專利名稱：延遲焦化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一方面，本文公開的實(shí)施例涉及從含有能夠裂解以生產(chǎn)碳的化合物的液體生產(chǎn)焦炭。另一方面，本文公開的實(shí)施例涉及一種稱為延遲焦化的工藝。另一方面，本文公開的實(shí)施例涉及一種延遲焦化加熱器，其具有用于加熱焦化原料的多重并行蛇形加熱線圈。
背景技術(shù)：
焦化可被認(rèn)為是劇烈的熱裂解工藝，其中，最終產(chǎn)品之一包括碳，例如焦炭。延遲焦化工藝最初被開發(fā)來用于通過原料(例如減壓渣油和熱焦油)的劇烈裂解來生產(chǎn)焦炭和較低分子量的烴，以最小化精煉廠的殘?jiān)彤a(chǎn)量。美國專利No. 4，049，538和4，547，284示出了延遲焦化工藝的例子，其公開內(nèi)容通過弓I用并入本文中。 延遲焦化工藝通常包括當(dāng)原料以高速通過管道進(jìn)料時(shí)在管加熱器的導(dǎo)管或管道中把原料加熱到高于裂解溫度的溫度。最佳的操作包括進(jìn)料速率的使用，例如以最小化在管加熱器的加熱管道中實(shí)際形成的碳。管加熱器通常被可互換地稱為焦化裝置加熱器或焦化裝置預(yù)熱器。在美國專利No. 4，049, 538中，焦化裝置預(yù)熱器被示意性地示出為項(xiàng)目編號11。在美國專利No. 4，547，284中，焦化裝置加熱器被示意性地示出為項(xiàng)目編號25。處于焦化溫度的被加熱原料從加熱區(qū)被輸送到焦炭鼓，優(yōu)選地，大部分焦炭在焦炭鼓中形成。在絕緣的焦炭鼓或緩沖鼓中，足夠的停留時(shí)間允許發(fā)生焦化。通常，被加熱的焦化原料已經(jīng)被加熱到足以維持鼓中的焦化的溫度，即在約750至約975 °F的范圍內(nèi)的溫度。隨著工藝的進(jìn)行，焦炭在焦炭鼓中積累，并且隨后通過本領(lǐng)域的已知技術(shù)移除。盡管過去做出了很大的努力以便提供條件來允許延遲焦化原料被加熱到裂解溫度而不會(huì)在焦化裝置加熱器的管道中出現(xiàn)不期望的碳沉積，但是焦化裝置加熱器的管道中的碳沉積依然繼續(xù)成為問題。除了希望避免在焦化裝置加熱器中的碳沉積以外，還希望提高延遲焦化單元的容量。延遲焦化單元的初始設(shè)計(jì)包括小的、箱形加熱器，該加熱器具有從頂部懸掛的多排管道以及在每個(gè)壁上的一排管道，僅在加熱器的輻射區(qū)段中加熱所述管道?，F(xiàn)在的延遲焦化單元包括雙點(diǎn)火焦化裝置加熱器設(shè)計(jì)，如美國專利No. 5，078，857中描述的，其通過引用并入本文中。在’ 857專利中，延遲焦化加熱器設(shè)計(jì)將線圈放在箱的中心并且燃燒器抵靠壁，從而能從兩側(cè)加熱管道，從而提高了熱流通量率。該設(shè)計(jì)也允許減小線圈長度、壓降和停留時(shí)間，并允許每個(gè)線圈的增大的容量?，F(xiàn)在參考圖1，示出了用在雙點(diǎn)火延遲焦化加熱器中的一種常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)線圈設(shè)計(jì)。線圈從加熱器入口到加熱器出口以蛇形構(gòu)造來回延伸，定位成分別朝向輻射加熱區(qū)的上端和下端，并且通常懸掛在雙點(diǎn)火加熱器的兩個(gè)壁之間的豎直平面內(nèi)。為進(jìn)一步提高這種焦化裝置加熱器的容量，例如在Catala K. A.等,“Advances inDelayed Coking Heat Transfer Equipment，，，Hydrocarbon Processing, 2009 年 2 月，第45-54頁描述的，已經(jīng)提出了增加線圈的直徑和/或長度。然而，在新設(shè)計(jì)中，容量可能如此大使得這些方案(增加的直徑和/或線圈長度)導(dǎo)致出現(xiàn)下列一種或多種情況更高的壓降，更高的膜溫度，更高的管金屬溫度以及增加的停留時(shí)間，從而縮短了平均運(yùn)行長度。替代地，可以使用多個(gè)加熱單元，這會(huì)顯著增加資金和操作費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
已發(fā)現(xiàn)可以通過使用多重并行蛇形加熱線圈來實(shí)現(xiàn)延遲焦化加熱器的增加的容量和/或改進(jìn)的操作。如本文所使用的，多重并行蛇形加熱線圈是指一種加熱線圈，其包括以水平管道的蛇形(來回)、連續(xù)路徑布置的多個(gè)流動(dòng)導(dǎo)管，其通?？梢员粦覓煸谘舆t焦化加熱器的輻射加熱區(qū)段中的豎直平面內(nèi)。流向加熱器單元的原料可在加熱器的上游被分開，并被輸送到多重并行蛇形加熱線圈的入口。兩個(gè)或更多個(gè)并行流動(dòng)導(dǎo)管被布置成使得流被對稱地(在整個(gè)路徑上相對均勻地)加熱。然后，流過多重并行螺旋加熱線圈的兩個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)導(dǎo)管的被加熱原料可在加熱器外組合以便進(jìn)行下游處理。因此，全部的填料在較短的流動(dòng)路徑中被加熱，導(dǎo)致減小的停留時(shí)間、減小的壓降以及容量和/或平均運(yùn)行長度的增加。一方面，本文公開的實(shí)施例涉及一種用于將原料加熱至延遲焦化溫度的延遲焦化加熱器。所述焦化加熱器可包括加熱器，所述加熱器包括輻射加熱區(qū)，所述輻射加熱區(qū)包括下部和上部，所述下部包括爐底燃燒器區(qū)段，所述上部包括壁燃燒器區(qū)段，所述爐底燃燒器區(qū)段包括多個(gè)爐底燃燒器，所述多個(gè)爐底燃燒器位于底部爐底附近以便在所述輻射加熱區(qū)中點(diǎn)火，所述壁燃燒器區(qū)段包括多個(gè)壁燃燒器，所述多個(gè)壁燃燒器位于相對的壁附近；和多重并行蛇形加熱線圈，所述多重并行蛇形加熱線圈位于所述輻射加熱區(qū)中。另一方面，本文公開的實(shí)施例涉及一種用于將原料加熱至延遲焦化溫度的延遲焦化加熱器。所述延遲焦化加熱器可包括具有上和下輻射加熱區(qū)段的加熱容器，設(shè)置在所述加熱容器的相對側(cè)壁之間并與相對側(cè)壁間隔開的豎直多重并行螺旋加熱線圈，原料通過所述多重并行螺旋加熱線圈輸送，以及多個(gè)燃燒器，所述多個(gè)燃燒器位于所述加熱容器的下·輻射區(qū)段中且在所述多重并行蛇形加熱線圈的每一側(cè)上，以便能夠在所述多重并行蛇形加熱線圈的相對側(cè)上向上提供并引導(dǎo)多條火焰，所述多條火焰各自分別地位于大致平行于所述多重并行蛇形加熱線圈所懸掛的平面的平面中。在一些實(shí)施例中，所述加熱器還可以包括以下中的一個(gè)或多個(gè)分流器，所述分流器用于將原料的流分開到所述多重并行蛇形加熱線圈的多個(gè)對應(yīng)入口中；混流器，所述混流器用于組合來自所述多重并行蛇形加熱線圈的多個(gè)對應(yīng)出口的被加熱原料；溫度傳感器，所述溫度傳感器位于所述混流器下游用于測量所組合的被加熱原料的溫度；以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)基于所組合的被加熱原料的經(jīng)測量的溫度來調(diào)節(jié)所述延遲焦化加熱器的操作參數(shù)。另一方面，本文公開的實(shí)施例涉及一種用于將原料在延遲焦化加熱器中加熱至延遲焦化溫度的工藝。所述工藝可包括把原料的流分開到多重并行蛇形加熱線圈的入口中，所述多重并行蛇形加熱線圈豎直地設(shè)置在延遲焦化加熱器中，所述延遲焦化加熱器包括具有上和下輻射加熱區(qū)段的加熱容器，設(shè)置在所述加熱容器的相對側(cè)壁之間并與相對側(cè)壁間隔開的所述豎直多重并行螺旋加熱線圈，原料通過所述多重并行螺旋加熱線圈輸送，以及多個(gè)燃燒器，所述多個(gè)燃燒器位于所述加熱容器的下輻射區(qū)段中且在所述多重并行蛇形加熱線圈的每一側(cè)上，以便能夠在所述多重并行蛇形加熱線圈的相對側(cè)上向上提供并引導(dǎo)多條火焰，所述多條火焰各自分別地位于大致平行于所述多重并行蛇形加熱線圈所懸掛的平面的平面中；將所述原料在所述多重并行蛇形加熱線圈中加熱到延遲焦化溫度；從所述多重并行蛇形加熱線圈的對應(yīng)出口回收被加熱的原料；以及在所述加熱容器外組合來自所述多個(gè)對應(yīng)出口的被加熱原料的流。所述工藝也可以包括以下中的一個(gè)或多個(gè)測量所組合的被加熱原料的溫度；以及基于所組合的被加熱原料的經(jīng)測量的溫度來調(diào)節(jié)所述延遲焦化加熱器的操作參數(shù)。根據(jù)下面的描述和所附的權(quán)利要求，其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


圖I示出了用于雙點(diǎn)火延遲焦化加熱器的常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)的線圈設(shè)計(jì)。圖2示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中有用的具有多重并行蛇形加熱線圈的延遲焦化加熱器。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在雙點(diǎn)火延遲焦化加熱器中有用的多重并行蛇形線圈設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照圖2，示出了在本文公開的實(shí)施例中有用的延遲焦化加熱器。圖2示出了延遲焦化加熱器10的剖面。延遲焦化加熱器10具有輻射加熱區(qū)14，并且在一些實(shí)施例中可以包括對流加熱區(qū)16。換熱表面18和20位于對流加熱區(qū)16中，其可用于預(yù)熱經(jīng)由流動(dòng)管線22進(jìn)料的原料。來自對流區(qū)的被預(yù)熱的原料在24處被送至位于輻射加熱區(qū)14中的多重并行蛇形加熱線圈，其通常被標(biāo)示為26?？稍谳椛浼訜釁^(qū)的下端附近從多重并行蛇形加熱線圈26 (未示出出口 )回收經(jīng)加熱的原料。輻射加熱區(qū)14可包括被標(biāo)示為34和36的壁以及底板或爐底42。豎直點(diǎn)火的爐底燃燒器46安裝在底板上，并且在輻射加熱區(qū)14內(nèi)指向上方。每個(gè)燃燒器46抵靠壁34或36中的一個(gè)被容納在爐底42上的瓦片48內(nèi)。除爐底燃燒器之外，在爐膛的上部還包括壁燃燒器56。壁燃燒器56被安裝在壁上。也可使用其他延遲焦化加熱器，例如美國專利No. 5，078，857所公開的延遲焦化加熱器以及在 Catala K. A.等，“Advances in Delayed Coking Heat TransferEquipment”, Hydrocarbon Processing, 2009年2月，第45-54頁所公開的延遲焦化加熱器，上述文獻(xiàn)的每一個(gè)通過引用并入本文中。多重并行蛇形加熱線圈26可包括兩個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)導(dǎo)管，其通常以水平管道的來回連續(xù)路徑布置，被懸掛在加熱容器內(nèi)的豎直平面中。連續(xù)流動(dòng)路徑可從加熱容器的輻射加熱區(qū)段的上部中的多個(gè)入口向下延伸到位于加熱容器的輻射加熱區(qū)段的下部中的多個(gè)對應(yīng)出口?，F(xiàn)在參照圖2，示出了根據(jù)本文公開的實(shí)施例的在雙點(diǎn)火延遲焦化加熱器中有用的多重并行蛇形加熱線圈。如圖所示，多重并行蛇形加熱線圈26包括兩個(gè)流動(dòng)導(dǎo)管27、28。流動(dòng)導(dǎo)管27、28以大致對稱的蛇形(來回)的流動(dòng)路徑布置，其中，這種布置可對在每個(gè)流動(dòng)導(dǎo)管中橫向通過加熱器的原料提供相對均勻的加熱。雖然圖2中僅僅示出了兩個(gè)流動(dòng)導(dǎo)管，但是多重并行蛇形加熱線圈26也可以包括3、4、5、6或更多個(gè)以類似方式布置的流動(dòng)導(dǎo)管。參照圖2和3，在操作中，將要隨后在焦炭鼓中經(jīng)受焦化的原料(例如重油、浙青和其它的“殘?jiān)鳌?通過流動(dòng)管線22被引入對流區(qū)段16的管道中。然后，該原料通過換熱表面18、20傳遞到對流區(qū)段的下部并且然后傳遞到流動(dòng)管線24。然后，該流被分開到位于輻射加熱區(qū)段14中的多重并行蛇形加熱線圈26的入口中。然后，該原料通過多重并行蛇形加熱線圈行進(jìn)到輻射加 熱區(qū)段14的出口(未示出)。燃燒器46、56在輻射加熱區(qū)段14內(nèi)的多重并行蛇形加熱線圈26的每一側(cè)上提供火焰。來自輻射加熱區(qū)段14的熱氣從輻射加熱區(qū)段14通過出口向上流出進(jìn)入對流加熱區(qū)段16中。因此，由于將原料最初引入對流加熱區(qū)段16中，所以原料開始是被來自輻射加熱區(qū)段14的熱氣加熱，然后隨著原料通過輻射加熱區(qū)段14移動(dòng)到位于輻射加熱區(qū)段14的下端附近的多重并行蛇形加熱線圈26的出口，所述原料暴露于越來越高的溫度。根據(jù)條件要求，可以選擇原料的特定進(jìn)料速率和出口溫度。通常，該裝置可以操作成使得離開輻射區(qū)段出口的焦化原料處于約800至約1050 T范圍內(nèi)的溫度，例如處于約850至約975 °卩范圍內(nèi)的溫度。然后，可以將來自多重并行蛇形加熱線圈的出口的流組合并輸送到焦炭鼓以便進(jìn)行進(jìn)一步處理。位于混流器下游的溫度傳感器可用來測量所組合的被加熱原料的溫度并且控制系統(tǒng)可用于基于所組合的被加熱原料的經(jīng)測量的溫度來調(diào)節(jié)延遲焦化加熱器的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)，例如原料流動(dòng)速率、通向燃燒器的燃料和/或氧氣的流動(dòng)速率以及本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的其它參數(shù)。有利地，使用本文公開的多重并行蛇形加熱線圈可提供以下一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)提高延遲焦化加熱器的容量；降低通過輻射加熱區(qū)中的加熱線圈的壓降；減小輻射加熱區(qū)中的加熱線圈的管道直徑；降低位于輻射加熱區(qū)中的加熱線圈中的膜溫度；使輻射加熱區(qū)中的加熱線圈的管壁更薄，使輻射加熱區(qū)中的加熱線圈的管金屬溫度更低；以及增加運(yùn)行長度，以及其它可能的優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)多重并行蛇形加熱線圈導(dǎo)致原料在輻射加熱區(qū)中的停留時(shí)間顯著減小。例如，如下面的示例所示，本發(fā)明的多重并行蛇形加熱線圈的停留時(shí)間幾乎比傳統(tǒng)加熱線圈的停留時(shí)間短50 %。示例 I將具有常規(guī)輻射加熱線圈的延遲焦化加熱器的操作與根據(jù)本文公開的實(shí)施例的具有多重并行蛇形加熱線圈的相同加熱器進(jìn)行比較。兩種情況下的原料流相同。與圖3所示的類似，多重并行蛇形加熱線圈包括兩個(gè)流動(dòng)導(dǎo)管，具有3. 75英寸的外徑、O. 33英寸的平均壁厚以及3. 09英寸的內(nèi)徑。多重并行蛇形加熱線圈的兩個(gè)并行的流動(dòng)導(dǎo)管各自形成穿過輻射加熱區(qū)段的24個(gè)水平流程(pass)。與圖I所示的類似，常規(guī)輻射加熱線圈包括具有5. 15英寸的外徑、O. 39英寸的平均壁厚以及4. 37英寸的內(nèi)徑。常規(guī)輻射加熱線圈形成穿過輻射加熱區(qū)段的36個(gè)流程。具有多重并行蛇形加熱線圈的延遲焦化加熱器的性能在表I中示出。具有常規(guī)輻射加熱線圈的延遲焦化加熱器的性能在表2中示出。如所示的，本發(fā)明的多重并行蛇形加熱線圈導(dǎo)致總的停留時(shí)間從約63秒降低到約40秒。此外，較小的管道允許更緊湊的設(shè)計(jì)以及采用總體更少量的貴重原材料。更短的停留時(shí)間允許更好的裂解并減少裂解流出物中的不期望副產(chǎn)物的量，從而在更佳產(chǎn)量的情況下提供更有價(jià)值的流出物并且減少對不期望雜質(zhì)進(jìn)行分離的需求。盡管本公開包括了有限數(shù)量的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在從本公開受益的情況下將會(huì)意識(shí)到可以設(shè)計(jì)出不偏離本公開范圍的其它實(shí)施例。因此，該范圍應(yīng)當(dāng)僅僅由所附權(quán)利要求來限制。表I
權(quán)利要求
1.一種用于將原料加熱至延遲焦化溫度的延遲焦化加熱器，包括 加熱器，所述加熱器包括輻射加熱區(qū)，所述輻射加熱區(qū)包括下部和上部，所述下部包括爐底燃燒器區(qū)段，所述上部包括壁燃燒器區(qū)段，所述爐底燃燒器區(qū)段包括多個(gè)爐底燃燒器，所述多個(gè)爐底燃燒器位于底部爐底附近以便在所述輻射加熱區(qū)中點(diǎn)火，所述壁燃燒器區(qū)段包括多個(gè)壁燃燒器，所述多個(gè)壁燃燒器位于相對的壁附近；和 多重并行蛇形加熱線圈，所述多重并行蛇形加熱線圈位于所述輻射加熱區(qū)中。
2.一種用于將原料加熱至延遲焦化溫度的延遲焦化加熱器，包括 具有上和下輻射加熱區(qū)段的加熱容器，設(shè)置在所述加熱容器的相對側(cè)壁之間并與相對側(cè)壁間隔開的豎直多重并行螺旋加熱線圈，原料通過所述多重并行螺旋加熱線圈輸送，以及多個(gè)燃燒器，所述多個(gè)燃燒器位于所述加熱容器的下輻射區(qū)段中且在所述多重并行蛇形加熱線圈的每一側(cè)上，以便能夠在所述多重并行蛇形加熱線圈的相對側(cè)上向上提供并引導(dǎo)多條火焰，所述多條火焰各自分別地位于大致平行于所述多重并行蛇形加熱線圈所懸掛的平面的平面中。
3.如權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的延遲焦化加熱器，還包括分流器，所述分流器用于將原料的流分開到所述多重并行蛇形加熱線圈的入口中。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的延遲焦化加熱器，還包括混流器，所述混流器用于組合來自所述多重并行蛇形加熱線圈的對應(yīng)出口的被加熱原料。
5.如權(quán)利要求4所述的延遲焦化加熱器，還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器位于所述混流器下游用于測量所組合的被加熱原料的溫度。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的延遲焦化加熱器，還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)基于所組合的被加熱原料的經(jīng)測量的溫度來調(diào)節(jié)所述延遲焦化加熱器的操作參數(shù)。
7.一種用于將原料在延遲焦化加熱器中加熱至延遲焦化溫度的工藝，包括 把原料的流分開到多重并行蛇形加熱線圈的入口中，所述多重并行蛇形加熱線圈豎直地設(shè)置在延遲焦化加熱器中，所述延遲焦化加熱器包括 具有上和下輻射加熱區(qū)段的加熱容器，設(shè)置在所述加熱容器的相對側(cè)壁之間并與相對側(cè)壁間隔開的所述豎直多重并行螺旋加熱線圈，原料通過所述多重并行螺旋加熱線圈輸送，以及多個(gè)燃燒器，所述多個(gè)燃燒器位于所述加熱容器的下輻射區(qū)段中且在所述多重并行蛇形加熱線圈的每一側(cè)上，以便能夠在所述多重并行蛇形加熱線圈的相對側(cè)上向上提供并引導(dǎo)多條火焰，所述多條火焰各自分別地位于大致平行于所述多重并行蛇形加熱線圈所懸掛的平面的平面中； 將所述原料在所述多重并行蛇形加熱線圈中加熱到延遲焦化溫度； 從所述多重并行蛇形加熱線圈的對應(yīng)出口回收被加熱的原料；以及 在所述加熱容器外組合來自所述多個(gè)對應(yīng)出口的被加熱原料的流。
8.如權(quán)利要求7所述的工藝，還包括測量所組合的被加熱原料的溫度。
9.如權(quán)利要求8所述的工藝，還包括基于所組合的被加熱原料的經(jīng)測量的溫度來調(diào)節(jié)所述延遲焦化加熱器的操作參數(shù)。
全文摘要
一種用于將原料加熱至延遲焦化溫度的延遲焦化加熱器。所述延遲焦化加熱器可包括加熱器，所述加熱器包括輻射加熱區(qū)，所述輻射加熱區(qū)包括下部和上部，所述下部包括爐底燃燒器區(qū)段，所述上部包括壁燃燒器區(qū)段，所述爐底燃燒器區(qū)段包括多個(gè)爐底燃燒器，所述多個(gè)爐底燃燒器位于底部爐底附近以便在所述輻射加熱區(qū)中點(diǎn)火；所述壁燃燒器區(qū)段包括多個(gè)壁燃燒器，所述多個(gè)壁燃燒器位于相對的壁附近；和多重并行蛇形加熱線圈，所述多重并行蛇形加熱線圈位于所述輻射加熱區(qū)中。
文檔編號C10B55/00GK102933692SQ201180019297
公開日2013年2月13日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者K·A·卡塔拉 申請人:魯姆斯科技公司