用於在熱解爐中裂化重質烴原料的方法和抽力控制系統的製作方法
2023-04-22 23:16:16 2
專利名稱：用於在熱解爐中裂化重質烴原料的方法和抽力控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及控制在裂化烴原料，特別是重質烴原料的熱解爐中的抽力(draft)的方法和系統。
背景技術：
也被稱為熱解的蒸汽裂化長期以來用於裂化各種烴原料成烯烴，優選輕烯烴如乙烯、丙烯和丁烯。常規的蒸汽裂化採用具有兩個主要部分對流部分和輻射部分的熱解爐。烴原料典型地以液體形式進入爐子的對流部分(除輕或低分子量原料以外，其以蒸氣形式進入)，在對流部分中烴原料典型地通過與來自輻射部分的熱煙道氣間接接觸和與蒸汽直接接觸而被加熱和汽化。然後汽化的原料和蒸汽混合物被引入輻射部分，在此發生裂化。產生的包括烯烴的產物離開熱解爐，以進行進一步的下遊加工，包括驟冷。
常規的蒸汽裂化系統對於裂化高質量原料如瓦斯油和石腦油是有效的。然而，蒸汽裂化的經濟性有時有利於裂化低成本的重質原料，例如作為非限制性例子的原油和也被稱為常壓管式蒸餾釜釜底產物的常壓殘油。原油和常壓殘油含有沸點超過約590℃(1100)的高分子量非揮發性組分。這些原料的非揮發性重尾餾分作為焦炭在常規熱解爐的對流部分中沉積。在較輕的組分已經完全汽化的點下遊的對流部分中，僅可以容忍非常低水平的非揮發性組分。另外，在運輸期間，一些石腦油被原油或殘油汙染。常規的熱解爐不具有加工殘油、原油或許多殘油或原油汙染的瓦斯油或含有大比例的重質非揮發性烴的石腦油的靈活性。
本發明人已認識到，在使用閃蒸以分離重質的非揮發性烴與可以在熱解爐中裂化的較輕的揮發性烴中，重要的是最大化非揮發性烴的脫除效率。否則，重質的形成焦炭的非揮發性烴可以被夾帶在蒸氣相中，並且從頂部攜帶入爐子，產生結焦問題。
另外，在運輸期間，一些石腦油被含有非揮發性組分的重質原油汙染。常規的熱解爐不具有加工殘油、原油或許多殘油或原油汙染的瓦斯油或由非揮發性組分汙染的石腦油的靈活性。
為解決結焦問題，通過引用結合在此的U.S.專利3,617,493公開了用於原油進料的外部汽化罐的應用，和公開了使用第一閃蒸以以蒸氣形式脫除石腦油和使用第二閃蒸以脫除沸點為230-590℃(450-1100)的蒸氣。所述蒸氣在熱解爐中裂化成烯烴，並且來自兩個閃蒸罐的分離的液體被除去，用蒸汽汽提，和用作燃料。
通過引用結合在此的U.S.專利3,718,709公開了最小化焦炭沉積的方法。它描述了在熱解爐內部或外部用過熱蒸汽預熱重質原料以汽化約50％的重質原料，和除去殘餘的、分離的液體。使主要含有輕質揮發性烴的汽化的烴經歷裂化。
通過引用結合在此的U.S.專利5,190,634公開了通過在對流部分中在小的臨界數量氫氣存在下預熱原料，抑制爐子中焦炭形成的方法。氫氣在對流部分中的存在抑制了烴的聚合反應，因此抑制了焦炭形成。
通過引用結合在此的U.S.專利5,580,443公開了一種方法，其中將原料首先預熱和然後從在熱解爐的對流部分中的預熱器中取出。然後將此預熱的原料與預定數量的蒸汽(稀釋蒸汽)混合，和然後引入氣液分離器，以便以液體形式從分離器分離和脫除要求比例的非揮發物。將來自氣液分離器的分離的蒸氣返回到熱解爐，用於加熱和裂化。
2002年7月3日提交的共同未決的U.S.申請序列號10/188,461，2004年1月8日出版的專利申請出版物US 2004/0004022 A1(它通過引用結合在此)描述了一種有利地控制的方法，以優化重質烴原料中所含的揮發性烴的裂化並降低和避免結焦問題。它提供了一種方法，通過保持進入閃蒸的物流的相對恆定的溫度來保持離開閃蒸的蒸氣與液體的相對恆定的比例。更具體地，通過自動調節在閃蒸之前與重質烴原料混合的流體物流的數量，來保持閃蒸物流的恆定溫度。所述流體可以是水。
2005年2月28日提交的U.S.專利申請序列號11/068,615(它通過引用結合在此)描述了裂化重質烴原料的方法，該方法混合重質烴原料與流體如烴或水以形成混合物物流，該混合物物流被閃蒸以形成汽相和液相，隨後汽相被裂化以提供烯烴，和產物流出物在輸送管線換熱器中冷卻，其中根據選擇的工藝操作參數，如在閃蒸混合物物流之前混合物物流的溫度，改變與原料混合的流體的量。
2002年7月3日提交的共同未決的U.S.申請序列號10/189,618，2004年1月8日出版的專利申請出版物US 2004/0004028 A1(它通過引用結合在此)描述了一種在蒸汽裂化系統中增加閃蒸罐中非揮發物脫除效率的有利地受控的方法，其中通過使來自對流部分的氣流首先經過擴管和然後經過多個彎頭，強制所述氣流改變方向，使所述氣流在進入閃蒸罐之前從霧流轉化成環形流，以增加脫除效率。這從所述霧沫中聚結細液滴。
當使用汽/液分離設備如閃蒸罐以分離作為汽相的較輕的揮發性烴與作為液相的重質非揮發性烴時，重要的是仔細控制離開閃蒸罐的蒸氣與液體的比例。否則，烴原料的有價值的較輕級分可能被損失在液態烴底部產物中，或者重質的形成焦炭的組分可能被汽化並作為頂部產物被帶入爐子，引起焦炭問題。
由於涉及許多變量，已發現離開閃蒸罐的蒸氣與液體的比例的控制較困難。蒸氣與液體的比例是閃蒸罐中烴分壓的函數，也是進入閃蒸罐的物流的溫度的函數。當爐子負荷變化時，進入閃蒸罐的物流的溫度變化。當爐子處於全負荷時溫度較高，當爐子處於部分負荷時溫度較低。進入閃蒸罐的物流的溫度還根據加熱原料的爐子中煙道氣的溫度改變。煙道氣的溫度又根據爐子中已發生的結焦程度改變。當爐子是清潔的或非常輕微地結焦時，煙道氣溫度比當爐子嚴重結焦時低。煙道氣溫度也是在爐子的燃燒器上實施的燃燒控制的函數。當採用煙道氣中低水平的過量氧條件操作爐子時，在對流部分中區到上區中的煙道氣溫度將低於當採用煙道氣中更高水平的過量氧條件操作爐子時的煙道氣溫度。由於所有這些變量，難以控制離開閃蒸罐的蒸氣與液體的恆定比例。
本發明提供了一種有利地受控的方法，以優化重質烴原料中包含的揮發性烴的裂化並降低和避免結焦問題。本發明提供了一種方法，以通過保持進入閃蒸的物流的相對恆定的溫度，保持離開閃蒸的蒸氣與液體的相對恆定的比例。更具體地，通過周期性地調節熱解爐中的抽力來控制閃蒸物流的恆定的溫度，其中控制煙道氣氧的抽力是爐子中煙道氣壓力和爐子外部壓力的差值的量度。
發明概述本發明提供了裂化含有非揮發性烴的重質烴原料的方法和控制系統，包括加熱重質烴原料，混合被加熱的重質烴原料與稀釋蒸汽流以形成具有汽相和液相的混合物物流，在分離容器中分離汽相與液相，和在爐子中裂化汽相。
所述爐子具有抽力，該抽力被連續測量和周期性調節，以控制進入分離容器的物流的溫度並因此控制在分離容器中分離的蒸氣與液體的比例。在一個優選的實施方案中，用於調節抽力的措施包括改變至少一個爐子風扇的速度，可能與調節一個或多個爐子風扇節氣門或一個或多個爐子燃燒器節氣門的位置相結合。
所述方法進一步包括在將汽相與液相分離之後測量汽相的溫度；比較汽相溫度測量值與預定的汽相溫度；和根據所述比較的結果調節所述爐子中的抽力。
在一個實施方案中，通過改變主稀釋蒸汽流的流量或溫度中至少之一，可以進一步控制所述熱的混合物物流的溫度。在另一個實施方案中，還可以在分離汽相與液相之前將所述被加熱的重質烴原料與一種流體混合，並且所述流體可以是液體烴和水中的至少一種。通過改變與被加熱的烴原料混合的流體的流量，可以進一步控制所述熱的混合物物流的溫度。也可以通過改變主稀釋蒸汽流的流量和與所述被加熱的重質烴原料混合的所述流體的流量兩者，進一步控制所述熱的混合物物流的溫度。
在另一個實施方案中，將輔助稀釋蒸汽流在爐子中過熱，和然後在分離汽相與液相之前將至少一部分所述輔助稀釋蒸汽流與所述熱的混合物物流混合。採用此實施方案，可以通過改變所述輔助稀釋蒸汽流的流量和溫度進一步控制所述熱的混合物物流的溫度。在分離所述汽相與所述液相之後，一部分所述過熱的輔助稀釋蒸汽流可以與所述汽相混合。
主稀釋蒸汽流的使用對於非常高揮發性的原料(如超輕質原油和汙染的冷凝物)是任選的。可以在對流部分中加熱這樣的原料，形成蒸氣和液體相，其作為被加熱的烴物流直接被輸送到分離容器而不與稀釋蒸汽混合。在該實施方案中，所述被加熱的烴原料的汽相和液相將在分離容器中被分離，並且汽相將在爐子的輻射部分中被裂化。爐子抽力將與稀釋蒸汽結合，並被連續測量和周期性調節，以控制被加熱的烴物流和與液相分離的汽相中至少之一的溫度。
附圖簡要說明
圖1圖示了本發明一個實施方案的方法和控制系統的示意性流程圖，其中採用至少一個爐子風扇。
圖2圖示了本發明一個實施方案的方法和控制系統的示意性流程圖，其中採用至少一個爐子風扇，至少一個爐子節氣門，以及主稀釋蒸汽流和與被加熱的烴原料混合的流體。
發明詳述本發明涉及用於裂化烴原料，特別是重質烴原料的熱解爐的方法和「抽力」控制系統。本發明提供了一種方法，以通過保持進入汽/液分離容器的物流的相對恆定的溫度，保持離開閃蒸或汽/液分離容器的蒸氣與液體的相對恆定的比例。更具體地，通過周期性調節熱解爐中的抽力，可以調節和保持熱混合物物流、蒸氣流或閃蒸物流的溫度，其中所述抽力是爐子中煙道氣的壓力與爐子外部壓力的差值的量度。所述抽力用於控制爐子中的煙道氣氧和因此控制進入汽/液分離容器的物流的溫度。
進料到爐子的重質烴原料可以包含大比例，如約2-約50％，的非揮發性組分。作為非限制性的例子，這樣的原料可以包括一種或多種如下物質蒸汽裂化瓦斯油和殘油、瓦斯油、加熱油、噴氣式發動機燃料、柴油、煤油、汽油、煉焦器石腦油、蒸汽裂化石腦油、催化裂化石腦油、加氫裂化產物、重整油、萃餘液重整油、費託液體、費託氣體、天然汽油、餾出液、直餾石腦油、常壓管式蒸餾釜釜底物料、包括底部產物在內的減壓管式蒸餾釜物流、寬沸騰範圍的石腦油到瓦斯油冷凝物、來自煉油廠的重質非直餾烴物流、真空瓦斯油、重瓦斯油、由原油汙染的石腦油、常壓殘油、重質殘油、C4餾分/殘油混合物、石腦油/殘油混合物、烴氣體/殘油混合物、氫/殘油混合物、瓦斯油/殘油混合物和原油。
在這裡使用時，非揮發性組分或殘油(resids)是通過ASTMD-6352-98或D-2887測量的標稱沸點大於約590℃(1100)的烴進料的餾分。本發明採用標稱沸點大於760℃(1400)的非揮發物工作非常好。烴進料的沸點分布通過氣相色譜蒸餾(GCD)由ASTM D-6352-98或D-2887測量，對於沸點大於700℃(1292)的材料通過外推法延伸。非揮發物包括焦炭前體，它們是大的分子，其在蒸氣中冷凝和然後在本發明方法中遇到的操作條件下形成焦炭。
烴原料的標稱終沸點可以為至少約315℃(600)，通常大於約510℃(950)，典型地大於約590℃(1100)，例如大於約760c(1400)。經濟上優選的原料通常是低硫蠟狀殘油、常壓殘油、由原油汙染的石腦油、各種殘油混合物和原油。
所述方法和抽力控制系統的一個實施方案可以參考圖1描述，圖1圖示了具有對流部分2和輻射部分3的爐子1。輻射部分3具有輻射部分燃燒器4，所述燃燒器4在爐子1中提供熱的煙道氣。所述方法包括首先在爐子1的對流部分2中加熱重質烴原料物流5。將所述重質烴原料在爐子1的上對流部分50中加熱。重質烴原料的加熱可以採用本領域技術人員已知的任何形式。優選所述加熱包括在爐子1的對流部分2中的原料與來自爐子1的輻射部分3的熱煙道氣的間接接觸。作為非限制性的例子，這可以通過使重質烴原料通過位於熱解爐1的上對流部分50內的換熱管管束6完成。被加熱的重質烴原料52的溫度為約300-約650(150℃-約345℃)。
所述被加熱的重質烴原料然後與主稀釋蒸汽流8混合，以形成混合物物流10。所述主稀釋蒸汽流8優選被在爐子1的對流部分2中過熱，並優選處於使得它可以用於使所述被加熱的重質烴原料部分汽化的溫度。主稀釋蒸汽流8的使用對於非常高揮發性的原料5(如超輕質原油和汙染的冷凝物)是任選的。可以在管束6中加熱這樣的原料，形成蒸氣和液體相，其被作為被加熱的烴物流12直接輸送到分離容器16而不與稀釋蒸汽流8混合。
將混合物物流10再在爐子1中加熱。作為非限制性的例子，此加熱可以通過使混合物物流10通過位於爐子1的對流部分2中的換熱管管束24並因此由來自爐子1的輻射部分3的熱煙道氣加熱來完成。這樣被加熱的混合物作為含有汽相和液相的熱混合物物流12離開對流部分2，所述汽相和液相最終在分離容器16中被分離，所述分離容器在圖1中被圖示為分離鼓或閃蒸罐。
任選地，輔助稀釋蒸汽流14在爐子1的對流部分2中被加熱，然後與熱混合物物流12混合。輔助稀釋蒸汽流14任選地分成與熱混合物物流12混合(在分離容器16中分離蒸氣和液體之前)的閃蒸蒸汽流20和旁路蒸汽流18(它繞過分離容器16)，並且代之地，輔助稀釋蒸汽流14與來自分離容器16的汽相流22在所述汽相被在爐子1的輻射部分3中裂化之前混合。此實施方案可採用所有輔助稀釋蒸汽14被用作閃蒸蒸汽流20而無旁路蒸汽流18的方式操作。或者，此實施方案可以採用輔助稀釋蒸汽流14被直接引導作旁路蒸汽流18而無閃蒸蒸汽流20的方式操作。
在根據本發明的一個優選實施方案中，閃蒸蒸汽流20與旁路蒸汽流18的比例應當優選是1∶20-20∶1，最優選1∶2-2∶1。在分離容器16中分離蒸氣和液體之前，閃蒸蒸汽流20與熱混合物物流12混合以形成閃蒸物流26。優選地，在分裂和與熱混合物物流12混合之前，輔助稀釋蒸汽流14被在爐子1的對流部分2的過熱器管束56中過熱。在閃蒸物流26進入分離容器16之前，向熱混合物物流12中加入閃蒸蒸汽流20保證了熱混合物物流12的最佳比例或接近所有的揮發性組分的汽化。
然後熱混合物物流12(或先前所述的閃蒸物流26)被引入分離容器16，以分離成兩個相主要包括揮發性烴的汽相和主要包括非揮發性烴的液相。在一個實施方案中，所述汽相流22優選作為頂部蒸氣流22從閃蒸罐脫除。所述汽相優選被送回爐子1的下對流部分48，以任選進行加熱並通過跨接管28輸送到爐子1的輻射部分3進行裂化。將分離的液相作為底部物流30從分離容器16脫除。
如先前討論的那樣，優選在分離容器16中保持蒸氣與液體的預定的恆定比例。但這樣的比例難以測量和控制。作為一個可選擇的方案，熱混合物物流12在進入分離容器16之前的溫度B可以被用作測量、控制和保持分離容器16中恆定的汽液比的間接參數。理想地，當熱混合物物流12溫度較高時，更多的揮發性烴將被汽化和可作為汽相用於裂化。然而，當熱混合物物流12溫度太高時，更多的重質烴將在汽相中存在，並被攜帶到對流部分2的爐管，最終在管上結焦。如果熱混合物物流12溫度太低，因此在分離容器16中蒸氣與液體的比例低，則更多的揮發性烴將保留在液相中並因此將不能被用於裂化。
優化熱混合物物流12的溫度，以最大化重質烴原料中揮發物的回收/汽化，同時爐管中的過度結焦或在從分離容器16輸送混合物到爐子1的管線和容器中的結焦。可以監測穿過輸送混合物到下對流部分48的管線和容器及跨接管線28的壓降，和穿過下對流部分48的溫度升高，以檢測結焦的開始。例如，如果跨接壓力和下對流部分48的工藝入口壓力由於結焦開始快速增加，應當降低分離容器16和熱混合物物流12中的溫度。如果在下對流部分48中出現結焦，到過熱器區段56的煙道氣的溫度增加，要求更多的脫過熱器水80以控制管線18和20中的溫度。
典型地，熱混合物物流12的溫度被設定和控制在600-1040(310-560℃)，優選700-920(370-490℃)，更優選750-900(400-480℃)，和最優選810-890(430-475℃)。這些數值將隨以上討論的原料的揮發性而變化。
如先前所述的，所述爐子抽力通過壓差儀器連續測量並周期性調節，以控制熱混合物物流12、蒸氣流22和閃蒸物流26中至少之一的溫度(分別是B，D和C)。圖1圖示了控制系統98，它包括溫度傳感器，所述傳感器周期性地調節混合物物流12的溫度，與爐子抽力測量相關。在此實施方案中，控制系統98包括至少一個溫度傳感器和任何已知的控制設備，如計算機應用。爐子1的抽力是爐子1中煙道氣的壓力差。由於安全原因，抽力測量是特別重要的。如果抽力太低或不存在，它可以導致特別危險的操作，其中熱的輻射煙道氣從輻射部分3流到環境。為了保證煙道氣僅在煙囪64的頂部離開爐子1，在抽力最小的位置測量所述抽力。典型地，在點A1，A2或A3測得的最小抽力位置可以是在輻射部分3和下對流部分48中第一排管之間的任何位置。最小抽力的位置根據爐子1的操作而移動。為了保證爐子1的安全操作，抽力設定點高於獲得爐子1的最優熱效率所要求的值。這保證在爐子1的操作中的擾亂期間，爐子1將安全運行。
根據上述原料的揮發性確定為實現分離容器16中最佳的汽/液分離而控制熱混合物物流12、蒸氣流22和閃蒸物流26中至少之一的溫度的本發明方法和抽力控制系統。在採用重質烴原料的典型操作中，所述抽力被設定在約0.15-0.25″wc(35-65Pa)。水柱(wc)是非常小壓差的方便量度。
爐子1一旦運行，則測量熱混合物物流12的溫度B(或者測量閃蒸物流26的溫度C或蒸氣流22的溫度D)，並且如果那個溫度低於所需溫度，則抽力的設定點將被增加。設定點抽力的增加將通過調節抽力的措施引起爐子中過量煙道氣氧的增加，這將導致爐子1的溫度增加。這最終導致熱混合物物流12的溫度B增加(和因此閃蒸物流26的溫度C以及蒸氣流22的溫度D增加)。
如圖1所示，爐子風扇60的速度響應抽力的變化而改變。例如，爐子風扇60的速度的增加將引起抽力的增加，這將增加煙道氣氧並因此增加對流部分2中的溫度。其它措施包括燃燒器的節氣門(未示意)，爐子煙囪節氣門(參見在圖2中圖示的節氣門65)，或以上措施的任何組合。爐子風扇60的速度是用於調節抽力和因此調節爐子1中過量氧的精細調節措施。如果必須顯著增加煙道氣過量氧，則可以增加爐子風扇60的速度到它的最大速度，這可能導致太大的抽力，但可能仍然不能得到足夠的煙道氣氧。在此情況下，可以開啟(這典型地手動進行)在燃燒器4或在風扇60的節氣門(參見圖2中的節氣門65)，因此增加煙道氣中的過量氧並可能降低爐子1中的抽力和要求的風扇速度。
抽力測量作為控制系統的一部分的使用是周期性調節和控制熱混合物物流12的溫度B(和閃蒸物流26的溫度C)和因此間接地調節和控制在分離容器16中分離的蒸氣與液體的比例的非常快速、「實時」的方式。爐子風扇60速度的變化幾乎立即導致抽力測量值的變化，因為輻射部分3的壓力對爐子風扇60速度的變化快速響應。抽力差壓儀器非常快速地響應。另一方面，測量過量氧是一個問題，因為用於測量過量氧的儀器對爐子風扇60速度的變化更緩慢地響應，因為它需要相對長的時間以使更高氧的煙道氣達到氧測量儀器。因此，可立即測量的抽力響應允許控制系統對爐子風扇60速度的變化快速反應，這不僅僅緩和爐子操作的振動，而且允許周期性調節熱混合物物流12中的溫度D(和閃蒸物流26中的溫度C)和因此調節在分離容器16中發生的汽/液分離的快速方式。
除保持進入分離容器16的熱混合物物流12的恆定溫度B(和分別地閃蒸物流26和蒸氣流22的溫度C和D)外，也希望保持分離容器16的恆定的烴分壓，以保持蒸氣與液體分離的恆定比例。例如，所述恆定的烴分壓可以通過如下手段保持通過使用在汽相管線22上的控制閥54保持恆定的分離容器16的壓力，和控制在閃蒸物流26中的蒸汽與烴原料的比例。典型地，在本發明中，閃蒸物流26的烴分壓設定和控制在4-25psia(25-175kPa)，優選5-15psia(35-100kPa)，最優選6-11psia(40-75kPa)。
汽相與液相的分離在至少一個分離容器16中進行。優選地，汽/液分離是採用或不採用回流的單段工藝。分離容器16通常在40-200psia(275-1400kPa)壓力下操作，並且它的溫度通常與進入分離容器16之前閃蒸物流26的溫度相同或略低。典型地，對於常壓渣油，分離容器16的壓力為約40-200psia(275-1400kPa)，和溫度為約600-950(310-510℃)。優選地，分離容器16的壓力為約85-155psia(600-1100kPa)，和溫度為約700-920(370-490℃)。更優選地，分離容器16的壓力為約105-145psia(700-1000kPa)，和溫度為約750-900(400-480℃)。最優選地，分離容器16的壓力為約105-125psia(700-760kPa)，和溫度為約810-890(430-480℃)。取決於閃蒸物流26的溫度，通常40-98％，優選60-90％，更優選65-85％，最優選70-85％的進入閃蒸罐16的混合物被汽化到閃蒸罐的上部分。
在一個方面，所述閃蒸物流26被操作以使在分離容器16底部的液相溫度最小化，因為太多的熱量可以引起液相中的非揮發物結焦。任選的輔助稀釋蒸汽流14在進入分離容器16的閃蒸物流26中的使用降低了汽化溫度，因為它降低了烴的分壓(即，更大摩爾分數的蒸氣是蒸汽)，並因此降低了要求的液相溫度。或者，不使用輔助稀釋蒸汽流14，通過在主稀釋蒸汽流8中加入更多的蒸汽可以實現相同的結果。
循環一部分外部冷卻的閃蒸罐底部液體32回到分離容器16以幫助冷卻在分離容器16底部新分離的液相也可能是有益的。通過泵36將液體流30從分離容器16底部輸送到冷卻器34。冷卻的物流40被分成循環物流32和排出物流42。循環物流32的溫度理想地為500-600(260-320℃)。循環物流32的量應當為分離容器16內新分離的底部液體量的約80-250％。
在另一方面，還操作分離容器16以使在分離容器16中的液體保留/保持時間最小化。優選地，將所述液相從所述容器通過在分離容器16底部上的小直徑「靴形物」或圓筒體44排出。典型地，在分離容器16中的液相保留時間小於75秒，優選小於60秒，更優選小於30秒，最優選小於15秒。在分離容器16中的液相保留/保持時間越短，在分離容器16底部中越少發生結焦。
在所述汽/液分離中，所述汽相通常含有小於100ppm，優選小於80ppm，最優選小於50ppm的非揮發物。所述汽相非常富含揮發性烴(例如55-70％)和蒸汽(例如30-45％)。所述汽相的終沸點正常小於1400(760℃)，優選小於1250(675℃)。通過頂部管將所述汽相從分離容器16連續脫除，所述頂部管將所述蒸氣輸送到任選的離心分離器46，該離心分離器脫除痕量的夾帶或冷凝的液體。所述蒸氣然後流入一個岐管，該岐管將所述物流分布到爐子1的下對流部分48中。從分離容器16脫除的汽相流22任選在被引入下對流部分48中之前與旁路蒸汽18混合。通過來自爐子1的輻射部分3的煙道氣，將從分離容器16連續脫除的汽相流22優選在爐子1的下對流部分48中過熱到例如約800-1300(430-700℃)的溫度。所述蒸氣然後被引入爐子1的輻射部分3中以被裂化。
旁路蒸汽流18是來自輔助稀釋蒸汽14的分裂蒸汽流。如先前所述，優選在分裂和與從分離容器16脫除的汽相流混合之前在爐子1中加熱輔助稀釋蒸汽14。在一些應用中，在旁路蒸汽流18從輔助稀釋蒸汽14分裂之後但在與所述汽相混合之前，可以再次過熱該旁路蒸汽流18。在旁路蒸汽18與所述汽相流22混合之後的過熱保證在爐子1的此區段中的混合物的除重組分外的全部組分在進入輻射部分3之前被汽化。在下對流部分48中提高汽相的溫度到800-1300(430-700℃)也有助於輻射部分3中的操作，因為可以降低輻射管金屬溫度。這導致在輻射部分中較少的結焦可能性。然後在爐子1的輻射部分3中裂化所述過熱的蒸氣。
在本發明的另一個實施方案中，如圖2所示，所述被加熱的重質烴原料流52還與流體70混合。在爐子1的啟動期間或在原料的變化期間，可能必須使用流體70物流和主稀釋蒸汽流8以及結合圖1描述的抽力控制系統，以控制進入分離容器16的熱混合物物流12(任選地與閃蒸蒸汽流20混合)的溫度B，以實現分離容器16中蒸氣與液體的恆定比例，和避免顯著的溫度和閃蒸汽液比變化。
這可能是必須的，因為例如在啟動時，非常揮發性的進料要求比穩態操作期間顯著更低的分離容器16的溫度，因為熱混合物物流12的蒸汽與烴比例高於穩態操作期間的蒸汽與烴比例。在最小的煙道氣氧下，流體70可能是實現低的分離容器16溫度必須的。而且在啟動之後，在原料變化期間，更輕的進料稀釋更重的進料，在沒有流體70的情況下導致太高比例的烴在分離容器16中被汽化。流體70的加入降低了熱混合物物流12的溫度和在分離容器16中被汽化的烴的比例。
流體70可以是液體烴、水、蒸汽或其混合物。優選的流體是水。流體70的溫度可以小於、等於或大於被加熱的原料流52的溫度。被加熱的重質烴原料流52和流體物流70的混合可以在爐子1的內部或外部進行，但優選它在爐子1的外部進行。所述混合可以使用本領域內已知的任何混合設備完成。然而，優選使用雙噴灑器組合體74的第一噴灑器72進行所述混合。第一噴灑器72優選包括由外部導管78圍繞的內部穿孔導管76，以在內部和外部導管之間形成環形流空間80。優選地，所述被加熱的重質烴原料流52在所述環形流空間80中流動，並且所述流體70流動通過內部導管76並通過內部導管76的開口82，優選小圓孔注入所述被加熱的重質烴原料中。提供第一噴灑器72以避免或降低在將流體70引入到所述被加熱的重質烴原料中時由流體70的突然汽化引起的汽錘現象。
除與所述被加熱的重質原料52混合的流體70以外，主稀釋蒸汽流8也與所述被加熱的重質烴原料52混合。主稀釋蒸汽流8可以優選被注入到第二噴灑器84。優選將主稀釋蒸汽流8注入重質烴流體混合物52中，然後得到的物流混合物86進入對流部分2，以便通過輻射部分3的煙道氣進行另外的加熱。更優選地，主稀釋蒸汽流8直接被注入第二噴灑器84，使得主稀釋蒸汽流8通過噴灑器84，並且被通過小的圓形流動分布孔88注入烴原料流體混合物中。
然後將流體70、原料和主稀釋蒸汽流(以及閃蒸物流20)的混合物引入分離容器16，以便如先前所述分離成兩個相主要包括揮發性烴的汽相和主要包括非揮發性烴的液相。所述汽相優選被作為頂部蒸氣流22從分離容器16脫除。所述汽相優選被送回到爐子1的下對流部分48以進行任選的加熱，並通過跨接管28被輸送到爐子1的輻射部分3以進行裂化。所述分離的液相被作為底物流30從分離容器16脫除。
如先前討論的那樣，熱混合物物流12的溫度B的選擇也由原材料的組成確定。當原料含有更高數量的較輕的烴時，熱混合物物流12的溫度可以設定得較低。結果，在第一噴灑器72中使用的流體的量增加，和/或在第二噴灑器84中使用的主稀釋蒸汽的量降低，因為這些量直接影響熱混合物物流12的溫度。當原料含有更高數量的非揮發性烴時，混合物物流12的溫度應當設定得更高。結果，在第一噴灑器72中使用的流體的量降低而在第二噴灑器84中使用的主稀釋蒸汽流8的量增加。
在此實施方案中，當在分離容器16之前的混合物物流12的溫度被設定時，控制系統90自動控制在兩個噴灑器上的流體閥92和主稀釋蒸汽閥94。當控制系統90檢測到熱混合物物流12的溫度下降時，它將使流體閥92減少流體向第一噴灑器72中的注入。如果熱混合物物流12的溫度開始上升，流體閥92將被開啟得更大以增加流體70向第一噴灑器72中的注入。如下面進一步描述的，圖2還圖示了爐子抽力與噴灑器流體(優選水)70和主稀釋蒸汽流8使用控制系統90的組合控制，所述控制系統除與噴灑器有信息傳輸以外還可以與抽力(壓差)測量設備有信息傳輸。
在此實施方案中，控制系統90包括至少一個溫度傳感器和任何已知的控制設備，如計算機應用。優選地，溫度傳感器是熱電偶。控制系統90與流體閥92和主稀釋蒸汽閥94通訊，使得進入兩個噴灑器的流體70和主稀釋蒸汽流8的量被控制。在本發明的一個優選實施方案中，控制系統90可以被用於控制注入兩個噴灑器的流體數量和主稀釋蒸汽流數量兩者。在其中流體是水的優選情況下，控制器改變水和主稀釋蒸汽的量，以保持恆定的混合物物流12的溫度，同時保持混合物11中水與原料的恆定比例。
當主稀釋蒸汽流8被注入第二噴灑器84中時，溫度控制系統90也可以被用於控制主稀釋蒸汽閥94，以調節注入第二噴灑器84的主稀釋蒸汽流的量。這進一步降低了分離容器16中溫度變化的急劇改變。當控制系統90檢測到熱混合物物流12的溫度的下降時，它將命令主稀釋蒸汽閥94增加主稀釋蒸汽流向第二噴灑器84中的注入，同時更多關閉閥門92。如果所述溫度開始上升，主稀釋蒸汽閥94將自動關閉更多以減少注入到第二噴灑器84中的主稀釋蒸汽流8，同時閥門92開啟更大。
為進一步避免閃蒸溫度的急劇變化，本發明還優選在爐子1中的輔助稀釋蒸汽流14的過熱段56中採用中間脫過熱器80。這允許過熱器出口溫度被控制在恆定數值，獨立於爐子負荷變化、結焦程度變化和過量氧水平變化。正常地，此脫過熱器80確保輔助稀釋蒸汽流14的溫度為800-1100(430-590°)，優選850-1000(450-540°)，更優選850-950(450-510℃)，最優選875-925(470-500℃)。
脫過熱器80優選是控制閥和水霧化器噴嘴。在部分預熱之後，輔助稀釋蒸汽流14離開對流部分，並且細水霧87被加入，它快速汽化和降低溫度。然後在對流部分中進一步加熱所述蒸汽。加入所述過熱器的水的量控制與熱混合物物流12混合的閃蒸蒸汽流20的溫度。
儘管優選根據在閃蒸罐16之前混合物物流12的預定溫度調節在兩個噴灑器72和84注入所述重質烴原料的所述流體和所述主稀釋蒸汽流的量，相同的控制機理可以被應用於其它位置的其它參數。例如，閃蒸壓力和溫度以及閃蒸蒸汽26的流量可以被改變，以影響閃蒸中蒸氣與液體比例的變化。
爐子抽力、節氣門位置、噴灑器流體(優選水)、輔助稀釋旁路流量、輔助稀釋蒸汽脫過熱器水和分離器壓力(較小程度)的組合控制可以影響最佳的分離器溫度和輕質但熱的進料如被預熱的輕質原油的氣/液分割比。在一個實施方案中，達到目標分離器氣/液比的步驟可以如下首先，可以將抽力和風扇節氣門65和/或煙道氣節氣門的位置控制到約2％的最小煙道氣氧。其次，噴灑器流體70即水可以被最大化而沒有主蒸汽流8流動。第三，可以最大化到輔助稀釋蒸汽14脫過熱器80的水，以最大化吸收的熱量。第四，所有過熱的輔助稀釋蒸汽流14可以繞過分離容器16。第五，可以升高分離容器16壓力。
爐子1也可以裂化不含有非揮發物的烴原料，如HAGO，清潔的冷凝物或石腦油。因為沒有非揮發物作為焦炭在管束24中沉積，這些進料在管線12的上遊被完全汽化。因此，分離容器16不具有汽/液分離功能，並且僅僅是管線中的寬點。典型地，在HAGO、冷凝物和石腦油操作期間，分離容器16在425-480℃(800-900)下操作。
不需要進一步的細節，相信本領域技術人員使用先前的描述就可以完全利用本發明。儘管已經參考特定的實施方案描述和舉例說明了本發明，本領域技術人員將明白，本發明自身導致不必在此說明的變化。為此原因，那麼，應當僅參考所附權利要求書來確定本發明的真正範圍。
權利要求
1.在具有對流部分和輻射部分的爐子中裂化重質烴原料的方法，所述輻射部分具有在所述爐子中提供熱煙道氣的輻射部分燃燒器，所述方法包括(a)加熱所述重質烴原料以形成被加熱的重質烴原料；(b)混合所述被加熱的重質烴原料與主稀釋蒸汽流以形成混合物物流；(c)在所述爐子的所述對流部分中加熱所述混合物物流，以形成熱的混合物物流，所述熱的混合物物流具有汽相和液相；(d)分離所述汽相與所述液相；和(e)在所述爐子的所述輻射部分中裂化所述汽相，以生產含有烯烴的流出物；其中所述爐子還具有抽力和用於調節所述抽力的措施，並且所述抽力被連續測量和周期性地調節，以控制所述熱的混合物物流和所述汽相中至少之一的溫度。
2.權利要求28的方法，其中所述重質烴原料被在所述爐子的所述對流部分中預熱。
3.權利要求1或2的方法，其中所述爐子具有至少一個爐子風扇以控制所述爐子中所述熱煙道氣的流動，並且所述用於調節所述爐子中所述抽力的措施包括改變所述至少一個爐子風扇的速度。
4.權利要求1，2或3的方法，其中所述爐子具有至少一個爐子節氣門以控制所述爐子中所述熱煙道氣的流動，並且所述用於調節所述爐子中所述抽力的措施進一步包括改變所述至少一個爐子節氣門的位置。
5.任何前述權利要求的方法，還包括在將所述汽相與所述液相分離之前測量所述熱混合物物流的溫度；比較所述熱混合物物流溫度測量值與預定的熱混合物物流溫度；和根據所述比較結果調節所述爐子中的所述抽力。
6.任何前述權利要求的方法，還包括在將所述汽相與所述液相分離之後測量所述汽相的溫度；比較所述汽相溫度測量值與預定的汽相溫度；和根據所述比較結果調節所述爐子中的所述抽力。
7.任何前述權利要求的方法，其中通過改變所述主稀釋蒸汽流的流量或溫度中至少之一，進一步控制所述熱混合物物流的溫度。
8.任何前述權利要求的方法，還包括在將所述汽相與所述液相分離之前，將所述被加熱的重質烴原料與一種流體混合。
9.權利要求8的方法，其中與所述被加熱的重質烴原料混合的所述流體包括液體烴和水中至少一種。
10.權利要求8或9的方法，其中通過改變與所述被加熱的烴原料混合的所述流體的流量，進一步控制所述熱混合物物流的溫度。
11.任何前述權利要求的方法，其中輔助稀釋蒸汽流被在所述爐子中過熱，並且然後在將所述汽相與所述液相分離之前，至少一部分所述輔助稀釋蒸汽流被與所述熱混合物物流混合。
12.任何前述權利要求的方法，其中通過改變所述輔助稀釋蒸汽流的流量和溫度，進一步控制所述熱混合物物流的溫度。
13.任何前述權利要求的方法，其中輔助稀釋蒸汽流被在所述爐子中過熱，並且然後在將所述汽相與所述液相分離之後，至少一部分所述輔助稀釋蒸汽流被與所述汽相混合。
14.任何前述權利要求的方法，其中所述熱混合物物流的所述汽相和所述液相被在至少一個分離容器中分離。
15.權利要求14的方法，其中所述至少一個分離容器是分離鼓。
16.任何前述權利要求的方法，其中所述重質烴原料包括至少一種如下物質蒸汽裂化瓦斯油和殘油、瓦斯油、加熱油、噴氣式發動機燃料、柴油、煤油、汽油、煉焦器石腦油、蒸汽裂化石腦油、催化裂化石腦油、加氫裂化產物、重整油、萃餘液重整油、費託液體、費託氣體、天然汽油、餾出液、直餾石腦油、原油、常壓管式蒸餾釜釜底物料、包括底部產物在內的減壓管式蒸餾釜物流、寬沸騰範圍的石腦油到瓦斯油冷凝物、來自煉油廠的重質非直餾烴物流、真空瓦斯油、重瓦斯油、由原油汙染的石腦油、常壓殘油、重質殘油、烴氣體/殘油混合物、氫/殘油混合物、C4餾分/殘油混合物、石腦油/殘油混合物和瓦斯油/殘油混合物。
17.任何前述權利要求的方法，其中在與所述主稀釋蒸汽流混合之前，所述被加熱的重質烴原料的溫度是300-650(150℃-340℃)。
18.任何前述權利要求的方法，其中所述重質烴原料具有至少600(315℃)的標稱終沸點。
19.任何前述權利要求的方法，其中在將所述汽相與所述液相分離之前，所述熱混合物物流的溫度是600-1040(315℃-560℃)。
20.任何前述權利要求的方法，其中所述熱混合物物流的所述汽相和所述液相在約40psia-約200psia的壓力下分離。
21.任何前述權利要求的方法，其中40％-98％的所述熱混合物物流在在所述至少一個分離容器中與所述液相分離之後的所述汽相中。
22.任何前述權利要求的方法，還包括在所述流出物離開所述爐子的所述輻射部分之後使用輸送線換熱器驟冷所述流出物的附加步驟(f)。
23.在具有對流部分和輻射部分的爐子中裂化重質烴原料的方法，所述輻射部分具有在所述爐子中提供熱煙道氣的輻射部分燃燒器，所述方法包括(a)在所述爐子的所述對流部分中加熱所述重質烴原料以形成被加熱的烴物流；所述被加熱的烴物流具有汽相和液相；(b)分離所述汽相與所述液相；和(c)與稀釋蒸汽混合併在所述爐子的所述輻射部分中裂化所述汽相，以生產含有烯烴的流出物；其中所述爐子還具有抽力和用於調節所述抽力的措施，並且所述抽力被連續測量和周期性地調節，以控制所述被加熱的烴物流和所述汽相中至少之一的溫度。
24.權利要求23的方法，其中所述爐子具有至少一個爐子風扇以控制所述爐子中所述熱煙道氣的流動，並且所述用於調節所述爐子中所述抽力的措施包括改變所述至少一個爐子風扇的速度。
25.權利要求23或24的方法，其中所述爐子具有至少一個爐子節氣門以控制所述爐子中所述熱煙道氣的流動，並且所述用於調節所述爐子中所述抽力的措施還包括改變所述至少一個爐子節氣門的位置。
26.權利要求23，24或25的方法，還包括在將所述汽相與所述液相分離之前測量所述被加熱的烴物流的溫度；比較所述被加熱的烴物流溫度測量值與預定的被加熱的烴物流溫度；和根據所述比較結果調節所述爐子中的所述抽力。
27.權利要求23-26中任一項的方法，還包括在將所述汽相與所述液相分離之後測量所述被加熱的烴物流的所述汽相的溫度；比較所述汽相溫度測量值與預定的汽相溫度；和根據所述比較結果調節所述爐子中的所述抽力。
28.權利要求23-28中任一項的方法，其中所述熱混合物物流的所述汽相和所述液相被在至少一個分離容器中分離。
29.權利要求28的方法，其中所述至少一個分離容器是分離鼓。
全文摘要
裂化含有非揮發性烴的重質烴原料的方法和控制系統，包括加熱重質烴原料，混合被加熱的重質烴原料與稀釋蒸汽流以形成具有汽相和液相的混合物物流，在分離容器中分離汽相與液相，和在爐子中裂化汽相，其中所述爐子的抽力被連續測量和周期性調節，以控制進入汽/液分離器的物流的溫度和因此控制在分離容器中分離的蒸氣與液體的比例；和其中在一個優選的實施方案中，調節抽力的措施包括改變至少一個爐子風扇的速度，可能與調節爐子風扇節氣門或爐子燃燒器節氣門的位置相結合。
文檔編號C10G9/20GK1957065SQ200580016313
公開日2007年5月2日 申請日期2005年5月19日 優先權日2004年5月21日
發明者R·C·斯特, S·安娜瑪拉萊, J·M·弗萊伊 申請人:埃克森美孚化學專利公司