本申請是申請日為2013年1月27日、申請?zhí)枮?01380006609.3、發(fā)明名稱為“用于直接加工原油的整合的加氫處理和水蒸氣熱解方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。

相關申請

本申請要求2012年1月27日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/591,811的權益，所述申請的公開內(nèi)容以引用的方式整體并入本文。

發(fā)明背景

發(fā)明領域

本發(fā)明涉及一種用于直接加工原油以生產(chǎn)石油化學產(chǎn)品如烯烴和芳香族化合物的整合的加氫處理和水蒸氣熱解方法。

相關技術說明

低級烯烴(即，乙烯、丙烯、丁烯以及丁二烯)和芳香族化合物(即，苯、甲苯以及二甲苯)為石油化學和化學工業(yè)中廣泛使用的基本中間體。熱裂解或水蒸氣熱解為通常在存在水蒸氣的情況下并且在不存在氧的情況下用于形成這些材料的主要類型的方法。用于水蒸氣熱解的原料可以包括石油氣和餾出物如石腦油、煤油以及瓦斯油。這些原料的可獲得性通常是有限的并且需要原油精煉廠中的昂貴的且能量密集型的方法步驟。

已經(jīng)使用重質(zhì)烴作為水蒸氣熱解反應器的原料進行了研究。常規(guī)重質(zhì)烴熱解操作中的主要缺點為焦炭形成。例如，用于重質(zhì)液體烴的水蒸氣裂解方法公開于美國專利號4,217,204中，其中將熔鹽的霧狀物引入到水蒸氣裂解反應區(qū)中以試圖最小化焦炭形成。在使用具有3.1重量％的康拉遜殘?zhí)恐档陌⒗p質(zhì)原油的一個實例中，裂解設備能夠在存在熔鹽的情況下持續(xù)操作624小時。在不添加熔鹽的對比實例中，水蒸氣裂解反應器在僅5小時之后由于反應器中焦炭的形成而變得阻塞且不可操作。

此外，使用重質(zhì)烴作為水蒸氣熱解反應器的原料的烯烴和芳香族化合物的產(chǎn)率和分布不同于使用輕質(zhì)烴原料的那些。重質(zhì)烴具有比輕質(zhì)烴高的芳香族化合物含量，如由較高的美國礦務局關聯(lián)指數(shù)(bmci)所指示的。bmci是原料的芳香性的度量并且計算如下：

bmci＝87552/vapb+473.5*(sp.gr.)-456.8(1)

其中：

vapb＝以蘭氏度(degreesrankine)計的體積平均沸點，并且

sp.gr.＝原料的比重。

隨著bmci降低，乙烯產(chǎn)量預期增加。因此，對于水蒸氣熱解來說，高鏈烷烴或低芳香族化合物進料通常是優(yōu)選的，從而獲得較高產(chǎn)率的所需烯烴并且避免較高的不需要的產(chǎn)物和反應器盤管段中的焦炭形成。

水蒸氣裂解器中的絕對焦炭形成速率已由cai等人,“cokeformationinsteamcrackersforethyleneproduction,”chem.eng.&proc.,第41卷,(2002),199-214進行了報道。一般來說，絕對焦炭形成速率是按照烯烴>芳香族化合物>鏈烷烴的遞增順序，其中烯烴代表重質(zhì)烯烴。

為了能夠響應于對這些石油化學產(chǎn)品的增長的需求，能夠以較大量獲得的其它類型的進料如原油對于生產(chǎn)者來說具有吸引力。使用原油進料將最小化或消除精煉廠在這些石油化學產(chǎn)品的生產(chǎn)中出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象的可能性。

雖然水蒸氣熱解方法良好發(fā)展并且適合于其預定目的，但原料的選擇一直非常有限。

發(fā)明概述

本文的系統(tǒng)和方法提供一種與加氫加工區(qū)整合的水蒸氣熱解區(qū)以便允許直接加工原油原料來生產(chǎn)石油化學產(chǎn)品，包括烯烴和芳香族化合物。

提供一種用于直接加工原油的整合的加氫處理和水蒸氣熱解方法，以生產(chǎn)烯屬和芳香族石油化學產(chǎn)品。將原油和氫裝料至在有效于產(chǎn)生加氫加工的流出物的條件下操作的加氫加工區(qū)，所述加氫加工的流出物具有降低的污染物含量、增加的鏈烷烴含量、降低的美國礦務局關聯(lián)指數(shù)以及增加的美國石油學會比重。加氫加工的流出物在存在水蒸氣的情況下熱裂解以便產(chǎn)生混合的產(chǎn)物流，將所述產(chǎn)物流分離。將來自所述混合產(chǎn)物流的氫進行純化并且再循環(huán)至所述加氫加工區(qū)，并且從所述分離的混合產(chǎn)物流回收烯烴和芳香族化合物。

如本文所用，術語“原油”應被理解為包括來自常規(guī)來源的全原油、已經(jīng)經(jīng)歷一些預處理的原油。術語原油還將被理解為包括已經(jīng)經(jīng)受水-油分離和/或氣-油分離和/或脫鹽和/或穩(wěn)定化的原油。

在一些實施方案中，本發(fā)明涉及以下項目：

1.一種用于直接加工原油以生產(chǎn)烯屬和芳香族石油化學產(chǎn)品的整合的加氫處理和水蒸氣熱解方法，所述方法包括：

a.將所述原油和氫裝料至在有效于產(chǎn)生加氫加工的流出物的條件下操作的加氫加工區(qū)，所述加氫加工的流出物具有降低的污染物含量、增加的鏈烷烴含量、降低的美國礦務局關聯(lián)指數(shù)以及增加的美國石油學會比重；

b.使加氫加工的流出物在存在水蒸氣的情況下在水蒸氣熱解區(qū)中熱裂解以產(chǎn)生混合的產(chǎn)物流；

c.將所述熱裂解的混合產(chǎn)物流分離成氫、烯烴、芳香族化合物以及熱解燃料油；

d.純化在步驟(c)中回收的氫并且將它再循環(huán)至步驟(a)；

e.從所述分離的混合產(chǎn)物流回收烯烴和芳香族化合物；以及

f.從所述分離的混合產(chǎn)物流回收熱解燃料油。

2.如項目1所述的整合方法，其進一步包括將來自所述加氫加工區(qū)的所述加氫加工的流出物在加氫加工的流出物分離區(qū)中分離成重質(zhì)餾分和輕質(zhì)餾分，其中所述輕質(zhì)餾分是在步驟(b)中熱裂解的所述加氫加工的流出物，并且將所述重質(zhì)餾分與在步驟(f)中回收的熱解燃料油進行共混。

3.如項目2所述的整合方法，其中所述加氫加工的流出物分離區(qū)為閃蒸分離設備。

4.如項目2所述的整合方法，其中所述加氫加工的流出物分離區(qū)為用于分離蒸氣和液體的物理或機械設備。

5.如項目1所述的整合方法，其中：

步驟(c)包括

用多個壓縮級壓縮所述熱裂解的混合產(chǎn)物流；

使所述壓縮的熱裂解混合產(chǎn)物流經(jīng)受苛性堿處理以產(chǎn)生具有降低的硫化氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產(chǎn)物流；

壓縮所述具有降低的硫化氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產(chǎn)物流；

使所述壓縮的具有降低的硫化氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產(chǎn)物流脫水；

從所述脫水的壓縮的具有降低的硫化氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產(chǎn)物流回收氫；以及

從所述脫水的壓縮的具有降低的硫化氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產(chǎn)物流的剩余部分獲得如步驟(e)中的烯烴和芳香族化合物以及如步驟(f)中的熱解燃料油；

以及

步驟(d)包括純化從所述脫水的壓縮的具有降低的硫化氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產(chǎn)物流回收的氫以用于再循環(huán)至所述加氫加工區(qū)。

6.如項目5所述的整合方法，其中從所述脫水的壓縮的具有降低的硫化氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產(chǎn)物流回收氫進一步包括單獨地回收甲烷供用作所述熱裂解步驟中的燃燒器和/或加熱器的燃料。

7.如項目1所述的整合方法，其中所述熱裂解步驟包括在水蒸氣熱解區(qū)的對流段中加熱加氫加工的流出物，將所述加熱的加氫加工的流出物分離成蒸氣餾分和液體餾分，將所述蒸氣餾分傳遞至水蒸氣熱解區(qū)的熱解段，并且排出所述液體餾分。

8.如項目7所述的整合方法，其中將所述排出的液體餾分與步驟(f)中回收的熱解燃料油進行共混。

9.如項目6所述的整合方法，其中將所述加熱的加氫加工的流出物分離成蒸氣餾分和液體餾分是使用基于物理和機械分離的蒸氣-液體分離裝置。

10.如項目9所述的整合方法，其中所述蒸氣-液體分離裝置包括

具有進入部分和過渡部分的預旋轉(zhuǎn)元件，所述進入部分具有用于接收所述流動的流體混合物的入口和曲線形導管，

受控的旋流段，所述旋流段具有

通過所述曲線形導管和所述旋流段的會合點毗連至所述預旋轉(zhuǎn)元件的入口，

在所述旋流構件的上部端的提升管段，蒸氣通過所述提升管段；

以及

液體收集器/沉降段，液體通過所述液體收集器/沉降段。

11.如項目1所述的整合方法，其進一步包括：

在高壓分離器中分離所述加氫加工區(qū)反應器流出物以便回收被清潔并且再循環(huán)至所述加氫加工區(qū)作為另外的氫來源的氣體部分；和液體部分，以及

在低壓分離器中將來自所述高壓分離器的所述液體部分分離成氣體部分和液體部分，其中來自所述低壓分離器的所述液體部分是經(jīng)受熱裂解的所述加氫加工的流出物，并且來自所述低壓分離器的所述氣體部分在所述水蒸氣熱解區(qū)之后并且在步驟(c)中的分離之前與所述混合的產(chǎn)物流進行組合。

12.如項目2所述的整合方法，其進一步包括：

在高壓分離器中分離所述加氫加工區(qū)反應器流出物以便回收被清潔并且再循環(huán)至所述加氫加工區(qū)作為另外的氫來源的氣體部分；和液體部分，

在低壓分離器中將來自所述高壓分離器的所述液體部分分離成氣體部分和液體部分，其中來自所述低壓分離器的所述液體部分是經(jīng)受分離成輕質(zhì)餾分和重質(zhì)餾分的所述加氫加工的流出物，并且來自所述低壓分離器的所述氣體部分在所述水蒸氣熱解區(qū)之后并且在步驟(c)中的分離之前與所述混合的產(chǎn)物流進行組合。

本發(fā)明的方法的其它方面、實施方案以及優(yōu)點在以下詳細討論。此外，應理解前述信息與以下詳述都僅是各種方面和實施方案的說明性實例，并且旨在提供用于理解所要求保護的特征和實施方案的性質(zhì)和特性的概觀或框架。附圖是說明性的并且被提供來進一步理解本發(fā)明的方法的不同方面和實施方案。

附圖簡述

本發(fā)明將在以下并且參照附圖進行進一步詳細描述，其中：

圖1是本文所描述的整合方法的實施方案的方法流程圖；并且

圖2a至圖2c是按照本文所描述的整合方法中的水蒸氣熱解單元的某些實施方案中所使用的蒸氣-液體分離裝置的透視圖、俯視圖以及側視圖進行的示例性說明。

發(fā)明詳述

在圖1中示出包括整合的加氫加工和水蒸氣熱解方法和系統(tǒng)的方法流程圖。所述整合的系統(tǒng)總體上包括選擇性催化加氫加工區(qū)、任選的分離區(qū)20、水蒸氣熱解區(qū)30以及產(chǎn)物分離區(qū)。

選擇性加氫加工區(qū)包括具有入口的加氫加工反應區(qū)4，所述入口用于接收原油進料1與從水蒸氣熱解產(chǎn)物流再循環(huán)的氫2的混合物和在必要時補充氫。加氫加工反應區(qū)4進一步包括用于排出加氫加工的流出物5的出口。

來自所述一個或多個加氫加工反應器的反應器流出物5在熱交換器(未示出)中進行冷卻并且送至高壓分離器6。分離器頂部物7在胺單元12中進行清潔并且所得到的富含氫的氣體流13被傳遞至再循環(huán)壓縮機14以便在所述加氫加工反應器中用作再循環(huán)氣體15。來自高壓分離器6的呈大致上液相形式的底部物流8進行冷卻并且引入至低壓冷分離器9，在所述低壓冷分離器中所述底部物流被分離成氣體流和液體流10。來自低壓冷分離器的氣體包括氫、h2s、nh3以及任何輕質(zhì)烴如c1-c4烴。通常這些氣體被送去進一步加工如燃燒加工(flareprocessing)或燃料氣體加工。根據(jù)本文的某些實施方案，通過將包含氫、h2s、nh3以及任何輕質(zhì)烴如c1-c4烴的水蒸氣氣體流11與水蒸氣裂解器產(chǎn)物44進行組合來回收氫。液體流10的全部或一部分用作水蒸氣熱解區(qū)30的進料。

在某些實施方案中，采用任選的分離區(qū)20(如在圖1中用虛線所指示的)以便從低壓分離器9去除底部物流10的重質(zhì)尾部餾分，即液相加氫加工區(qū)流出物。分離區(qū)20總體上包括接收液體流10的入口、用于排出包含輕質(zhì)組分的輕質(zhì)餾分22的出口以及用于排出包含重質(zhì)組分的重質(zhì)餾分21的出口，所述重質(zhì)餾分可以與來自產(chǎn)物分離區(qū)70的熱解燃料油進行組合。在某些實施方案中，分離區(qū)20包括一個或多個閃蒸器。

在另外的實施方案中，分離區(qū)20包括旋流相分離裝置、或基于蒸氣和液體的物理或機械分離的其它分離裝置或基本上由其組成(即，在不存在閃蒸區(qū)的情況下操作)。蒸氣-液體分離裝置的一個實例通過并且參照圖2a至圖2c進行說明。蒸氣-液體分離裝置的類似安排還描述于美國專利公布號2011/0247500中，所述專利以引用的方式整體并入本文。在所述分離區(qū)包括基于蒸氣和液體的物理或機械分離的分離裝置或基本上由其組成的實施方案中，分餾點可以基于氣化溫度和進入裝置的材料的流體速度進行調(diào)整，例如，以便去除真空殘余物的范圍中的餾分。

水蒸氣熱解區(qū)30總體上包括對流段32和熱解段34，所述熱解段可以基于本領域已知的水蒸氣熱解單元操作來進行操作，即在存在水蒸氣的情況下將熱裂解進料裝料至所述對流段。此外，在如本文所描述的某些任選的實施方案中(如在圖1中用虛線所指示的)，蒸氣-液體分離段36包括在段32與段34之間。來自對流段32的加熱的水蒸氣裂解進料通過的蒸氣-液體分離段36可以是基于蒸氣和液體的物理或機械分離的分離裝置。

在一個實施方案中，蒸氣-液體分離裝置通過并且參照圖2a至圖2c進行說明。蒸氣-液體分離裝置的類似安排還描述于美國專利公布號2011/0247500中，所述專利以引用的方式整體并入本文。在這種裝置中，蒸氣和液體以旋流幾何形狀流動通過，由此所述裝置等溫地并且在非常低的停留時間下操作。一般來說，蒸氣以環(huán)形模式渦旋以產(chǎn)生力，其中較重的液滴和液體被捕獲并且引導穿過至液體出口作為燃料油38，例如，其被添加至熱解燃料油共混物，并且蒸氣被引導穿過蒸氣出口作為熱解段34的裝料37。氣化溫度和流體速度被改變以調(diào)整近似溫度分界點，例如在某些實施方案中與殘余燃料油共混物相容，例如約540℃。

淬火區(qū)40包括與水蒸氣熱解區(qū)30的出口處于流體連通的入口、用于容許淬火溶液42進入的入口、用于排出中間經(jīng)過淬火的混合的產(chǎn)物流44的出口以及用于排出淬火溶液46的出口。

一般來說，中間經(jīng)過淬火的混合的產(chǎn)物流44被轉(zhuǎn)化成中間產(chǎn)物流65和氫62，氫在本發(fā)明方法中進行純化并且在加氫加工反應區(qū)4中用作再循環(huán)氫氣流2。中間產(chǎn)物流65通常在分離區(qū)70中分餾成最終產(chǎn)物和殘余物，所述分離區(qū)可以為一個或多個分離單元，如多個分餾塔，包括脫乙烷塔，脫丙烷塔以及脫丁烷塔，例如如本領域的普通技術人員所已知的。例如，適合的設備描述于“ethylene,”ullmann’sencyclopediaofindustrialchemistry，第12卷，第531頁至581頁，具體地說圖24、圖25以及圖26中，所述文獻以引用的方式并入本文。

一般來說，產(chǎn)物分離區(qū)70包括與產(chǎn)物流65和多個產(chǎn)物出口73至78處于流體連通的入口，所述多個產(chǎn)物出口包括用于排出甲烷的出口78、用于排出乙烯的出口77、用于排出丙烯的出口76、用于排出丁二烯的出口75、用于排出混合的丁烯的出口74以及用于排出熱解汽油的出口73。此外，提供用于排出熱解燃料油71的出口。任選地，來自閃蒸區(qū)20的重質(zhì)餾分21和來自蒸氣-液體分離段36的燃料油部分38中的一者或兩者與熱解燃料油71相組合并且可被抽出作為熱解燃料油共混物72，例如，有待在非現(xiàn)場精煉廠中進行進一步加工的低硫燃料油共混物。應注意，雖然示出了六個產(chǎn)品出口，可以取決于(例如)所采用的分離單元的安排以及產(chǎn)量和分布要求而提供更少或更多產(chǎn)品出口。

在采用圖1中所示的安排的方法的實施方案中，原油原料1與有效量的氫2和15進行混合并且混合物3在300℃至450℃范圍中的溫度下裝料至選擇性加氫加工反應區(qū)4的入口。在某些實施方案中，加氫加工反應區(qū)4包括如共同擁有的美國專利公布號2011/0083996和pct專利申請公布號wo2010/009077、wo2010/009082、wo2010/009089以及wo2009/073436中描述的一個或多個單元操作，所述專利全部以引用的方式整體并入本文。例如，加氫加工區(qū)可以包括含有有效量的加氫脫金屬催化劑的一個或多個床，和含有有效量的具有加氫脫芳構化、加氫脫氮、加氫脫硫和/或加氫裂解功能的加氫加工催化劑的一個或多個床。在另外的實施方案中，加氫加工反應區(qū)4包括多于兩個催化劑床。在其它實施方案中，加氫加工反應區(qū)4包括各自含有一個或多個(例如)不同功能的催化劑床的多個反應容器。

加氫加工反應區(qū)4在有效于使原油原料加氫脫金屬、加氫脫芳構化、加氫脫氮、加氫脫硫和/或加氫裂解的參數(shù)下操作。在某些實施方案中，使用以下條件進行加氫加工：在300℃至450℃范圍中的操作溫度；在30巴至180巴范圍中的操作壓力；以及在0.1h^-1至10h^-1范圍中的液時空速。值得注意的是，證明了使用原油作為加氫加工區(qū)中的原料的優(yōu)點，例如，如與常壓殘余物所采用的相同加氫加工單元操作相比。例如，在370℃至375℃范圍中的起始或運行溫度下，失活速率為約1℃/月。相比之下，如果殘余物待被加工，則失活速率將更接近約3℃/月至約4℃/月。常壓殘余物的處理通常采用約200巴的壓力，而處理原油的本發(fā)明的方法可在低至100巴的壓力下操作。另外，為了實現(xiàn)進料的氫含量的增加所需的高水平飽和度，當與常壓殘余物相比時這種方法可在高通量下操作。lhsv可以高達0.5，而常壓殘余物的lhsv通常為0.25。出人意料的發(fā)現(xiàn)是，當加工原油時失活速率的方向與通常所觀察到的方向相反。在低通量(0.25hr^-1)下的失活為4.2℃/月并且在更高通量(0.5hr^-1)下的失活為2.0℃/月。使用在工業(yè)中所考慮的每種進料，觀察到相反的情況。這可能是歸因于催化劑的洗滌作用。

來自加氫加工區(qū)4的反應器流出物5在交換器(未示出)中進行冷卻并且送至高壓冷或熱分離器6。分離器頂部物7在胺單元12中進行清潔并且所得到的富含氫的氣體流13被傳遞至再循環(huán)壓縮機14以便在加氫加工反應區(qū)4中用作再循環(huán)氣體15。呈大致上液相的來自高壓分離器6的分離器底部物8進行冷卻并且然后引入至低壓冷分離器9。包含氫、h2s、nh3以及任何輕質(zhì)烴(其可以包括c1-c4烴)的剩余氣體流11可常規(guī)地從低壓冷分離器吹掃出并且送去進一步加工，如燃燒加工或燃料氣體加工。在本發(fā)明的方法的某些實施方案中，通過將流11(如由虛線所指示)與來自水蒸氣裂解器產(chǎn)物的裂解氣體流44組合來回收氫。來自低壓分離器9的底部物10被任選地送至分離區(qū)20或直接傳遞至水蒸氣熱解區(qū)30。

加氫加工的流出物10包含降低的污染物(即，金屬、硫以及氮)含量、增加的鏈烷烴含量、降低的bmci、以及增加的美國石油學會(api)比重。加氫加工的流出物10被任選地輸送至分離區(qū)20以去除重質(zhì)尾部餾分作為底部物流21并且提供剩余的更輕截餾分作為熱解進料22。在未使用分離區(qū)20的某些實施方案中，加氫處理的流出物10用作熱解進料流，而無需分離底部物。

例如具有對應于進料的初始沸點和在約370℃至約600℃范圍中的最終沸點的熱解進料流在存在有效量的水蒸氣(例如經(jīng)由水蒸氣入口容許進入的)的情況下被輸送至對流段32的入口。在對流段32中，混合物被加熱至預定溫度，例如，使用一個或多個廢熱流或其它適合的加熱安排。熱解進料流與另外水蒸氣的經(jīng)過加熱的混合物被傳遞至熱解段34以便產(chǎn)生混合的產(chǎn)物流39。在某些實施方案中，使來自段32的加熱的混合物通過蒸氣-液體分離段36，其中部分38被排出作為適合于與熱解燃料油71共混的燃料油組分。

水蒸氣熱解區(qū)30在有效于使餾分22(或未采用分離區(qū)20的實施方案中的流出物10)裂解成所需產(chǎn)物(包括乙烯、丙烯、丁二烯、混合的丁烯和熱解汽油)的參數(shù)下操作。在某些實施方案中，使用以下條件進行熱解段中的水蒸氣裂解：對流段中和熱解段中400℃至900℃范圍中的溫度；對流段中0.3:1至2:1范圍的水蒸氣與烴比例；以及對流段中和熱解段中0.05秒至2秒范圍中的停留時間。

在某些實施方案中，蒸氣-液體分離段36包括一個或多個如圖2a至2c中所示的蒸氣液體分離裝置80。蒸氣液體分離裝置80是操作經(jīng)濟的并且無需維護的，因為它不需要電力或化學供應。一般來說，裝置80包括三個端口，包括用于接收蒸氣-液體混合物的入口端口、分別用于排出和收集所分離的蒸氣和液體的蒸氣出口端口和液體出口端口。裝置80基于以下現(xiàn)象的組合進行操作，包括進入的混合物的線速度通過全局流動預旋轉(zhuǎn)段轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)速度、用于使蒸氣與液體(殘余物)預分離的受控離心作用、以及用于促進蒸氣與液體(殘余物)的分離的旋流作用。為了獲得這些作用，裝置80包括預旋轉(zhuǎn)段88、受控的旋流垂直段90以及液體收集器/沉降段92。

如圖2b中所示，預旋轉(zhuǎn)段88包括在截面(s1)與截面(s2)之間的受控的預旋轉(zhuǎn)元件和與受控的旋流垂直段90連接并且位于截面(s2)與截面(s3)之間的連接元件。來自具有直徑(d1)的入口82的蒸氣液體混合物在截面(s1)處切向進入設備。根據(jù)以下等式，進入流的進入段(s1)的面積為入口82的面積的至少10％：

預旋轉(zhuǎn)元件88界定曲線流動路徑并且其特征為從入口截面s1至出口截面s2恒定的、減少的或增加的截面。受控的預旋轉(zhuǎn)元件的出口截面(s2)與入口截面(s1)之間的比例在某些實施方案中在0.7≤s2/s1≤1.4的范圍中。

混合物的旋轉(zhuǎn)速度取決于預旋轉(zhuǎn)元件88的中心線的曲率半徑(r1)，其中所述中心線被定義為連結預旋轉(zhuǎn)元件88的連續(xù)截面表面的所有中心點的曲線線條。在某些實施方案中，曲率半徑(r1)在2≤r1/d1≤6的范圍中，其中開口角在150°≤αr1≤250°的范圍中。

雖然被描繪為總體上正方形的，但入口段s1處的截面形狀可以為矩形、圓角矩形、圓形、橢圓形、或其它直線形、曲線形或上述形狀的組合。在某些實施方案中，沿流體通過的預旋轉(zhuǎn)元件38的曲線路徑的截面的形狀(例如)從總體上正方形形狀漸進地變化至矩形形狀。元件88的截面漸進地變化成矩形形狀有利地使開口面積最大化，從而允許氣體在早期階段與液體混合物分離并且得到均勻的速度分布，并且使流體流動中的剪切應力最小化。

來自受控的預旋轉(zhuǎn)元件88的流體流從截面(s2)經(jīng)過段(s3)通過所述連接元件到達受控的旋流垂直段90。所述連接元件包括為打開的并且連接至受控的旋流垂直段90中的入口或與其成整體的開口區(qū)域。流體流在高旋轉(zhuǎn)速度下進入受控的旋流垂直段90以產(chǎn)生旋流作用。連接元件出口截面(s3)與入口截面(s2)之間的比例在某些實施方案中在2≤s3/s1≤5的范圍中。

混合物在高旋轉(zhuǎn)速度下進入旋流垂直段90。動能減小并且蒸氣在旋流作用下與液體分離。旋流在旋流垂直段90的上部水平90a和下部水平90b中形成。在上部水平90a中，混合物以高蒸氣濃度為特征，而在下部水平90b中，混合物以高液體濃度為特征。

在某些實施方案中，旋流垂直段90的內(nèi)徑d2在2≤d2/d1≤5的范圍內(nèi)并且沿其高度可為恒定的，上部部分90a的長度(lu)在1.2≤lu/d2≤3的范圍內(nèi)，并且下部部分90b的長度(ll)在2≤ll/d2≤5的范圍內(nèi)。

旋流垂直段90的接近蒸氣出口84的末端連接至部分打開的釋放提升管并且連接至水蒸氣熱解單元的熱解段。部分打開的釋放提升管的直徑(dv)在某些實施方案中在0.05≤dv/d2≤0.4的范圍中。

因此，在某些實施方案中，并且取決于進入的混合物的特性，其中的大體積分數(shù)的蒸氣通過具有直徑dv的部分打開的釋放管從出口84離開裝置80。具有低的蒸氣濃度或不存在蒸氣濃度的液相(例如，殘余物)通過旋流垂直段90的具有截面區(qū)域s4的底部部分離開，并且收集在液體收集器和沉降管92中。

旋流垂直段90與液體收集器和沉降管92之間的連接區(qū)域在某些實施方案中具有90°的角度。在某些實施方案中，液體收集器和沉降管92的內(nèi)徑在2≤d3/d1≤4的范圍中并且為跨管道長度恒定的，并且液體收集器和沉降管92的長度(lh)在1.2≤lh/d3≤5的范圍中。具有低蒸氣體積分數(shù)的液體通過具有直徑dl并且位于所述沉降管的底部或接近其底部處的管道86從設備去除，所述直徑dl在某些實施方案中在0.05≤dl/d3≤0.4的范圍中。

雖然各種構件分開地進行了描述并且具有單獨的部分，但本領域的普通技術人員應理解，設備80可形成為一個整體結構，例如，它可以是澆鑄的或模制的，或它可以從單獨的零件進行組裝，例如，通過焊接或以另外的方式將單獨的部件附接在一起，所述零件可能或可能不精確地對應于本文所描述的構件和部分。

應理解雖然各種尺寸被作為直徑列出，但這些值在所述部件零件不為圓柱形的實施方案中也可以是等效直徑。

混合的產(chǎn)物流39被傳遞至淬火區(qū)40的入口，其中淬火溶液42(例如，水和/或熱解燃料油)經(jīng)由單獨的入口引入，以產(chǎn)生具有降低的溫度(例如約300℃)的中間經(jīng)過淬火的混合產(chǎn)物流44，并且廢淬火溶液46被排出。來自裂解器的氣體混合物流出物39通常是氫、甲烷、烴、二氧化碳以及硫化氫的混合物。在用水或油淬火冷卻后，混合物44在多級壓縮機區(qū)51中(通常4至6級中)進行壓縮以產(chǎn)生壓縮的氣體混合物52。壓縮的氣體混合物52在苛性堿處理單元53中進行處理以產(chǎn)生耗盡硫化氫和二氧化碳的氣體混合物54。氣體混合物54在壓縮機區(qū)55中進一步壓縮，并且所得到的裂解氣體56通常在單元57中經(jīng)受低溫處理以便脫水，并且通過使用分子篩進行進一步干燥。

來自單元57的冷的裂解氣體流58被傳遞至脫甲烷塔59，從該塔產(chǎn)生含有來自所述裂解氣體流的氫和甲烷的塔頂物流60。來自脫甲烷塔59的底部物流65然后被送去在產(chǎn)物分離區(qū)70進一步加工，所述產(chǎn)物分離區(qū)包括多個分餾塔，包括脫乙烷塔、脫丙烷塔以及脫丁烷塔。還可以采用具有不同順序的脫甲烷塔、脫乙烷塔、脫丙烷塔以及脫丁烷塔的工藝配置。

根據(jù)本文的方法，在脫甲烷塔59處與甲烷分離和在單元61中氫回收之后，獲得具有通常80體積％-95體積％的純度的氫62。單元61中的回收方法包括低溫回收(例如，在約-157℃的溫度下)。氫氣流62然后被傳遞至氫純化單元64，如變壓吸附(psa)單元，以獲得具有99.9％+純度的氫氣流2；或膜分離單元，以獲得具有約95％純度的氫氣流2。純化的氫氣流2然后再循環(huán)回來以用作加氫加工區(qū)的必需氫的主要部分。此外，小比例可以用于乙炔、丙炔以及丙二烯的氫化反應(未示出)。此外，根據(jù)本文的方法，甲烷流63可以任選地再循環(huán)至水蒸氣裂解器中以便用作燃燒器和/或加熱器的燃料。

來自脫甲烷塔59的底部物流65被輸送至產(chǎn)物分離區(qū)70的入口以便被分離成分別經(jīng)由出口78、77、76、75、74以及73排出的甲烷、乙烯、丙烯、丁二烯、混合的丁烯以及熱解汽油。熱解汽油通常包含c5-c9烴，并且可以從這種截餾分提取苯、甲苯以及二甲苯。任選地，來自閃蒸區(qū)20的未氣化的重質(zhì)液體餾分21和來自蒸氣-液體分離段36的排出部分38中的一者或兩者與熱解燃料油71(例如，在高于最低沸點c10化合物的沸點的溫度下沸騰的材料，被稱為“c10+”流)組合，并且混合流可被抽出作為熱解燃料油共混物72(例如，低硫燃料油共混物)以便在非現(xiàn)場精煉廠進行進一步加工。

在某些實施方案中，選擇性加氫加工或加氫處理方法可以通過芳香族化合物(尤其是聚芳香族化合物)的飽和、接著溫和的加氫裂解來增加原料的鏈烷烴含量(或降低bmci)。當加氫處理原油時，污染物如金屬、硫以及氮可以通過使原料通過一系列執(zhí)行脫金屬化、脫硫和/或脫氮的催化功能的層狀催化劑去除。

在一個實施方案中，用于進行加氫脫金屬化(hdm)和加氫脫硫(hds)的催化劑的順序是如下：

a.加氫脫金屬化催化劑。hdm段中的催化劑一般是基于λ氧化鋁載體，具有約140-240m²/g的表面積。這種催化劑被最佳描述為具有非常高的孔隙體積，例如，超過1cm³/g?？紫洞笮”旧硗ǔＶ饕谴罂椎?。要求這一點以提供催化劑表面和任選的摻雜劑上的金屬攝取的大容量。通常催化劑表面上的活性金屬為按照比例ni/ni+mo<0.15的鎳和鉬的硫化物。鎳的濃度在hdm催化劑上比其它催化劑低，因為一些鎳和釩預期在去除過程中從原料本身沉積，從而充當催化劑。所使用的摻雜劑可以為一種或多種磷(參見，例如，美國專利公布號us2005/0211603，其以引用的方式并入本文)、硼、硅以及鹵素。催化劑可以是呈氧化鋁擠出物或氧化鋁珠粒的形式。在某些實施方案中，氧化鋁珠粒用于在金屬攝取在床的頂部處將在30％至100％的范圍時促進反應器中的催化劑hdm床的卸載。

b.中間催化劑也可以用于進行hdm與hds功能之間的過渡。它具有中間金屬負載和孔隙大小分布。hdm/hds反應器中的催化劑基本上為呈擠出物形式的基于氧化鋁的載體，任選地存在來自第vi族的至少一種催化金屬(例如，鉬和/或鎢)，和/或來自第viii族的至少一種催化金屬(例如，鎳和/或鈷)。所述催化劑還任選地包含至少一種選自硼、磷、鹵素以及硅的摻雜劑。物理特性包括約140-200m²/g的表面積，至少0.6cm³/g的孔隙體積和為中孔并且在12至50nm范圍中的孔。

c.hds段中的催化劑可包括具有基于γ氧化鋁的載體材料的那些，具有朝向hdm范圍的較高端的典型表面積，例如約180-240m²/g的范圍。hds的這種所需的更高表面產(chǎn)生相對較小的孔隙體積，例如，低于1cm³/g。所述催化劑包含至少一種來自第vi族的元素(如鉬)和至少一種來自第viii族的元素(如鎳)。所述催化劑還包含至少一種選自硼、磷、硅以及鹵素的摻雜劑。在某些實施方案中，鈷用于提供相對較高水平的脫硫?；钚韵嗟慕饘儇撦d為較高的，因為所需活性較高，這樣使得ni/ni+mo的摩爾比在0.1至0.3的范圍中，并且(co+ni)/mo摩爾比在0.25至0.85的范圍中。

d.最終催化劑(其可任選地替代第二和第三催化劑)被設計來進行原料的氫化(而不是加氫脫硫的主要功能)，例如如appl.catal.ageneral,204(2000)251中所描述。所述催化劑也將通過ni促進并且載體將是大孔γ氧化鋁。物理特性包括朝向hdm范圍的較高端的表面積，例如180-240m²/ggr。hds的這種所需的更高表面產(chǎn)生相對較小的孔隙體積，例如，低于1cm³/g。

對比實施例如以下表1和表2中所示的進行。常壓殘余物用作加氫加工單元的原料。原始原油進行蒸餾以產(chǎn)生輕質(zhì)石腦油餾分、重質(zhì)石腦油餾分、煤油餾分、柴油餾分以及在370℃以上沸騰的常壓殘余物餾分。常壓殘余物餾分進行加氫處理以產(chǎn)生含有輕質(zhì)石腦油餾分、重質(zhì)石腦油餾分、煤油餾分、柴油餾分、在370℃以上沸騰的常壓殘余物餾分以及在540℃以上沸騰的真空殘余物餾分的加氫處理的流出物。不包括真空殘余物餾分的加氫處理的流出物被傳遞至水蒸氣熱解反應器以產(chǎn)生乙烯。來自原始原油的乙烯產(chǎn)率為6.5wt％，或來自水蒸氣熱解的進料的乙烯產(chǎn)率為21.6wt％。

在另一種操作中，根據(jù)相對于圖1所描述的方法加工整個原油原料。產(chǎn)生含有以下的加氫處理的流出物：輕質(zhì)石腦油餾分、重質(zhì)石腦油餾分、煤油餾分、柴油餾分、在370℃與540℃之間沸騰的瓦斯油餾分和在540℃以上沸騰的真空殘余物餾分。不包括減壓殘余物餾分的加氫處理的流出物被傳遞至水蒸氣熱解反應器以產(chǎn)生乙烯。乙烯產(chǎn)率基于全原油進料的質(zhì)量為19.1wt％，或基于水蒸氣熱解區(qū)的進料的質(zhì)量為23.3wt％。這種方法中基于作為原料的全原油的乙烯產(chǎn)率是使用常壓殘余物作為水蒸氣熱解區(qū)的進料的方法的產(chǎn)率的約3倍。

如以下表2中所示，加工全原油而不是常壓殘余物的另外優(yōu)點包括顯著降低的氫消耗、基于原料的更高乙烯產(chǎn)物產(chǎn)率以及最小化的總體加工和資本投資成本。

本文的方法和系統(tǒng)提供優(yōu)于已知的水蒸氣熱解裂解方法的改進：

使用原油作為原料以產(chǎn)生石油化學產(chǎn)品如烯烴和芳香族化合物；

水蒸氣熱解區(qū)的進料的氫含量針對高產(chǎn)率的烯烴進行富集；

在某些實施方案中，焦炭前體從初始全原油顯著去除，這允許輻射盤管中減少的焦炭形成；以及

另外雜質(zhì)如金屬、硫以及氮化合物也從起始進料顯著去除，這避免了最終產(chǎn)物的后處理。

此外，從水蒸氣裂解區(qū)產(chǎn)生的氫再循環(huán)至加氫加工區(qū)，以最小化對新鮮氫的需求。在某些實施方案中，本文所描述的整合的系統(tǒng)僅需要新鮮氫來啟動操作。一旦反應達到平衡，氫純化系統(tǒng)可提供足夠的高純度氫氣，以維持整個系統(tǒng)的操作。

在以上和所附附圖中已描述了本發(fā)明的方法和系統(tǒng)；然而，修改對于本領域的普通技術人員來說將是清楚的，并且本發(fā)明的保護范圍將由以下權利要求書所限定。