CN108369030A - 燃烧加热器装置和选择装置布置形式的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了与反应器结合使用的辐射式燃烧加热器。装置包括至少两组辐射式燃烧加热器，第一组位于低于第一高度的第二高度。每组辐射式燃烧加热器包括至少一个辐射式燃烧加热器。每个辐射式燃烧加热器包括置于加热器之内的至少一个工艺盘管、燃烧器以及烟气出口。设有至少一个入口歧管，其具有一入口和多个出口，入口歧管的每个出口与一个工艺盘管入口流体连通。设有出口歧管，其具有多个入口和一出口，多个入口与工艺盘管出口流体连通。还描述了一种选择重整装置布置形式的方法。

Description

燃烧加热器装置和选择装置布置形式的方法
优先权声明
本申请要求2015年11月30日提交的美国申请No.62/260918的优先权，其内容通过全文引用的方式结合于此。
背景技术
烃转化工艺常常采用多个反应区，烃以串列流动方式经过所述多个反应区。该串列中的每一反应区常常具有一组独特的设计要求。该串列中的每一反应区的最低设计要求是传递期望产量的烃的液力流量。每个反应区的另一设计要求是充分加热以进行指定程度的烃转化。
一种公知的烃转化工艺是催化重整。通常，催化重整是炼油业中采用的非常成熟的烃转化工艺，用于改善烃原料的辛烷品质。重整的主要产物是车用汽油调和组分或石油化工用芳族化合物。重整可被定义为由以下过程产生的总效应：环己烷脱氢及烷基环戊烷异构脱氢以产出芳族化合物，烷烃脱氢以产出烯烃，烷烃及烯烃的脱氢环化以产出芳族化合物，正烷烃异构化，烷基环烷烃异构化以产出环己烷，被取代的芳族化合物异构化，以及烷烃的加氢裂化。重整进料可为加氢裂化、直馏、FCC或焦化石脑油，且可包含许多其它成分，例如浓缩或热裂化石脑油。
加热器或炉常用于烃转化工艺，例如重整，以在工艺流体反应前将其加热。加热器可位于第一反应区之前和/或各反应区之间。通常，大部分燃烧加热器(火焰加热器，firedheater)或炉包括带有端部火焰燃烧器的U形管构型。燃烧加热器箱通常包括3个或4个由进料加热器和2或3个中间加热器组成的单元。各燃烧加热器单元通常在同一高度按列布置。然而，这一布置形式占据了大量空间，增加了工厂的成本。
因此，存在改进燃烧加热器的布置形式的需求。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种装置。在一个实施例中，该装置包括至少两组辐射式燃烧加热器，第一组辐射式燃烧加热器位于第一高度，第二组辐射式燃烧加热器位于低于第一高度的第二高度，每组辐射式燃烧加热器包括至少一个辐射式燃烧加热器，每一辐射式燃烧加热器具有置于辐射式燃烧加热器之内的至少一个工艺盘管(process coil)、燃烧器以及烟气出口，其中工艺盘管具有一个出口和至少一个入口；至少一个入口歧管，其具有一入口和多个出口，所述至少一个入口歧管的每一出口与一个工艺盘管入口流体连通；以及出口歧管，其具有多个入口和一出口，出口歧管的多个入口与工艺盘管出口流体连通。
本发明的另一方面涉及一种选择装置布置形式的方法。在一个实施例中，该方法包括选择反应器的第一布置形式；基于反应器的第一布置形式来选择辐射式燃烧加热器的堆叠组的第一布置形式；以及基于辐射式燃烧加热器的堆叠组的第一布置形式来选择第一管堆放面积(lay down area)。基于辐射式燃烧加热器的堆叠组的第一布置形式来确定第一烃排斥区面积。选择反应器的第二布置形式，基于反应器的第二布置形式来选择辐射式燃烧加热器的堆叠组的第二布置形式，基于辐射式燃烧加热器的堆叠组的第二布置形式来选择第二管堆放面积。基于辐射式燃烧加热器的堆叠组的第二布置形式来确定第二烃排斥区面积。比较所述第一管堆放面积与所述第二管堆放面积，以及比较所述第一烃排斥区面积与所述第二烃排斥区面积。基于所述第一和第二管堆放面积以及所述第一和第二烃排斥区面积来选择装置布置形式。
附图说明
图1A-1B示出了现有技术中一种常规的燃烧加热器箱的一个实施例的透视图，以及使用图1A中的常规的燃烧加热器箱的重整设备的平面图。
图2A-2C示出了根据本发明的燃烧加热器箱的一个实施例的透视图，以及使用图2A中的燃烧加热器箱的重整设备的平面图。
图3A-3B示出了根据本发明的燃烧加热器箱的另一实施例的透视图，以及使用图3A中的燃烧加热器箱的重整设备的平面图。
图4A-4B示出了用于燃烧加热器的W形工艺管的两个实施例。
图5A-5B示出了根据本发明的燃烧加热器箱的另一实施例的透视图，以及使用图5A中的燃烧加热器箱的重整设备的平面图。
图6A-6B示出了根据本发明的燃烧加热器箱的实施例。
图7示出了使用图7A中的燃烧加热器箱的重整设备的平面图。
图8A-8B示出了根据本发明的燃烧加热器箱的另一实施例的透视图，以及使用图8A中的燃烧加热器箱的重整设备的平面图。
图9A-9C示出了根据本发明的燃烧加热器及对流管束的各种布置形式。
具体实施方式
本发明的详细说明
本发明提出了辐射式燃烧加热器的新布置形式，这减少了辐射式燃烧加热器所需的空间。辐射式燃烧加热器占地面积的减少降低了资金成本，因为设备所需的总空间更小。这些布置形式也减小了反应区和辐射式燃烧加热器之间的管道等效长度，这也有助于降低资金成本。
催化转化区通常包括多个反应区和多个辐射式燃烧加热器。烃流从一个反应区经过辐射式燃烧加热器并进入另一反应区。在串联的任意反应区之间都有辐射式燃烧加热器。通常在第一反应区之前会有辐射式燃烧加热器来加热进入流。反应区可以是三个、四个、五个或更多，辐射式燃烧加热器可以是三个、四个、五个或更多。
通常，反应系统内含烃反应物流的催化转化具有至少两个反应区，反应物流依次流过所述反应区。具有多个区的反应系统通常呈以下两种形式之一：并排形式或堆叠形式。在并排形式中，多个单独的反应容器可彼此相邻置于一排，每个反应容器都可包括反应区。在堆叠形式中，一个共用的反应容器可包括多个单独的可彼此上下布置的反应区。在两种反应系统中，根据反应是吸热还是放热，各反应区之间会有中间加热或冷却。
图1A-1B示出了用于反应区的加热器的常规布置形式。在该实施例中，四个辐射式燃烧加热器105A、105B、105C及105D在x方向上彼此相邻排成一列。
每个辐射式燃烧加热器105A-D均包含一系列工艺盘管110A-D和位于工艺盘管110A-D的各端上的燃烧器115A-D。每个工艺盘管110A-D为大致U形，且具有入口和出口。
每个辐射式燃烧加热器105A-D具有入口歧管120A-D和出口歧管125A-D，所述入口歧管具有一个入口和多个出口，而所述出口歧管具有多个入口和一个出口。
来自辐射式燃烧加热器105A-D的烟气向上经过管道进入用于热量回收的对流管束127。对流管束127具有入口，该入口与辐射式燃烧加热器的烟气出口流体连通。对流管束127包括在对流管束127内部的加热管，以使待加热流体通过。对流管束127从烟气中回收热量，烟气离开辐射式燃烧加热器时的温度在700℃-1100℃之间。一种热量回收方法是使水通过加热管而产生蒸汽。对流管束127沿x方向延伸，且垂直于入口歧管120A-D和出口歧管125A-D的方向(z)。
在图1B所示的布局中有两个反应器堆130。如图所示，每个反应器堆130均包括叠放在另一反应器上的一个反应器。一个反应器堆130包括反应器1和2，另一个反应器堆130则包括反应器3和4。
入口歧管120A-D的入口与反应器堆130中的一个反应器的出口流体连通，入口歧管120A-D的多个出口则与工艺盘管110A-D的入口流体连通。
工艺盘管110A-D的出口与出口歧管125A-D的多个入口流体连通，而出口歧管125A-D的出口则与反应器堆130中的反应器串列中的下一个反应器的入口流体连通。
入口歧管120A-D和出口歧管125A-D沿z方向延伸，且垂直于延伸穿过两个反应器堆130的平面A。
设有管架135，其是用于工艺装置的各类管道和仪器的共用管道支撑架的一段。
设有燃气处理系统140。燃气处理系统140通常包括多个盘管段，盘管段加热锅炉进料水、产生蒸汽并使蒸汽过热以提供用在精炼厂中的高压蒸汽。
设有蒸汽分离系统145。通常，蒸汽分离系统145包括用于使加热器内产生的蒸汽与循环水分离的滚筒。通常，水并不完全蒸发，以防止腐蚀蒸汽产生盘管。蒸气-液体混合物经过分离滚筒。然后，使水再循环通过蒸汽产生盘管。蒸气通过盘管的蒸汽过热段返回并被送至精炼厂。
设有循环催化剂再生结构150。催化剂被送至循环催化剂再生结构150以烧掉形成于重整器中的焦炭。
设有管堆放场165，其是为建造和维护加热器预留的空间。它通常占据与辐射式燃烧加热器105A-D相同的面积(长度和宽度(x和z方向))。
还设有围绕辐射式燃烧加热器105A-D的烃排斥区面积170，不能在该烃排斥区面积中放置带有可燃混合物的工艺设备。它通常是加热器周围50英尺的半径范围。
图2A-C示出了本发明的辐射式燃烧加热器的一个实施例。在该布置形式中，有两组205、210辐射式燃烧加热器215A-B和220A-B。每组205、210具有至少一个辐射式燃烧加热器。每组205、210通常具有至少两个或更多个辐射式燃烧加热器。辐射式燃烧加热器的数量根据反应器的数量和工艺过程的加热需求而变。
第一组205的高度为h1(y方向)，大于第二组210的高度h2。第二组210的辐射式燃烧加热器220A-B通常位于地面。
辐射式燃烧加热器215A-B具有U形工艺盘管225A-B和燃烧器230A-B，而辐射式燃烧加热器220A-B具有U形工艺盘管235A-B和燃烧器237A-B。燃烧器230A-B和237A-B在工艺盘管225A-B和235A-B的串列的两端。在该实施例中，对流管束257沿x方向延伸，且垂直于入口歧管240A-B、250A-B及出口歧管245A-B、255A-B的方向(z)。来自第二组210的辐射式燃烧加热器220A-B的烟气被引导至第一组205的辐射式燃烧加热器215A-B的底部，并从那里去往对流管束257。作为替代，来自第二组210的烟气能围绕着第一组205的辐射式燃烧加热器215A-B的外面被送至对流管束257，或者在辐射式燃烧加热器215A-B之间被送至对流管束257。
设有两个反应器堆260(每个都具有两个反应器)、管架265、燃气处理系统270、蒸汽分离系统275、循环催化剂再生结构280以及管堆放场285。
在该实施例中，入口歧管240A-B、250A-B及出口歧管245A-B、255A-B沿z方向延伸，且垂直于延伸穿过两个反应器堆260的平面B。
在该实施例中，管堆放场285的面积是常规的并排布置形式的面积的一半。围绕两组205、210辐射式燃烧加热器215A-B和220A-B的烃排斥区面积290也小于常规布置形式。
图2C示出了管堆放场285的替代布置形式。在该实施例中，管堆放处285位于辐射式燃烧加热器215A-B的两侧。
图3A-B和4示出了本发明的辐射式燃烧加热器的另一实施例。在该布置形式中，有两组305、310辐射式燃烧加热器315A-B、320A-B。每组305、310都有至少一个辐射式燃烧加热器。每组305、310通常都有至少两个或更多个辐射式燃烧加热器。辐射式燃烧加热器的数量根据反应器的数量和工艺过程的加热需求而变。
第一组305的高度为h1(y方向)，大于第二组310的高度h2。第二组210的辐射式燃烧加热器320A-B通常位于地面。
辐射式燃烧加热器315A-B、320A-B具有至少一个工艺盘管405、407，置于辐射式燃烧加热器315A-B、320A-B之内。辐射式燃烧加热器315A-B、320A-B具有燃烧器410。如图4A所示，每一工艺盘管405均具有呈大体平行取向的三个管435以及连接三个管435的两个弯管部440以形成大体为W形的工艺盘管405的构型。外侧的管可小于中间的管。工艺盘管407类似。作为替代，W形盘管可由两个U形盘管445形成，其中各盘管445的出口在出口歧管420的入口处合并，如图4B所示。
设有至少一个出口歧管420，其具有与每个工艺盘管405的出口流体连通的入口。出口歧管420包括用于使工艺流流至下游反应器的出口。
在一些实施例中，有两个入口歧管450，它们具有接收来自上游反应器的工艺流的入口，以及与每个工艺盘管405的入口流体连通的出口。
辐射式燃烧加热器315A的入口歧管450A和出口歧管420A沿x方向延伸，且与辐射式燃烧加热器315B的入口歧管450B和出口歧管420B首尾相对地排列。辐射式燃烧加热器320A的入口歧管453A和出口歧管423A沿x方向延伸，且与辐射式燃烧加热器320B的入口歧管453B和出口歧管423B首尾相对地排列。燃烧器410、413仅位于辐射式燃烧加热器315A-B、320A-B的一端，即工艺盘管405、407的串列的外端。
如图3B所示，在该实施例中，用于辐射式燃烧加热器315A-B的反应器管道455位于辐射式燃烧加热器315A-B的外端(燃烧器410所处的那端)。
使用这种W形工艺盘管405允许辐射式燃烧加热器315A-B、320A-B更窄(x方向)。此外，使用W形工艺盘管405能使出口歧管420离辐射式燃烧加热器工艺盘管出口更近。
通过重新设计辐射式燃烧加热器315、320，减小了加热体积，减小了辐射式燃烧加热器315A-B、320A-B的宽度，也减小了辐射式燃烧加热器315A-B、320A-B的占地面积或区域。
对流管束330沿x方向延伸，且平行于入口歧管450A-B和出口歧管420A-B。
在该实施例中，两个反应器堆460彼此间隔开。入口歧管450A-B和出口歧管420A-B平行于延伸穿过两个反应器堆460的平面C。
燃气处理系统470邻近蒸汽分离系统475，而蒸汽分离系统475邻近辐射式燃烧加热器315A-B。管堆放场480在辐射式燃烧加热器315A-B的相对的一侧。它们在管架485的与反应器堆460相对的那侧。循环催化剂再生结构490与反应器堆460位于管架485的同一侧。
在该实施例中，管堆放场480的面积小于图2B中的管堆放场285的面积，因为辐射式燃烧加热器315A-B(沿x方向)比辐射式燃烧加热器215A-B(沿z方向)更窄。
围绕两组305、310辐射式燃烧加热器315A-B和320A-B的烃排斥区面积495小于常规的布置形式。
图5A-5B示出了本发明的辐射式燃烧加热器的另一实施例。在该布置形式中，有两组505、510辐射式燃烧加热器515A-B和520A-B。每组505、510具有至少一个辐射式燃烧加热器。
第一组505的高度为h1(y方向)，大于第二组510的高度h2。
辐射式燃烧加热器515A-B、520A-B使用图4中所示的工艺盘管。
辐射式燃烧加热器515A-B具有入口歧管525A-B和出口歧管530A-B，而辐射式燃烧加热器520A-B具有入口歧管535A-B和出口歧管540A-B。辐射式燃烧加热器515A-B具有工艺盘管517和燃烧器519，而辐射式燃烧加热器520A-B具有工艺盘管521A-B和燃烧器523。
对流管束553沿x方向延伸，且平行于入口歧管525A-B和出口歧管530A-B。
在该实施例中，辐射式燃烧加热器515A的入口歧管525A和出口歧管530A沿x方向延伸，且与辐射式燃烧加热器515B的入口歧管525B和出口歧管530B首尾相对地排列。燃烧器519仅位于辐射式燃烧加热器515A-B的一端，即工艺盘管517的串列的外端。
在该实施例中，反应器管道555在与燃烧器519相对的端部位于辐射式燃烧加热器515A和515B之间。
反应器堆560彼此相邻。入口歧管525A-B和出口歧管530A-B平行于延伸穿过反应器堆560的平面D。
蒸汽分离系统565位于辐射式燃烧加热器515A-B的与管堆放场570相对的一侧。
燃气处理系统575以及循环催化剂再生结构580与反应器堆560位于管架585的同一侧。
管堆放场570的面积等于图3B中的管堆放场480的面积。
围绕两组505、510辐射式燃烧加热器515A-B和520A-B的烃排斥区面积590小于常规的布置形式。
在之前的描述中，全部工艺盘管从入口和出口歧管向下(y方向)延伸。然而，这并非必须。图6A示出了辐射式燃烧加热器605的一个实施例，其中，一些工艺盘管610从入口歧管615和出口歧管620向上(y方向)延伸，一些工艺盘管625从入口歧管615和出口歧管620向下(y方向)延伸。
图6B示出了一个实施例，其中有第一和第二组630、635辐射式燃烧加热器(每组仅示出一个加热器)。第一组630的入口歧管640和出口歧管645位于第一组630辐射式燃烧加热器的底部。工艺盘管650从第一组630的入口歧管640和出口歧管645向上(y方向)延伸。第二组635的入口歧管655和出口歧管660位于第二组635辐射式燃烧加热器的顶部。工艺盘管665从第二组635的入口歧管655和出口歧管660向下(y方向)延伸。
图7示出了反应区的另一实施例的平面图。在该实施例中，辐射式燃烧加热器705A的入口歧管715A和出口歧管720A沿x方向延伸，且与辐射式燃烧加热器705B的入口歧管715B和出口歧管720B首尾相对地排列。燃烧器750位于工艺盘管的串列的一端，即在外端。
有沿x方向延伸的四个反应器755。入口歧管715A-B和出口歧管720A-B沿x方向延伸，且平行于延伸穿过四个反应器755的平面E。
在辐射式燃烧加热器705A-B的外端(邻近燃烧器750)以及在辐射式燃烧加热器705A-B之间有反应器管道760。
蒸汽分离系统765位于辐射式燃烧加热器705A-B的与管堆放场770相对的一侧。
燃气处理系统775及循环催化剂再生结构780与反应器堆755位于管架785的同一侧。
围绕两组辐射式燃烧加热器705A-B的烃排斥区面积790小于常规的布置形式。反应器管道需求更小，管架也更短。
图8A-B示出了与图2A-B类似的实施例，但是其中使用了W形工艺盘管而非图2A-B中的U形工艺盘管。
在该布置形式中，有两组805、810辐射式燃烧加热器815A-B和820A-B。第一组805的高度为h1(y方向)，大于第二组810的高度h2。
辐射式燃烧加热器815A-B具有W形工艺盘管825A-B和燃烧器830A-B，而辐射式燃烧加热器820A-B具有W形工艺盘管835A-B和燃烧器837A-B。燃烧器830A-B和837A-B位于工艺盘管825A-B和835A-B的串列的一端。
对流管束839沿x方向延伸，且垂直于入口歧管840A-B和出口歧管845A-B的方向(z)。
在该实施例中，第一组805的入口歧管840A-B和出口歧管845A-B以及第二组810的入口歧管850A-B和出口歧管855A-B沿z方向延伸，且垂直于经过反应器堆860的平面F。
两个反应器堆860彼此间隔开。
燃气处理系统865及循环催化剂再生结构870与反应器堆860位于管架875的同一侧。
蒸汽分离系统880位于辐射式燃烧加热器815A-B旁边。管堆放场885位于辐射式燃烧加热器815A-B的与管架875相对的一侧。
在该实施例中，与图2A-B中的管堆放面积相比，管堆放场885的面积更窄(z方向)但是更宽(x方向)。围绕两组805、810辐射式燃烧加热器815A-B、820A-B的烃排斥区面积890比图2A-B中的小。
图9A-C示出了对流管束相对于各组辐射式燃烧加热器的各种布置形式。在图9A中，有第一组905辐射式燃烧加热器915A-B和第二组910辐射式燃烧加热器920A-B。来自第二组910辐射式燃烧加热器920A-B的烟气的出口925在辐射式燃烧加热器915A-B之间延伸，并进入对流管束930A。来自第一组905辐射式燃烧加热器915A-B的烟气被送到对流管束930B。对流管束930A-B位于第一和第二组905、910辐射式燃烧加热器915A-B和920A-B两者的上方。对流管束930A-B沿x方向延伸，且垂直于第一和第二组905、910辐射式燃烧加热器915A-B和920A-B的入口歧管940A-B、950A-B和出口歧管945A-B、955A-B的方向(z)。
在图9B中，对流管束930A位于第二组910辐射式燃烧加热器920A-B的上方和第一组905辐射式燃烧加热器915A-B的下方。来自第二组910辐射式燃烧加热器920A-B的烟气被送至对流管束930A。对流管束930B在第一组905辐射式燃烧加热器915A-B的上方。来自第一组905辐射式燃烧加热器915A-B的烟气被送至对流管束930B。对流管束930A-B沿x方向延伸，且垂直于第一和第二组905、910辐射式燃烧加热器915A-B、920A-B的入口歧管940A-B、950A-B和出口歧管945A-B、955A-B的方向(z)。
在图9C中，对流管束930A位于第二组910辐射式燃烧加热器920A-B的上方且在辐射式燃烧加热器915A和915B之间。来自第二组910辐射式燃烧加热器920A-B的烟气的出口925将烟气送至对流管束930A。对流管束930A沿z方向延伸，且平行于第一和第二组905、910辐射式燃烧加热器915A-B、920A-B的入口歧管940A-B、950A-B和出口歧管945A-B、955A-B。对流管束930B在第一组905辐射式燃烧加热器915A-B的上方。来自第一组905辐射式燃烧加热器915A-B的烟气被送至对流管束930B。对流管束930B沿x方向延伸，且垂直于第一和第二组905、910辐射式燃烧加热器915A-B、920A-B的入口歧管940A-B、950A-B和出口歧管945A-B、955A-B的方向(Z)。
在一些实施例中，希望使管堆放面积尽可能地小。这可通过选择重整反应器的第一布置形式以及基于重整反应器的布置形式的、辐射式燃烧加热器的堆叠组的第一布置形式来实现。基于辐射式燃烧加热器的堆叠组的第一布置形式来选择第一管堆放面积。选择重整反应器的第二布置形式以及基于重整反应器的布置形式的、辐射式燃烧加热器的堆叠组的第二布置形式。基于辐射式燃烧加热器的堆叠组的布置形式来选择第二管堆放面积。然后比较第一和第二管堆放面积。
在其他实施例中，希望使烃排斥区的尺寸尽可能地小。可进行类似的分析。选择重整反应器的第一和第二布置形式，以及基于重整反应器的布置形式的、辐射式燃烧加热器的堆叠组的第一和第二布置形式。基于辐射式燃烧加热器的堆叠组的布置形式来选择第一和第二管堆放面积。
然后，可基于管堆放面积和烃排斥区面积以及这两个标准的相对重要性来选择合适的装备布置形式。
应当明白，在此描述的一个或多个辐射式燃烧加热器(例如，进料加热器或中间加热器)根据例如最大管壁温度限制而可使流进入辐射区、然后进入可选的对流区，可使流进入可选的对流区、然后进入辐射区，或者可使流仅进入辐射区。
用于重整工艺的商用燃烧加热器通常具有用于各个加热器的各单独的辐射传热区，以及可由来自辐射区的烟气加热的共用的对流传热区。离开进料加热器的联合进料流的温度(也可以是第一反应区的入口温度)通常为482℃至560℃(900℉至1,040℉)，优选为493℃至549℃(920℉至1,020℉)。
能应用本发明的辐射式燃烧加热器的一种典型工艺是重整工艺。
通常，催化重整区具有至少两个重整器，反应物流依次流过各重整器。具有多个重整器的反应系统通常采取以下两种形式之一：并排形式或堆叠形式。在并排形式中，多个单独的反应容器可彼此并排布置，每个反应容器均包括重整器。在堆叠形式中，一个共用的反应容器可容纳多个单独的、可彼此上下布置的重整器。在两种反应系统中，根据反应是吸热还是放热，可在各重整器之间进行中间加热或冷却。
由这些工艺转化的进料可包括多种原油的各种分馏物。由这些工艺转化的示例性的进料通常包括石脑油，其包括但不限于直馏石脑油、加氢裂化石脑油、减粘裂化石脑油、焦化石脑油以及流体催化裂化石脑油。轻石脑油包括一些丁烷、戊烷，而轻己烷也可包含于进料中。
具有多个反应区的工艺可包括多种多样的烃转化工艺，例如催化重整、烷化、脱烷、氢化、脱氢、加氢、异构化、异构脱氢、脱氢环化、裂化以及加氢裂化工艺。催化重整还经常使用多个反应区，且在下文的附图中所示的实施例中被引用。重整工艺的更多信息可见于例如美国专利No.4,119,526、4,409,095以及4,440,626。
通常，在催化重整中，进料混合有包含氢的再循环流，以形成通常所谓的联合进料流，而联合进料流与反应区中的催化剂接触。
一旦联合进料流到达第一反应区，该联合进料流就可进行转化反应。在通常的形式中，重整工艺可在以串列流布置形式互相连接的多个反应区中使用催化剂颗粒。反应区数量任意，但是通常为3个、4个或5个。因为重整反应一般在高温下发生，且通常为吸热反应，所以每个反应区常常与一个或多个加热区相关联，加热区加热反应物至所需反应温度。
本发明可应用于具有至少两个催化反应区的重整反应系统中，在催化反应区反应物流的至少一部分以及催化剂颗粒流的至少一部分依次流过反应区。这些重整反应系统可为如前所述的并排形式或堆叠形式。
通常，重整反应在存在催化剂颗粒的情况下进行，这些催化剂颗粒包括一种或多种VIII族(IUPAC 8-10)贵金属(例如，铂、铱、铑、钯)以及与例如为难熔无机氧化物的多孔载体组合的卤素。例如，美国专利No.2,479,110教导了一种氧化铝-铂-卤素重整催化剂。尽管催化剂可包含0.05至2.0wt-％的VIII族金属，然而可使用不那么昂贵的催化剂，例如包含0.05至0.5wt-％的VIII族金属的催化剂。贵金属优选为铂。此外，催化剂可包含铟和/或镧系金属例如铈。催化剂颗粒还可包含0.05至0.5wt-％的一种或多种IVA族(IUPAC 14)金属(例如，锡、锗、铅)，如在美国专利No.4,929,333、5,128,300以及其中所引用的参考文献中所述。卤素通常为氯，而载体通常为氧化铝。合适的氧化铝材料包括但不限于γ、η和θ氧化铝。与催化剂性能有关的一个特性是载体的表面积。优选地，载体的表面积为100-500m2/g。表面积小于130m2/g的催化剂的活性与表面积更高的催化剂相比，往往更会受催化剂焦炭的不利影响。通常，颗粒常常为类球体，直径为1.6-3.1mm(1/16-1/8英寸)，但也可以大如6.35mm(1/4英寸)或小如1.06mm(1/24英寸)。然而，在特定的重整反应区，需要使用落入相对较窄的尺寸范围内的催化剂颗粒。优选的催化剂颗粒直径为1.6mm(1/16英寸)。
重整工艺可使用固定催化剂床，或者移动床反应容器和移动床再生容器。在后者中，通常情况下，再生的催化剂颗粒被供给至反应容器，反应容器通常包括几个反应区，颗粒在重力作用下流经反应容器。催化剂可从反应容器底部被提取，并输送至再生容器。在再生容器中，多级再生工艺通常用于再生催化剂，以恢复其能力来促进重整反应。美国专利No.3,652,231、3,647,680和3,692,496记载了适用于重整工艺的催化剂再生容器。催化剂可在重力作用下流经各个再生步骤，然后从再生容器中被回收，并输送至反应容器。通常，布置形式被设置为增加新鲜催化剂补充至工艺中，并从工艺中提取废催化剂。催化剂经过反应和再生容器的运动常被认为是连续的，然而在实践中，这是半连续的。半连续运动意味着相对较少量的催化剂在密集点被及时重复地转移。例如，每20分钟可从反应容器底部提取一批，而提取需要五分钟，即，催化剂能流五分钟。如果容器中的催化剂藏量与该批次的尺寸相比较大，则容器中的催化剂床可被视为连续移动。移动床系统可具有在催化剂被移除或更换时仍能维持生产的优点。
通常，催化剂经过催化剂床的运动速度不等，可从小至45.5kg(100磅)每小时至2,722kg(6000磅)每小时或者更多。
本发明的反应区可在重整条件下运行，重整条件包括通常为0-6,895kPa(g)(0psi(g)-1,000psi(g))的大气压范围，在276-1,379kPa(g)(40psi(g)-200psi(g))的相对较低压力范围获得尤其好的结果。基于全部反应区中的总催化剂体积的总液时空速(LHSV)通常为0.1-10hr-1，或1-5hr-1，和/或1.5-2.0hr-1。
如前所述，通常，吸热的环烷重整反应发生在第一反应区，因此第一反应区的出口温度会低于第一反应区的入口温度，且通常为316-454℃(600-850℉)。第一反应区通常可包含全部反应区中的总催化剂体积的5％-50％、更经常是10％-30％。因此，基于第一反应区中的催化剂体积的第一反应区中的液时空速(LHSV)通常为0.2-200hr-1，或2-100hr-1，和/或5-20hr-1。通常，从第一反应区提取催化剂颗粒，并送至第二反应区；这些颗粒通常具有小于2wt-％催化剂重量的焦炭含量。
由于吸热的重整反应发生在第一反应区，因此第一反应区的流出物温度通常不仅低于到第一反应区的联合进料的温度，也低于第二反应区的期望入口温度。因此，第一反应区的流出物可经过另一加热器，通常称为第一中间加热器，且其能加热第一反应区的流出物至第二反应区的期望入口温度。
通常，将位于两个反应区之间——例如第一反应区和第二反应区——的加热器称为中间加热器。第一反应区流出物流以通常482℃-560℃(900℉-1,040℉)的温度离开中间加热器。由于热损失，相比于第二反应区的入口温度，中间加热器出口温度通常不高过5℃(10℉)，且优选为不高过1℃(2℉)。相应地，第二反应区的入口温度通常为482℃-560℃(900℉-1,040℉)，或493℃-549℃(920℉-1,020℉)。相比第一反应区入口温度，第二反应区的入口温度常常高至少33℃(66℉)，且可至少高56℃(100℉)或者甚至至少高83℃(150℉)。
离开第一中间加热器后，第一反应区流出物通常进入第二反应区。如同在第一反应区中那样，吸热反应能导致第二反应区中温度的再次降低。然而，第二反应区的温度降低通常小于第一反应区的温度降低，因为相比于第一反应区发生的反应，第二反应区中发生的反应通常吸热更少。尽管在第二反应区中温度降低程度更低，然而第二反应区的流出物温度仍然低于第三反应区的期望入口温度。
第二反应区通常包括全部反应区中的催化剂总体积的10％-60％，更通常的是15％-40％。因此，基于第二反应区中的催化剂体积的第二反应区中的液时空速(LHSV)通常为0.13-134hr-1，优选为1.3-67hr-1，以及更优选为3.3-13.4hr-1。
第二反应区流出物能经过第二中间加热器(第一中间加热器是之前所述的在第一和第二反应区之间的中间加热器)，且加热后能到达第三反应区。然而，可以省去在第二反应区之后的一个或多个额外的加热器和/或反应区；即，第二反应区可以是序列中的最后一个反应区。第三反应区通常包括全部反应区中的催化剂总体积的25％-75％，且更经常是30％-50％。同样，第三反应区流出物能到达第三中间加热器，并从那里到达第四反应区。第四反应区包括全部反应区中的催化剂总体积的30％-80％，且更经常是40％-50％。第三、第四以及随后的反应区的入口温度通常为482-560℃(900-1,040℉)，优选为493-549℃(920-1,020℉)。
因为相比于在第一反应区中发生的那些反应，在第二及随后(即，第三和第四)的反应区中发生的重整反应吸热更少，所以发生在靠后的反应区中的温度降低通常小于第一反应区中发生的温度降低。因此，与最后一个反应区的入口温度相比，最后一个反应区的出口温度可低11℃(20℉)或更少，且确实能想到可比最后一个反应区的入口温度更高。
重整油的C5+馏分的期望重整辛烷通常为85-107纯研究法辛烷值(C5+RONC)，且优选为98-102C5+RONC。
此外，上述反应区可使用任意的入口温度分布曲线。入口温度分布曲线可为平的或斜的，例如上升、下降、山形或谷状。
最后一个反应区的流出物流可在联合进料热交换器中通过将热传导至联合进料流而被冷却。离开联合进料换热器后，冷却后的最后一个反应区的流出物到达产物回收区。重整领域的普通技术人员知晓合适的产物回收区。示例性的产物回收设施通常包括气液分离器，以从最后一个反应区的流出物流中分离出氢气和C1-C3烃类气体，还包括分馏塔，以从重整油剩余物中分离出至少一部分的C4-C5轻烃。此外，可通过蒸馏将重整油分离成重整轻油组分和重整重油组分。
在使用移动催化剂床的重整反应过程中，作为机制的结果，例如焦炭沉积在颗粒上，催化剂颗粒失去活性；即，在使用一段时间后，催化剂颗粒促进重整反应的能力降低至催化剂不再有用的程度。在被重新用于重整工艺之前，催化剂可再修复或再生。
尽管已描述了通常的重整条件，所属领域技术人员会认识到重整条件可以根据需要进行各种改变。此外，所属领域技术人员会认识到，辐射式燃烧加热器的各种布置形式可与其他工艺一起使用。
尽管已在之前的本发明的详细说明中示出了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在数量众多的变型例。还应当理解的是，单个示例性实施例或者多个示例性实施例仅仅是示例，并无意以任何方式限制本发明的范围、实用性或配置。相反，之前的详细说明会给所属领域技术人员提供便利的路线图以实施本发明的示例性实施例。应当理解的是，在不脱离所附权利要求中提出的本发明的范围的情况下，可对示例性实施例中描述的元件的功能或布置形式做出各种改变。
具体实施例
尽管结合具体实施方式进行下述说明，但是应当理解，这一说明意在阐述而非限制之前的说明及所附权利要求的范围。
本发明的第一个实施例是一种装置，包括至少两组辐射式燃烧加热器，第一组辐射式燃烧加热器位于第一高度，第二组辐射式燃烧加热器位于比第一高度低的第二高度，每组辐射式燃烧加热器都包括位于辐射式燃烧加热器内部的至少一个工艺盘管、燃烧器以及烟气出口，其中工艺盘管具有一个出口和至少一个入口；针对每个辐射加热器的至少一个入口歧管，其具有一入口和多个出口，所述至少一个入口歧管的每个出口与一个工艺盘管入口流体连通；以及针对每个辐射加热器的出口歧管，其具有多个入口和一出口，出口歧管的多个入口与工艺盘管出口流体连通。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中在第一或第二组辐射式燃烧加热器中至少有两个工艺盘管，且其中至少一个工艺盘管在出口歧管平面之下延伸，且其中至少一个工艺盘管在出口歧管的平面的上方延伸。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中第二组辐射式燃烧加热器的入口和出口歧管在第二组辐射式燃烧加热器的至少一个工艺盘管的上方，且其中第一组辐射式燃烧加热器的入口和出口歧管在第一组辐射式燃烧加热器的至少一个工艺盘管的下方。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中每个工艺盘管都具有U形构型，且其中有一个入口歧管。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，还包括对流管束，其具有入口和加热管，其中对流管束的入口与第一组辐射式燃烧加热器的烟气出口或第二组辐射式燃烧加热器的烟气出口或这二者的烟气出口流体连通。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中第二组中的至少一个辐射式燃烧加热器的烟气出口位于第一组辐射式燃烧加热器外部。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中第二组中的至少一个辐射式燃烧加热器的烟气出口位于第一组中的辐射式燃烧加热器之间。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中第一组中的辐射式燃烧加热器的入口和出口歧管的方向平行于对流管束的方向。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中第一组中的辐射式燃烧加热器的入口和出口歧管的方向垂直于对流管束的方向。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中对于每个辐射式加热器，设有两个入口歧管，且其中每个工艺盘管具有W形构型。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中W形构型包括三个平行的管、连接各管端部的两个半圆形管段，使得所述管和管段形成W形构型，中间的管的一端连接至出口歧管的入口，而一个外侧的管的一端连接至第一入口歧管的出口，另一个外侧的管的一端连接至第二入口歧管的出口。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中，燃烧器位于辐射式燃烧加热器的一端，且其中辐射式燃烧加热器的入口歧管的入口及出口歧管的出口邻近辐射式燃烧加热器的设置有燃烧器的端部。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中，燃烧器位于辐射式燃烧加热器的一端，且其中辐射式燃烧加热器的入口歧管的入口及出口歧管的出口邻近辐射式燃烧加热器的与设置有燃烧器之处相对的端部。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，还包括多个反应器，每个反应器均包括工艺流体入口和工艺流体出口，每个反应器的工艺流体入口与辐射式燃烧加热器之一的出口歧管的出口流体连通，且工艺流体出口与反应器中的另一个的至少一个入口歧管的入口流体连通，其中每个反应器有一个辐射式燃烧加热器。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第一个实施例，其中，至少两个反应器垂直地堆叠。
本发明的第二个实施例是一种装置，包括：多个反应器，每个反应器具有工艺流体入口和工艺流体出口；至少两组辐射式燃烧加热器，第一组辐射式燃烧加热器位于第一高度，第二组辐射式燃烧加热器位于比第一高度低的第二高度，每组辐射式燃烧加热器包括至少两个辐射式燃烧加热器，每个辐射式燃烧加热器包括置于加热器内部的至少一个工艺盘管、燃烧器以及烟气出口，其中工艺盘管具有一个出口和至少一个入口；至少一个入口歧管，其具有一入口和多个出口，至少一个入口歧管的每个出口与一个工艺盘管入口流体连通；以及出口歧管，其具有多个入口和一出口，出口歧管的多个入口与工艺盘管出口流体连通；每个反应器的工艺流体入口与辐射式燃烧加热器之一的出口歧管的出口流体连通，而工艺流体出口与反应器中的另一个的至少一个入口歧管的入口流体连通。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第二个实施例，还包括对流管束，其具有入口和加热管，其中对流管束的入口与第一组辐射式燃烧加热器的烟气出口或第二组辐射式燃烧加热器的烟气出口或与这两者的烟气出口流体连通，且其中第一组中的辐射式燃烧加热器的入口和出口歧管的方向平行于对流管束的方向。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第二个实施例，其中燃烧器位于辐射式燃烧加热器的一端，且其中辐射式燃烧加热器的入口歧管的入口以及出口气管的出口邻近辐射式燃烧加热器的设置有燃烧器的端部。本发明的一个实施例是该段中的一个、任意个或全部的在先实施例、直至该段落的第二个实施例，其中燃烧器位于辐射式燃烧加热器的一端，且其中辐射式燃烧加热器的入口歧管的入口以及出口歧管的出口邻近辐射式燃烧加热器的与设置有燃烧器之处相对的端部。
本发明的第三个实施例是一种选择装置布置形式的方法，包括选择反应器的第一布置形式；基于反应器的第一布置形式来选择辐射式燃烧加热器的堆叠组的第一布置形式；基于辐射式燃烧加热器的堆叠组的第一布置形式来选择第一管堆放面积；基于辐射式燃烧加热器的堆叠组的第一布置形式来确定第一烃排斥区面积；选择反应器的第二布置形式；基于反应器的第二布置形式来选择辐射式燃烧加热器的堆叠组的第二布置形式；基于辐射式燃烧加热器的堆叠组的第二布置形式来选择第二管堆放面积；基于辐射式燃烧加热器的堆叠组的第二布置形式来确定第二烃排斥区面积；比较所述第一管堆放面积与所述第二管堆放面积，以及比较所述第一烃排斥区面积与所述第二烃排斥区面积；以及基于所述第一和第二管堆放面积以及所述第一和第二烃排斥区面积来选择装置布置形式。
相信无需更多阐述，所属领域技术人员使用之前的说明能够在最大程度上使用本发明，且能轻易确定本发明的必要特征，在不脱离其精神和范围的情况下，做出本发明的各种改变和修改，并将其适用于各种用途和条件。因此，之前的优选具体实施方式仅仅是示例性的，并不以任何方式对本公开的剩余部分做任何限制，以及其目的在于涵盖包含于所附权利要求的范围中的各种修改和等同布置形式。
在前文中，除非另外指明，所有的温度以摄氏度为单位，以及所有的部分和百分比是以重量计的。

Claims (10)

1.一种装置，包括：
至少两组(205，210)辐射式燃烧加热器(215，220)，第一组(205)辐射式燃烧加热器(215)位于第一高度，第二组(210)辐射式燃烧加热器(220)位于小于所述第一高度的第二高度，每组辐射式燃烧加热器都包括至少一个辐射式燃烧加热器，每个辐射式燃烧加热器具有置于所述辐射式燃烧加热器之内的至少一个工艺盘管(225，235)，还具有燃烧器(230，237)以及烟气出口，其中所述工艺盘管具有一个出口和至少一个入口；
针对每个辐射式加热器的至少一个入口歧管(240)，所述入口歧管具有一入口和多个出口，其中所述至少一个入口歧管的每个出口与一个工艺盘管入口流体连通；以及
针对每个辐射式加热器的出口歧管(245)，所述出口歧管具有多个入口和一出口，其中所述出口歧管的所述多个入口与工艺盘管出口流体连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，每个工艺盘管(225，235)具有U形构型，且存在一个入口歧管。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，针对每个辐射式加热器存在两个入口歧管(450)，且每个工艺盘管(405)具有W形构型。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，还包括具有入口和加热管的对流管束(257)，其中所述对流管束(257)的入口与所述第一组(205)辐射式燃烧加热器(215)、所述第二组(210)辐射式燃烧加热器(220)或这两者的烟气出口流体连通。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一组(305)中的辐射式燃烧加热器(315)的入口和出口歧管(420，450)的方向平行于所述对流管束(330)的方向。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一组(205)中的辐射式燃烧加热器(215)的入口和出口歧管(240，245)的方向垂直于所述对流管束(257)的方向。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，所述燃烧器(410)位于所述辐射式燃烧加热器(315)的一个端部，且所述辐射式燃烧加热器(315)的入口歧管(450)的入口以及出口歧管(420)的出口邻近所述辐射式燃烧加热器(315)的设置有所述燃烧器(410)的端部。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，所述燃烧器(519)位于所述辐射式燃烧加热器(515)的一个端部，且所述辐射式燃烧加热器(515)的入口歧管(525)的入口以及出口歧管(530)的出口邻近所述辐射式燃烧加热器(515)的与设置有所述燃烧器(519)之处相对的端部。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，还包括多个反应器(260)，每一反应器(260)具有工艺流体入口和工艺流体出口，每一反应器(260)的工艺流体入口与所述辐射式燃烧加热器(215)之一的出口歧管(245)的出口流体连通，所述工艺流体出口与所述反应器(260)中的另一个反应器的所述至少一个入口歧管(240)的入口流体连通，其中对每个反应器都存在一个辐射式燃烧加热器。
10.一种选择装置布置形式的方法，包括：
选择反应器(260)的第一布置形式；
基于反应器(260)的第一布置形式来选择辐射式燃烧加热器(215，220)的堆叠组(205，210)的第一布置形式；
基于辐射式燃烧加热器(215，220)的堆叠组(205，210)的第一布置形式来选择第一管堆放面积(285)；
基于辐射式燃烧加热器(215，220)的堆叠组(205，210)的第一布置形式来确定第一烃排斥面积(290)；
选择反应器(260)的第二布置形式；
基于反应器(260)的第二布置形式来选择辐射式燃烧加热器(215，220)的堆叠组(205，210)的第二布置形式；
基于辐射式燃烧加热器(215，220)的堆叠组(205，210)的第二布置形式来选择第二管堆放面积(285)；
基于辐射式燃烧加热器(215，220)的堆叠组(205，210)的第二布置形式来确定第二烃排斥面积(290)；
比较所述第一管堆放面积与所述第二管堆放面积，以及比较所述第一烃排斥区面积(290)与所述第二烃排斥区面积(290)；以及
基于所述第一和第二管堆放面积以及所述第一和第二烃排斥区面积(290，290)来选择装置布置形式。
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