[发明专利]在蒸发重质烃过程中抑制焦质形成的方法

说明书

本发明是关于在将原油原料热裂化或水蒸汽裂化成烯烃和其它石油化学品之前使其进行蒸发的方法。更具体地讲，本发明是关于在常规管式（水蒸汽）裂化或热解炉的对流部分中，以一步或多步，将真空瓦斯油沸程或更高沸程的原料进行预加热。

过去，烯烃的制备，特别是乙烯的制备是将原油烃原料热裂化，然后在如输送线换热器中快速骤冷裂化流出物。在前二十年左右，人们开始倾向于使用比曾经广泛使用的乙烷或石脑油原料更重质的原料。但是，使用这种重质原料和真空瓦斯油和沸点更高的原料如初沸点高于230℃的重残油馏分会产生许多操作问题，最主要的问题之一是形成焦质。一向是必须将重质油或任何液态烃原料预热到约600℃的反应入料温度。惯常的情况是，重质烃原料的预热是在普通管式热解或热裂化炉的对流部分中将其加热到约200℃-260℃，或者在间接式换热器中将其加热至约225℃-260℃。然后，将此加热的液体与过热水蒸汽混合，并在外面进行闪蒸，即在对流部分的外部，从而使380℃的蒸发混合物闪蒸并升温到600℃;或者将该液体与汽相分离，并通过与过水热蒸汽或水蒸汽与汽相原料的预热混合物相接触在闪蒸器中进行外部蒸发。这种外部闪蒸法已经被用来防止对流部分结焦，在美国专利3，617，493、3，718，709和4，264，432中有详细介绍。

美国专利4，264，432专门介绍了预加热烃原料与过热水蒸汽外部混合，然后闪蒸的方法。

美国专利3，617，493公开了用于原油原料的外部蒸发器的应用，并提到塔顶蒸汽是石脑油时采用第一次闪蒸，和塔顶蒸汽是沸点为230℃-600℃的瓦斯油时采用第二次闪蒸。排出残留液体，用水蒸汽汽提，并用作为燃料。

美国专利3，718，709公开了一种热解方法，该方法旨在减少在辐射加热炉管中的焦质沉积。该专利专门讨论了用过热水蒸汽将重质油预热至约50%的汽化程度，并在约300℃-450℃温度下分离开残留液体。在该专利的第三栏6-9行叙述：“进料组成（水蒸汽：烃）的比例保持在0.5-5.0的限度内，以避免在炉管中沉积焦质”。

但是，如上述三份美国专利所提出的通过外部闪蒸解决形成焦质和焦质沉积问题的方法，成本非常高，因为需要增加设备和管道的成本，且这些设备和管道必须用昂贵的合金材料制造。另外，由于难以控制热蒸汽流和液体流的流量，热解炉中所用的每组辐射加热管可能都必须配备单独的混合闪蒸器系统。对于炉内装有多组辐射管的情况而言，每个炉的投资成本提高了。

然而，本发明提供了不同于外部闪蒸法的经济实用的设备和方法以避免对流部分结焦。这种方法不必增加设备和管道成本，也不会出现在闪蒸器设计中固有的死空间，这种死空间会大大增加形成焦质的量。并且一旦形成，这种焦油状物质就很难从内蒸器中除去和清除。

本发明的优越性是这样实现的，即在对流部分使用很少量的氢以抑制在那里进行预热的烃发生聚合反应，从而抑制了由这种聚合反应而在对流管中形成焦质。这种焦质的形成不仅限制了对流部分的传热，而且加大了整个体系统的压力降。压力降的加大可使炉过早停工并伴随着降低产量，从而降低了炉生产的盈利性。

在原油（重质）原料的预热中，在对流部分使用很少量的氢不应误解成加氢、加氢裂化或其它下游反应，在这些反应中要用大量氢，并使用或不用催化剂以促使原料热解裂化成低分子量烃和/或去除存在于原料中的硫、氮、沥青质和金属如Ni、V、Na、Fe和Cu和/或氢化存在于原料中的芳族组分。

例如美国专利3，842，138、3，898，299、3，907，920、3，919，074和4，285，804都公开了使用大量过量氢进行上述过程。

美国专利3，842，138公开了在压力和过量氢存在下热裂化烃的方法。过量氢用流体中氢的摩尔浓度表示，至少为20%，压力为5-70巴，温度高于625℃，滞留时间短于0.5秒。

美国专利3，898，299报道了烯烃制备的两步法，其中将残留油原料先经过催化加氢，然后将从加氢产物分离出的液相馏出物热裂化。该文公开了过量氢是送入加氢区的残油原料的约5-10倍摩尔量。

美国专利3，907，920公开了另外一种制备乙烯的两步法，该方法包括联合加氢-热解-裂化法，其中所谓加氢热解过程中氢与烃油的摩尔比约为3/1至30/1。

美国专利3，919，074讨论了烃类黑油转化成烃馏出物的方法，其中氢与墨油进料用压缩法共混，氢用量通常小于约20，000    SCFB（标准立方英尺/桶），最好约为1，000-10，000    SCFB。