CN102933692B - 延迟焦化工艺 - Google Patents

Abstract

一种用于将原料加热至延迟焦化温度的延迟焦化加热器。所述延迟焦化加热器可包括：加热器，所述加热器包括辐射加热区，所述辐射加热区包括下部和上部，所述下部包括炉底燃烧器区段，所述上部包括壁燃烧器区段，所述炉底燃烧器区段包括多个炉底燃烧器，所述多个炉底燃烧器位于底部炉底附近以便在所述辐射加热区中点火；所述壁燃烧器区段包括多个壁燃烧器，所述多个壁燃烧器位于相对的壁附近；和多重并行蛇形加热线圈，所述多重并行蛇形加热线圈位于所述辐射加热区中。

Description

延迟焦化工艺

技术领域

一方面，本文公开的实施例涉及从含有能够裂解以生产碳的化合物的液体生产焦炭。另一方面，本文公开的实施例涉及一种称为延迟焦化的工艺。另一方面，本文公开的实施例涉及一种延迟焦化加热器，其具有用于加热焦化原料的多重并行蛇形加热线圈。

背景技术

焦化可被认为是剧烈的热裂解工艺，其中，最终产品之一包括碳，例如焦炭。延迟焦化工艺最初被开发来用于通过原料(例如减压渣油和热焦油)的剧烈裂解来生产焦炭和较低分子量的烃，以最小化精炼厂的残渣油产量。美国专利No.4,049,538和4,547,284示出了延迟焦化工艺的例子，其公开内容通过引用并入本文中。

延迟焦化工艺通常包括当原料以高速通过管道进料时在管加热器的导管或管道中把原料加热到高于裂解温度的温度。最佳的操作包括进料速率的使用，例如以最小化在管加热器的加热管道中实际形成的碳。管加热器通常被可互换地称为焦化装置加热器或焦化装置预热器。

在美国专利No.4,049,538中，焦化装置预热器被示意性地示出为项目编号11。在美国专利No.4,547,284中，焦化装置加热器被示意性地示出为项目编号25。处于焦化温度的被加热原料从加热区被输送到焦炭鼓，优选地，大部分焦炭在焦炭鼓中形成。在绝缘的焦炭鼓或缓冲鼓中，足够的停留时间允许发生焦化。通常，被加热的焦化原料已经被加热到足以维持鼓中的焦化的温度，即在约750至约975℉的范围内的温度。随着工艺的进行，焦炭在焦炭鼓中积累，并且随后通过本领域的已知技术移除。

尽管过去做出了很大的努力以便提供条件来允许延迟焦化原料被加热到裂解温度而不会在焦化装置加热器的管道中出现不期望的碳沉积，但是焦化装置加热器的管道中的碳沉积依然继续成为问题。

除了希望避免在焦化装置加热器中的碳沉积以外，还希望提高延迟焦化单元的容量。延迟焦化单元的初始设计包括小的、箱形加热器，该加热器具有从顶部悬挂的多排管道以及在每个壁上的一排管道，仅在加热器的辐射区段中加热所述管道。

现在的延迟焦化单元包括双点火焦化装置加热器设计，如美国专利No.5,078,857中描述的，其通过引用并入本文中。在’857专利中，延迟焦化加热器设计将线圈放在箱的中心并且燃烧器抵靠壁，从而能从两侧加热管道，从而提高了热流通量率。该设计也允许减小线圈长度、压降和停留时间，并允许每个线圈的增大的容量。

现在参考图1，示出了用在双点火延迟焦化加热器中的一种常规的现有技术线圈设计。线圈从加热器入口到加热器出口以蛇形构造来回延伸，定位成分别朝向辐射加热区的上端和下端，并且通常悬挂在双点火加热器的两个壁之间的竖直平面内。

为进一步提高这种焦化装置加热器的容量，例如在Catala K.A.等，“Advances in Delayed Coking Heat Transfer Equipment”，Hydrocarbon Processing，2009年2月，第45-54页描述的，已经提出了增加线圈的直径和/或长度。然而，在新设计中，容量可能如此大使得这些方案(增加的直径和/或线圈长度)导致出现下列一种或多种情况：更高的压降，更高的膜温度，更高的管金属温度以及增加的停留时间，从而缩短了平均运行长度。替代地，可以使用多个加热单元，这会显著增加资金和操作费用。

发明内容

已发现可以通过使用多重并行蛇形加热线圈来实现延迟焦化加热器的增加的容量和/或改进的操作。如本文所使用的，多重并行蛇形加热线圈是指一种加热线圈，其包括以水平管道的蛇形(来回)、连续路径布置的多个流动导管，其通常可以被悬挂在延迟焦化加热器的辐射加热区段中的竖直平面内。

流向加热器单元的原料可在加热器的上游被分开，并被输送到多重并行蛇形加热线圈的入口。两个或更多个并行流动导管被布置成使得流被对称地(在整个路径上相对均匀地)加热。然后，流过多重并行螺旋加热线圈的两个或更多个流动导管的被加热原料可在加热器外组合以便进行下游处理。因此，全部的填料在较短的流动路径中被加热，导致减小的停留时间、减小的压降以及容量和/或平均运行长度的增加。

一方面，本文公开的实施例涉及一种用于将原料加热至延迟焦化温度的延迟焦化加热器。所述焦化加热器可包括：加热器，所述加热器包括辐射加热区，所述辐射加热区包括下部和上部，所述下部包括炉底燃烧器区段，所述上部包括壁燃烧器区段，所述炉底燃烧器区段包括多个炉底燃烧器，所述多个炉底燃烧器位于底部炉底附近以便在所述辐射加热区中点火，所述壁燃烧器区段包括多个壁燃烧器，所述多个壁燃烧器位于相对的壁附近；和多重并行蛇形加热线圈，所述多重并行蛇形加热线圈位于所述辐射加热区中。

另一方面，本文公开的实施例涉及一种用于将原料加热至延迟焦化温度的延迟焦化加热器。所述延迟焦化加热器可包括：具有上和下辐射加热区段的加热容器，设置在所述加热容器的相对侧壁之间并与相对侧壁间隔开的竖直多重并行螺旋加热线圈，原料通过所述多重并行螺旋加热线圈输送，以及多个燃烧器，所述多个燃烧器位于所述加热容器的下辐射区段中且在所述多重并行蛇形加热线圈的每一侧上，以便能够在所述多重并行蛇形加热线圈的相对侧上向上提供并引导多条火焰，所述多条火焰各自分别地位于大致平行于所述多重并行蛇形加热线圈所悬挂的平面的平面中。

在一些实施例中，所述加热器还可以包括以下中的一个或多个：分流器，所述分流器用于将原料的流分开到所述多重并行蛇形加热线圈的多个对应入口中；混流器，所述混流器用于组合来自所述多重并行蛇形加热线圈的多个对应出口的被加热原料；温度传感器，所述温度传感器位于所述混流器下游用于测量所组合的被加热原料的温度；以及控制系统，所述控制系统基于所组合的被加热原料的经测量的温度来调节所述延迟焦化加热器的操作参数。

另一方面，本文公开的实施例涉及一种用于将原料在延迟焦化加热器中加热至延迟焦化温度的工艺。所述工艺可包括：把原料的流分开到多重并行蛇形加热线圈的入口中，所述多重并行蛇形加热线圈竖直地设置在延迟焦化加热器中，所述延迟焦化加热器包括：具有上和下辐射加热区段的加热容器，设置在所述加热容器的相对侧壁之间并与相对侧壁间隔开的所述竖直多重并行螺旋加热线圈，原料通过所述多重并行螺旋加热线圈输送，以及多个燃烧器，所述多个燃烧器位于所述加热容器的下辐射区段中且在所述多重并行蛇形加热线圈的每一侧上，以便能够在所述多重并行蛇形加热线圈的相对侧上向上提供并引导多条火焰，所述多条火焰各自分别地位于大致平行于所述多重并行蛇形加热线圈所悬挂的平面的平面中；将所述原料在所述多重并行蛇形加热线圈中加热到延迟焦化温度；从所述多重并行蛇形加热线圈的对应出口回收被加热的原料；以及在所述加热容器外组合来自所述多个对应出口的被加热原料的流。

所述工艺也可以包括以下中的一个或多个：测量所组合的被加热原料的温度；以及基于所组合的被加热原料的经测量的温度来调节所述延迟焦化加热器的操作参数。

根据下面的描述和所附的权利要求，其他方面和优点将变得明显。

附图说明

图1示出了用于双点火延迟焦化加热器的常规现有技术的线圈设计。

图2示出了在本发明的实施例中有用的具有多重并行蛇形加热线圈的延迟焦化加热器。

图3示出了根据本发明实施例的在双点火延迟焦化加热器中有用的多重并行蛇形线圈设计。

具体实施方式

现在参照图2，示出了在本文公开的实施例中有用的延迟焦化加热器。图2示出了延迟焦化加热器10的剖面。延迟焦化加热器10具有辐射加热区14，并且在一些实施例中可以包括对流加热区16。换热表面18和20位于对流加热区16中，其可用于预热经由流动管线22进料的原料。来自对流区的被预热的原料在24处被送至位于辐射加热区14中的多重并行蛇形加热线圈，其通常被标示为26。可在辐射加热区的下端附近从多重并行蛇形加热线圈26(未示出出口)回收经加热的原料。辐射加热区14可包括被标示为34和36的壁以及底板或炉底42。竖直点火的炉底燃烧器46安装在底板上，并且在辐射加热区14内指向上方。每个燃烧器46抵靠壁34或36中的一个被容纳在炉底42上的瓦片48内。除炉底燃烧器之外，在炉膛的上部还包括壁燃烧器56。壁燃烧器56被安装在壁上。

也可使用其他延迟焦化加热器，例如美国专利No.5,078,857所公开的延迟焦化加热器以及在Catala K.A.等，“Advances in Delayed Coking Heat TransferEquipment”，Hydrocarbon Processing，2009年2月，第45-54页所公开的延迟焦化加热器，上述文献的每一个通过引用并入本文中。

多重并行蛇形加热线圈26可包括两个或更多个流动导管，其通常以水平管道的来回连续路径布置，被悬挂在加热容器内的竖直平面中。连续流动路径可从加热容器的辐射加热区段的上部中的多个入口向下延伸到位于加热容器的辐射加热区段的下部中的多个对应出口。

现在参照图2，示出了根据本文公开的实施例的在双点火延迟焦化加热器中有用的多重并行蛇形加热线圈。如图所示，多重并行蛇形加热线圈26包括两个流动导管27、28。流动导管27、28以大致对称的蛇形(来回)的流动路径布置，其中，这种布置可对在每个流动导管中横向通过加热器的原料提供相对均匀的加热。

虽然图2中仅仅示出了两个流动导管，但是多重并行蛇形加热线圈26也可以包括3、4、5、6或更多个以类似方式布置的流动导管。

参照图2和3，在操作中，将要随后在焦炭鼓中经受焦化的原料(例如重油、沥青和其它的“残渣流”)通过流动管线22被引入对流区段16的管道中。然后，该原料通过换热表面18、20传递到对流区段的下部并且然后传递到流动管线24。然后，该流被分开到位于辐射加热区段14中的多重并行蛇形加热线圈26的入口中。然后，该原料通过多重并行蛇形加热线圈行进到辐射加热区段14的出口(未示出)。燃烧器46、56在辐射加热区段14内的多重并行蛇形加热线圈26的每一侧上提供火焰。来自辐射加热区段14的热气从辐射加热区段14通过出口向上流出进入对流加热区段16中。因此，由于将原料最初引入对流加热区段16中，所以原料开始是被来自辐射加热区段14的热气加热，然后随着原料通过辐射加热区段14移动到位于辐射加热区段14的下端附近的多重并行蛇形加热线圈26的出口，所述原料暴露于越来越高的温度。根据条件要求，可以选择原料的特定进料速率和出口温度。通常，该装置可以操作成使得离开辐射区段出口的焦化原料处于约800至约1050℉范围内的温度，例如处于约850至约975℉范围内的温度。

然后，可以将来自多重并行蛇形加热线圈的出口的流组合并输送到焦炭鼓以便进行进一步处理。位于混流器下游的温度传感器可用来测量所组合的被加热原料的温度并且控制系统可用于基于所组合的被加热原料的经测量的温度来调节延迟焦化加热器的一个或多个操作参数，例如原料流动速率、通向燃烧器的燃料和/或氧气的流动速率以及本领域技术人员所知的其它参数。

有利地，使用本文公开的多重并行蛇形加热线圈可提供以下一个或多个优点：提高延迟焦化加热器的容量；降低通过辐射加热区中的加热线圈的压降；减小辐射加热区中的加热线圈的管道直径；降低位于辐射加热区中的加热线圈中的膜温度；使辐射加热区中的加热线圈的管壁更薄，使辐射加热区中的加热线圈的管金属温度更低；以及增加运行长度，以及其它可能的优点。

已经令人惊奇地发现多重并行蛇形加热线圈导致原料在辐射加热区中的停留时间显著减小。例如，如下面的示例所示，本发明的多重并行蛇形加热线圈的停留时间几乎比传统加热线圈的停留时间短50％。

示例1

将具有常规辐射加热线圈的延迟焦化加热器的操作与根据本文公开的实施例的具有多重并行蛇形加热线圈的相同加热器进行比较。两种情况下的原料流相同。

与图3所示的类似，多重并行蛇形加热线圈包括两个流动导管，具有3.75英寸的外径、0.33英寸的平均壁厚以及3.09英寸的内径。多重并行蛇形加热线圈的两个并行的流动导管各自形成穿过辐射加热区段的24个水平流程(pass)。

与图1所示的类似，常规辐射加热线圈包括具有5.15英寸的外径、0.39英寸的平均壁厚以及4.37英寸的内径。常规辐射加热线圈形成穿过辐射加热区段的36个流程。

具有多重并行蛇形加热线圈的延迟焦化加热器的性能在表1中示出。具有常规辐射加热线圈的延迟焦化加热器的性能在表2中示出。

如所示的，本发明的多重并行蛇形加热线圈导致总的停留时间从约63秒降低到约40秒。此外，较小的管道允许更紧凑的设计以及采用总体更少量的贵重原材料。

更短的停留时间允许更好的裂解并减少裂解流出物中的不期望副产物的量，从而在更佳产量的情况下提供更有价值的流出物并且减少对不期望杂质进行分离的需求。

尽管本公开包括了有限数量的实施例，但是本领域技术人员在从本公开受益的情况下将会意识到可以设计出不偏离本公开范围的其它实施例。因此，该范围应当仅仅由所附权利要求来限制。

表1

表2

Claims (9)

1.一种用于将原料加热至延迟焦化温度的延迟焦化加热器，包括：

加热器，所述加热器包括辐射加热区，所述辐射加热区包括下部和上部，所述下部包括炉底燃烧器区段，所述上部包括壁燃烧器区段，所述炉底燃烧器区段包括多个炉底燃烧器，所述多个炉底燃烧器位于底部炉底附近以便在所述辐射加热区中点火，所述壁燃烧器区段包括多个壁燃烧器，所述多个壁燃烧器位于相对的壁附近；和

竖直多重并行蛇形加热线圈，所述多重并行蛇形加热线圈位于所述辐射加热区中，所述多重并行蛇形加热线圈包括以水平管道的来回连续流动路径布置的流动导管，所述连续流动路径从设置在所述加热器的辐射加热区的上部中的至少一个入口延伸到设置在所述加热器的辐射加热区的下部中的至少一个出口。

2.一种用于将原料加热至延迟焦化温度的延迟焦化加热器，包括：

具有上和下辐射加热区段的加热容器；

竖直多重并行蛇形加热线圈，所述多重并行蛇形加热线圈包括以水平管道的来回连续流动路径布置的流动导管，所述连续流动路径从设置在所述加热容器的上部中的至少一个入口延伸到设置在所述加热容器的下部中的至少一个出口，所述多重并行蛇形加热线圈设置在所述加热容器的相对侧壁之间并与相对侧壁间隔开，原料通过所述多重并行蛇形加热线圈输送；

以及多个燃烧器，所述多个燃烧器位于所述加热容器的下辐射区段中且在所述多重并行蛇形加热线圈的每一侧上，以便能够在所述多重并行蛇形加热线圈的相对侧上向上提供并引导多条火焰，所述多条火焰各自分别地位于大致平行于所述多重并行蛇形加热线圈所悬挂的平面的平面中。

3.如权利要求1或权利要求2所述的延迟焦化加热器，还包括分流器，所述分流器用于将原料的流分开到所述多重并行蛇形加热线圈的入口中。

4.如权利要求1或权利要求2所述的延迟焦化加热器，还包括混流器，所述混流器用于组合来自所述多重并行蛇形加热线圈的对应出口的被加热原料。

5.如权利要求4所述的延迟焦化加热器，还包括温度传感器，所述温度传感器位于所述混流器下游用于测量所组合的被加热原料的温度。

6.如权利要求1或权利要求2所述的延迟焦化加热器，还包括控制系统，所述控制系统基于所组合的被加热原料的经测量的温度来调节所述延迟焦化加热器的操作参数。

7.一种用于将原料在延迟焦化加热器中加热至延迟焦化温度的工艺，包括：

把原料的流分开到流动导管的上部入口中，所述流动导管限定竖直地设置在延迟焦化加热器中的多重并行蛇形加热线圈，所述延迟焦化加热器包括：

具有上和下辐射加热区段的加热容器，设置在所述加热容器的相对侧壁之间并与相对侧壁间隔开的所述多重并行蛇形加热线圈，原料通过所述多重并行蛇形加热线圈输送，以及多个燃烧器，所述多个燃烧器位于所述加热容器的下辐射区段中且在所述多重并行蛇形加热线圈的每一侧上，以便能够在所述多重并行蛇形加热线圈的相对侧上向上提供并引导多条火焰，所述多条火焰各自分别地位于大致平行于所述多重并行蛇形加热线圈所悬挂的平面的平面中；

将所述原料在所述多重并行蛇形加热线圈中加热到延迟焦化温度；

从所述多重并行蛇形加热线圈的对应下部出口回收被加热的原料；以及

在所述加热容器外组合来自多个对应出口的被加热原料的流。

8.如权利要求7所述的工艺，还包括测量所组合的被加热原料的温度。

9.如权利要求8所述的工艺，还包括基于所组合的被加热原料的经测量的温度来调节所述延迟焦化加热器的操作参数。