EA018321B1

EA018321B1 - Способ зажигания горелок в печи риформинга

Info

Publication number: EA018321B1
Application number: EA201170674A
Authority: EA
Inventors: Лянь-Мин Сунь; Ян Коббо; Жан Галларда
Original assignee: Л'Эр Ликид Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2013-07-30
Also published as: CN102216204A; DK2365937T3; ZA201103288B; EP2365937B1; EP2365937A1; CN102216204B; FR2938251A1; WO2010055246A1; FR2938251B1; US20110250549A1; EA201170674A1

Abstract

Изобретение относится к способу зажигания горелок печи парового риформинга углеводородов во время ее включения, в котором горелки расположены на двух стоящих напротив друг друга стенах и выстроены по линии вертикально в виде колонок и горизонтально в виде n рядов Ri (с i, меняющимся от 1 до n, причем i возрастает снизу кверху печи). Согласно способу по изобретению горелки зажигают в соответствии с последовательностью зажигания, состоящей из поочередных этапов, причем все горелки, зажженные на одном этапе, находятся в одном и том же ряду Ri, и порядок зажигания рядов выбирается так, чтобы улучшить равномерность нагрева во всей печи.

Description

Настоящее изобретение относится к способу зажигания горелок печи парового риформинга углеводородов.

Процессы парового риформинга углеводородов, обычно обозначаемые 8МВ (от английского йеат тсШапс теГоттшд) производят смесь, состоящую в основном из Н₂ и СО, которая называется сингазом, или синтез-газом. Эти процессы основаны на реакциях, называемых реакциями риформинга, которые являются сильно эндотермическими высокотемпературными (800-950°С) каталитическими реакциями. С этой целью углеводороды, а также водяной пар вводят в трубки риформинга, наполненные катализатором, причем упомянутые трубки находятся в печи, называемой печью риформинга. На выходе из трубок получают синтез-газ.

Печь состоит из одной (или нескольких) камер сгорания с огнеупорными стенками и горелками, находящимися на этих стенках. Г орелки располагают таким образом, чтобы переносить теплоту их горения на смесь углеводородов и пара через стенку трубок обычно путем испускания тепла от пламени на огнеупорные стенки камеры сгорания.

Трубки риформинга, использующиеся в этих процессах, помещены в очень суровые условия и имеют ограниченный срок службы. Если эти трубки подвергнутся действию температур выше проектного уровня, даже в течение ограниченного времени и даже локально это может оказаться чрезвычайно вредным для их срока службы.

Опасность перегрева особенно существенна в переходных фазах, в частности в фазах включения изза отсутствия эндотермических реакций внутри трубок. Действительно, в фазе включения в трубках циркулирует лишь малый поток инертного газа (азот, пар и т.д.) и тепло, создаваемое горелками, поглощается в основном за счет теплосодержания трубок и катализаторов, а также стенок печи.

Кроме того, следует также учитывать, что измерения температуры внутри печи на этих фазах включения не обязательно являются надежными. Действительно, как правило, не имеется прямого измерения температуры трубок, единственными доступными средствами являются измерения температуры, проводимые на выходе дымовых газов и на выходе трубок риформинга, на уровне коллектора. Эти измерения не дают никаких указаний на возможные локальные перегревы на этих переходных фазах.

Таким образом, опасность перегрева трубок удваивается из-за проблемы измерения температуры внутри трубок в стадии включения.

Эта опасность еще более значительна для 8МК-печей типа мбе-Пгеб. то есть с боковым нагревом, у которых может иметься локальный перегрев внутри трубок, если зажженные горелки не распределены в достаточной степени и рационально.

Поэтому для 8МК-печей типа мбе-Пгеб важно контролировать полную мощность нагрева, которая должна быть достаточно слабой, и распределение тепла, которое должно быть распределено по различным рядам горелок, чтобы обеспечить хорошую однородность нагрева.

Тогда как компромисс между этими двумя потребностями становится сегодня тем более сложным, чем выше рабочие характеристики горелок, то стараются вдобавок уменьшить число горелок и/или рядов горелок.

В настоящее время используемые при включении печи применяемые процедуры зажигания горелок являются часто практикуемыми способами и часто отличаются на разных заводах. Не будучи оптимизированными, они могут привести к сильно неоднородному нагреву трубок риформинга, что приводит, таким образом, к, по меньшей мере, локальному перегреву некоторых из них.

Таким образом, настоящее изобретение относится, в частности, к печам типа ыбе-Гпеб, в которых могут иметься сильные локальные перегревы некоторых трубок, если горелки неправильно распределены при включении.

В фазе включения тепловые равновесия не достигаются, тепло, произведенное зажженными горелками, не потребляется в реакциях, так как реагенты не циркулируют в трубках. Поэтому к риску избыточной теплоты, вносимой в некоторые зоны печи, добавляется риск того, что это теплота не будет израсходована. Сюда добавляется, кроме того, сложность осуществления измерений температуры, необходимых для защиты трубок.

Таким образом, существует потребность в надежной процедуре нагрева трубок риформинга при зажигании горелок печи, которая сведет к минимуму риск перегрева трубок и улучшит однородность нагрева по их длине.

Одной целью настоящего изобретения является предложить способ зажигания горелок печи риформинга с боковым нагревом, позволяющий уменьшить риск локального перегрева всех или части этих трубок.

Другой целью настоящего изобретения является предложить способ зажигания горелок печи риформинга с боковым нагревом, позволяющий осуществить однородный нагрев всех трубок.

Эти разные цели достигнуты благодаря использованию определенных последовательностей включения горелок, которые задают порядок, в котором будут зажигаться разные горизонтальные ряды горелок при включении печи 8МК

С этой целью изобретение относится к способу зажигания горелок печи парового риформинга углеводородов во время ее включения, причем указанная печь содержит, по меньшей мере,

- 1 018321 камеру сгорания, имеющую по меньшей мере две вертикальные стены из огнеупорного материала, расположенные напротив друг друга, по меньшей мере, трубки риформинга, выстроенные по линии и вертикально на половине расстояния между двумя, стоящими напротив друг друга вертикальными стенами из огнеупорного материала, горелки, расположенные на каждой из двух стоящих напротив друг друга вертикальных стен из огнеупорного материала, выстроенные по линии и по вертикали в виде колонн, а по горизонтали в виде η рядов Κι (с 1, меняющимся от 1 до η, причем ί возрастает снизу к верху печи), в котором горелки зажигают в соответствии с последовательностью зажигания, состоящей из поочередных этапов, чтобы в конце зажигания были зажжены все горелки, необходимые для риформинга, отличающемуся тем, что все горелки, зажженные на некотором данном этапе, относятся к одному и тому же ряду, и тем, что порядок первых этапов последовательности зажигания следующий:

- зажигание горелок одного ряда, выбранного из самых высоких рядов, затем

- зажигание горелок ряда, выбранного из самых низких рядов, затем

- зажигание горелок ряда, выбранного из рядов средней зоны, предпочтительно на середине высоты, затем

- зажигание горелок ряда, выбранного из рядов в нижней половине, причем порядок зажигания рядов выбирается так, чтобы улучшить равномерность нагрева во всей печи.

Характеристики зажигания горелок в печи согласно изобретению будут еще больше улучшены, если при совершении последовательности до зажигания всех рядов горелок на следующих этапах зажигания нагрев уравновешивают на всю высоту печи, обеспечивая чередование низ/середина/верх/середина.

Под этапом зажигания понимается поочередное зажигание горелок согласно заданному порядку.

Под последовательностью зажигания понимается последовательность этапов зажигания, осуществляемая согласно определенному порядку.

Когда в изобретении уточняется, что все горелки, зажженные на этапе, находятся в одном и том же ряду Κι, это означает, что этап состоит в зажигании всех горелок данного ряда Κι, однако это не означает, что должны быть зажжены все горелки указанного ряда.

Так, например, будет возможным зажигать в данном ряду всего одну горелку из двух и даже меньше.

Под совокупностью горелок, необходимых для риформинга, понимается совокупность горелок, которые работают во время риформинга, следующего за включением; действительно, на некоторых операциях риформинга оказывается ненужным использовать всю мощность нагрева печи; в этом случае некоторые горелки не зажигаются. Так, в частности, типично не использовать верхний ряд горелок; в этом случае ряд Κι с самым высоким индексом 1, который должен зажигаться, является рядом Κ_η-1.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения на первом этапе зажигания зажигается, по меньшей мере, ряд Κι, соответствующий самому высокому 1.

Предпочтительно, когда два ряда зажигаются последовательно, они выбираются из еще не зажженных рядов, не являющихся соседними.

Фиг. 1-3 иллюстрируют изобретение в частном случае печи риформинга типа ыйе-бгей с пятью рядами горелок, размещенных симметрично по двум сторонам печи. Фиг. 1 показывает печь риформинга, фиг. 2 и 3 показывают профили температуры в трубках риформинга (и дымовых газах) после некоторого времени нагрева горелками, зажженными в единственном ряду (фиг. 2а согласно изобретению и 2Ь согласно обычной для специалистов практике), затем в двух рядах (фиг. 3а согласно изобретению и 3Ь согласно обычной для специалистов практике).

Фиг. 1 показывает печь риформинга с боковым нагревом, содержащую трубки риформинга 1, находящиеся на половине расстояния между двумя стенами 2 и 3 из огнеупорного материала. Стены 2 и 3 из огнеупорного материала снабжены горелками 4, размещенными в форме колонн и рядов. Ряды горелок обозначены с Κ1 ηο Κ5 от низа к верху.

Практикуемые приемы включения согласно предшествующему уровню техники предусматривают зажигание горелки через одну в каждом ряду, начиная с рядов, находящихся внизу печи (Κ2, или же Κ1), и затем продолжая в других рядах. Этот выбор диктуется, в частности, легкостью осуществления; легче зажигать ряды по порядку, начиная с низу печи.

Некоторые практикуемые приемы включения предусматривают также зажигание горелок двух соседних рядов вверху печи (Κ4, Κ5) при горячем включении.

В результате зажигания горелок в нижних рядах (Κ1 или Κ2) потенциально может возникнуть несколько типов проблем, в частности:

локальный перегрев, гетерогенный нагрев внутри печи, слишком высокая длительность фазы включения из-за слишком медленного нагрева зоны конвекции.

Фиг. 2а и 2Ь показывают профили температуры в трубках риформинга (и дымовых газах), измеренных после заданного времени нагрева (одинакового в обоих случаях), с горелками, зажженными в един

- 2 018321 ственном ряду (фиг. 2а согласно изобретению и 2Ь согласно обычной практике).

Сравнение фиг. 2а и 2Ь показывает, что зажигание ряда горелок, находящегося вверху печи (К5), приводит к более однородным температурам трубок (фиг. 2а), чем при зажигании горелок ряда К.2 (второго, считая снизу печи). Кроме того, зажигание горелок самого высокого ряда приводит также к более высокой температуре дымовых газов на выходе из печи, что позволяет быстрее нагревать зону конвекции и быстрее создавать пары, необходимые для включения 8МК.

Когда затем зажигают второй ряд горелок, последовательность зажигания, состоящая в зажигании горелок в ряду К5, а затем в ряду К2, приводит, таким образом, как показывает фиг. 3а, к хорошей однородности температур на всей длине трубок и ограничивает уровень максимальных достигаемых температур; зато зажигание горелок в двух соседних рядах, в частности, когда ряды расположены в нижней части печи, приводит к чрезмерно высокой температуре трубок, локализованной на уровне рассматриваемых рядов, как показывает фиг. 3Ь.

В следующей таблице сравниваются максимальные температуры трубок риформинга, достигаемые после некоторого времени нагрева с последовательностью К5-К2 согласно фиг. 3а, а также с другими последовательностями зажигания рядов горелок, в том числе с последовательностью К2-К3 с фиг. 3Ь.

Таблица

Установлено, что преимущество новой последовательности согласно изобретению четко подтверждается, при этом риск перегрева минимален.

Зато зажигание нижнего ряда, за которым идет соседний ряд, согласно обычной для специалиста практике, оказывается наиболее невыгодным, как в отношении локализованного перегрева трубок и, следовательно, риска их ускоренного износа, так и в отношении однородности нагрева всей печи.

Характеристики зажигания горелок печи согласно изобретению еще более улучшаются, когда, выполняя последовательность до зажигания всех рядов горелок на следующих этапах зажигания, достигается равновесие нагрева по всей высоте печи.

Так, для 8МК-печи типа 'Мбс-Пгсб согласно фиг. 1, то есть содержащей 5 рядов горелок, рекомендуются новые следующие последовательности зажигания:

зажигание горелок в разных рядах согласно следующим последовательностям:

кроме того, может быть полезным ограничить мощность нагрева с зажиганием ограниченного числа горелок в ряду, что при необходимости может доходить до одной из трех, даже одной из четырех.

Таким образом, предпочтительно зажигание сверху печи с последующим чередованием низ/середина/верх; также предпочтительно избегать зажигания соседних рядов (однако, когда число рядов небольшое, допускается не соблюдать это ограничение).

Таким образом, изобретение позволяет распределять и усреднять мощности нагрева внутри печи, ограничить локальные перегревы, сократить продолжительность включения, быстрее создавая пары в камере конвекции, а также быстрее нагревая трубки благодаря хорошей однородности получаемых температур трубки.

Изобретение применимо для улучшения работы существующих печей риформинга.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ зажигания горелок печи парового риформинга углеводородов во время ее включения, причем указанная печь содержит камеру сгорания, имеющую по меньшей мере две вертикальные стены (1, 2) из огнеупорного материала, стоящие напротив друг друга, трубки риформинга (3), установленные вертикально на половине расстояния между двумя стоящими напротив друг друга вертикальными стенами из огнеупорного материала, горелки, расположенные на каждой из двух стоящих напротив друг друга вертикальных стен (1, 2) из огнеупорного материала, выстроенные по линии и по вертикали в виде колонн, а по горизонтали в виде η рядов К1 (с ί, меняющимся от 1 до п, причем ί возрастает снизу к верху печи), в котором горелки зажигают в соответствии с последовательностью зажигания, состоящей из поочередных этапов, чтобы в конце зажигания были зажжены все горелки, необходимые для риформинга, отличающийся тем, что все горелки, зажженные на некотором данном этапе, относятся к одному и тому

- 3 018321 же ряду, и тем, что порядок первых этапов последовательности зажигания следующий:

1 - зажигание горелок одного ряда, выбранного из наиболее высоких рядов, затем
2 - зажигание горелок ряда, выбранного из самых низких рядов, затем
3 - зажигание горелок ряда, выбранного из рядов средней зоны, предпочтительно на середине высоты, затем
4 - зажигание горелок ряда, выбранного из рядов в нижней половине.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом этапе зажигания зажигают по меньшей мере ряд Κι, соответствующий самому высокому ί.

3. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что при поочередном зажигании двух рядов последние выбирают из числа еще не зажженных рядов, не являющихся соседними.