CN102428161A - 用烟道气冷却器预热进料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

催化反应器的烃进料可与来自催化剂再生器的烟道气热交换。该革新能从烟道气中回收更多能量，因此导致较低的烟道气排出温度。因此，惯常用于预热烃进料的其它热烃料料流现在可用于产生更多的高压蒸汽。

Description

用烟道气冷却器预热进料的方法和设备
发明领域
本发明的领域是从催化剂再生器排出的烟道气中回收热。
发明背景
许多烃方法包括与再生器精密联合的反应器，其后是下游烃产物分离。烃进料在反应器中接触催化剂以将烃转化成理想的产物。在该方法中，催化剂倾向于将焦炭聚集在其上，在再生器中被烧掉。
在一种这类方法，流化床催化裂化(FCC)中，再生器中的燃烧热通常产生温度为677-788℃(1250-1450°F)且压力为138-276kPa(20-40psig)的烟道气。尽管压力较低，但是来自再生器的极高温度、高体积的烟道气含有足够的能量以保证经济回收。
为从烟道气料流中回收能量，可将烟道气供入电力回收装置中。电力回收联动装置可包括几种装置，例如膨胀涡轮、再生器、鼓风机、齿轮减速器和排出蒸汽涡轮。烟道气的能量通过膨胀器的叶片转移至连接在主鼓风机上的转子以产生用于再生器的燃烧空气，和/或连接在再生器上的转子以产生电力。由于在膨胀涡轮上138-207kPa(20-30psi)的压降，烟道气通常以125-167℃(225-300°F)的温降排出。烟道气可达到烟道气蒸汽发生器用于进一步能量回收并冷却烟道气。
用于FCC装置的典型烟道气蒸汽发生器含有三个旋管，即用于将锅炉进料水预热的省热器、用于产生高压蒸汽的蒸发器和用于将高压蒸汽加热成过热蒸汽的过热器。在除去细料以后，然后可将冷却的烟道气排到烟囱中。
较低的烟道气排出温度表明来自烟道气的较大热回收。然而，最小烟道气排出温度受硫酸露点限制。对于烟道气，需要露点以上充分的温度接近以避免烟囱中硫酸冷凝，该冷凝可导致烟囱附近的硫酸沉淀。
在FCC装置中，烃进料如减压瓦斯油(VGO)通常通过与主分馏塔周围的淤浆油泵间接热交换而预热。主分馏塔接收热FCC产物。进料与周围淤浆油泵热交换有助于冷却FCC产物。
需要改进从催化剂再生器烟道气中的热回收。
发明概述
我们发现催化剂再生器烟道气是用于与烃进料间接热交换的优异材料。我们已发现离开与进料热交换的FCC烟道气温度可充分高于硫酸露点以安全地避免硫酸冷凝的风险。通过用烟道气间接预热烃进料以将烃进料预热至较高的温度，通常用于将进料预热的FCC产物流可用于其它热量回收机会或者蒸汽或电力产生。另外，烟道气足够热以将烃进料部分或完全蒸发或将进料预热至大于通常通过与FCC产物料流热交换实现的温度。因此，必然产生且在FCC再生器中燃烧以将催化剂充分加热并将FCC提升器中的进料蒸发的焦炭的量降低，由此产生较少二氧化碳。
有利地，该方法和设备可赋予来自催化剂再生器烟道气的较大热回收。
本发明的其它特征和优点由本发明说明书、其中提供的附图和权利要求获悉。
附图简述
附图为精炼厂中FCC装置、电力回收段和FCC产物回收系统的示意图。
发明详述
本发明可适用于使用催化剂再生器如氧合物(oxygenate)转烯烃或FCC装置的任何催化转化方法。为了便于描述，本发明将参考FCC装置描述。传统FCC烟道气冷却器的排出温度通常为288℃(550°F)左右。我们发现烟道气冷却器排出温度通常受蒸汽发生器中的夹点温度，而不是通常认为的硫酸露点限制。因此，我们发现排到在288℃(550°F)下的烟囱中的烟道气仍含有可用于将催化反应器的烃进料流预热的基本可用的热。
在其中主要用烟道气将烃进料预热的FCC装置中，先前用于进料预热的FCC产物料流如重循环油(HCO)和淤浆油现在可用于产生更高压力的蒸汽。在传统设计中，锅炉给水(BFW)预热通过与来自蒸汽锅筒的饱和水间接热交换以使BFW温度提高至防止烟道气冷却器中腐蚀所需的177℃(350°F)而提供。
现在转向附图，其中类似的数字表示类似的组件，附图阐述了精炼厂综合结构100，其通常包括FCC装置区段10、电力回收区段60和产物回收区段90。FCC装置区段10包括反应器12和催化剂再生器14。工艺变量通常包括400-600℃的裂化反应温度和500-900℃的催化剂再生温度。裂化和再生均在5大气压以下的绝对压力下进行。
附图显示了典型的FCC反应器12，其中分配器16中的重质烃进料或原油料流与从再生催化剂竖管18进入的再生裂化催化剂接触。该接触可在向上延伸至反应容器22底部的窄提升器20中进行。进料和催化剂的接触被来自流化管线24的气体流化。在一个实施方案中，当二者均由提升器20向上输送至反应容器22中时，来自催化剂的热将烃进料或油蒸发，其后烃进料在催化剂的存在下裂化至较轻分子量的烃。其后，使用旋风分离器(cyclonic separator)将裂化的轻质烃产物与裂化催化剂分离，所述旋风分离器可包括在反应容器22中的主分离器26和一或两段旋风分离器(cyclone)28。气体裂化产物通过产物出口31离开反应容器22至管32中以输送至下游产物回收段90。在提升器20中发生不可避免的副反应，留下焦炭沉积物在催化剂上，其降低催化剂活性。废或焦化催化剂需要再生以另外使用。在与气体产物烃分离以后，焦化催化剂落到汽提段34中，将蒸汽通过喷嘴注入其中以吹扫任何残余烃蒸气。在汽提操作以后，将焦化催化剂通过废催化剂竖管36送入催化剂再生器14中。
附图描绘了一种称作燃烧器的再生器14。然而，其它类型的再生器是合适的。在催化剂再生器14中，将含氧气体料流如空气通过空气分配器38引入以接触焦化催化剂，使沉积于其上的焦炭燃烧并提供再生的催化剂和烟道气。主鼓风机50通过驱动器52驱动以将空气或其它含氧气体通过管线30从管51线输送至再生器14中。驱动器52可例如为电动机、蒸汽涡轮机驱动器或用于功率输入的一些其它设备。催化剂再生方法将主要量的热加入催化剂中，提供能量以补偿反应器提升器20中发生的吸热裂化反应。催化剂和空气一起沿着位于催化剂再生器14中的燃烧器提升器40向上流动，在再生以后首先通过沉降器(disengager)42排出而分离。离开沉降器42的再生催化剂和烟道气的另外回收分别使用催化剂再生器14内的第一和第二段旋风分离器44、46实现。与烟道气分离的催化剂通过旋风器44、46的浸入管分配，同时催化剂中相对轻的烟道气依次离开旋风器44、46，并通过烟道气管线48中的烟道气出口47离开再生器容器14。再生催化剂通过再生催化剂竖管18被送回提升器20中。由于焦炭燃烧，在管线48中在催化剂再生器14顶部离开的烟道气蒸气含有CO、CO2、N2和H2O，以及更少量的其它物种。
热烟道气通过管线48中的烟道气出口47离开再生器14并进入电力回收段60。电力回收段60经由管线18与烟道气出口47在下游连通。“下游连通”意指流入下游连通组件中的至少一部分材料可在操作上从它连通的组件流动。“连通”意指材料流在列举的组件之间在操作上是被容许的。许多类型的电力回收构型是合适的，以下实施方案非常合适，但对本发明而言不是必须的。管线48将烟道气送入换热器62中，所述换热器优选为高压蒸汽发生器(例如4137kPa(表压)(600psig))。指向和来自换热器62的箭头表示锅炉给水输入和高压蒸汽输出。换热器62可以为在具体位置上的中压蒸汽发生器(例如3102kPa(表压)(450psig))或低压蒸汽发生器(例如345kPa(表压)(50psig))。如附图的实施方案中所示，可提供BFW骤冷注射器(quench injector)64以将液体选择性地输送到烟道气管线48中。
也可任选在换热器62下游提供辅助换热器63。例如，辅助换热器63通常为低压蒸汽发生器，对于它，箭头表示BFW输入和低压蒸汽输出。然而，换热器63可以为在具体位置上的高或中压蒸汽发生器。在附图的实施方案中，导管66提供从换热器62至辅助换热器63的流体连通。离开辅助换热器63的烟道气通过导管69被送入废烟道气管线67中，并最终送至出口烟囱196中，所述烟囱优选装配有合适的周围设备，例如静电沉积器或湿气洗涤器。通常，烟道气在烟道气冷却器110中进一步冷却以与优选为水的热交换介质热交换，以产生高压蒸汽和过热蒸汽。附图的实施例进一步提供可装配导管69以将烟道气在路径上通过第一多孔口(MHO)71、第一烟道气控制阀(FGCV)74和可能的第二FGCV 75和第二MHO 76送入废烟道气管线67中，均用于在它到达烟囱196以前降低导管69中的烟道气压力。FGCV 74、75通常为蝶阀且可基于来自再生器14的压力读数控制。
为产生电，电力回收段60进一步包括通常为单级热气涡轮机的电力回收膨胀器70，和发电机78。更具体而言，膨胀器70具有输出轴，所述输出轴通常通过驱动齿轮减速器77而连接在发电机78上，所述齿轮减速器又驱动发电机78。发电机78提供可根据需要在装置内或外部使用的电力。作为选择，膨胀器70可连接在主鼓风机50上以用作它的驱动器，从而免除驱动器52，但未显示该配置。
在一个实施方案中，电力回收膨胀器70位于与换热器62的下游连通。然而，换热器可以在膨胀器70的上游或下游。例如，导管79将烟道气通过隔离阀81供入第三级分离器(TSS)80中，所述分离器从烟道气中除去大部分其余固体颗粒。清洁的烟道气离开TSS 80进入烟道气管线82中，所述烟道气管线将烟道气料流供入膨胀器70中。
为控制TSS 80与膨胀器70之间的烟道气流动，可在膨胀器70上游提供膨胀器入口控制阀83和节流阀84以进一步控制进入膨胀器入口中的气流。阀83、84的顺序可颠倒，且优选为蝶阀。另外，一部分烟道气流可通过同步阀85，通常为蝶阀移入膨胀器70上游位置的旁通管73中，以将烟道气加入排气管线86中。在通过隔离阀87以后，管线86中的清洁烟道气将辅助换热器63下游的流动废气加入废烟道气管线67中，并流入烟道气冷却器110中。
可提供任选第四级分离器88以进一步除去在导管89中以底流离开TSS 80的固体。在底流在第四级分离器88中进一步清洁以后，它可在通过设定流过那里的流速的临界流喷嘴72以后再加入管86中的烟道气中。
在产物回收段90中，将管线32中的气态FCC产物送入FCC主分馏塔92的下部。可将几种馏分分离并从主塔中取出，包括在管线93中的来自底部的重淤浆油、管线94中的重循环油料流、管线95中的轻循环油和管线96中的重石脑油料流。管线93-96中任一个或所有均可被冷却并泵送回主塔92中以冷却通常在较高位置上的主塔。将汽油和气态轻质烃在塔顶管线97中从主塔92中除去并在进入主塔接收器99中以前部分冷凝。含水料流从接收器99中的进料斗中除去。此外，冷凝的轻质石脑油料流在管线101中除去，同时气态轻质烃料流在管线102中除去。管线101和102中的两种料流均可进入蒸气回收段(未显示)中。
废烟道气管线67将压力为7-28kPa(表压)(1-4psig)的烟道气输送至烟道气冷却器110中。烟道气冷却器110具有外壳112，其可含有三个分立的换热器。在一个实施方案中，烟道气进入烟道气冷却器110并在三个分立的换热器中每一个中将它的热与穿过通道的热交换流体间接交换。
烟道气冷却器110中的第一换热器为过热交换器114，其包括热交换通道116，所述通道运送压力为39.4kg/cm2(表压)(560psig)左右且温度为232℃(450°F)以上的管线118中HP蒸汽和管线144中来自蒸汽锅筒124的饱和HP蒸汽。热交换通道116可包含水平或垂直排列的管束且由铬-钼(Cr-Mo)钢制成。过热交换器具有与烟道气管线48和催化剂再生器14下游连通的通道116的第一外侧和与蒸汽锅筒124上游连通的通道116的第二内侧。“上游连通”意指从上游连通的组件流动的至少一部分材料可在操作上流入它连通的组件中。HP蒸汽与烟道气(其可为538℃(1000°F)以上的高温)间接热交换以产生399℃(750°F)以上的过热蒸汽和温度为496℃(925°F)以下的部分冷却的烟道气。过热蒸汽可用来自管线120的BFW骤冷并在管线123中输送至精炼厂的其余部分。
部分冷却的烟道气进入第二换热器，其为蒸发器换热器122。蒸发器换热器122具有与烟道气管线48和催化剂再生器14连通的通道128的第一外侧和与蒸汽锅筒124连通的通道的第二内侧。蒸发器换热器122包括部分从壳112顶部伸出的蒸汽锅筒124和从壳112底部伸出的下锅筒126。蒸汽锅筒124借助HP蒸汽管线144与过热交换器114上游连通，借助预热水管线156与水预热交换器150下游连通。通道128可由蒸发器管限定，所述蒸发器管在下锅筒126之间水平或垂直延伸通过烟道气冷却器110内部至蒸汽锅筒124。穿过烟道气冷却器110内部通过蒸发器管的部分冷却的烟道气间接加热在蒸发器管128中预热的液态水并产生HP蒸汽。蒸发器管128可由碳钢制成。蒸发器管128将蒸发水从下锅筒126运送至蒸汽锅筒124。蒸发器管128装配有落水管用于将冷凝水从蒸汽锅筒124输送至下锅筒126。液体可在通过阀调节的管线134中从下锅筒126中排出。HP蒸汽从蒸汽锅筒124收集在管线140中。管线142中的一部分HP蒸汽可输送至精炼厂100中的其它用途，同时管线144将HP蒸气输送至管线118，管线118将HP蒸气运送至要过热的过热交换器114中。冷却的烟道气在371℃(700°F)以下，优选343℃(650°F)以下的温度下离开蒸发器。
冷却的烟道气进入第三换热器，其为水预热交换器150。水预热交换器150包括热交换通道160，其具有与烟道气管线48和催化剂再生器14下游连通的第一外侧和与管线152中的BFW下游连通的第二内侧。热交换通道160可包括水平或垂直排列且由碳钢制成的管束。优选预先将管线152中的BFW预热至177℃(350°F)的温度以避免烟道气冷却器通道中硫酸冷凝。脱过热器BFW管线120携带一部分水与管线123中的过热蒸汽结合以控制至精炼厂100的管线123中的HP蒸汽温度。来自管线152的另一部分BFW供入导管154(其包括横过烟道气冷却器110内部的通道160)中，并与其中的冷却烟道气间接热交换以在管线156中提供预热的BFW。管线156中的预热BFW提高至204℃(400°F)以上的温度，并进入蒸汽锅筒124中，同时烟道气进一步冷却至327℃(620°F)以下。在蒸汽锅筒124中冷凝的另一部分水排到蒸汽锅筒排出管线158中以完成(complete)导管154。材料运输通过导管154可由泵157辅助。泵吸入管线158将水从蒸汽锅筒124中抽出并将它运送至导管154中用于预热，且最后返回蒸发器换热器122中。
还预期烟道气冷却器可在BFW预热以制备HP蒸汽以前用于制备8.5kg/cm2(表压)(121psig)以上的中压蒸汽，其中具有或不具有烟道气与烃进料之间的间接热交换。
管线118中的HP蒸汽可通过与围绕料流的大型泵热交换而产生。管线170中任选预热的BFW可在一个支路172中输送以与围绕管线93的底部泵中的重淤浆油间接热交换。支路174可从管线170中取出BFW以与围绕94的重循环油泵中的重循环油间接热交换。支路在管线176中再结合以将HP蒸汽供入管线118中以过热。
进一步冷却的烟道气在管线180中离开烟道气冷却器并穿过与预热入口管线184和旁通管186上游连通的分流阀182。预热入口管线184将烟道气运送至包括热交换通道189的进料预热交换器188中，所述通道具有与催化剂再生器14和烟道气管线48下游连通的第一侧和与烃进料管线190下游连通的第二侧。热交换通道189的第一侧与排气烟囱196上游连通。进料预热交换器188具有优选由碳钢制成的外壳191。进料预热交换器188可不同于烟道气冷却器110。热交换通道189可包括水平或垂直排列且由碳钢、不锈钢或Cr-Mo钢制成的管束。管壳式换热器是优选类型的进料预热交换器188，但其它类型的换热器也可以是合适的，例如板式交换器。冷却的烟道气与来自管线190的烃进料间接热交换以在管线198中提供预热的烃进料并在管线192中提供甚至进一步冷却的烟道气。烃进料在177℃(350°F)以上进入进料预热交换器中并在204℃(400°F)以上离开。
流量指示控制器监控管线190中烃进料的流动。当烃进料的流动中断使得流速降至预定值以下时，分流阀将一些或所有烟道气转至旁通管186中，其使烟道气绕过进料预热交换器188周围以避免对进料预热交换器188的损害。在管线192中离开进料预热交换器188的甚至进一步冷却的烟道气通过旁通管186结合并被输送至细固体除去装置，例如静电沉积器194中以除去催化剂细料至环境可接受的水平。烟道气然后在烟囱196中从精炼厂中排出。甚至进一步冷却的烟道气在246℃(475°F)以下，优选在232℃或在低于232℃(450°F)，但充足地，即在177℃(350°F)的硫酸露点以上至少27℃(50°F)下离开进料预热交换器188。甚至进一步冷却的烟道气为比在传统设计中输送至烟囱196中的烟道气的温度低38℃(100°F)的温度。因此，能量由另外38℃(100°F)的烟道气冷却被回收。
预热的烃进料在管线198中离开进料预热交换器188，还可被输送以与管线93周围底部泵中的FCC产物料流如重淤浆油间接热交换。由于大部分烃进料预热由烟道气提供，淤浆油中的热仍可用于产生管线172中的HP蒸汽并将烃进料流由216℃(420°F)以下预热至271℃(520°F)以上。进料管线200中的预热烃进料被输送至FCC反应器12的进料分配器16中。
在一个实施方案中还预期在烃进料需要在将它注入FCC反应器12中以前部分或完全被蒸发或预热至甚至更高的温度的情况下，进料预热交换器188置于烟道气冷却器110和任选换热器62和63上游。可通过与烟道气冷却器110上游的烟道气热交换实现的进料温度大于可通过与来自主塔92的FCC产物热交换实现的进料温度。因此，需要产生很少的焦炭以支持反应器12中进料的蒸发，同时产生CO2中的污染物降低。在该实施方案中，可省去烟道气冷却器110及换热器62和63中的一个或多个。
实施例
我们预言性地计算出与烟道气和FCC装置的烃进料热交换相关的成本节约，其显示于表中。
Figure BDA0000109339740000091
通过与烃进料热交换，围绕料流的重质FCC产物泵中更多的热可用于HP蒸汽产生。制得比如果周围淤浆油泵用于所有进料预热多几乎36公吨/小时的高压蒸汽，产生每年超过一千万美元的增量利润。
不用进一步推敲，认为本领域技术人员可使用先前描述，最完整程度地使用本发明。因此，先前优选的具体实施方案应理解为仅为说明性的，且不以任何方式限定本公开内容的其余部分。
在前文中，除非另外指出，所有温度以摄氏度陈述，所有份和百分数以重量计。
从前述描述中，本领域技术人员可容易地确定本发明的基本特征，且可不偏离其精神和范围地作出本发明的各种改变和改进以使它适合各种用途和条件。

Claims (10)

1.一种设备，其包括：
用于使烃进料与催化剂接触以产生裂化产物和焦化催化剂的反应器；
与所述反应器连通的用于将烃进料运送至所述反应器的进料管线；
与所述反应器连通的用于将再生的催化剂运送至所述反应器的催化剂管；
用于燃烧来自焦化催化剂的焦炭以产生再生催化剂和烟道气的再生器；
与所述反应器和所述再生器连通的用于将焦化催化剂运送至所述再生器的焦化催化剂管；
用于运送来自所述再生器的烟道气的烟道气管线；和
具有与所述烟道气管线连通的第一侧和与所述进料管线连通的第二侧的用于使烟道气与烃进料热交换的进料预热交换器。
2.根据权利要求1的设备，其包括绕过所述进料预热交换器的旁通管及与所述烟道气管线和所述旁通管连通的分流阀。
3.根据权利要求1的设备，其包括具有与蒸汽锅筒连通的第一侧和与所述烟道气管线连通的第二侧的过热交换器。
4.根据权利要求1的设备，其包括具有与蒸汽锅筒连通的第一侧和与所述烟道气管线连通的第二侧的蒸发器换热器。
5.根据权利要求1的设备，其包括具有与水管线连通的第一侧和与所述烟道气管线连通的第二侧的水预热交换器。
6.根据权利要求1的设备，其包括具有与蒸汽锅筒连通的第一侧和与所述烟道气管线连通的第二侧的过热换热器；具有与所述蒸汽锅筒连通的第一侧和与所述烟道气管线连通的第二侧的蒸发器换热器；和具有与水源连通的第一侧和与所述烟道气管线连通的第二侧的水预热交换器。
7.一种方法，其包括：
使烃进料与再生的催化剂接触以产生裂化产物和焦化催化剂；
使来自焦化催化剂的焦炭燃烧以产生再生催化剂和烟道气；和
在所述烃进料与再生催化剂接触以前使所述烃进料和所述烟道气热交换以将所述烃进料加热。
8.根据权利要求7的方法，其包括通过使蒸汽与所述烟道气热交换而使所述蒸汽过热。
9.根据权利要求7的方法，其包括通过使液体水与所述烟道气热交换而将所述液体水蒸发。
10.根据权利要求7的方法，其进一步包括通过使蒸汽与所述烟道气热交换而使所述蒸汽过热以提供过热蒸汽和部分冷却的烟道气；通过所述液体水与所述部分冷却的烟道气热交换而使预热的液体水蒸发以产生蒸汽和冷却的烟道气；通过液体水与所述冷却的烟道气热交换而将液体水预热以提供预热的液体水和进一步冷却的烟道气。
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