JP4842498B2 - コーカーのコークス槽蒸気管路の急冷方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、コーカー装置及びその操作に係り、特にコーカー装置においてコークス槽から精留塔まで設けられた蒸気管路の急冷に関する。
【０００２】
コークス槽の蒸気管路における流速は、急冷注入速度、急冷油特性、コークス槽温度、蒸気速度及びコークス槽から精留塔までの圧力降下を含めていくつかの要因により影響される。従来のシステムでは、蒸気管路からコーカー主精留塔に流れ込む液体の実際の速度は、コーキングサイクル中に変化する。従来のシステムでは２つの状態、すなわち（１）過剰急冷(overquench)又は（２）不十分急冷(underquench）のどちらかになる。過剰急冷では、収量が低下し、場合によっては装置の原料速度も低下する。不十分急冷では、液体が蒸気管路を洗い流して主精留塔に入ることなく、蒸気管路がコーキングを生じて最後にはコーカーを閉鎖してしまうことになる。一旦コークス槽から主精留塔までの十分な圧力降下を生じるまで管路でコーキングが生じてすべての液体が蒸発してしまうと、コーカーの閉鎖（非常に高コストな事象）をしなければならないまでにはほんの短い時間しか残っていない。一般に、従来のシステムでは、リサイクル比を高めるために急冷を調節することはできない。従来の方法の一つである温度差制御技術では、場合によってはリサイクル比を高めることができるが、このために適切に動作するためには、下流の温度指示器（ＴＩ）が、精留塔近くの蒸気管路の共同部分に配置されなければならない。ＴＩをこの場所に置くことの問題は、おそらくそれが汚れて不正確になることである。本開示に記載のように、コークス槽の蒸気管路の精留塔への出口に配置されたＴＩは、稼働中はアクセスできないが、槽をデコーキングする間に容易に清掃される。従来の急冷技術では、コークス槽と精留塔の間の圧力差は考慮されていない。
【０００３】
本発明は、コーカー装置においてコークス槽から主精留塔まで設けられたコークス槽蒸気管路を急冷するための方法及び装置である。この改良された急冷システムの特徴部分は、圧力差と装置の原料速度の両方を用いて、所与の急冷油の急冷速度と装置原料の質を制御することである。コーカー原料又は急冷油の組成が有意に変化すると、急冷曲線の新たな組が作成されてコークス槽蒸気管路の適切な急冷を保証できる。急冷の目的は、コークス槽の蒸気管路が炭素ベースの付着物で詰まるのを防止することである。蒸気管路が詰まると、コーカー装置の原料速度が制限され、最終的にプラグ(plug)が取り除かれるまでコーカーの原料速度を厳しく制限してしまう。蒸気管路のプラグを除去するため、装置の閉鎖が必要となるが、これによりコーカー装置の徐々のスローダウンの後に閉鎖することでコーカーの能力を喪失し、相当な経済的損失を生じる。従来システムで用いられるような温度、温度差、非断熱管路又は固定した流速制御技術とは対照的に、差圧制御技術が用いられて精留塔に送られる槽の蒸気を急冷する。差圧による蒸気管路の急冷制御により、槽のウォームアップ中の不十分急冷を防止するだけでなく、コークス槽の切換、装置のスタートアップ又はスローダウン中での蒸気管路の過剰急冷を防止する。それは、槽の切換後の精留塔の復旧時間、及び過剰急冷により短縮できる槽サイクル中の液体生成物の収量を改善する。また、急冷油の品質と条件が有意に変わらない限り、不十分急冷された状況ではいつでも蒸気管路が乾燥することを防止する。
【０００４】
上記問題を解決するために、新規な遅延コーカー装置と新規な方法が、圧力差及び装置原料に基づいて開発された。従って、本発明は、請求項１に記載のような遅延コーカーの構成及び請求項３に記載のような新しい方法に関する。
【０００５】
コーカーの蒸気管路のプラグの根本の原因は、蒸気管路の乾燥である。特に、コークス槽のウォームアップ中は、乾燥を防ぐべく急冷速度を増加させない場合にはコークス槽から精留塔までの圧力降下が増大することにより蒸気管路が乾燥し得る。加えられるこの圧力降下により、液体のすべてが蒸気管路の内部で蒸発し、コークス微粉を飛沫同伴した炭素残留物の層を残す。蒸気管路が詰まる危険性を小さくするために、ここに開示した急冷技術は、圧力降下及び装置の原料速度に基づいて急冷速度を調節する。この圧力差急冷制御技術は、蒸気管路が乾燥する可能性を大きく低下させ、蒸気管路の端部から精留塔に流れ込む液体の一定の流れを維持する。一般に、それは、蒸気管路が詰まる危険性が十分に小さいとき、（蒸気管路の温度指示器（ＴＩ）が精留塔の近くに配置されていない場合には）従来技術の温度差急冷制御、又は一定蒸気温度の急冷流量技術に比較して収量を増大させる。これら後者２つの従来技術は、槽のウォームアップ中の蒸気管路の乾燥を防止するために、大抵の槽サイクルに対して過剰急冷に基づいている。又は、ＴＩが蒸気管路のアクセス不可な部分に配置されるならば、ＴＩはコークスで汚れて信頼できないデータを生成し、不十分急冷を生じ得る。温度差急冷制御技術が信頼できるならば、コーカーの主精留塔の近くの正確な蒸気管路温度が必要となる。しかしながら、蒸気管路のこの部分での温度指示は、本来的に信頼できない。というのは、ＴＩは汚れやすい蒸気管路のこの共同部分にあり、信頼できない温度データを生成するからである。固定した急冷速度蒸気温度制御により、槽切換が行われるときはいつも不十分急冷と乾燥した蒸気管路を生じ得、これにより蒸気管路が詰まり得る。
【０００６】
本発明は、従来システムで用いられる急冷蒸気温度制御技術の３つの限界を解消する。すなわち、（１）コークス槽の蒸気管路の乾燥の可能性、（２）急冷速度を制御するためのコーキング環境の温度指示の信頼性低下、及び（３）圧力降下が通常はその最大のときに、もし適切な急冷が槽のウォームアップ中になされるならば、大抵の槽サイクル中に必要とされる実質的な過剰急冷。また、槽の圧力指示器の精度は、稼働中でない槽は大気に開放しているので、すべての槽サイクル中に容易に確認される。従って、圧力指示器は、もし動作が適切ならば、零ｐｓｉｇを示す。しかしながら、温度変換器は確実にコークスで汚れ得るので、その金属はサイクル間の周囲の検証可能な状態まで冷却する時間を有さず、槽サイクル間でその精度は容易には確認されない。又は、ＴＩが蒸気管路の共同部分に配置されるならば、ＴＩが汚れているか否かは分からず、よって急冷速度を制御するため生成されるデータは信頼できない。
【０００７】
次の説明では、２つのコークス槽を示し説明する。コーカー装置は２より多いコークス槽を備え得ることが分かる。さて、図１を見ると、通常のコーカー装置は、２つのコークス槽１０及び２０、２つのコーカー炉３０及び４０、主精留塔５０、軽質ガス油ストリッパー６０、重質ガス油ストリッパー７０並びに場合によっては調整した(rectified）吸収塔８０を備える。これらすべては、当該技術に熟練した者には公知である。本発明では、コークス槽１０、２０、精留塔５０及び入力原料速度の指示器１００からデータを受け取り、後で説明するように急冷流速を制御するための制御信号を発生するために、コンピュータコントローラ９０がさらに必要とされる。コークス槽１０、２０の各々は、それぞれ圧力変換器１１、２１を含み、これは常にそれぞれの槽内部の圧力をモニターし、そのデータをコントローラ９０に伝える。当業者には周知のように、所与の時間では、コークス槽の一方が「稼働中」（オンライン）であり、もう一方がオフラインとなって次のサイクルの準備のためにデコーキング及び清掃が行われることが分かる。同様に、主精留塔５０もまた圧力変換器５１を含み、その中の圧力を絶えずモニターし、そのデータをコントローラ９０に伝える。
【０００８】
動作中、約８２℃（１８０ ^oＦ）の６−オイルのような低温原料の重質油が、流量計１０２と管路１０４を通って精留塔５０に送られ、管路１０４ａを介してグリッドトレー／スプレー装置５９に又は管路１０４ｂを介して精留塔５０の底部に送られる。同時に、約２６０℃（５００ ^oＦ）の高温ピッチのような高温原料が、流量計１０３と管路１０５を通って精留塔５０の底部に送られる。流量計１０２、１０３からの流量計信号は、それぞれデータ線１０６、１０７を介して装置原料の流量指示器１００に伝えられる。得られた流量信号は、データ線１０１によりコントローラ９０に伝えられる。高温の精留塔残油のストリームは、３３、４３への速度ストリーム(velocity stream）の注入後に管路５４を介して炉３０、４０にそれぞれ送られ、そこでそれぞれ管３１、４１を通って循環させられ、約４８８℃（９１０ ^oＦ）まで加熱される。残油は十分に熱分解されなければならず、さもなければコークスを生じるか又はその代わりにタールを形成する。高温の精留塔残油は、約４８８℃（９１０ ^oＦ）において３２、４２にてそれぞれ炉管３１、４１を出て、稼働中のコークス槽１０又は２０のどちらかに送られる。通常、稼働中のコークス槽１０又は２０は、炭化水素が蒸発する一方で炭素物質を捕獲し保持する。ここに記載の装置は、コークス槽１０、２０においてコークスを形成するような滞留時間及び温度の組合せを必要とするので、「遅延コーカー」と称される。圧力変換器１１及び２１は、それぞれ線１１ａ及び２１ａによりデータをコントローラ９０に伝える。稼働中のコークス槽１０又は２０からの蒸気は、バルブ１８、２８の一つを介してコークス槽頭上の蒸気管路２９に送られる。また、急冷液も、入力１２又は１３、流量計１４及びバルブ１７を介して蒸気管路２９に注入され、蒸気管路２９において急冷油と蒸気の混合物を形成する。急冷液１２はスロップ油とし得、急冷液１３はコーカーガス油とし得る。蒸気管路２９を通る急冷液の流速は、急冷流量指示器コントローラ１５により設定され、このコントローラ１５は、後に説明するように、制御線９１によりコントローラ９０から受け取った信号に応じてバルブ１７を調節する。
【０００９】
蒸気管路２９内の急冷油／蒸気の混合物は、２９ａにて精留塔５０の底部にて注入されるが、ここは、従来システムでは、熱電対を置いて温度データを検出して伝送し場合によっては流速の制御に用いられていた。上述したように、熱電対はコークスで覆われて正確でなくなるので、この温度は信頼できなくなる傾向にあった。主精留塔５０は、蒸気を冷却してシステムから熱を除去するための重質ガス油ポンプ周り(pump-around）熱交換器５３を含む。循環環流装置もまた、蒸気を冷却し塔５０上のシステムから熱を除去するためのポンプ周り熱交換器５２を含む。熱交換器５２は、管路５２ｂを介して高温の循環環流オイルを受け取り、冷却した循環環流オイルを管路５２ａを介して精留塔５０に送り返す。熱交換器５３は、ストリップされていない高温の重質ガス油を管路５３ｂを介して受け取り、場合によっては高温の重質ガス油の一部は、管路５３ｃを介してスプレー５９に戻り、飛沫同伴されたコークス微粉が頭上蒸気中に逃れるのを防止できる。熱交換器５３からの冷却した重質ガス油は、管路５３ａを介して精留塔５０に送り返され、ここでポンプ周り熱除去システムとしてトレー５３ｄ上に流される。重質ガス油ストリッパー７０は、ストリップされていない重質ガス油を管路７４を介して精留塔５０から受け取り、スチームが管路７２を介して注入されてストリップされた重質ガス油を形成し、このガス油が管路７１により引き出される。スチームとストリップされた重質ガス油が、管路７３を介して精留塔５０に再循環させられ、ここでトレー５３ｄ上に流される。管路５３ｃは、スプレー５９用の代替の液体ソースであり、これはもし使用されるならば、管路１０５を通る高温ピッチと共に管路１０４ｂを介して精留塔５０の底部まで管路１０４中を流れる低温原料を再ルーティングする。スプレー装置／接触トレー５９により、飛沫同伴されたコークス微粉が頭上蒸気中に逃れるのを防ぐ。
【００１０】
軽質ガス油ストリッパー６０を使用して、ストリップされていない軽質ガス油を管路６４を介して受け取り、スチームを管路６２を介して受け取ることができる。ストリップされた軽質ガス油が作られて管路６１を介して引き出される一方、残りの蒸気は管路６３を介して精留塔５０に送り返される。精留塔５０における頭上蒸気は、頭上凝縮器５４に送られ、これが頭上蒸気から熱を取り除く。凝縮した液体は、アキュミュレータ５５に送られ、湿性ガス圧縮機５６が、メタン、エタン、プロパン及びブタンのような湿性ガスを圧縮する。湿性ガス圧縮機５６の出力は、管路５７を介して調整吸収塔（ＲＡ）８０に輸送され、ここで燃料ガスが８２にて引き出され、コーカーナフサが８４にて引き出され、後者は水素処理装置に送られる。吸収塔８０は、プロパンからエタンの分離を促進するリーンオイル入力８３を受け取る。管路８１は、頭上凝縮器５４において凝縮された頭上液体炭化水素を含む。これらの液体は、環流として主精留塔５０又はＲＡ８０のどちらかに送り返される。圧力変換器５１は、精留塔５０内部の圧力を線５１ａによりコントローラ９０に連続的に伝送する。
【００１１】
上述のように、コントローラ９０は、コークス槽１０、２０におけるそれぞれの圧力変換器１１、２１から、及び精留塔５０における圧力変換器５１から、またデコーキングされているオフライン槽からでさえ、連続的な圧力信号を受け取る。また、コントローラ９０は、装置原料の流量指示器１００から入力原料速度信号１０１（バレル／日）を受け取る。オフライン槽における圧力は、オンライン槽における圧力よりも低いので、コントローラ９０は、どの槽１０、２０が稼働中（オンライン）かを感知する。次に、それは稼働中の槽（１０又は２０）と圧力変換器５１により伝送された精留塔５０の圧力との圧力差（ＤＰ）を計算する。蒸気管路２９が主精留塔５０と交差する地点２９ａにて蒸気管路２９において例えば５容量％の選択された新たな原料液体流の割合を維持するために、このＤＰが原料流速１０１と共にコントローラ９０により用いられ、１２、１３にて注入されるのに要求される急冷流速を計算する。これは、理解の上で非常に重要な蒸気管路の領域である。この地点にて蒸気管路中の液体量に何が影響するかを理解しないならば、潜在的に（１）過剰急冷、すなわち多すぎる液体、これが液体の収量を低下させ、主精留塔底部へのコーカー装置のリサイクルを増大させ、また潜在的にコーカー装置の処理量を低下させ、又は（２）不十分急冷、すなわち少なすぎる液体、これが乾燥して洗浄されていない蒸気管路を生じさせ、コークスで汚れて最後にはコーカー装置を閉鎖する。これらの条件のうちどちらか一方は望ましくない。信号が線９１により急冷流量指示器コントローラ１５に送られ、バルブ１７が自動的に調節されてこのように選択された流量を維持する。
【００１２】
種々の蒸気管路の圧力差にて湿管路を維持するのに必要な急冷速度、及び蒸気管路２９からコーカー主精留塔５０に流れ込む一定の液体速度を保証するのに必要な装置原料速度が計算される。シミュレーション・サイエンシーズ社（Simulation Sciences, Inc.)によるＰＲＯ／ＩＩ汎用目的プロセス及び最適化ソフトウエアが用いられてデータを生成した（ＰＲＯ／ＩＩは商標）。このデータを下の表１及び２に示す。
【００１３】
表１及び２は、コークス槽蒸気管路の熱力学のコンピュータシミュレーションにより得られた。測定したコーカー原料の生成物収量及び急冷液特性に基づいてシミュレーションを行い、コークス槽蒸気管路から主精留塔の底部に流れ込む液体から装置リサイクルの一定の割合を得るのに必要な急冷速度を求める。予め測定した生成物収量と急冷油特性にて、蒸気管路の圧力降下が変えられ、主精留塔中への一定の液体流を維持するのに必要な急冷速度を求めた。
【００１４】
表１及び２から、図２に示す曲線を作成した。稼働中のコークス槽から主精留塔までの差圧降下（ｐｓｉ；１ｐｓｉ＝０．０６８９バール）が、Ｘ軸として用いられ、急冷速度（ｂｐｄ）がＹ軸として用いられる。これらの曲線が特定のコーカーに対して作られ、その後、（装置収量と急冷油特性の所与の組に対して）このような情報が用いられてコンピュータ制御により急冷流量を制御する。
【００１５】

【００１６】

【００１７】
次に図２を見ると、表１及び２が、通常のコーカー装置に対する最大（２８．５ＭＢＰＤ）及び最小（１４．５ＭＢＰＤ）の原料速度のグラフにて示してある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を取り入れたコーカー装置の概略図である。
【図２】 通常のコーカー装置及びコーカー原料の品質の場合の最大及び最小原料速度での圧力差に対する急冷流量を示すグラフである。
【符号の説明】
１０、２０ コークス槽
２９ 蒸気管路
３０、４０ コーカー炉
５０ 精留塔
６０ 軽質ガス油ストリッパー
７０ 重質ガス油ストリッパー
８０ 吸収塔
９０ コントローラ

Claims (3)

1. 稼働中のコークス槽であって、前記槽内の圧力を測定するための圧力変換器を備え、また、精留塔から高温の精留塔残油を受け入れ、前記残油から炭素を捕獲し、前記残油から蒸気を蒸気管路に送るように構成された前記コークス槽、
   急冷液を前記蒸気管路に注入するための手段、
   前記蒸気を前記蒸気管路から受け取り、かつ炭化水素原料物質を塔内に受け入れるように構成され、また、塔内の圧力を測定するための手段を有する精留塔、
   前記コークス槽と前記精留塔から圧力信号を受け取り、それらの間の圧力差を計算するためのコントローラ、
   前記精留塔に与える原料速度を表す信号を発生し、該信号を前記コントローラに与えるための手段、及び
   前記圧力差と前記原料流入速度データを評価し、それに応じて前記蒸気管路中に注入される急冷液の選択量を制御する信号を発生するための前記コントローラ内の手段、
   を備える遅延コーカー。
2. 前記稼働中のコークス槽と並列に少なくとも１つの別のコークス槽をさらに含む請求項１記載の装置。
3. コークス槽及び蒸気管路により連結された精留塔を備えた遅延コーカー装置において、前記蒸気管路に注入される急冷液の流量を測定し制御するための方法であって、
   前記コークス槽内の圧力を測定する工程、
   前記精留塔内の圧力を測定する工程、
   前記精留塔に供給される原料液体の全体流速を測定する工程、
   前記測定された圧力と、前記精留塔に供給されている原料液体についての前記測定された全体流速とをコントローラに与える工程、
   コークス槽蒸気管路の熱力学を用いて、前記圧力差と前記原料流入速度データの間の関係を評価する工程、
   前記蒸気管路を通って前記精留塔に入る液体の所望の流速を維持するために、前記蒸気管路に供給すべき急冷液の量を前記関係から求める工程、
   前記蒸気管路を通って前記精留塔に入る液体の所望の流速を生じさせるために、前記蒸気管路中に注入すべき急冷液の選択量を制御する信号を前記関係に応じて発生する工程、及び
   前記発生された信号を供給バルブに送って該信号に応じて前記バルブを開閉させることにより、前記蒸気管路に注入される急冷液の流速を制御する工程、
   を含む前記方法。

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