the yield becoming significantly worse, and since the content of crack radicals before the mixing zone can be reduced. This reduces the risk of the mixture cracking prematurely.
  • the aging zone 6 can, however, also be omitted, in particular in the case of light feeds other than ethane.
  • the pre-cracked light feed 7 is now mixed with the heavy feed 8 after the latter has been preheated in the tubes 4 of the convection zone A.
  • the dilution of the heavy feed by the water vapor can vary between 0.05 and 1, preferably between 0.25 and 1.
  • the preheating temperature of the heavy feed is in the range between 300 and 650 ° C, preferably between 450 and 650 ° C.
  • the temperature of the mixture at point L according to the invention is lower than the initial cracking temperatures of the two feeds 1 and 2.
  • This mixture is consequently not very reactive.
  • the mixture can therefore be divided without problems in the separation zone 11 and passed from the outside of the furnace 10 into the interior of the radiation zone B, without the risk of premature cracking or coking of the lines.
  • This advantage of the process is critical because it can maintain optimal yield and avoid imbalance in downstream co-cracking. Such an imbalance could be caused by coking of these lines because they often contain throughput regulating devices such as nozzles or venturi tubes which are particularly sensitive to coking.
  • the pre-cracked and cooled light feed (cooled by more than 60 ° C, preferably by more than 80 ° C and particularly preferably by at least 100 ° C, in relation to the temperature at Leaving the Pre-crack zone (point I)) is not very reactive and therefore behaves very similar to a diluent.
  • the heavy feed in the tubes 13 can be heated considerably beyond its initial cracking temperature due to the effect of increasing dilution that benefits the heavy feed.
  • the amount of crack radicals is considerably reduced by cooling the light feed.
  • the process according to the invention can also be used to split unsaturated mixtures of ethane and C4 hydrocarbons with an increased conversion (60 to 80% for the ethane) and positive effects with regard to the yield of cracking of the unsaturated fractions, which depend on the higher ratio of H to C benefit from Ethan.
  • the typical temperatures at point L are in the range between 400 and 710 ° C, preferably in the range between 600 and 700 ° C.
  • the very low values 400 to 500 ° C are used in the final evaporation of a heavy feed (vacuum gas oils and distillates).
  • the co-cracking takes place beyond the initial cracking temperature in the circulation tubes 13 and in particular in the can 14.
  • four parallel ciculation tubes 13 are connected to a can 14 via the collecting point M.
  • the process temperatures in point I or J (pre-cracking), L (mixing), M and N (co-cracking) can be controlled by changing the heat of the burners and by changing the respective amount of feed. It is also possible, for example, to supply a relatively cold fluid at point O and / or at point I or J (such as, for example, water or slightly heated steam) in order to control the temperature at point J, for example.
  • the heavy load is preheated (step 16).
  • the light feed is preheated (step 17), then pre-cracked (step 18).
  • the two feeds are then mixed (step 19).
  • the mixture is divided and / or passed into the radiation zone (step 20), then brought to a high temperature and cracked (step 21).
  • FIG. 3 different geometries for canned coils 3-1 to 3-6 are shown, which can be used for the pre-cracking of the light feed and / or for the strong temperature increase of the mixture and the final co-cracking (tubes 5, 13 and 14 ).
  • the known, conventional coils with 1, 2, 4, 6 or 8 passes (vertical lengths) or so-called split coils can also be used.
  • Fig. 4 two embodiments 4-1 and 4-2 of the mixing zone are shown, where the light loading and the heavy loading are fed to a mixing device with an annular space (either for the heavy, relatively cold loading, or for the pre-cracked light loading) the second case 4-2 is preferred when the heavy feed is not fully evaporated.
  • the invention is not limited to these mixing devices and types of coils.
  • all types of furnaces with an internal or external transition point, with a mixing zone arranged inside or outside
  • pipe coils with a mixing zone arranged inside or outside
  • mixers processes for controlling the process temperature, etc. can be used without departing from the scope of the invention.

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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung mit einer Konvektionszone (A) und einer Strahlungszone (B), wobei das Verfahren eine erste Stufe des Vorcrackens einer Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) und eine zweite Stufe des abschließenden Co-Crackens des Gemisches aus dieser vorgecrackten leichten Beschickung (7) und einer Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen (2) aufweist. Erfindungsgemäß umfaßt das Verfahren: ein getrenntes Vorheizen der beiden Beschickungsströme (1, 2) in der Konvektionszone (A), wobei die Vorheiztemperatur jedes Beschickungsstromes unterhalb jeweils der anfänglichen Spalttemperatur bleibt, das Vorcracken (5) der vorgeheizten leichten Kohlenwasserstoffe, das Mischen des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes (7) mit dem vorgeheizten und nicht vorgecrackten schweren Kohlenwasserstoffstrom (8) unter Bildung eines Mischstromes (9), ein starkes Aufheizen des Mischstromes (9) auf eine Temperatur, die höher als die anfängliche Spalttemperatur ist, indem die Mischung in die Strahlungszone (B) des Ofens (10) eingeleitet wird, das Co-Cracken in der Strahlungszone (B) des Ofens (10) und das Abkühlen (15) der Spaltgase außerhalb des Ofens (10). Bevorzugt werden die beiden Beschickungsströme (1, 2) über 300 °C vorgeheizt, die vorgeheizten leichten Kohlenwasserstoffe bei einer Temperatur von 780 und 920 °C vorgecrackt (5) und die vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffe (7) mit der vorgeheizten schweren Beschickung (8) vermischt (9), wobei die Menge und die Temperatur jeder der beiden Ströme (7, 8) so festgelegt werden, daß die Temperatur der Mischung (9) höher als 400 °C und niedriger als die anfängliche Spalttemperatur ist. Die Mischung (9) kann vor dem Eintritt in die Strahlungszone (B) in Einzelströme (12) aufgeteilt werden. Die Menge der kohlenwasserstoffhaltigen Fraktion in der leichten Beschickung (1) liegt unter 50 %, vorzugsweise zwischen 4 und 45 %, besonders bevorzugt zwischen 5 und 35 %, der Gesamtmenge der kohlenwasserstoffhaltigen Fraktionen in beiden Beschickungen (1, 2). Die leichten Kohlenwasserstoffe (1) besitzen bevorzugt ein mittleres Molekulargewicht zwischen 25 und 60 (vorzugsweise (C2 bis C5) und die schweren (2) ein mittleres Molekulargewicht zwischen 70 und 500 (bevorzugt Vakuumgasöle und -destillate).

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Dampferacken einer leichten und einer schweren Kohlenwasserstoffbeschickung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dampferacken von Kohlenwasserstoffen in einem Spaltofen mit einer Konvektionszone und einer Strahlungszone, wobei das Verfahren eine erste Stufe des Vorcrackens einer Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen und eine zweite Stufe des abschließenden Co-Crackens des Gemisches aus dieser vorgecrackten Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen und einer Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Dampfcfacken von Kohlenwasserstoffen, die einen Spaltofen mit einer Konvektionszone und einer Strahlungszone, mindestens ein Vorheizrohr für eine Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen in der Konvektionszone zum Vorheizen dieser Beschickung, wobei dieses Rohr stromabwärts mit mindestens einem Crackrohr für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen zum Vorcracken derselben in der Strahlungszone verbunden ist, und mindestens ein Vorheizrohr für eine Beschickung von schweren Kohlenwasser¬ stoffen in der Konvektionszone zum Vorheizen dieser Beschickung umfaßt.
Das Verfahren des Dampfcrackens ist wohlbekannt und stellt eines der wichtigsten Verfahren der Petrochemie dar.
Dabei wird eine aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf bestehende Beschickung verdampft und in der Konvektionszone des Dampfcrackofens vorgeheizt. In der Strahlungszone des Ofens erfolgt eine gewaltige Temperaturerhöhung dieser Beschickung über die anfängliche Cracktemperatur hinaus und es kommt zu einem Cracken bzw. einer Spaltung bei hoher Temperatur, bevor die Spaltgase abgekühlt und die Spaltprodukte fraktioniert werden.
Im Rahmen dieses Erfindung wird unter "Beschickung" eine Mischung aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf verstanden. Dies gilt sowohl für leichte als auch für schwere Beschickungen. Mit Beschickung wird die Mischung entweder vor dem Cracken dieser Mischung oder aber auch während des Crackens dieser Mischung bezeichnet. Von der Beschickung zu unterscheiden ist die kohlenwasserstoffhaltige Fraktion der Beschickung (die Fraktion ohne Wasserdampf), also die
ATZBLATT REGEL -26) Kohlenwasserstoffe aus der Beschickung bzw. Mischung aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf, vor dem Cracken der Beschickung.
Die Vorheiztemperaturen liegen normalerweise im Bereich zwischen 450 und 650°C, die Cracktemperaturen (Auslaßtemperatur des Ofens) üblicherweise im Bereich zwischen 780 und 920°C.
Die hohen Werte der Temperaturintervalle betreffen im allgemeinen die leichtesten Beschickungen, die niedrigen Werte die relativ schweren Beschickungen. Für die Beschickungen wird nach Möglichkeit ein Beginnen des Crackens in der Konvektionszone vermieden.
Als "anfängliche Cracktemperatur" wird im Zusammenhang mit der Erfindung die Temperatur bezeichnet, oberhalb der ein Cracken oder eine Spaltung der Kohlenwasserstoffe in nennenswertem Maße einsetzt bzw. auftritt und oberhalb der das Cracken immer schneller abläuft. Die anfänglichen Cracktemperaturen hängen wesentlich von der Zusammensetzung der Beschickung ab. Die Werte der anfänglichen Cracktemperatur sind dem Fachmann bekannt.
Im Zusammenhang mit der Erfindung gelten beispielsweise für die angegebenen Zusammensetzungen der Beschickung die folgenden unterschiedlichen Werte:
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Bei diesen Temperaturen handelt es sich um herkömmliche Werte. Da diese Temperaturen in der Regel keine scharfen Temperaturwerte darstellen, könnten auch Temperaturen angeben werden, die um 10 bis 20 K von den genannten Werten abweichen. Die oben angegebenen Werte entsprechen sehr niedrigen Crack¬ geschwindigkeiten. Im Vergleich dazu liegen bei höheren Crackgeschwindigkeiten die Temperaturen normalerweise mindestens 100 K über den angegebenen Temperatur¬ werten. Derartige Temperatur herrschen üblicherweise am Auslaß des Spaltofens. Auf eine dem Fachmann wohlbekannte Art und Weise strebt man eine starke Temperaturerhöhung der Beschickung bis zu der anfänglichen Cracktemperatur und darüberhinaus an, weil dies für die Ausbeute günstig ist. Eine schnelle Abkühlung begünstigt ebenso die Ausbeute. Die Veränderungen der Temperatur im Verfahren entsprechen dabei im wesentlichen einem "quadratischen" Temperaturprofil.
Allgemein wird vermieden, zu große Kohlenwasserstoff-Schnitte zu spalten, die sehr leichte und sehr schwere Fraktionen enthalten, denn das Cracken bzw. Spalten dieser Art von Mischungen führt entweder zu einer unzureichenden Spaltung der leichten Fraktionen oder zu einer übermäßigen Spaltung der schweren Fraktionen. In der Tat müssen in einem bestimmten Ofen die leichten, hitzebeständigeren Fraktionen bei einer höheren Temperatur gespalten werden, also mit einer höheren Crackintensität.
Die Crackintensität ist im wesentlichen bestimmt durch die Spaltbedingungen bzw. bestimmte Parameter wie die Verweilzeit der Beschickung im Spaltofen, die Temperatur und die Verdünnung. Gleichzeitig spiegelt die Crackintensität die Bedeutung der Verweilzeit und der Temperatur wider. Die Crackintensität kann anhand verschiedener, dem Fachmann bekannter Indices (beispielsweise anhand des Index KSF) gemessen werden.
Für die folgenden Ausführungen läßt sich der Index der Crackintensität als die Umwandlung einer unter denselben Bedingungen wie Temperatur, Verweilzeit und Verdünnung gecrackten Beschickung von normalem Pentan definieren.
Außer in dem Fall, wo bestimmte Öfen nicht zur Verfügung stehen (beispielsweise ein Crackofen für decarbonisiert.es Ethan), wird ein Co-Cracken sehr unterschiedlicher, in Mischung befindlicher Fraktionen mit einer identischen Crackintensität in der Regel vermieden.
Unter "Co-Cracken" wird eine Verfahrensführung mit einem kombinierten Cracken bzw. Spalten von leichten und schweren Kohlenwasserstoffeinsätzen verstanden. Der schwere Kohlenwasserstoffeinsatz ist dabei in der Regel in der Hauptbeschickung enthalten.
Es sind zahlreiche Verfahren zum Co-Cracken einer leichten Beschickung und einer schweren Beschickung mit unterschiedlichen Crackintensitäten für die leichte Beschickung und für die schwere Beschickung bekannt. Abgesehen von der Tatsache, daß die Auswirkungen eines zu geringen oder eines zu starken Crackens vermieden werden sollen, haben diese Verfahren das Ziel, von der bei der hohen Temperatur existierenden Energie, die auf ein Vorcracken einer leichten und infolgedessen hitzebeständigen und bei einer höheren Temperatur gecrackten Beschickung zurückzuführen ist, für das Cracken der schweren Beschickung zu profitieren, insbesondere um quasi auf der Stelle durch das Mischen eine vorgeheizte schwere Beschickung über ihren anfänglichen Crackpunkt hinaus zu bringen.
Das zweite Ziel bestimmter Verfahren besteht darin, eine vorgecrackte leichte Beschickung als Verdünnungsmittel zu verwenden, das zumindest teilweise an die Stelle des zur Verdünnung der schweren Beschickung dienenden Wasserdampfes tritt.
So wurde bereits vorgeschlagen, eine geringe Menge einer schweren Beschickung (im allgemeinen ein Gasöl) in die Spaltgase von Naphtha zu injizieren. Die Mengen der schweren Beschickung, die zugeführt werden können, sind in diesem Fall stark reduziert (beispielsweise 10 % in bezug auf Naphtha), so daß sich die Mischung auf einer Cracktemperatur des Gasöls befindet.
Es wurde allgemein ein als "Duocracken" bezeichnetes Verfahren vorgeschlagen (siehe EP-B- 0 110 433), bei dem die schwere Beschickung vorgecrackt wird, bevor sie mit der bereits gecrackten leichten Beschickung gemischt wird. Bei diesem Verfahren kann der Prozentsatz der schweren Beschickung unter Umständen etwas erhöht sein, und das Ziel, die vorgecrackte leichte Beschickung zum Teil durch Wasserdampf zu ersetzen, kann erreicht werden. Der starke Temperaturanstieg der schweren Beschickung ist allerdings unerwünscht, da diese mit einer sehr schwachen Verdünnung (unter 0,2) vorgecrackt wird. Im übrigen ist die zusätzliche Umwandlung der leichten Beschickung im Lauf des abschließenden gemeinsamen Crackens begrenzt, da die schwere Beschickung bereits vorgecrackt ist und das abschließende gemeinsame Cracken nur mit einer reduzierten Crackintensität durchgeführt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, für die alle Vorteile der oben beschriebenen Verfahren beibehalten werden können, gleichzeitig aber deren Nachteile nicht in Kauf genommen werden brauchen. Das bedeutet, die Erfindung sollte möglichst gleichzeitig folgendes ermöglichen: - Die Verwendung einer Menge einer leichten Beschickung, die geringer als die Menge der schweren Beschickung ist, was sich beim Dampferacken positiv auswirkt, oder ein erneutes Cracken wieder zurückgeführter leichter Fraktionen (C2 bis C4) in einer bezogen auf die Hauptbeschickung (beispielsweise Naphtha) geringeren Menge,
- die Bevorzugung eines starken Temperaturanstiegs der schweren Beschickung,
- das Erzielen einer zusätzlichen maximalen Umwandlung der leichten Beschickung während des Co-Crackens, und zwar ohne daß Probleme des Verkokens auftreten.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, wobei das Co-Cracken in Rohrschlangen mit einem großem und einheitlichem Durchsatz durchgeführt werden kann. Verfahren und Vorrichtung sollen außerdem wirtschaftlich sein und eine sehr leichte Kontrolle der Spaltparameter erlauben.
Diese Aufgabe wird für das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
a) Ein getrenntes Vorheizen der beiden Beschickungsströme in der Konvektionszone, wobei die Vorheiztemperatur jedes Beschickungsstromes unterhalb jeweils der anfänglichen Spalttemperatur bleibt, b) das Vorcracken der vorgeheizten leichten Kohlenwasserstoffe, c) das Mischen des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes mit dem vorgeheizten und nicht vorgecrackten schweren Kohlenwasserstoffstrom unter Bildung eines Mischstromes, d) ein starkes Aufheizen des Mischstromes auf eine Temperatur, die höher ist als die anfängliche Spalttemperatur, indem die Mischung in die Strahlungszone des Ofens eingeleitet wird, e) das Durchführen eines abschließenden Co-Crackens in der Strahlungszone des Ofens, und f) das Abkühlen der beim Co-Cracken entstehenden Spaltgase außerhalb des Ofens. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise dadurch ausgestaltet, daß die Verfahrensschritte a) bis c) umfassen:
a) Ein getrenntes Vorheizen der beiden Beschickungsströme in der Konvektionszone auf Vorheiztemperaturen über 300°C, b) das Vorcracken der vorgeheizten leichten Kohlenwasserstoffe bei einer Temperatur im Bereich zwischen 780 und 920°C, vorzugsweise zwischen 800 und 900°C, und c) das Mischen des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes mit dem vorgeheizten und nicht vorgecrackten schweren Kohlenwasserstoffstrom unter Bildung eines Mischstromes, wobei die Menge und die Temperatur jeder der beiden Ströme vor dem Mischen so festgelegt werden, daß die Temperatur des Mischstromes höher als 400°C und niedriger als die anfängliche Spalttemperatur ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung besitzt eine Reihe wichtiger Vorteile:
Der erste Vorteil besteht darin, daß für die schwere Beschickung ein wichtiges zusätzliches (maximales) Cracken erreicht wird: Aufgrund der Tatsache, daß die schwere Beschickung nicht vorgecrackt ist und das Mischen der beiden Beschickungen bei einer Temperatur unterhalb der anfänglichen Cracktemperaturen erfolgt, entspricht die während des starken Temperaturanstieges und des Co-Crackens der Mischung erreichte Crackintensität der vollständigen Crackintensität der schweren Beschickung.
Diese vollständige Crackintensität erlaubt im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ein zusätzliches maximales Cracken der leichten Beschickung. Dies ist vor allem im Hinblick auf die sehr hitzebeständigen leichten Beschickungen, die bei mehr als ungefähr 60 bis 65 % nicht bzw. zumindest nicht allein ohne größere Verkokungsprobleme gecrackt werden können, wie beispielsweise Ethan, von Interesse und größtem Vorteil.
Das Verfahren erlaubt eine zusätzliche Umwandlung im Laufe des Co-Crackens, so daß ungefähr 70 bis 85 % Gesamtumwandlung erreicht werden können.
Desweiteren ist die für die Mischung erforderliche Temperatur relativ niedrig, so daß von der vorgeheizten (relativ kalten) schweren Beschickung wesentlich größere Mengen verwendet werden können als von der leichten Beschickung, weil deren Temperatur am Ende des Vorcrackens ja sehr hoch ist.
Dies eignet sich sehr gut für den Fall, wo die leichte Beschickung aus von nachgeschalteten Verfahrensstufen, wie beispielsweise aus der Fraktionierung, rückgeführten Fraktionen von Verbindungen mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen (z.B. Ethan, ein C4- und/oder ein Cs-Schnitt) besteht. Die leichte Beschickung kann auch durch das Cracken einer Hauptbeschickung (schwere Beschickung) wie zum Beispiel Naphtha gewonnen werden. In diesem Fall übersteigt die Menge der zurückgeführten Fraktionen kaum 15 % der Menge der schweren Beschickung.
Gemäß der Erfindung liegt die Menge der kohlenwasserstoffhaltigen leichten Beschickung unter 50 %, vorzugsweise zwischen 4 % und 45 %, besonders bevorzugt zwischen 5 und 35 %, der Gesamtmenge der beiden kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungen.
Der relativ große Einfluß der schweren Beschickung erlaubt also eine beachtliche Verdünnung der leichten Beschickung während des Co-Crackens, was das Verkoken des Ofens aufgrund des sehr intensiven Crackens der leichten Beschickung reduziert (das Verkoken ist beispielsweise sehr stark, wenn Ethan allein bei einer Umwandlung von mehr als 65 % gespalten wird).
Was die starke Temperaturerhöhung der schweren Beschickung (in Mischung) über die anfänglichen Cracktemperaturen hinaus angeht, so erfolgt diese Temperaturerhöhung im Gegensatz zu den bislang bekannten Verfahren des Co-Crackens durch Einleiten der Mischung in die Strahlungszone. Diese Temperaturerhöhung ist weniger stark als die durch das Mischen, sie bleibt aber immer noch sehr schnell aufgrund der geringen Reaktionsfähigkeit der bereits vorgecrackten leichten Beschickung. Diese geringe Reaktionsfähigkeit wird durch das Abkühlen der vorgecrackten leichten Beschickung während des Mischens erreicht. Die Abkühlung erfolgt dabei um mindestens 60°C, vorzugsweise mindestens 80°C, und besonders bevorzugt um mindestens 100°C. Sie ermöglicht eine beachtliche Verringerung der Menge der Spaltradikale. Die abgekühlte, vorgecrackte leichte Beschickung verhält sich dadurch zumindest zum Teil tatsächlich wie ein Verdünnungsmittel. Die Temperaturerhöhung fällt daher viel stärker als beim alleinigen Vorcracken der schweren Beschickung. Das Verfahren erlaubt die Verwendung relativ geringer Mengen der leichten Beschickung, die Durchführung eines starken zusätzlichen Crackens dieser Beschickung, wobei die mit diesem starken Cracken verbundenen Verkokungsprobleme vermieden werden, weil die schwere Beschickung stark verdünnt ist. Diese schwere Beschickung wird im übrigen aufgrund des Vorhandenseins der als Verdünnungsmittel wirkenden leichten Beschickung (Effekt der gegenseitigen Verdünnung) viel schneller auf ihre Cracktemperatur gebracht.
Dieses erfindungsgemäße Herstellen einer Mischung von relativ niedriger Temperatur, wobei es zu einem Abkühlen der vorgecrackten leichten Beschickung kommt, ist überraschend und steht im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Verfahren. Bei diesen Verfahren geht es vielmehr hauptsächlich darum, eine Energiequelle von sehr hoher Temperatur (beispielsweise 850°C) zu verwenden, die aus der vorgecrackten leichten Beschickung besteht. Entsprechend wurde bei diesen bekannten Verfahren versucht, diesen Wärmevektor auf einem möglichst hohen brauchbaren Wärmeniveau zu verwenden, also für das endgültige Cracken der schweren Beschickung ("Duocrackverfahren") oder für eine starke Temperaturerhöhung dieser schweren Beschickung durch das Mischen.
Überraschenderweise wurde im Zusammenhang mit der Erfindung festgestellt, daß durch das Einschränken des Wärmeniveaus des verwendeten Energievektors unerwartete Vorteile erzielt werden können.
Der Ansatz des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich von Grund auf sehr von dem der bekannten Verfahren: Anstatt auf die Zufuhr der leichten Beschickung Wert zu legen (Zufuhr in zweifacher Hinsicht: Energievektor und schwere Beschickung als Verdünnungsmittel), wird im erfindungsgemäßen Verfahren dank der Funktion der schweren Beschickung als Verdünnungsmittel dieser leichten Beschickung versucht, eine starke zusätzliche Spaltung der leichten Beschickung zu erreichen, um deren Verkoken einzuschränken. Was das Energieniveau angeht, so bewirkt die Einschränkung des Wärmeniveaus beim Einsatz der über die vorgecrackte leichte Beschickung zugeführten Wärme keinen Energieverlust.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach dem Mischen der Mischstrom in eine Vielzahl von Einzelströmen aufgeteilt werden, unmittelbar bevor diese Einzelströme in die Strahlungszone eingeleitet werden, um den Mischstrom abrupt auf seine anfängliche Spalttemperatur zu bringen. Insbesondere kann der
R ATZBUTT REGEL 26 Mischstrom mit Vorteil bei einer Temperatur, die niedriger als die anfängliche Spalttemperatur eines der beiden Beschickungsströme ist, in die Einzelströmen aufgeteilt werden.
Erfindungsgemäß zirkuliert der Mischstrom die bei einer Temperatur, die niedriger ist als die Cracktemperaturen der beiden Beschickungen. Nach dem Vermischen wird der Mischstrom in eine Vielzahl von Einzelströmen unterteilt. Unmittelbar nach der Aufteilung in Einzelströme werden diese Einzelströme in die Strahlungszone eingeleitet, um die Mischung abrupt auf eine Temperatur zu bringen, die höher als die anfänglichen Cracktemperaturen der beiden Beschickungen ist. Die Einzelströme zirkulieren dann parallel zumindest in einem ersten Teil der Strahlungszone.
Erfindungsgemäß können von ein und derselben Mischzone aus eine Vielzahl von Crackströmen der Spaltzone zugeführt bzw. eine Vielzahl von Crackvorgängen durchgeführt werden. Nach bekannten Verfahren geschieht dies getrennt oder mit einer zumindest teilweisen Zusammenführung der Ströme im Endteil der Crackschlange nach der sogenannten "Split Coil"-Technik.
Auf diese Weise läßt sich die Anzahl der Mischzonen eines Ofens und damit die Anzahl der Rohrschlangen zum Vorcracken der leichten Beschickung einschränken. Daraus ergeben sich eine zuverlässigere Funktionsweise und geringere Montagekosten.
Auf einen wichtigen Punkt sei hier noch hingewiesen:
In der Mischzone wird die Mischung aufgeteilt bzw. getrennt. Die Mischzone besteht oft aus Verteilerdüsen oder Venturirohren. Durch die erfindungsgemäße Wahl einer niedrigen Mischtemperatur läßt sich das Verkoken der Mischzone im wesentlichen verhindern, so daß auch die Zufuhr der verschiedenen Ströme nicht gestört wird. Aufgrund der verminderten Temperatur der Mischung läßt sich auch ein vorzeitiger Beginn des Crackens in der Trennzone verhindern, welcher sich auf die Ausbeute ungünstig auswirken würde.
Die erfindungsgemäß gebotene Möglichkeit, die Mischung ohne die Probleme des Trennens oder Verkokens zu fraktionieren, und somit geteilte Rohrschlangen ("split coils") für das Co-Cracken zu verwenden, erlaubt es, Rohrschlangen mit einer sehr großen einheitlichen Kapazität zu verwenden, was die Kosten für den Ofen reduziert. Gemäß der Erfindung können beliebige leichte und schwere Beschickungen verwenden werden, wenn nur das mittlere Molekulargewicht der kohlenwasserstoffhaltigen Fraktion der leichten Beschickung geringer ist als das der kohlenwasserstoffhaltigen Fraktion der schweren Beschickung.
Die am besten geeigneten leichten Beschickungen sind diejenigen, bei denen die kohlenwasserstoffhaltigen Fraktion dieser Beschickungen zum großen Teil aus Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen bestehen, nämlich insbesondere:
- Ethan, vorzugsweise rückgeführtes Ethan,
- der rohe rückgeführten C4-Schnitt oder der C4-Schnitt nach der Extraktion von Butadien oder Isobuten,
- rückgeführte Fraktionen, die Olefine mit 5 Kohlenstoffatomen enthalten und/oder
- gesättigte Fraktionen, beispielsweise der rückgeführte C4-Schnitt nach der Hydrierung.
Diese kohlenwasserstoffhaltigen leichten Beschickungen liegen typischerweise im Bereich des Molekulargewichts, das erfindungsgemäß für die leichte Beschickung bevorzugt wird. Denn erfindungsgemäß besitzt die kohlenwasserstoffhaltige Fraktion in der Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen ein mittleres Molekulargewicht im Bereich zwischen 25 und 60. Dies entspricht auch dem mittleren Molekulargewicht der rückgeführten ungesättigten Fraktionen.
Die Mischungen, die hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen der Gruppe umfassend Ethan und die ungesättigten rückgeführten Fraktionen (beispielsweise der C4-Schnitt) bestehen, sind ebenfalls als erfindungsgemäße kohlenwasserstoffhaltige Fraktion in der Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen besonders geeignet, wobei das Ethan die Ausbeute beim Cracken bzw. Spalten der ungesättigten Fraktion aufgrund seiner Funktion als Wasserstoffspender, direkt oder über die Zwischenstufe des beim Cracken entstehenden molekularen Wasserstoffs, verbessern kann. Bevorzugt wird daher erfindungsgemäß eine kohlenwasserstoffhaltige Fraktion in der Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen verwendet, die zum überwiegenden Teil aus Ethan, vorzugsweise aus rückgeführtem Ethan, besteht.
Die kohlenwasserstoffhaltigen Fraktionen in der Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen liegen vorzugsweise im Bereich eines mittleren Molekular- gewichtes zwischen 70 und 500. Diese Fraktionen umfassen hauptsächlich Naphtha, Kerosin und Gasöl (atmosphärisches Gasöl oder Vakuum-Gasöl).
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit Ethan als kohlenwasserstoffhaltiger Fraktion der leichten Beschickung und mit Flüssiggasen (gesättigte oder ungesättigte C3- und/oder C4-Verbindungen) als kohlenwasserstoffhaltiger Fraktion der schweren Beschickung durchgeführt werden.
Gemäß einer besonderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die insbesondere dann interessant ist, wenn die kohlenwasserstoffhaltige Fraktion der leichten Beschickung aus Ethan besteht, wird die vorgecrackte leichte Beschickung einer leichten Alterung in einer im wesentlichen adiabatischen Zone unterzogen, um ihre Temperatur um 10 bis 50°C zu senken^ bevor sie mit der vorgeheizten schweren Beschickung gemischt wird.
Gemäß einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die kohlenwasserstoffhaltige Fraktion der schweren Beschickung hauptsächlich aus schweren Fraktionen der Gruppe der Vakuumgasöle und -destillate.
Bevorzugt, insbesondere im Fall einer kohlenwasserstoffhaltigen Fraktion der schweren Beschickung hauptsächlich aus schweren Fraktionen der Gruppe der Vakuumgasöle und -destillate, werden die Temperaturen und Mengen der beiden Beschickungen vor dem Mischen so festgelegt, daß die vorgeheizte schwere Beschickung nicht vollständig verdampft und daß die vollständige Verdampfung dieser Beschickung durch das Mischen mit mindestens einem Teil der vorgecrackten leichten Beschickung erfolgt.
Das Mischen kann gegebenenfalls auch in mehreren, insbesondere zwei, Stufen durchgeführt werden: Das Mischen mit einem Teil der vorgecrackten leichten Beschickung, damit die schwere Beschickung vollständig verdampft (Herleitung vom "Trockenpunkt"), und dann das Mischen mit dem Rest der vorgecrackten leichten Beschickung. Zwischen den beiden Mischvorgängen kann die über einen Teil der vorgecrackten leichten Beschickung vollständig verdampfte schwere Beschickung gegebenenfalls durch Konvektion überhitzt werden.
Gegebenenfalls kann auch der Teil der leichten Beschickung, der zum vollständigen Verdampfen der schweren Beschickung verwendet wird, beispielsweise durch Mischen mit einer geringen Menge von kälterem Wasserdampf leicht abgekühlt werden, wenn bei der schweren Beschickung zu hohe Temperaturen in der Mischzone vermieden werden sollen. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, und vorzugsweise wird die vorgecrackte leichte Beschickung nicht abgekühlt (durch ein von außen zugeführtes Fluid). Wo dies möglich ist, wird auch das vollständige Verdampfen der schweren Beschickung vor der Mischzone bevorzugt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die auch folgendes umfaßt:
- eine Mischzone zur Bildung eines Mischstromes mit mindestens einer Einlaßleitung für mindestens einen Teil des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Crackrohres für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen verbunden ist, und mit mindestens einer Einlaßleitung für den vorgeheizten und nicht vorgecrackten schweren Kohlenwasserstoffstrom, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Vorheizrohres für eine Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen verbunden ist,
- eine Trennzone zum Aufteilen der Mischung in eine Vielzahl von Einzelströmen,
- eine Vielzahl von parallel angeordneten Zirkulationsrohren für die Einzelströme in der Strahlungszone für einen starken Temperaturanstieg der Mischung, und
- mindestens ein Crackrohr für die Mischung, das stromaufwärts mit mindestens einem der Zirkulationsrohre für die Einzelströme und stromabwärts mit Einrichtungen zum Abkühlen der Spaltgase verbunden ist.
Mit dieser Vorrichtung gemäß der Erfindung kann das Mischen bei einer relativ niedrigen Temperatur erfolgen, die ausreicht, um ein vorzeitiges Cracken in der stromabwärtigen Trennzone oder ein beachtliches Verkoken dieser Zone zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird auch noch eine weitere Vorrichtung vorgeschlagen, wobei diese Vorrichtung neben den eingangs genannten Merkmalen folgendes umfaßt:
- eine außerhalb des Ofens gelegene Mischzone zur Bildung eines Mischstromes mit mindestens einer Einlaßleitung für mindestens einen Teil des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Crackrohres für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen verbunden ist, und mit mindestens einer Einlaßleitung für den vorgeheizten und nicht vorgecrackten schweren Kohlenwasserstoffstrom, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Vorheizrohres für eine Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen verbunden ist,
- mindestens ein Transportrohr zum Transport der Mischung von der Außenseite des Ofens zum Inneren der Strahlungszone, wobei dieses Rohr stromaufwärts mit der Mischzone und stromabwärts mit mindestens einem Zirkulationsrohr für die Mischung in der Strahlungszone verbunden ist, und
- Einrichtungen zum Abkühlen der beim Co-Cracken entstehenden Spaltgase.
Bei dieser Vorrichtung ist die Mischzone außerhalb des Ofens angeordnet, was das Verkoken des Ofens beträchtlich einschränkt, und die Mischung kann bei einer relativ niedrigen Temperatur ungestört zur Strahluhgszone gelangen, wo das abschließende Co-Cracken durchgeführt wird, ohne daß die Gefahr einer vorzeitigen Spaltung oder eines Verkokens besteht.
Gemäß einer charakteristischen Ausführungsform der Erfindung ist die Mischzone gleichzeitig auch die Zone, in der die schwere Beschickung endgültig verdampft. Ein sehr starken Wärmevektor (die vorgecrackte leichte Beschickung) wird ausgenutzt, um eine sehr schwere Beschickung wie zum Beispiel ein Vakuumgasöl oder -destillat mit einem großen Sicherheitsspielraum vollständig zu verdampfen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann unter Ausnutzung der Vorteile der beiden oben beschriebenen Vorrichtungen auch neben den eingangs aufgezählten Merkmalen folgendes umfassen:
- eine außerhalb des Ofens gelegene Mischzone zur Bildung eines Mischstromes mit mindestens einer Einlaßleitung für mindestens einen Teil des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Crackrohres für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen verbunden ist, und mit mindestens einer Einlaßleitung für den vorgeheizten und nicht vorgecrackten schweren Kohlenwasserstoffstrom, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Vorheizrohres für eine Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen verbunden ist,
- eine Trennzone zum Aufteilen der Mischung in eine Vielzahl von Einzelströmen, - Transportrohre zum Transport der Einzelströme von der Außenseite des Ofens zum Inneren der Strahlungszone, wobei diese Rohre stromaufwärts mit der Trennzone und stromabwärts mit Zirkulationsrohren für die Mischung in der Strahlungszone verbunden sind,
- eine Vielzahl von parallel angeordneten Zirkulationsrohren für die Einzelströme in der Strahlungszone für einen starken Temperaturanstieg der Mischung, und
- mindestens ein Crackrohr für die Mischung, das stromaufwärts mit mindestens einem der Zirkulationsrohre für die Einzelströme und stromabwärts mit Einrichtungen zum Abkühlen der beim Co-Cracken entstehenden Spaltgase verbunden ist.
In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrrichtungen können in der Strahlungszone des Ofens zwei oder mehrere Zirkulationsrohre mit mindestens einem Spaltrohr verbunden sein.
Mit Vorteil können die erfindungsgemäßen Vorrichtungen dadurch ausgebildet sein, daß außerhalb der Strahlungszone zwischen mindestens einem Crackrohr für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen zum Vorcracken derselben und der Einlaßleitung für mindestens einen Teil des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoff¬ stromes eine adiabatische Zone vorgesehen ist.
In Weiterbildung der Vorrichtungen können mehrere Spaltrohre mit einer Einrichtungen zum Abkühlen der beim Co-Cracken entstehenden Spaltgase verbunden sein.
Erfindungsgemäß kann bzw. können in der Vorrichtung das oder die Vorheizrohr(e) zum Vorheizen der Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen in der Konvektionszone innerhalb des Spaltofens mit dem oder den Crackrohr(en) zum Vorcracken der leichten Kohlenwasserstoffe in der Strahlungszone verbunden sein.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen eignen sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Figuren näher erläutert.
Hierzu zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Anlage zum Dampferacken gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine schematische Darstellung der wichtigsten Schritte des Verfahrens gemäß der Erfindung; Fig. 3 eine schematische Darstellung der verschiedenen Ausführungsformen von
Spaltrohrschlangen einer Anlage zum Dampferacken gemäß der Erfindung; Fig. 4 eine schematische Ansicht der Mischzone einer Anlage zum Dampferacken gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist sehr schematisch ein Ofen 10 zum Dampferacken von Kohlenwasser¬ stoffen dargestellt, der mittels Konvektion und Strahlung heizt und Vorheiz-, Zirkulations- und Spaltrohre oder Bündel von Vorheiz-, Zirkulations- und Spaltrohren für Kohlenwasserstoffe umfaßt, um diese vorzuheizen und thermisch zu cracken.
Der in Fig. 1 gezeigte Ofen 10 umfaßt einen ersten Teil A, in dem mittels Konvektion geheizt wird, und der mit einem zweiten Teil B in Verbindung steht, in dem mittels Strahlung geheizt wird. In dem Teil B des Ofens wird der sehr starke Wärmestrom im allgemeinen über Brenner (nicht dargestellt) zugeführt, deren Abgase anschließend im ersten Teil A des Ofens zirkulieren und für eine Heizung mittels Konvektion sorgen. Der in Fig. 1 gezeigte Ofen 10 kann durch eine spiegelsymmetrisch angeordnete und in Fig. 1 nicht dargestellte, aber angedeutete zweite Ofenhälfte ergänzt sein.
Der erste Teil A des Ofens (Konvektionszone) umfaßt ein oder mehrere Vorheizrohr(e) 4 für eine kohlenwasserstoffhaltige schwere Beschickung 2 und für Wasserdampf, wobei die Kohlenwassestoffe dieser Beschickung hauptsächlich mindestens drei Kohlenstoffatome aufweisen (beispielsweise ein Naphtha oder ein Gasöl).
Der Teil A des Ofens umfaßt außerdem ein oder mehrere Vorheizrohr(e) 3 für eine leichte Beschickung, die beispielsweise aus Ethan und Wasserdampf besteht, wobei diese Rohr(e) 3 in Fig. 1 gestrichelt dargestellt sind, um sie von den Rohren für die schwere Beschickung zu unterscheiden, in denen diese schwere Beschickung allein oder in Mischung fließt.
Die im ersten Teil A des Ofens vorgesehenen Rohre 3 sind mit Spaltrohren 5 im zweiten Teil B des Ofens (Strahlungszone) verbunden. Das stromabwärtige Ende der Rohre 5 ist mit einer Alterungszone 6 verbunden, die beispielsweise aus einem Rohr mit einer Länge zwischen 1 und 10 m besteht, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Endabschnittes der Rohre 5.
Bei Austritt aus der Alterungszone 6 werden die vorgecrackte leichte Beschickung (7) und die vorgeheizte und nicht vorgecrackte schwere Beschickung (8) vereinigt und in einer Mischzone mit Hilfe von Einlaßleitungen 7 bzw. 8 unter Bildung des Mischstromes 9 gemischt. Stromabwärts von der Mischzone kann die Mischung mit Hilfe einer Trennzone 11 in eine Vielzahl von Einzelströmen (12) unterteilt werden. Diese Ströme zirkulieren in den Beförderungsrohren 12 und werden in die Zirkulationsrohre 13 im Inneren der Strahlungszone B des Ofens 10 eingeleitet. Die Wärmezufuhr in der Strahlungszone B auf die Rohre 13 bewirkt die starke Temperaturerhöhung der Mischung über die anfänglichen Cracktemperaturen der beiden Beschickungen hinaus. Die Rohre 13 sind stromabwärts mit Spaltrohren 14 verbunden. Die Zirkulationsrohre 13 gehen dabei jeweils in Spaltrohre über. Bevorzugt münden mehrere Zirkulationsrohre 13 in einem Spaltrohr 14. Die Spaltrohre 14 und auch 5 können in der Strahlungszone B auf unterschiedliche (an sich bekannte) Art und Weise angeordnet sein. Insbesondere können mehrere Spaltrohre vereinigt sein.
Die Spaltgase des abschließend durchgeführten Co-Crackens werden dann im Quenchkühler 15, vorzugsweise in einem TLX-Wärmetauscher (Transfer Line eXchanger), abgekühlt.
Diese Vorrichtung zum Dampferacken funktioniert in folgender Weise:
Die leichte Beschickung (1), bei der der kohlenstoffhaltige Teil vorzugsweise aus Ethan besteht oder aus einer Mischung von Rückführungsethan und ungesättigten Rück¬ führungsfraktionen, die sich aus Kohlenwasserstoffen mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen zusammensetzen - beispielsweise eine Mischung aus 30 bis 70 % Ethan und zusätzlich einem ungesättigten rückgeführten C4-Schnitt - , wird am Punkt 1 eingeleitet. Diese Beschickung wird durch Zirkulation in den Vorheizrohren 3 (in einem oder mehreren parallelen Druchgängen) vorgeheizt bis zu einer Temperatur im Bereich zwischen 450°C und 680°C, vorzugsweise zwischen 500°C und 650°C, und zwar entweder auf eine Temperatur, die deutlich unter der anfänglichen Cracktemperatur liegt, oder beispielsweise auf 720°C, wenn diese Beschickung hauptsächlich C3- und C4-Kohlenwasserstoffen oder zu gleichen Anteilen Ethan und C3- und C4- Verbindungen enthält. Wenn zwei Fraktionen in gleicher Menge vorliegen, wird die anfängliche Cracktemperatur der schwereren Beschickung berücksichtigt.
Die leichte Beschickung verläßt die Konvektionszone A (nach dem Punkt O) ohne merklichen Beginn des Crackens. Sie wird in der Strahlungszone B durch Zirkulation in den Rohren 5 gecrackt bzw. gespalten bei einer Ausgangstemperatur (am Punkt I) im Bereich zwischen 780 und 920cC,vorzugsweise zwischen 800 und 900°C.
Wenn es sich bei der kohlenwasserstoffhaltigen Fraktion in der leichten Beschickung um Ethan handelt, läßt sich eine Umwandlung im Bereich zwischen 40 und 65 % , vorzugsweise zwischen 50 und 65 %, während des Vorcrackens erreichen, ohne daß dabei ein zu rasches Verkoken der Rohre 5 herbeigeführt wird. Die Umwandlung kann auch noch deutlich höher sein, wenn die Verdünnung der leichten Beschickung (Anteil an Wasserdampf) beachtlich ist. Die Verdünnung kann im Bereich zwischen 0,2 und 1,2 (20 bis 120 % der leichten Beschickung) variieren.
Wenn die leichte Beschickung größere Fraktionen an Kohlenwasserstoffen mit 4 oder 5 Kohlenstoffatomen enthält, wird das Ethan während des Vorcrackens vorzugsweise nur im Bereich zwischen 30 und 55 % und besonders bevorzugt im Bereich zwischen 35 und 50 % umgewandelt, um die 4 oder 5 Kohlenstoffatome enthaltenden Fraktionen während der letzten Phase des Co-Crackens nicht zu stark zu cracken.
Die Verdünnung (Verhältnis von Dampf zu kohlenwasserstoffhaltiger Fraktion in der Beschung) der leichten Beschickung liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 0,2 und 1 ,2 und vorzugsweise zwischen 0,25 und 1.
Am Ende des Vorcrackens wird die leichte Beschickung durch die im wesentlichen adiabatische Alterungszone 6 geleitet, wo zwischen den Punkten I und J eine leichte Abkühlung stattfindet, beispielsweise um 10 bis 50°C, infolge der Fortführung der Crackreaktionen.
Diese Alterungszone 6 ist im Falle des Einsatzes von Ethan besonders bedeutend, da mit ihr eine zusätzliche Umwandlung stattfinden kann, ohne daß dabei die Ausbeute wesentlich schlechter wird, und da der Gehalt an Crackradikalen vor der Mischzone verringert werden kann. Das Risiko eines vorzeitigen Crackens der Mischung wird dadurch einschränkt. Die Alterungszone 6 kann jedoch auch entfallen, insbesondere bei anderen leichten Beschickungen als Ethan.
Die vorgecrackte leichte Beschickung 7 wird nun mit der schweren Beschickung 8 gemischt, nachdem letztere in den Rohren 4 der Konvektionszone A vorgeheizt wurde.
Die Verdünnung der schweren Beschickung durch den Wasserdampf kann zwischen 0,05 und 1 , vorzugsweise zwischen 0,25 und 1 , variieren.
Im Punkt K, kurz vor der Mischzone, liegt die Vorheiztemperatur der schweren Beschickung im Bereich zwischen 300 und 650°C, vorzugsweise zwischen 450 und 650°C.
Im Punkt J, kurz vor der Mischzoπe, liegt die Temperatur der vorgecrackten leichten Beschickung im Bereich zwischen ihrer anfänglichen Cracktemperatur und 920°C, vorzugsweise zwischen 750 und 920CC.
Nach dem Mischen der beiden Beschickungen in der Mischzone unter Bildung des Mischstromes 9 ist die Temperatur der Mischung im Punkt L erfindungsgemäß niedriger als die anfänglichen Cracktemperaturen der beiden Beschickungen 1 und 2. Diese Mischung ist folglich wenig reaktionsfähig. Die Mischung kann daher problemlos in der Trennzone 11 aufgeteilt und von der Außenseite des Ofens 10 ins Innere der Strahlungszone B geleitet werden, ohne daß Probleme bezüglich eines vorzeitigen Crackens oder eines Verkokens der Leitungen befürchten werden müßten. Dieser Vorteil des Verfahrens ist ausschlaggebend, weil damit eine optimale Ausbeute beibehalten und ein Ungleichgewicht des stromabwärts ablaufenden Co-Crackens vermieden werden kann. Ein solches Ungleichgewicht könnte durch ein Verkoken dieser Leitungen verursacht werden, weil diese häufig Vorrichtungen zur Regulierung des Durchsatzes wie Düsen oder Venturi-Rohre enthalten, die insbesondere gegen ein Verkoken empfindlich sind.
Die Erfindung bietet außerdem noch weitere Vorteile:
1) Aufgrund ihres Vorcrackens und der bedeutenden Abkühlung während des Mischens ist die vorgecrackte und abgekühlte leichte Beschickung (abgekühlt um mehr als 60°C, vorzugsweise um mehr als 80°C und besonders bevorzugt um mindestens 100°C, in bezug auf die Temperatur beim Verlassen der Vorcrackzone (Punkt I)) wenig reaktionsfähig und verhält sich somit sehr ähnlich wie ein Verdünnungsmittel. Auf diese Weise läßt sich die schwere Beschickung in den Rohren 13 beachtlich über ihre anfängliche Cracktemperatur hinaus erhitzen, und zwar aufgrund des Effekts der zunehmenden Verdünnung, die der schweren Beschickung zugute kommt. Durch das Abkühlen der leichten Beschickung wird die Menge an Crackradikalen beachtlich eingeschränkt.
2) Weil die vorgecrackte leichte Beschickung durch die schwere, noch nicht gecrackte Beschickung stark verdünnt ist, ist ihre Neigung zum Verkoken aufgrund einer noch nicht gecrackten und folglich wenig verkokenden Beschickung herabgesetzt. Somit ist die Neigung zum Verkoken im Punkt L eindeutig schwächer als im Punkt I. Dadurch ist nun eine zusätzliche Umwandlung der leichten Beschickung während des abschließenden Co- Crackens möglich, ohne daß die Phänomene des Verkokens zu ausgeprägt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können mit dieser zusätzlichen Umwandlung Werte für die endgültige Umwandlung von Ethan im Bereich zwischen 70 % und 85 % erreicht werden, die mit den bekannten Verfahren nicht zu erreichen sind, ohne daß es zu Problemen bezüglich der Verkokung kommt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch ungesättigte Mischungen aus Ethan und C4-Kohlenwasserstoffen mit einer erhöhten Umwandlung (60 bis 80 % für das Ethan) und positiven Wirkungen bezüglich der Ausbeute des Crackens der ungesättigten Fraktionen gespalten werden, die von dem höheren Verhältnis von H zu C von Ethan profitieren.
Die typischen Temperaturen im Punkt L (Mischtemperatur) liegen im Bereich zwischen 400 und 710°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 600 und 700°C. Die sehr niedrigen Werte (400 bis 500°C) werden bei der abschließenden Verdampfung einer schweren Beschickung (Vakuumgasöle und -destillate) verwendet.
Das Co-Cracken erfolgt nach Erwärmung des Mischstromes 9 über die anfängliche Cracktemperatur hinaus in den Zirkulationsrohren 13 und insbesondere im Spaltrohr 14. Bei der in Fig. 1 gezeigten Variante sind vier parallele Zikulationsrohre 13 über den Sammelpunkt M mit einem Spaltrohr 14 verbunden. Die Steuerung der Verfahrenstemperaturen im Punkt I oder J (Vorcracken), L (Mischen), M und N (Co-Cracken) kann durch Verändern der Hitze der Brenner erfolgen und durch Verändern der jeweiligen Menge der Beschickung. Es kann auch beispielsweise im Punkt O und/oder im Punkt I oder J ein realtiv kaltes Fluid zugeführt werden (wie zum Beispiel Wasser oder wenig aufgeheizten Dampf), um beispielsweise die Temperatur im Punkt J zu steuern.
In Fig. 2 sind die wichtigsten, typischen Schritte des Verfahrens sowie die entsprechenden Temperaturen im Falle einer schweren Beschickung vom Typ Naphtha oder Gasöl dargestellt.
Die schwere Beschickung wird vorgeheizt (Schritt 16). Die leichte Beschickung wird vorgeheizt (Schritt 17), dann vorgecrackt (Schritt 18). Die zwei Beschickungen werden anschließend gemischt (Schritt 19). Schließlich wird die Mischung aufgeteilt und/oder in die Strahlungszone geleitet (Schritt 20), dann auf eine hohe Temperatur gebracht und gecrackt (Schritt 21).
In Fig. 3 sind verschiedene Geometrien für Spaltrohrschlangen 3-1 bis 3-6 dargestellt, die für das Vorcracken der leichten Beschickung und/oder für die starke Temperaturerhöhung der Mischung und das abschließende Co-Cracken verwendet werden können (Rohre 5, 13 und 14).
In Zusammenhang mit dieser Erfindung können auch die bekannten, herkömmlichen Rohrschlangen mit 1, 2, 4, 6 oder 8 Durchgängen (vertikalen Längen) oder sogenannte geteilte Rohrschlangen verwendet werden.
In Fig. 4 sind zwei Ausführungsbeispiele 4-1 und 4-2 der Mischzone dargestellt, wo die leichte Beschickung und die schwere Beschickung einer Mischvorrichtung mit einem ringförmigen Raum (entweder für die schwere, relativ kalte Beschickung, oder für die vorgecrackte leichte Beschickung) zugeführt werden, wobei der zweite Fall 4-2 bevorzugt wird, wenn die schwere Beschickung nicht ganz verdampft ist.
Die Erfindung ist auf diese Mischvorrichtungen und Typen von Rohrschlangen nicht begrenzt. Es können insbesondere alle Arten von Öfen (mit internem oder externem Übergangspunkt, mit innen oder außen angeordneter Mischzone), Rohrschlangen, Mischer, Verfahren zur Steuerung der Verfahrenstemperaur etc. verwendet werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Dampferacken von Kohlenwasserstoffen in einem Spaltofen (10) mit einer Konvektionszone (A) und einer Strahlungszone (B), wobei das Verfahren eine erste Stufe des Vorcrackens einer Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) und eine zweite Stufe des abschließenden Co-Crackens des Gemisches aus dieser vorgecrackten Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (7) und einer Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
a) Ein getrenntes Vorheizen der beiden Beschickungsströme (1, 2) in der Konvektionszone (A), wobei die Vorheiztemperatur jedes Beschickungs¬ stromes unterhalb jeweils der anfänglichen Spalttemperatur bleibt, b) das Vorcracken (5) der vorgeheizten leichten Kohlenwasserstoffe, c) das Mischen des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes (7) mit dem vorgeheizten und nicht vorgecrackten schweren Kohlenwasserstoffstrom (8) unter Bildung eines Mischstromes (9), d) ein starkes Aufheizen des Mischstromes (9) auf eine Temperatur, die höher ist als die anfängliche Spalttemperatur, indem die Mischung in die Strahlungszone (B) des Ofens (10) eingeleitet wird, e) das Durchführen eines abschließenden Co-Crackens in der Strahlungszone (B) des Ofens (10) und f) das Abkühlen (15) der beim Co-Cracken entstehenden Spaltgase außerhalb des Ofens (10).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte a) bis c) umfassen:
a) Ein getrenntes Vorheizen der beiden Beschickungsströme (1 , 2) in der Konvektionszone (A) auf Vorheiztemperaturen über 300°C, b) das Vorcracken (5) der vorgeheizten leichten Kohlenwasserstoffe bei einer Temperatur im Bereich zwischen 780 und 920°C, vorzugsweise zwischen 800 und 900βC, und c) das Mischen des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes (7) mit dem vorgeheizten und nicht vorgecrackten schweren Kohlenwasserstoffstrom (8) unter Bildung eines Mischstromes (9), wobei die Menge und die Temperatur jeder der beiden Ströme (7, 8) vor dem Mischen so festgelegt werden, daß die Temperatur des Mischstromes (9) höher als 400°C und niedriger als die anfängliche Spalttemperatur ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Mischen der Mischstrom (9) in eine Vielzahl von Einzelströmen (12) aufgeteilt wird, unmittelbar bevor diese Einzelströme (12) in die Strahlungszone (B) eingeleitet werden, um den Mischstrom (13) abrupt auf seine anfängliche Spalttemperatur zu bringen.
4. Verfahren nach Ansprüche 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischstrom (9) bei einer Temperatur, die niedriger ist als die anfängliche Spalttemperatur eines der beiden Beschickungsströme (7, 8), in die Einzelströmen (12) aufgeteilt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der kohlenwasserstoffhaltigen Fraktion in der Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) unter 50 %, vorzugsweise zwischen 4 und 45 %, besonders bevorzugt zwischen 5 und 35 %, der Gesamtmenge der kohlenwasserstoffhaltigen Fraktionen in beiden Beschickungen (1 , 2) liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenwasserstoffhaltige Fraktion in der Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) ein mittleres Molekulargewicht zwischen 25 und 60 besitzt und zum überwiegenden Teil aus Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenwasser¬ stoffhaltige Fraktion in der Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) im wesentlichen eine Mischung von Kohlenwasserstoffen der Gruppe umfaßt, die aus Ethan und den rückgeführten ungesättigten Fraktionen besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenwasserstoffhaltige Fraktion in der Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) zum überwiegenden Teil aus Ethan, vorzugsweise aus rückgeführtem Ethan, besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenwasserstoffhaltige Fraktion in der Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen (2) ein mittleres Molekulargewicht zwischen 70 und 500 besitzt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenwasserstoffhaltige Fraktion in der Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen (2) zum überwiegenden Teil aus schweren Fraktionen der Gruppe der Vakuumgasöle und -destillate besteht.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgecrackte leichte Kohlenwasserstoffstrom (7) in einer im wesentlichen adiabatischen Zone (6) einer leichten Alterung unterzogen wird, indem die Temperatur des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes (7) leicht, vorzugsweise um 10 bis 50°C, abgesenkt wird, bevor der vorgecrackte leichte Kohlenwasserstoffstrom (7) mit dem vorgeheizten schweren Kohlenwasserstoff¬ strom (8) gemischt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen und Mengen der beiden Kohlenwasserstoffströme (7, 8) vor dem Mischen so bestimmt werden, daß der vorgeheizte schwere Kohlenwasserstoff¬ strom (8) vor dem Vermischen nicht vollständig verdampft wird, sondern daß die vollständige Verdampfung dieses Stromes durch Mischen mit mindestens einem Teil des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes (7) erreicht wird.
13. Vorrichtung zum Dampferacken von Kohlenwasserstoffen, umfassend:
a) einen Spaltofen (10) mit einer Konvektionszone (A) und einer Strahlungszone (B), b) mindestens ein Vorheizrohr (3) für eine Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) in der Konvektionszone (A) zum Vorheizen dieser Beschickung, wobei dieses Rohr stromabwärts mit mindestens einem Crackrohr (5) für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) zum Vorcracken derselben in der Strahlungszone (B) verbunden ist und c) mindestens ein Vorheizrohr (4) für eine Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen (2) in der Konvektionszone (A) zum Vorheizen dieser Beschickung,
dadurch gekennzeichnet, daß sie auch folgendes umfaßt:
d) eine Mischzone zur Bildung eines Mischstromes (9) mit mindestens einer Einlaßleitung (7) für mindestens einen Teil des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Crackrohres (5) für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) verbunden ist, und mit mindestens einer Einlaßleitung (8) für den vorgeheizten und nicht vorgecrackten schweren Kohlenwasserstoffstrom, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Vorheizrohres (4) für eine Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen (2) verbunden ist, e) eine Trennzone (11) zum Aufteilen der Mischung in eine Vielzahl von Einzelströmen, f) eine Vielzahl von parallel angeordneten Zirkulationsrohren (13) für die Einzelströme in der Strahlungszone (B) für einen starken Temperaturanstieg der Mischung und g) mindestens ein Crackrohr (14) für die Mischung, das stromaufwärts mit mindestens einem der Zirkulationsrohre (13) für die Einzelströme und stromabwärts mit Einrichtungen (15) zum Abkühlen der Spaltgase verbunden ist.
14. Vorrichtung zum Dampferacken von Kohlenwasserstoffen, umfassend:
a) einen Spaltofen (10) mit einer Konvektionszone (A) und einer Strahlungszone (B), b) mindestens ein Vorheizrohr (3) für eine Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) in der Konvektionszone (A) zum Vorheizen dieser Beschickung, wobei dieses Rohr stromabwärts mit mindestens einem Crackrohr (5) für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) zum Vorcracken derselben in der Strahlungszone (B) verbunden ist und c) mindestens ein Vorheizrohr (4) für eine Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen (2) in der Konvektionszone (A) zum Vorheizen dieser Beschickung,
dadurch gekennzeichnet, daß sie auch folgendes umfaßt:
d) eine außerhalb des Ofens (10) gelegene Mischzone zur Bildung eines Mischstromes (9) mit mindestens einer Einlaßleitung (7) für mindestens einen Teil des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Crackrohres (5) für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) verbunden ist, und mit mindestens einer Einlaßleitung (8) für den vorgeheizten und nicht vorgecrackten schweren Kohlenwasserstoffstrom, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Vorheizrohres (4) für eine Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen (2) verbunden ist, e) mindestens ein Transportrohr (12) zum Transport der Mischung von der Außenseite des Ofens (10) zum Inneren der Strahlungszone (B), wobei dieses Rohr (12) stromaufwärts mit der Mischzone und stromabwärts mit mindestens einem Zirkulationsrohr (13) für die Mischung in der Strahlungszone (B) verbunden ist und f) Einrichtungen (15) zum Abkühlen der beim Co-Cracken entstehenden Spaltgase.
15. Vorrichtung zum Dampferacken von Kohlenwasserstoffen, umfassend:
a) einen Spaltofen (10) mit einer Konvektionszone (A) und einer Strahlungszone
(B), b) mindestens ein Vorheizrohr (3) für eine Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) in der Konvektionszone (A) zum Vorheizen dieser Beschickung, wobei dieses Rohr stromabwärts mit mindestens einem Crackrohr (5) für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) zum Vorcracken derselben in der Strahlungszone (B) verbunden ist und c) mindestens ein Vorheizrohr (4) für eine Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen (2) in der Konvektionszone (A) zum Vorheizen dieser Beschickung,
dadurch gekennzeichnet, daß sie auch folgendes umfaßt:
d) eine außerhalb des Ofens (10) gelegene Mischzone zur Bildung eines Mischstromes (9) mit mindestens einer Einlaßleitung (7) für mindestens einen Teil des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Crackrohres (5) für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) verbunden ist, und mit mindestens einer Einlaßleitung (8) für den vorgeheizten und nicht vorgecrackten schweren Kohlenwasserstoffstrom, die mit dem stromaufwärtigen Teil des Vorheizrohres (4) für eine Beschickung von schweren Kohlenwasserstoffen (2) verbunden ist, e) eine Trennzone (11) zum Aufteilen der Mischung in eine Vielzahl von Einzelströmen, f) Transportrohre (12) zum Transport der Einzelströme von der Außenseite des Ofens (10) zum Inneren der Strahlungszone (B), wobei diese Rohre (12) stromaufwärts mit der Trennzone (11) und stromabwärts mit Zirkulationsrohren (13) für die Mischung in der Strahlungszone (B) verbunden sind, g) eine Vielzahl von parallel angeordneten Zirkulationsrohren (13) für die Einzelströme in der Strahlungszone (B) für einen starken Temperaturanstieg der Mischung und h) mindestens ein Crackrohr (14) für die Mischung, das stromaufwärts mit mindestens einem der Zirkulationsrohre (13) für die Einzelströme und stromabwärts mit Einrichtungen (15) zum Abkühlen der beim Co-Cracken entstehenden Spaltgase verbunden ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strahlungszone (B) des Ofens (10) zwei oder mehrere Zirkulationsrohre (13) mit mindestens einem Spaltrohr (14) verbunden sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Strahlungszone (B) zwischen mindestens einem Crackrohr (5) für die Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) zum Vorcracken derselben und der Einlaßleitung (7) für mindestens einen Teil des vorgecrackten leichten Kohlenwasserstoffstromes eine adiabatische Zone (6) vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spaltrohre (14) mit einer Einrichtungen (15) zum Abkühlen der beim Co- Cracken entstehenden Spaltgase verbunden sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Vorheizrohr(e) (3) zum Vorheizen der Beschickung von leichten Kohlenwasserstoffen (1) in der Konvektionszone (A) innerhalb des Spaltofens (10) mit dem/den Crackrohr(en) (5) zum Vorcracken der leichten Kohlenwasserstoffe (1) in der Strahlungszone (B) verbunden ist/sind.
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