CN116745388A - 烃的裂化方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及在具有对流区和辐射区的热解炉中蒸汽裂化烃的工艺、方法、系统和设备。所述对流区包括具有螺旋形排列的三个串联换热器。为每个热交换器分配流体源以提供进入换热器的蒸汽。本公开内容进一步涉及调节每个流体源的料流流速以控制操作条件例如烟道气温度、烟囱温度和炉子的其它组件的温度的方法。

Description

烃的裂化方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求提交日期为2021年1月18日的美国临时申请号63/138,694和提交日期为2021年3月08日的欧洲专利申请号21161157.9的优先权和益处，它们全部的公开内容全文通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容总体上涉及烃的裂化工艺、方法、设备和系统。

背景技术

蒸汽裂化(称为热解)用于将各种烃原料裂化成烯烃，例如乙烯、丙烯和丁烯。常规的蒸汽裂化使用具有两个主要段的裂解炉：对流段和辐射段。烃原料可以作为液体进入炉子的对流段。可以通过与来自辐射段的热烟道气间接接触和通过与蒸汽直接接触来加热和蒸发原料。然后将气化原料和蒸汽混合物引入辐射段，在那里，发生裂化。包括烯烃的所得产物离开裂解炉用于进一步的下游处理，包括淬火。

常规蒸汽裂化系统对于裂化含较大比例轻质挥发性烃如汽油和石脑油的高质量原料是有效的。然而，蒸汽裂化经济性有时有利于裂化较低成本的重质原料，例如原油和常压渣油。原油和常压渣油可含有沸点超过590℃的高分子量非挥发性组分。这些原料的非挥发性组分可以促进热解炉的对流段中的焦炭积聚。在较轻组分完全蒸发的位置下游的对流段中，仅可以容许非常低水平的非挥发性组分。术语"焦炭"是指在气体裂化条件下加工的重质烃液体，并且严重过度裂化形成"焦炭"。

为了解决结焦问题，可以将原料预热，然后从热解炉的对流段中的预热器中排出。这种经预热的原料可以与蒸汽混合，然后引入气-液分离器中以从分离器中作为液体分离和除去一部分非挥发物。可以将经分离的蒸气从所述气-液分离器送回到热解炉用于加热和裂化。然而，使用分离器管理结焦可能对对流温度施加约束。为了管理对流温度，可以将水注入超高压对流系统中。然而，如果出口温度接近饱和温度(例如，蒸汽开始形成小液滴)，则注入过多的水可能导致机械可靠性问题。减少注入水量的其它方法增加了炉子的烟囱温度，这对于效率和可持续性考虑是不期望的。

因此，仍需要提供用于裂化烃的灵活、可持续和有效的方法和系统。

发明内容

发明概述

本公开总体上涉及具有对流区和辐射区的设备。对流区具有与管线的第一段流体连通的第一换热器。第一流体源与第一交换器下游的管线的第一段耦合。第二换热器与第一流体源下游的管线的第一段流体连通，第二换热器与所述管线第一段下游的管线的第二段流体连通。所述设备包括与第二换热器下游的管线的第二段耦合的第二流体源。第二流体源与第二换热器下游的管线的第二段耦合。第三换热器与第二流体源下游的管线的第二段流体连通。

在本公开内容的一些实施方案中，提供了包括对流区和辐射区的设备。对流区包括与第一管线耦合的第一换热器。第一流体源与第一换热器下游的第一管线耦合。设备包括第二管线和与第一流体源下游的第一管线耦合且与第二管线耦合的第二换热器。设备包括与第二换热器下游的第二管线耦合的第二流体源和与第二流体源下游的第二管线耦合的第三换热器。

在本公开内容的一些实施方案中，提供了控制炉子对流区的方法。所述方法包括使蒸汽与烟道气热交换以提供经加热蒸汽，和将水经过第一流体源注入所述经加热蒸汽以提供第一降低温度蒸汽。所述方法包括使所述第一降低温度蒸汽与烟道气热交换以提供中间蒸汽，和将水经过第二流体源注入所述中间蒸汽以提供第二降低温度蒸汽。所述方法包括使所述第二降低温度蒸汽与烟道气在适合于输出到头部的输出温度下热交换以提供输出蒸汽。

可应用性的其它领域将从本文提供的描述变得显而易见。这一发明内容中的描述和具体实例仅是出于说明目的并不打算限制本公开内容的范围。

附图说明

为了可以详细地理解本公开内容上述所列举的特征，可以通过参照其中一些在附图中显示的实施方案获得上面简要概述的本公开内容的更具体描述。然而，应当指出，所述附图仅举例说明本公开内容的典型实施方案并因此不认为是本发明范围的限制，因为本公开内容可以用其它同样有效的实施方案实施。

图1描绘了根据本公开的设备。

图2描绘了根据本公开的炉子的示例性过热器对流段。

图3描绘了根据本公开的用于加工烃的示例性方法的流程图。

为了便于理解，相同的参考编号当可能时用于表示附图中共用的相同元素。可以预期的是，一个实施例的元素和特征可以有利地并入其它实施例中，而无需进一步叙述。

发明详述

本公开提供了用于灵活、可持续和有效裂化烃的方法和系统。特别地，本公开提供了用于管理蒸汽裂化炉的温度约束的方法和系统。用于本公开的烃热解反应器(或炉子)包括具有至少一个对流区的对流段，和辐射段。如本文所用，对流段可描述为炉子的其中可通过对流加热处理原料的那部分。例如，如本文所用，对流加热可以是来自辐射段的热烟道气在具有导热表面的通道(例如一组金属管)中的间接换热。对流段可以包括一个或多个对流区，每个对流区具有到所述对流段的入口和从所述对流段的出口。对流段可以包括一个或多个加热区，以及预热区，所述预热区使用来自气液分离器的经加热底部料流在换热器中预热原料。每个对流区可以与用于进行热交换的管组相关联。

取自蒸汽鼓的饱和蒸汽可以在高压蒸汽过热器组中过热。术语"过热"是指在压力下将蒸汽加热到高于蒸汽的冷凝点以提供高于饱和或冷凝的温度。举例来说，在大气压下，可以将水加热至约100℃，然后煮沸以产生饱和蒸汽，可以将饱和蒸汽进一步加热至约200℃以产生过热蒸汽。已经发现，过热蒸汽在本文所述的方法中是有用的，因为它在穿过冷管道或设备时不会立即冷凝。在一些实施方案中，对于供应功率的高压蒸汽应用(例如，乙烯装置或功率装置)，可以将水在大于10MPa的压力下从约120℃供应加热至约300℃以进行沸腾，然后将饱和蒸气送过过热器换热器以向蒸气提供额外的过热。为了在所有炉子操作条件下实现期望的涡轮机入口蒸汽温度，可以在高压蒸汽过热器组中注入两个或更多个流体源。流体源可以在串联布置的多个换热器之间交替。过热器出口温度可以控制在基本上恒定的温度，而与炉子负荷变化、结焦程度变化、过量氧水平变化和/或其它变量无关。这一过热器可以将高压蒸汽的温度保持在约300℃或更高，例如约370℃至约590℃，例如约425℃至约590℃和/或表压保持在约4MPa至约12MPa，例如约6MPa至约10MPa，例如约7MPa至约9MPa，以为超过约50℃的蒸汽提供可靠量的过热。流体源可以通过流量控制阀(一个或多个)和水雾化器喷嘴(一个或多个)将水注入系统的一些部分。在加热后，高压蒸汽可以离开对流段，并且可以添加细水雾并使其快速蒸发以降低对流段中的蒸汽温度。高压蒸汽可以返回到对流段以进一步加热并离开以用于生产设施(例如，乙烯生产设施)中的其它用途。添加到过热器的水量可以控制蒸汽的温度。在一些实施方案中，添加至过热器的水可以保持低于约150℃的烟囱温度。

为了增强控制管组中原料流结焦的能力，高压蒸汽过热器可以位于对流段中。因为过热器位于炉子烟道/对流段内，所以它可以用于使蒸汽过热以运行其它工艺和蒸汽涡轮机，并且还根据需要淬火炉子烟道气。

术语"转化(convert)"、"转化(convert ing)"、"裂化(crack)"和"裂化(cracking)"在本文中广义地定义为包括烃或其它有机分子通过至少热解热的任何合适的分子分解、分裂、转化、脱氢和/或重整，并且可以非必要地包括通过催化、氢化、稀释剂、汽提剂和/或相关工艺中的一种或多种工艺的补充。

可以使用本文所述的方法和系统加工的烃原料可以包括再循环气体如乙烷、蒸汽裂化油/渣油外加剂、瓦斯油、加热油、喷气燃料、柴油、煤油、汽油、焦化石脑油、蒸汽裂化石脑油、催化裂化石脑油、加氢裂化产物、重整产物、提余液重整产物、费-托液体、费-托气体、天然汽油、馏出物、原油如重质原油、轻质直馏石脑油(LVN)、常压管式蒸馏塔底部料流、包括底部料流的真空管式蒸馏塔料流、宽沸程石脑油至瓦斯油冷凝物、来自炼油厂的重质非直馏烃料流、真空瓦斯油、重质瓦斯油、被原油污染的石脑油、常压渣油、重质渣油、烃气体/渣油外加剂、氢气/渣油外加剂、液化石油气(LPG)及其混合物。

除非另有说明，所有百分率、份数、比例等按重量计。除非另有说明，否则对化合物或组分的提及包括化合物或组分本身，和/或化合物或组分与其它化合物或组分的组合，例如化合物的混合物。此外，当用量、浓度或其它值或参数作为上限值和下限值的列表给出时，这应理解为具体公开了由任何一对上限值和下限值形成的所有范围，而不管范围是否单独公开。

图1描绘了根据本公开的一些方面的设备。烃原料131的加热可以采用本领域可获得的任何合适的形式，例如通过在如图1所示的炉子101的对流段103中的间接接触烃原料来加热。对流段103可以包括具有第一和第二组对流管115、117的第一预热区105。第一组对流管115可以布置在第一预热区105的第一预热段107处，并且第二组对流管117可以在第一预热区105的第二预热段109处布置成基本上与第一组对流管115相邻。布置在管线131内的烃原料可以进料到第一组对流管115中，并通过与来自辐射段113的管线112的热烟道气对流而经加热，所述热烟道气在每组对流管(例如115、117)上穿过对流段103。在第一组对流管115的入口处的管线131的烃原料可以具有约20℃至约300℃，例如约25℃至约250℃，例如约25℃至约100℃，例如约32℃至约65℃，或150℃至约250℃(例如，在一些原油应用中)的温度，和/或约790kPa至约1825kPa，例如约800kPa至约1800kPa，例如约800kPa至约1000kPa，或约1000kPa至约1800kPa的压力。

如本领域技术人员将理解的那样，在商业操作中，一个或多个(例如，每个)管组可以具有多个平行流动的管系统，而不仅仅是炉内的单个管，例如，如美国专利号3,365,387中所述那样，其通过引用并入本文。因此，任何一个或多于一个流动路径可以通过适当的阀来隔离，从而允许在一个或多个选定的离线管道流动路径上运行脱焦循环，而不干扰剩余的在线管道中的整个烃热解过程。可以隔离各个管组，如美国专利号8,864,977中所公开的那样，所述文献通过引用并入本文。

管线133的经加热烃原料可以与管线137的初级稀释蒸汽和/或管线135的流体如水混合。流体可以是蒸气、蒸汽、液体或其混合物。经加热烃原料和管线137的初级稀释蒸汽和/或管线135的流体的混合可以在热解炉101的内部或外部进行，例如使用本领域已知的任何混合装置例如双喷射器组件在热解炉101的外部进行。管线135的流体可以进入双喷射器组件的第一喷射器，这可以避免或减少在将流体引入经加热烃原料中时由流体的突然蒸发引起的冲击。

管线141的次级稀释蒸汽可以在第一过热器管组143中加热以产生第二分离器进料147。次级稀释蒸汽的来源可以是已经过热的初级稀释蒸汽，例如在热解炉101的对流段103中过热。初级和次级稀释蒸汽流中的任一个或两个可以包括酸性蒸汽或工艺蒸汽。过热所述酸性稀释蒸汽或工艺稀释蒸汽可以使酸性或工艺蒸汽冷凝引起的腐蚀风险最小化。可以将管线137的初级稀释蒸汽注入双喷射器组件的第二喷射器中，并且管线136的所得料流混合物可以进入第二组对流管117，以便用烟道气额外加热(由箭头112表示)以产生第一分离器进料139。第一分离器进料139可以与第二分离器进料147混合并引入闪蒸/液体分离器容器153以产生两相，包括管线155的气相和管线157的液相。管线155的气相可以包括挥发性烃和蒸汽。管线157的液相可以包括非挥发性烃，包括焦炭前体。可以将气相进料到对流段103的第二预热区111中的下部对流段管组119。第二预热区111可以靠近炉子的辐射段113，并且气相可以穿过交叉管160到达热解炉的辐射段，以便裂化成管线162的辐射段排出物。管线162的辐射段排出物可以在输送管线交换器("TLE")264中快速冷却，在具有钢鼓266的热虹吸器布置中产生管线204的饱和蒸汽，如图2所示。从所述鼓产生的管线204的饱和蒸汽可以在过热器对流段200中过热，这在本文中参照图2进一步描述。在TLE中产生的TLE 264的蒸汽可用于驱动大型蒸汽轮机。

图2描绘了根据本公开的炉子101的示例性过热器对流段200。炉子101的过热器对流段200可以设置在第二预热区111上方和第一过热器管组143下方。过热器段200可以包括一系列交替的换热器(例如，第一换热器242、第二换热器244和第三换热器246)和过热降温器(例如，流体注入点210、220)。在换热器之间交替的多个过热降温器使得能够控制沿着过过热器对流段的蒸汽条件、烟囱温度和用于多种进料的烟道气温度以及处于各种条件(例如脱焦模式和裂化模式)。在一些实施方案中，监测经过对流段的烟道气速率和蒸汽速率以控制工艺参数，例如蒸汽出口温度。本文所使用的术语"过热降温器"是指用于将蒸汽的温度降低到不太过热温度的装置。

图3描绘根据本公开的一些方面的用于加工烃的实例方法300的流程图。所述方法300可以包括：

在操作302，在热解炉的对流段中用来自热解炉的辐射段的热烟道气加热蒸汽，例如轻质烃原料，以提供经加热蒸汽；

在操作304，经过第一流体源将水注入到经加热蒸汽中以提供第一降低温度蒸汽；

在操作306，用烟道气加热所述第一降低温度蒸汽以提供中间蒸汽；

在操作308，经过第二流体源将水注入所述中间蒸汽以提供第二降低温度蒸汽；和

在操作310，在适合于输出到头部的输出温度下用热烟道气加热所述第二降低温度蒸汽。

返回参考图2，用烟道气112加热蒸汽(例如，操作302)可以在过热器对流段200的第一换热器242中进行。在一些实施方案中，第一换热器242、第二换热器244和第三换热器246可以按螺旋形排列布置，例如管的平行流动系统或单个连续管。管可以由任何合适的金属，例如低铬钢或不锈钢制成。低铬钢可包含约1.25重量％至约9重量％，例如1.2重量％至约7重量％，或约2重量％至约5重量％的铬，以管中总金属的重量计。蒸汽(例如饱和蒸汽)可以是在约260℃或更高，如约300℃至约374℃，如约310℃至约360℃，如约320℃至约340，如约328℃和/或在约3MPa至约20MPa，如约4MPa至约12MPa下的饱和蒸汽。最高温度可以由蒸汽的临界温度确定。在一些实施方案中，进料温度传感器206可耦合到进料管线204以监测蒸汽(例如，饱和蒸汽)的温度。蒸汽可以在进料段或进料管线204处进入并在第一换热器242中经加热以提供经加热蒸汽。可以将蒸汽加热到至少高于蒸汽的饱和温度，例如高于300℃，或高于328℃。可以将蒸汽加热至比蒸汽的饱和温度高至少10℃，例如比饱和温度高10℃至约20℃，或10℃至约30℃，或者比饱和温度高至少约20℃，例如比饱和温度高至少约30℃，例如比饱和温度高至少约40℃，例如比饱和温度高50℃，例如比饱和温度高约100℃至约150℃。蒸汽可以在低于热交换管道的设计温度的温度下加热，例如在小于约850℃，例如小于约650℃，例如小于约525℃，例如小于约500℃，例如小于约450℃。第一换热器242可以与管线214的第一管线或第一段流体连通。在一些实施方式中，第一温度传感器208可以耦合到第一换热器242下游的第一管线214以监测经加热蒸汽的温度。如本文所用，除非另有说明，否则参照过热器对流段200的术语"下游"是指从钢鼓266到出口管线230的蒸汽流动方向。在一些实施方案中，所述热交换管道由1.25Cr钢或小于1.25Cr钢构成。

方法300可以包括经过第一流体源将水注入到经加热蒸汽中以提供第一降低温度蒸汽(例如，操作304)。第一流体源210可以与第一温度传感器208下游的第一管线214耦合。第一流体源210(例如，过热降温器)可以是控制阀并且可以包括水雾化器喷嘴。水可以作为细雾在第一流体源210处注入，所述细雾蒸发并降低经加热蒸汽的温度。在一些实施方案中，可以通过调节来自第一流体源210的流速来对第一降低温度蒸汽进行温度控制。例如，流体源210和第一温度传感器208可以通信耦合到控制模块262。如果第一温度传感器208的温度低于预定操作参数，例如比饱和温度高约60℃至约80℃，例如约70℃至约75℃的最高温度，则注入系统中的流体的流速可以是0tph。如果第一温度传感器208读数等于或大于预定操作参数，则注入到系统中的流体的流速可以大于0tph。在一些实施方案中，来自第一流体源的流体的流速可以是从0至约9tph，例如从0至约5tph，例如从1tph至约4tph。基于来自第一流体源的总流体流速，入口蒸汽流速的重量百分率为约0重量％至约15重量％，例如约1重量％至约5重量％，例如约1重量％至约3重量％，例如约1.5重量％，或备选地约7重量％至约15重量％，例如约9重量％至约13重量％。在一些实施方案中，第一降低温度蒸汽可以由第二温度传感器216监测，第二温度传感器216可以耦合到第一管线214。第二温度传感器216可以通信耦合到控制模块262。第一流体源可以包括第一控制阀，所述第一控制阀也通信耦合到控制模块262，以基于第二温度传感器216数据(例如基于第一温度传感器206和第二温度传感器208之间的温度差)来控制经过第一控制阀的流速。

第一降低温度蒸汽可以用烟道气112加热以提供中间蒸汽(例如，操作306)。可以在第二换热器244中加热第一降低温度蒸汽。第二换热器244可以与第一管线214下游的管线224的第二管线或第二段流体连通。第二流体源220可以与第二换热器244下游的第二管线224耦合。在一些实施方案中，中间蒸汽可以由可以耦合到第二管线224的第三温度传感器218监测。第三温度传感器218可以通信耦合到控制模块262。

第二流体源220可以将流体注入中间蒸汽以提供第二降低温度蒸汽(例如，操作308)。第二流体源可以包括第二控制阀，所述第二控制阀通信耦合到控制模块262，以基于第三温度传感器218数据来控制经过第二控制阀的流速。如果第三温度传感器218的温度低于预定操作参数，例如比饱和温度高约60℃至约80℃，例如约70℃至约75℃的最高温度，则注入系统中的流体的流速可以是0tph(例如，所述过程没有流体的流动)。如果第三温度传感器218读数等于或大于预定操作参数，则注入到系统中的流体的流速可以大于0tph。在一些实施方案中，来自第二流体源的流体的流速可以是0tph，或者可以是0.1至约9tph，例如0.5至7tph，例如1tph至6tph。基于来自第一流体源的总流体流速，入口蒸汽流速的重量百分率为约0重量％至约20重量％，例如约1重量％至约5重量％，例如约1重量％至约3重量％，例如约1.5重量％，或备选地约7重量％至约18重量％，例如约12重量％至约17重量％。在一些实施方案中，第一控制阀可以处于关闭位置，并且第二控制阀可以经控制以调节蒸汽温度。在一些实施方案中，一旦第二控制阀完全打开并且蒸汽温度高于预定的最大温度，就可以打开第一控制阀。在一些实施方案中，可以同时调节第一和第二控制阀。

第四温度传感器226可以耦合到第二流体源220下游的第二管线224。第四温度传感器226可以通信耦合到控制模块262。经过第二控制阀的流速可以基于第四温度传感器226数据，例如基于第三温度传感器218和第四温度传感器226之间的温度差加以控制。

所述第二降低温度蒸汽可以在适于输出到集管的输出温度下用热烟道气加热(例如，操作310)。所述第二降低温度蒸汽可以由第三换热器246加热，所述第三换热器246设置成与第二流体源220下游和第四温度传感器226下游的管线224的第二段流体连通。在一些实施方案中，输出温度可以由输出温度传感器228监测，输出温度传感器228可以耦合到管线的输出段或输出管线230。输出温度传感器228可以通信耦合到控制模块262。在一些实施方案中，通过在第一流量控制阀210和第二流量控制阀220处添加更多的水来控制输出温度传感器228上的蒸汽输出温度读数和第二和第四温度传感器(例如，216、226)的读数中所示的水注射的正好下游的温度。所述输出温度可以是所述蒸汽的过热温度。

如本文所述的与两个或更多个注水点串联的三个或更多个换热器布置成使得当与烟道气流相比时，换热器以逆流取向输送蒸汽流。已经发现，这种布置允许使用第二流体源220来冷却第三换热器246，并因此冷却离开第三换热器246的烟道气112。此外，第一换热器和第二换热器的负荷降低，这降低了进入第一换热器242和第二换热器244中的每一个的下游的第一流体源和第二流体源的蒸汽的温度。实际上，将上游烟道气冷却会降低第一和第二换热器的蒸汽出口温度。这可以通过高温超控来执行，所述高温超控在过热器下游的烟道气温度达到预定温度时增加水流。

在一些实施方式中，烟囱温度可以保持在约90℃至约150℃。如本文所述的多个流体源使得能够以较高的烟道气速率运行工艺以将烟囱温度升高到大于预定的最小值，或者以较低的烟道气速率运行工艺以将烟囱温度降低到低于预定的最大值。多个流体源提供相对于其它潜在约束来操纵烟囱温度的附加方式，例如设置在过热器对流段200下游(例如相对于烟道气方向的下游)的每个段，例如选择性催化还原(SCR)床170、氨注入格栅(AIG)172、第一分离器进料139、第二分离器进料147和气相料流160中的一个或多个。在一些实施方式中，可以通过调节第一和/或第二流体源将烟道气112在过热器对流段200中冷却。离开过热器对流段200的经冷却烟道气112可以降低设置在过热器段200下游(例如，相对于烟道气方向的下游)的每个段的温度。例如，可以降低第一预热区105的温度，并且可以降低第一和第二组对流管115、117的温度。第一和第二组对流管115、117可以由于来自烟道气112的热交换减少而减少，并且可以降低其它段和料流的温度。

除焦和裂化操作

本文所述的系统和方法提供了在正常裂化操作期间以及在脱焦操作期间运行炉子(例如，炉子101)的灵活性。在裂化操作期间，热解炉的各种内部接触表面可以积聚"焦炭"，例如在辐射段161中。焦炭可以在脱焦操作中去除，其中脱焦操作可以包括用于各个管组(例如过热器对流段200)的操作参数，以允许辐射段161的脱焦。脱焦操作可以包括运行炉子并允许在TLE 264中产生TLE蒸汽，同时冷却烟道气112。在本文中称为"在运转中脱焦"的分流操作中，炉子的一部分，例如热裂化管，可以隔离和脱焦，而其它部分继续以裂化模式操作。

裂化模式可以具有第一组操作条件，包括烟道气速率、TLE流速和蒸汽温度。在一些实施方案中，第一组点包括约150tph至约350tph，例如约200tph至约300tph，诸如约250tph的烟道气流速。

除焦模式可以具有第二组点，包括烟道气速率、TLE流速和蒸汽温度。在一些实施方案中，用于脱焦模式的第二组操作条件包括约40tph至约60tph，例如约45tph至约55tph，例如约50tph的烟道气流速。在一些实施方案中，第二组操作条件也可以用于蒸汽备用模式。蒸汽备用模式是指向除焦和从除焦的转变，并且作为备用条件，其可以保持数小时至数天并且容易地改变为除焦或裂化模式。随着模式改变，操作条件改变并且通过调节控制来操纵，以将其余炉子组件内的温度保持在范围内。特别地，针对烟囱温度、SCR入口温度、AIG入口温度、分离器153入口温度、第一分离器进料139温度、气相料流160温度、过热蒸汽温度(例如208、216、218、226和228)以及水和蒸汽速率(例如135、137)中的一个或多个来操纵温度。

来自裂化模式与脱焦模式的烟道气速率的重量比可以为约2:1至约7:1，例如约4:1至约6:1，例如约5:1。在一些实施方案中，三个不同操作模式包括：1)具有低负荷裂化模式(例如，用于裂化再循环气体，例如乙烷)的高过热蒸汽流速，具有约66tph的饱和蒸汽进料速率；2)具有高负荷裂化模式(例如，用于裂化原油)的低过热蒸汽流速，具有约20至约40tph的饱和蒸汽进料速率；和3)非常低的饱和蒸汽流速和高对比烟道气流速除焦模式，具有约40tph至约50tph，例如约48tph的饱和蒸汽进料速率。操作模式1(例如，裂化再循环气体)可以具有约700℃至约1100℃，例如约800℃至约1000℃，例如约900℃的入口烟道气温度。操作模式2(例如，裂化原油)可以具有约675℃至约1075℃，例如约775℃至约975℃，例如约877℃的入口烟道气温度。操作模式1和2都为裂化模式。在一些实施方案中，操作模式1可以具有比操作模式2的入口烟道气温度高约5℃至约40℃，例如约10℃至约30℃，例如约23℃的入口烟道气温度。在一些实施方案中，操作模式1可以具有比操作模式2高约1％至约5％，例如约2％至约4％，例如约3％的烟道气流速，并且操作模式1可以具有比操作模式2高约1.5至约2.5，例如约2.2倍的饱和蒸汽进料速率。增加烟道气的温度可以改善脱焦操作的灵活性，其中脱焦操作(例如，操作模式3)可以具有与裂化模式不同的约150℃至约200℃的烟道气温度，并且烟道气流与工艺流的比例可以与裂化操作显著不同。烟道气流与工艺流的比例可影响传热并导致烟道气的更慢冷却和过热器对流段下游(例如，相对于烟道气流的下游)的炉子组件的更热温度。

任何裂化模式或除焦模式的最大值与任何裂化模式或除焦模式的最小值的总水流速率的重量比可以为约2:1至约15:1，例如5:1至约12:1，例如8:1至约11:1，例如约10:1。

裂化蒸气流速与除焦蒸气流速的蒸汽流量比可以为约1.25:1至约2.25:1，例如约1.5:1至约2:1。

还已经预期，本文描述的方法可以由具有存储在系统的存储器中的算法的编程系统进行。所述算法可以包括多个指令，这些指令在由处理器执行时可以使得本文描述的方法被实行。

实施例

这里描述的系统和方法提供了以品种原料和每种原料的操作参数运转炉子101的灵活性。对比过热器对流段安排有两个换热器和与布置在这两个换热器之间的管线耦合的单个流体源。使用对比过热器对流段加工经再循环乙烷气体原料和原油原料。每种情况的加工参数归纳在表1中。在每种情况下，在流体源处提供的水温为121℃，蒸汽的饱和温度为328℃，并且过热蒸汽温度为525℃。对流系统中的每一个的管道的设计温度为505℃至560℃。

表1.对比过热器对流系统

原料	经再循环气体	原油
			入口蒸汽流量	66tph	30tph
在流体源处的水流量	0.9tph	7tph
			第一段负荷	6.1MW	5.1MW
第二段负荷	8.1MW	6.8MW
			进料温度	328℃	328℃
第一温度传感器	404℃	487℃
			第二温度传感器	394℃	328℃
输出温度	525℃	525℃

第一和第二段可以描述为第一和第二换热器，它们用来自炉子辐射段的烟道气的逆向流动对流加热管道内的蒸汽。第一和第二换热器中的每一个中传递的负荷对于经再循环气体为6.1MW/8.1MW且对于原油为5.1MW/6.8MW。进入第一换热器的进料温度经估算为蒸汽的饱和温度。将第一温度传感器相对于蒸汽的流动与在第一换热器下游且在流体源上游的管线耦合。将第二温度传感器与在流体源下游且在第二换热器上游的管线耦合。如在表1中可以看出的那样，对于原油原料，第二温度传感器处的温度低于蒸汽的饱和温度。因此，至少部分冷凝的蒸汽致使潜在水和机械损伤。

根据本公开内容的实施例过热器对流系统提供在表2中。如可以看出的那样，对于原料情况中的每一个，在第一和第二流体源中的每一个处需要更少水。在第一、第二和第三段(例如换热器)中的每一个处传递的负荷低于对比(例如，表1)。此外，将温度中的每一个保持大于饱和温度且低于管道的设计温度。最后，达到等于蒸汽的过热温度(例如，525℃)的输出温度。

表2.实施例过热器对流系统

原料	经再循环气体(乙烷)	原油
			入口蒸汽流量	66tph	30tph
在第一流体源处的水流量	0tph	3tph
			第二流体源处的水流量	0.9tph	5tph
第一段负荷	6.3MW	5.0MW
			第二段负荷	3.9MW	3.1MW
第三段负荷	4.0MW	3.7MW
			进料温度	328℃	328℃
第一温度传感器	395℃	480℃
			第二温度传感器	395℃	406℃
第三温度传感器	461℃	526℃
			第四温度传感器	449℃	402℃
输出温度	525℃	525℃

比较三个操作条件以研究操作条件之间的烟道气温度差异、烟道气流量差异和蒸汽流量差异。操作条件之间相当大差异突出了炉子操作灵活性方面的挑战。这里所述的过热器对流段200使用这里描述的水注射布置解决了大的加工差异。进入气体裂化模式的对流段的烟道气温度比原油裂化模式的情况低15℃。进入气体裂化模式的对流段的烟道气温度比进入除焦模式的SSH的烟道气温度高123℃。进入气体裂化模式的过热器对流段200的烟道气温度比进入除焦模式的对流段的烟道气温度高22℃。进入气体裂化模式的过热器对流段200的烟道气温度比进入除焦模式的过热器对流段200的烟道气温度高54℃。气体裂化模式与原油裂化模式的TLE蒸汽发生比为约2.2:1。气体裂化模式与除焦模式的TLE蒸汽发生比为约1.6:1。气体裂化模式与原油裂化模式的烟道气流速比为1:1且气体裂化模式与除焦模式的烟道气流速比为1.2:1。

本文描述的所有文献，包括任何优先权文献和/或试验程序都在与本发明不矛盾的所有权限下引入供参考。从上述概述和特定实施方案显而易见的是，虽然已经说明和描述了本公开内容的形式，但是在不脱离本公开内容精神和范围的情况下可以作出各种修改。因此，不希望本公开内容受此限制。同样地，术语"包含(comprising)"认为与术语"包括(including)"同义。同样，每当组合物、元素或元素组在过渡性术语"包含"前面时，应该理解的是还考虑具有过渡性术语"基本上由......组成"、"由......组成"、"选自"或"是"在列举的组合物、元素或各元素前面的相同组合物或元素组，反之亦然。

为了简便起见，本文中仅仅明确公开了某些数值范围。然而，某一下限可以与任何其它上限组合用于限定未明确记载的范围，类似地，某一下限可以与任何其它下限组合用于限定未明确记载的范围，同样，某一上限也可以与任何上限组合用于限定未明确记载的范围。另外，即使没有明确叙述，两端点之间的每个点或单独值也包含在范围内。因此，每个点或单独值本身可作为下限或上限与其它点或单独值或其它下或上限组合用于限定未明确记载的范围。

Claims (25)

1.包括对流区和辐射区的设备，所述对流区包括：

与管线的第一段流体连通的第一换热器；

与所述第一换热器下游的管线的第一段耦合的第一流体源；

与所述第一流体源下游的管线的第一段流体连通的第二换热器，其中所述第二换热器与所述管线第一段下游的管线的第二段流体连通；

与所述第二换热器下游的管线的第二段耦合的第二流体源；和

与所述第二流体源下游的管线的第二段流体连通的第三换热器。

2.权利要求1的设备，其中所述第一流体源包括第一流量控制阀和所述第二流体源包括第二流量控制阀。

3.权利要求2的设备，还包括与所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀通信耦合的控制模块。

4.上述权利要求中任一项的设备，还包括：

与所述第一换热器和所述第一流体源之间的管线的第一段耦合的第一温度传感器；

与所述第一流体源和所述第二换热器之间的管线的第一段耦合的第二温度传感器；

与所述第二换热器和所述第二流体源之间的管线的第二段耦合的第三温度传感器；和

与所述第二流体源和所述第三换热器之间的管线的第二段耦合的第四温度传感器。

5.权利要求4的设备，还包括：

与每个温度传感器和所述第一流体源和所述第二流体源中的每一个通信耦合的控制模块。

6.上述权利要求中任一项的设备，其中所述换热器是金属管。

7.包括对流区和辐射区的设备，所述对流区包括：

与第一管线耦合的第一换热器；

与所述第一换热器下游的第一管线耦合的第一流体源；

第二管线；

与所述第一流体源下游的第一管线耦合的第二换热器，和其中所述第二换热器与所述第二管线耦合；

与所述第二换热器下游的第二管线耦合的第二流体源；和

与所述第二流体源下游的第二管线耦合的第三换热器。

8.权利要求7的设备，还包括：

与所述第一换热器和所述第一流体源之间的第一管线耦合的第一温度传感器；

与所述第一流体源和所述第二换热器之间的第一管线耦合的第二温度传感器；

与所述第二换热器和所述第二流体源之间的第二管线耦合的第三温度传感器；和

与所述第二流体源和所述第三换热器之间的第二管线耦合的第四温度传感器。

9.权利要求8的设备，还包括：

与所述第三换热器下游的输出管线耦合的输出温度传感器；和

与每个温度传感器和所述第一流体源和所述第二流体源中的每一个通信耦合的控制模块。

10.权利要求8或权利要求9的设备，还包括与每个温度传感器和所述第一流体源和所述第二流体源中的每一个通信耦合的控制模块，其中所述第一流体源是第一流量控制阀和所述第二流体源是第二流量控制阀。

11.控制炉子对流区的方法，所述方法包括：

使蒸汽与烟道气热交换以提供经加热蒸汽；

将水经过第一流体源注入所述经加热蒸汽以提供第一降低温度蒸汽；

使所述第一降低温度蒸汽与烟道气热交换以提供中间蒸汽；

将水经过第二流体源注入所述中间蒸汽以提供第二降低温度蒸汽；和

使所述第二降低温度蒸汽与烟道气在适合于输出到头部的输出温度下热交换以提供输出蒸汽。

12.权利要求11的方法，其中所述第一流体源包括第一流量控制阀和所述第二流体源包括第二流量控制阀。

13.权利要求12的方法，其中：

将水经过所述第一流体源注入包括将所述第一流量控制阀完全打开，和

将水经过所述第二流体源注入包括在完全打开所述第一流量控制阀之后打开所述第二流量控制阀。

14.权利要求12或权利要求13的方法，还包括同时打开所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀。

15.权利要求11至14中任一项的方法，还包括：

用第一温度传感器测量经加热蒸汽的第一温度；

如下控制所述第一降低温度蒸汽的第二温度：用第二温度传感器测量第二温度并调节第一水流体源的第一水流速率；

用第三温度传感器测量所述中间蒸汽的第三温度；和

如下控制所述第二降低温度蒸汽的第四温度：用第四温度传感器测量所述第二降低温度蒸汽并调节第二水流体源的第二水流速率。

16.权利要求15的方法，其中所述第一温度和所述第三温度中的每一个小于所述对流区的管道的设计温度，和其中所述第二温度和所述第四温度中的每一个是所述蒸汽饱和温度以上至少50℃。

17.权利要求15或权利要求16的方法，还包括如下将选择性催化还原系统入口温度操控在约310℃至约400℃：调节所述第一水流体源的第一水流速率和调节所述第二水流体源的第二水流速率。

18.权利要求15至17中任一项的方法，其中所述第一温度和所述第三温度中的每一个小于约525℃，和所述第二温度和所述第四温度中的每一个在所述蒸汽饱和温度以上大于至少20℃。

19.权利要求11至18中任一项的方法，还包括通过调节所述第一和第二水流体源的总水流速率将烟囱温度保持至少约150℃。

20.权利要求11至19中任一项的方法，其中所述输出温度是所述蒸汽的过热温度。

21.权利要求11至20中任一项的方法，还包括选择操作模式，所述操作模式选自：裂化模式、除焦模式和其组合，所述裂化模式包括第一组操作条件和第二组操作条件，所述第一组操作条件包括裂化蒸气流速，所述第二组操作条件包括除焦蒸气流速，其中所述裂化蒸气流速与除焦蒸气流速的蒸汽流量比为约1.25:1至约2.25:1。

22.权利要求21的方法，其中选择所述操作模式还包括选择原料模式，所述原料模式选自乙烷进料、原油、石脑油、瓦斯油进料和其组合，其中选择所述原料模式确定注入所述第一流体源和所述第二流体源的水的量。

23.权利要求21或权利要求22的方法，其中所述裂化模式还包括再循环气体裂化模式、原油裂化模式、液体进料裂化模式和其组合(一个或多个)。

24.权利要求21至23中任一项的方法，其中所述除焦模式的第一组操作条件进一步包括水从第一流体源和第二流体源的第一总流速，其中所述裂化模式的第二组操作条件进一步包括水从第一流体源和第二流体源的第二总流速，其中所述第一总流速与第二总流速的总流速比为约5:1至约20:1。

25.经编程以实施方法的系统，包括：

储存在所述系统的存储器中的算法，其中所述算法包括许多指令，所述指令当通过处理器执行时使待实施的方法实行，所述方法包括：

使蒸汽与烟道气热交换以提供经加热蒸汽；

将水经过第一流体源注入以提供第一降低温度蒸汽；

使所述第一降低温度蒸汽与烟道气热交换以提供中间蒸汽；

将水经过第二流体源注入以提供第二降低温度蒸汽；和

使所述第二降低温度蒸汽与烟道气在适合于输出到头部的输出温度下热交换。