CS252426B1 - Teplosměnný systém u zařízení pro vakuovou destilaci mazutu - Google Patents

Abstract

Teplosměnný systém u zařízení pro vakuovou deetilaoi mazutu, skládající se z ohřívací peoe a vakuové kolony. Řeší se problém dosažení 00 nejvyšší tepelné účinnosti systému při rovnoměrném zvyšování teploty mazutu před Jeho vstupem do ohřívací pece. Podstata spočívá v tom, že většina výměníků tepla, zarozených bezprostředně za sebou ve vedení mazutu do ohřívaoí peoe. Je napojena na vedení odlišných horkých proudů produktů vystupujících z vakuové kolony, přičemž u většiny výměníků proud mazutu prochází jejioh mezitruhkovými prostory. Systém Je využitelný zejména u zařízení, která slouží k vakuové destilaci mazutu pro krakovaoí Jednotky.

Description

Vynález se týká teplosměnného systému u zařízení pro vakuovou destilaci mazutu·

Vakuová destilace mazutu, který je zbytkem po atmosférické destilaci ropy, se provádí ve vakuové koloně, do Jejíž spodní části se přivádí proud mazutu, předehřátého v ohřívací peci, a z které ee odvádějí vzniklé destiláty jako tzv. horké proudy. Odvod horkých proudů se uskutečňuje z jednotlivých pater kolony, ležících vzájemně nad sebou, horkými vedeními, přičemž teplota horkých proudů postupně vzrůstá směrem od hlavové části kolony k jejímu spodku. V tomtéž pořadí tvoři obsah horkých proudů lehký vakuový olej, vakuový destilát, dělící se případně na lehký a těžký vakuový destilát, černý destilát a vakuový zbytek. Čésti horkých proudů recyklují do kolony zpětnými vedeními a zbývající části Jsou odváděny jako hotový produkt k dalšímu použiti. Teplo obsažené v horkých proudech se Částečně vrací do kolony, kde se účastni technologického procesu, a částečně js využito jako odpadové teplo k předehřivéni mazutu, protékajícího mazutovým vedením před jeho vstupem do ohřívací pece a případně též ke generaci páry, ohřívání napájecí vody a předehřivéni. vzduchu pro ohřívací pec. K tomu účelu slouží teplosměnný systém se soustavou výměníků, zapojených do mazutového vedení před jeho vstupem do ohřívací pece, přičemž vždy skupina těchto výměníků je napojena na jedno z horkých vedeni, na něž jsou napojeny případně dalši výměníky, sloužící jako generátory páry, předehřívače napájecí vody a chladiče na výstupu horkých proudů z výměníkové soustavy.

Pro známé teplosměnné systémy je charakteristické·, že je v nich k předehřivéni mazutu použito trubkových výměníků, které jsou seřazeny do několika bloků, zapojených v sérii v mazutovém vedeni, přičemž vždy výměníky Jednoho bloku tvoři skupinu napojenou na jedno z horkých vedeni. Přitom

- 2 většina výměníků je napojena na mazutové vedeni trubkovými prostory, kdežto mezitrubkovó prostory výměníků jsou napojeny na některé z horkých vedení. Vzhledem k tlakovým ztrátám, které se v mazutovém proudu kumulují a které nelze v trubkových prostorech dále snižovat, je možné při popsaném uspořádání použit relativně malého počtu výměníků o velkých dimenzích, majících nízké teplotní spády a malou tepelnou účinnost. Oe proto snaha přenést teplosměnný efekt především do kolony, · což se děje úpravou vzájemného poměru hmotnostních toků těžkého a lehkého vakuového destilátu na přibližně stejné podíly a dále zvýšením obsahu tepla v recyklujících částech horkých proudů. Výhody takto docílené jsou*však z .větší části kompenzovány nutností nadměrného zvětšení dimenzí kolony. Další nevýhodou známých teplosměnnýoh systémů vyplývající ze zapojení výměníků do bloků jeou velké rozdíly středních teplotních spádů u výměníků následujících za sebou v mazutovém vedení a dále ta okolnost, že teplotní intervaly výměníků na sebe dostatečně plynule nenavazují. Tím není zaručen rovnoměrný vzrůst teploty mazutu před jeho vstupem do ohřívací pece, který je důležitý z hlediska kvalitního průběhu následného destilačního procesu.

Odstraněni těchto nevýhod řeší vynález, jehož podstata spočívá v tom, že v teplosměnném sys tému^zařizeni pro vakuovou destilaci mazutu se soustavou výměníků, z nichž alespoň část jtí> do mazutového vedení před jeho vstupem do ohřívací pece, přičemž vždy skupina těchto výměníků je napojena na jedno z pěti ’ horkých vedení, z nichž první vyúsťuje z hlavové části vakuové kolony, druhé až čtvrté z její střední části a páté z jejího spodku, je ve skupině výměníků napojené na páté horké vedeni menši část výměníků zapojena v mazutovém vedeni bezprostředně za sebou, zatímco ostatní výměníky téže skupiny a výměníky ostatních skupin jsou v mazutovém vedeni zapojeny tak, že vždy ze dvou za sebou následujících výměníků je každý napojen na jiné horké vedeni. Ve výhodném provedeni je ve skupině napojené na páté horké vedeni menši část výměníků, navazující na výstup pátého horkého vedení z výměníkové soustavy, napojena na mazu252426

- 3 tové vedeni svými trubkovými prostory, zatímco ostatní výměníky téže skupiny a výměníky ostatních skupin jsou na mazutové vedení napojeny mezitrubkovými prostory. V dalším výhodném provedeni je v mazutovém vedeni paralelně s jedním z výměníků zapojen další výměník, napojený na vedeni epalin v konvekčnl části ohřívači pece.

Zapojení teplosměnného systému podle vynálezu, kde je použito podstatně vyššího počtu výměníků, než tomu bylo dosud, odstraňuje nízké teplotní spády výměníků, které vedou k jejich nadměrným dimenzím, umožňuje sníženi rozměrů kolony a ohřívací pece, dovoluje upravit optimálním způsobem poměr mezi lehkým a těžkým vakuovým distilótem a umožňuje snížit teplotu recyklujlclch části horkých proudů. Vynález rovněž umožňuje docíleni plynulého průběhu zvyšováni teploty mazutu před jeho vstupem do ohřívací pece a zkvalitněni destilačniho procesu. Zvýšeni počtu výměníků vyžaduje sníženi tlakových ztrát v mazutovém vedeni, což je umožněno napojením mazutového vedení na mezítrubkové prostory výměníků, kde na rozdíl od trubkových prostorů lze tlakové ztráty dále snižovat, například použitím šroubovicových přepážek podle čs· autorského osvědčeni čís. 209 126.

Na přiložených výkresech je znázorněn přiklad teplosměnného systému podle vynálezu, kde obr. 1 představuje sche'tna zařízeni pro vakuovou destilaci mazutu a obr. 2 schéma zapojení teplosměnného systému.

Vakuová kolona 60, která tvoři hlavní část zařízení na vakuovou destilaci mazutu, znázorněného na obr. i, je napojená svoji spodní části, tvoříc! nástřikovou zónu, na mazutové vedeni 39 přes ohřívači pec 40 a svoji hlavovou části na vakuotvorný systém 59. Z jednotlivých pater vakuové kolony 60, ležících vzájemně nad sebou, vyústuje v pořad! od hlavové části přes střed vakuové kolony 60 k jejímu spodku prvni až páté horké vedeni 41 - 45, přičemž prvni horké vedeni 41 slouží k odváděni vakuového plynného oleje, druhé horké vedeni 42 k odváděni lehkého vakuového destilátu, třetí horké vedeni 43 k odváděni těžkého vakuového destilátu, čtvrté horké vedeni 44

- 4 k odváděni černého destilátu a páté horké vedeni 45 k odváděni vakuového zbytku·

Teplosměnný systém podle vynálezu znázorněný na obr. 2 obsahuje soustavu třiceti osmi výměníků 1, -,38 trubkového typu, z nichž větši část, jmenovitě první až dvacátý osmý a třicátý osmý výměník 1, - 28, .38, je napojena na mazutové vedení 39. Každý z těchto výměníků je mimoto napojen na jedno z horkých vedeni 41 - 45, přičemž na prvni horké vedeni ’ je napojena skupina, kterou tvoři čtvrtý a osmý výměník 4,

8, na druhé horké vedeni 42 skupina, kterou tvoří první, sedmý, desátý, třináctý, patnáctý, sedmnáctý a dvacátý první výměník 1, 7, 10, 13, 15, 17, 21, na třetí horké vedení 43 skupina, kterou tvoři šestý, dvanáctý, dvacátý druhý, dvacátý pátý a dvacátý sedmý výměník 6, 12, 22, 25, 27, na čtvrté horké vedení 42 skupina, kterou tvoři třetí a dvacátý třetí výměník 3, 23 a na páté horké vedení 45 skupina, kterou tvoři druhý, pátý, devátý, Jedenáctý, čtrnáctý, šestnáctý, osmnáctý, devatenáctý, dvacátý, dvacátý čtvrtý, dvacátý šestý a dvacátý osmý výměník 2, 5, 9, íl, 14, 16, 18, 19. 20, 24, 26, 28. Ve skupině napojené na páté horké vedeni 45 je menši část výměníků, jmenovitě osmnáctý, devatenáctý a dvacátý výměník 18. 19, 20. zapojena bezprostředně za sebou, zatímco ostatní výměníky téže skupiny, jmenovitě druhý, pátý, devátý, jedenáctý, čtrnáctý, šestnáctý, dvacátý čtvrtý, dvacátý šestý a dvacátý osmý výměník 2, 5, 9, íl, 14, 16, 24, 26, 28, a výmě-, niky ostatních skupin, jmenovitě první, třetí, čtvrtý, šestý, sedmý, osmý, desátý, dvanáctý, třináctý, patnáctý, sedmnáctý, dvacátý prvni, dvacátý druhý, dvacátý třetí, dvacátý pátý a dvacátý sedmý výměník ,1, 3, 4, 6, 7, 8, 10, 12, 13, 15, 17,

21, 22, 23, 25. 27, jsou v mazutovém vedení 39 zapojeny tak, že vždy ze dvou za sebou následujících výměníků je každý napojen na jiné horké vedeni 41- 45. Napojeni mazutové ho vedení 39 na trubkové a mezitrubkové prostory výměníků je uskutečněno tak, že ve skupině napojené na páté horké vedení 45 je menši část výměníků, jmenovitě druhý, pátý, devátý, jedenáctý a čtrnáctý výměník 2, 5, 9, ll, 14, navazující na výstup pátého

- 5 horkého vedeni 45 z výměníkové soustavy, napojena na mazutové vedeni 39 svými trubkovými prostory., zatímco ostatní výměníky téže skupiny, jmenovitě šestnáctý, osmnáctý, devatenáctý, dvacátý, dvacátý čtvrtý, dvacátý šestý a dvacátý osmý výměník 16, 18, 19, 20, 24, 26, 28, jsou na mazutová vedeni 39 napojeny svými mezitrubkovými proetory. Mazutová vedeni 39 se na dvou místech rozvětvuje, přičemž v mis tě prvního rozvětveni 57 je paralelně zapojen třetí a čtvrtý, výměník 3, 4 a v místě druhého rozvětveni 58 dvacátý třeti 23 výměník a třicátý osmý výměník 38, který je současně zapojen na vedeni spalin v konvekčnl části ohřívací pece 40. Dvacátý devátý až třicátý druhý výměník 29 - 32, sloužící jako předehřivače napájecí vody, jsou napojeny svými trubkovými prostory na napájecí vedení 56, přičemž dvacátý devátý výměník 29 je současně napojen na prvni horké vedeni 41 a třicátý až třicátý druhý výměník 30-32 jsou napojeny na třeti horké vedeni 43. Třicátý třetí až třicátý sedmý výměník 33 - 37 slouží jako generátory páry. Oejich napojení na napáječi vedení 56 je uskutečněno tak, že třicátý třeti a třicátý čtvrtý výměník 33, 34 jsou napojeny prvním a druhým spojovacím vedením 51, 52 na výstup dvacátého devátého výměníku 29, třicátý pátý výměník 35 je napojen třetím spojovacím vedením 53 na výstup třicátého prvního výměníku 31 a třicátý šestý a třicátý sedmý výměník 36, 37 jsou napojeny čtvrtým a pátým spojovacím vedením 54, 55 na výstup třicátého druhého výměníku 32. Mimo to jsou třicátý třeti, třicátý pátý a třicátý šestý výměník 33, 35, 36 napojeny na druhé horké vedení 42 a třicátý čtvrtý výměník 34 je napojen na páté horké vedení 45« Součásti teplosměnného systému jaou dále zpětná vedeni 46 - 50, která navazuji neznázořněným způsobem na vakuovou kolonu 60 a slouží k vedeni recyklujicích částí horkých proudů, přičemž prvni zpětné vedení 46 navazuje na prvné horké vedeni 41 před jeho vstupem do dvacátého devátého výměníku 29, druhé zpětné vedení 47 navazuje na druhá horké vedení 42 mezi třináctým a třicátým třetím výměníkem 13, 33, třetí zpětné vedení 48 navazuje na třetí horké vedeni

- 6 43 mezi dvacátým druhým a třicátým sedmým výměníkem 22, 37, čtvrté zpětné vedení 49 navazuje ha čtvrté horké vedeni 44 před jeho vstupem do dvacátého třetího výměníku 23 a páté zpětné vedeni 50 navazuje na páté horké vedeni 45 mezi dvacátým čtvrtým a dvacátým šestým výměníkem 24, 26.

Proud mazutu prochází v mazutovém vedení 39 postupně přes prvni až dvacátý osmý a třicátý osmý výměník 1'- 28,

38, přičemž prochází paralelně přes třetí a čtvrtý výměník ‘ 3, 4 v místě prvního rozvětveni 57 a přes dvacátý třetí a třicátý osmý výměník 23, 38 v místě druhého rozvětveni 58. Prvním horkým vedením 41 je z vakuové kolony 60 odváděn horký proud vakuového plynného oleje, jehož jedna část se vrací prvním zpětným vedením 46 do vakuové kolony 60 a jehož druhá část odchází postupně přes dvacátý devátý, osmý a Čtvrtý výměník 29, 8, 4 jako hotový produkt.' Druhým horkým vedením 42 je z vakuové kolony 60 odváděn horký proud lehkého vakuového destilátu, který postupně prochází přes dvacátý první, třicátý šestý, třicátý pátý, sedmnáctý, patnáctý a třicátý třetí výměník 21, 36, 35, 17, 15, 33. Dále se dělí na dvě části, z nichž jedna se vrací druhým zpětným vedením 47 do vakuové kolony 60 a druhé odchází postupně přes třináctý, desátý., sedmý a prvni výměník 13, 10, 7, χ jako hotový produkt. Třetím horkým vedením 43 je z vakuové kolony 60 odváděn horký proud těžkého vakuového destilátu, který postupně prochází přes dvacátý sedmý, dvacátý pátý a dvacátý druhý výměník 27, 25, 22. Dále se dělí na dvě částí, z nichž jedna se vrací třetím zpětným vedením 48 do vakuové kolony 60 a druhá odchází postupně přes třicátý sedmý, třicátý druhý, třicátý prvni, třicátý, dvanáctý a šestý výměník 37. 32, 31, 30, 12, 6 jako hotový produkt. Čtvrtým horkým vedením 44 je z vakuové kolony odváděn horký proud černého destilátu, jehož jedna Část se vrací čtvrtým zpětným vedením 49 do mazutového vedení 39 před ohřívací pec 40 a odtud do vakuové kolony 60, a jehož druhá část odchází postupně přes dvacátý třetí a třetí výměník 23, 3 jako hotový produkt. Pátým horkým vedením 45 je

- 7 z vakuové kolony 60 odváděn horký proud vakuového zbytku, který postupně prochází přes dvacátý osmý a dvacátý šestý výměník 28, 26. Oále se děli na dvě části, z nichž jedna se vraci pátým zpětným vedením 50 do vakuové kolony 60 a druhá odchází postupně přes dvacátý čtvrtý, dvacátý, devatenáctý, osmnáctý, šestnáctý, čtrnáctý, třicátý čtvrtý, jedenáctý, devátý, pátý a druhý výměník 24, 20, 19, 18, 16, 14, 34, 11, 9, 5, 2 jako hotový produkt· Napáječi voda v napájecím vedeni 56 prochází postupně přes dvacátý devátý až třicátý druhý výměník 29 - 32, prvním až pátým spojovacím vedením 51 - 55 je odváděna do třicátého třetího až třicátého sedmého výměníku 33 - 37 a odtud vychází neznázorněným! parními vedeními jako pára.

Pří průchodu výměníky je teplo obsažené v jednotlivých horkých proudech, jejichž teplota na výstupech z vakuové kolony 60 je postupně vyšší od hlavové části vakuové kolony 60 k jejímu spodku, předávána mazutu a napájecí vodě a částečně se vraci s recyklujicimi proudy do vakuové kolony 60. Kromě toho je do proudu mazutu přiváděno teplo spalin z konvekční části ohřívací pece 40. Při průchodu výměníky teplota horkých proudů postupně klesá. Zbývající nizkopotenciálni teplo se na jejich výstupech odvádí neznázorněnými chladiči a využívá 8a k předehřevu spalovacího vzduchu vstupujícího do ohřívací pece 40.

První až dvacátý osmý výměník 1 - 28 spolu s třicátým osmým výměníkem 38 jsou zapojeny tak, že jejich střední teplotní spády ve směru toku mazutového proudu plynule stoupají v závislosti na teplotě mazutového proudu 8 toleranci + 5° C, přičemž jejich teplotní intervaly na sebe navazuji nebo ee částečně překrývají. Ohřev mazutu proto probíhá rovnoměrně bez škodlivých teplotních výkyvů. Teplotní charakteristiky prvního až dvacátého osmého výměníku 1,-28 jsou dány jednak jejich střídavým napojením na odlišné horké proudy 41 - 45. jednak tím, že přebývající teplo je na vhodných místech od252426 čerpáváno z horkých proudů dvacátým devátým až třicátým sedmým výměníkem 29 - 37, které slouží jako předehřivače napájecí vody a generátory páry, a jejichž zapojeni lze koncipovat podle potřeby tak, že ke generaci páry dochází na mékolika tlakových úrovních. K vytváření teplotních charakteristik teplosměnného systému slouží i teplo spalin přiváděné přes třicátý osmý výměník 38 z konvekční části ohřívací pece 40 a paralelní zapojení třetího a čtvrtého výměníku 3, 4. Mimo to je charakteristika teplosměnného systému ovlivněna i poměrem hmotnostních toků recyklujiclch části horkých proudů, které lze s výhodou upravit tak, že teplota recyklujici části příslušného horkého proudu na vstupu do vakuové kolony 60 je stejná jako teplota nejbližšího výše odebíraného horkého proudu na jeho výstupu z vakuové kolony 60 s toleranci + 10° C,. Využiti odpadního tepla závisí i na poměru rozděleni produkovaného vakuového destilátu na lehkou a těžkou část, kde lze úpravou hmotnostních toků těžkého a lehkého vakuového destilátu v rozmezí 0,2 až 0,5 jejich poměru s výhodou uplatnit vyšší teplotu těžkého vakuového destilátu. Výjimku ze střídavého zapojeni tvoři osmnáctý, devatelnáctý a dvacátý výměník 18, 19, 20 ve skupině výměníků napojené na páté horké vedeni, kde vzhle dem k relativně vysokému obsahu tepla v horkém proudu procházejícím tímto vedením je splněna podmínka plynulé návaznosti středních teplotních spádů i při zapojení výměníků v mazutovém věděni 39 bezprostředně za sebou.

Teplosměnný systém podle vynálezu předpokládá podstatné sníženi tlakových ztrát v mazutovém vedení 39 ve srovnáni 8 do9ud používanými systémy. K tomu lze výhodně využit napojeni mazutového vedeni 39 na mezitrubkóvé prostory výměníků, kde jsou za účelem zvýšeni přestupu tepla případně upraveny přepážky podle čs. autorského osvědčeni čís. 209 126, provedené jako rovinné nebo tvarované kruhové výseče, vytvářející alespoň jednu přerušovanou či plynulou šroubovou plochu. Výjimku z napojeni mazutového vedeni 39 na mezitrubkóvé prostory výměníků tvoři pouze nejstudenější výměníky v pá252426

I

- 9 tém horkém vedeni 45, kde by mohlo při průchodu vakuového zbytku trubkovými prostory výměníků s teplotou pod 200° C dojit k neúnosně vysoké tlakové ztrátě, a kde je proto nutné vést mazut trubkovými a vakuový zbytek mezitrubkovými prostory výměníků·

Popsaný přiklad představuje pouze jednu z možných variant teplosměnného systému podle vynálezu, kde je optimalizována spotřeba paliva a produkce generalizované páry tam, kde se používá paliva na stejné cenové úrovni jak v ohřívací peci,tak v teplárně pro výrobu páry. Pro případy, kdy je v jednotce používána relativně levná pára, vyrobená například v teplárnách na uhlí, je třeba použit jiného uspořádání/ které by vyhovovalo tomuto účelu·.

Teplosměnný systém podle vynálezu je využitelný zejména u zařízeni, která slouží k vakuová destilaci mazutu pro krakovací jednotky a která zpracovávají mazut odpovídající řezu na křivce pravých bodů varu ropy v rozmezí nad 340 až 380° C a s teplotou na hranici jednotky pod 130° C, přičemž produkuji destiláty, odpovídající řezu na křivce pravých bodů varu ropy v rozmezí do 510 až 560° C s teplotami na hranici jednotky pod 130° C.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Teplosměnný systém u zařízení pro vakuovou destilaci mazutu se soustavou výměníků, z nichž alespoň část je zapojena do mazutového vedení před jeho vstupem do ohřívací pece, přičemž vždy skupina těchto výměníků je napojena na jedno z pěti horkých vedeni, z nichž první vyústuje z hlavové části vakuové kolony, druhé až čtvrté z jeji střední části a páté z jejího spodku, vyznačené tim, že ve skupině napojené na páté horké vedeni (45) je menši část výměníků (18, 19, 20) zapojena v mazutovém vedení bezprostředně za sebou, zatímco ostatní výměníky (2, 5, 9, 11, 14, 16, 24, 26, 28) téže skupiny a výměníky (1, 3, 4, 6, 7, 8, 10, 12, 13, 15, 17, 21, 22, 23, 25, 27) ostatních skupin jsou v mazutovém vedeni (39) zapojeny tak, že vždy ze dvou za sebou následujících výměníků je každý napojen na jiné horké vedeni (41 - 45).
2. 2. Teplosměnný systém podle bodu 1, vyznačený tim, že ve skupině napojené na páté horké vedeni (45) je menši část výměníků (2, 5, 9, 11, 14), navazující na výstup pátého horkého vedení (45) z výměníkové soustavy, napojena na mazutové vedeni (39) svými trubkovými prostory, zatímco ostatní výměníky (16, 18, 19, 20, 24, 26, 28) téže skupiny a výměníky (1, 3, 4, 6, 7, 8, 10, 12, 13, 15, 17, 21, 22, 25, 27) ostatních skupin jsou na mazutové vedení (39) napojeny svými mezitrubkovými prostory.
3. 3. Teplosměnný systém podle bodů 1 nebo 2, vyznačený tim, že v mazutovém vedení (39) paralelně s jedním z výměníků (23) je zapojen další výměník (38), napojený na vedeni spalin v konvekční části ohřívači pece (20).