專利名稱：用于烴轉(zhuǎn)化工藝的燃燒式加熱器的制作方法
用于烴轉(zhuǎn)化工藝的燃燒式加熱器
背景技術(shù)：
烴轉(zhuǎn)化工藝通常采用多個反應(yīng)區(qū)，烴依次流經(jīng)所述反應(yīng)區(qū)。系列中的每個反應(yīng)區(qū)通常具有一組獨特的設(shè)計要求。系列中的每個反應(yīng)區(qū)的最低設(shè)計要求是傳遞通過該系列的烴的期望輸出的液力容量。每個反應(yīng)區(qū)的一個另外的設(shè)計要求是充分加熱以執(zhí)行規(guī)定程度的烴轉(zhuǎn)化。
一種眾所周知的烴轉(zhuǎn)化工藝可以是催化重整。一般而言，催化重整是石油精煉行業(yè)中為了提高烴給料的辛烷品質(zhì)而采用的完善的烴轉(zhuǎn)化工藝，重整的主要產(chǎn)品為車用汽油混合成分或用于石化產(chǎn)品的芳族化合物源?？蓪⒅卣x為通過環(huán)己烷脫氫化和烷基環(huán)戊烷脫氫異構(gòu)化以生成芳族化合物、鏈烷烴脫氫化以生成烯烴、鏈烷烴和烯烴脫氫環(huán)化以生成芳族化合物、正構(gòu)烷烴異構(gòu)化、烷基環(huán)烷烴異構(gòu)化以生成環(huán)己烷、被取代的芳族化合物異構(gòu)化和鏈烷烴氫化裂化而產(chǎn)生的總體效果。重整給料可以是氫化裂化劑、直餾產(chǎn)品、FCC或焦化石腦油，并且可含有多種其它成分，例如冷凝物或熱裂化石腦油。加熱器或爐通常在諸如重整的烴轉(zhuǎn)化工藝中用于在工藝流體進(jìn)行反應(yīng)之前加熱工藝流體。一般而言，燃燒式加熱器(fired heater)或爐包括全輻射燃燒式加熱區(qū)以使用用于另一服務(wù)例如生成蒸氣的任選的對流區(qū)段來加熱流體。其它燃燒式加熱器可具有初始對流區(qū)段，后接一串聯(lián)的輻射區(qū)段。具有對流區(qū)段首先允許工藝流體從煙道氣回收更多熱量，因為該對流區(qū)段與加熱器的輻射區(qū)段相比一般處于較低的溫度。另外，這兩種加熱器設(shè)計都適用于充料加熱器(charge heater)和中間加熱器。每個區(qū)段都包括用于容納流經(jīng)加熱器的工藝流體的管。但是，這些傳統(tǒng)設(shè)計存在缺點。有時，如果增加加熱器的燃燒將輻射管和/或?qū)α鞴艿臏囟壬叩剿鼈兊淖罡吖鼙跇O限，則轉(zhuǎn)化單元被加熱器限制。如果加熱器的生產(chǎn)能力受最高管壁溫度限制，則整個轉(zhuǎn)化單元的生產(chǎn)率會受到抑制。此外，一般存在三個與在管壁的最高溫度或附近操作加熱器相關(guān)的問題。第一，高管壁溫度增加了煙道氣在管的兩側(cè)上氧化的傾向，從而引起形成降低加熱器的輻射效率的污垢。第二，高管壁溫度，特別是對于諸如重整的轉(zhuǎn)化工藝中的首先兩個反應(yīng)器，會導(dǎo)致供料裂化，從而減少產(chǎn)量。第三，另外一個復(fù)雜情況是重整加熱器還易于在較高溫度在燃燒式加熱器管內(nèi)發(fā)生金屬催化式焦化。金屬催化式焦化會導(dǎo)致重整單元停止工作以便進(jìn)行維護(hù)作業(yè)來去除反應(yīng)器內(nèi)的起因于燃燒式加熱器管內(nèi)金屬催化式焦炭開始形成的焦炭沉積。因此，非常希望較低的管壁溫度。存在幾個與高管壁溫度相關(guān)的焦化問題的解決方案，但每一個解決方案都具有其缺陷a)可噴射抑制結(jié)焦的硫，但該解決方案通常降低了重整器產(chǎn)量并且對于某些不具有焦化傾向的供料來說是不必要的；b)輻射管可由能提高最高允許加熱器管壁溫度的不同合金管代替，但這些合金往往更加昂貴；c)可使用更多的管和/或燃燒器來擴(kuò)大加熱器以增加表面積，但擴(kuò)大加熱器通常是昂貴的；以及d)可對一系列加熱器增加加熱器以提供一部分所需的負(fù)荷，因此可減小現(xiàn)有加熱器的尺寸。但是，增加加熱器也通常是昂貴的。認(rèn)為很重 要的是設(shè)計燃燒式加熱器使得來自歧管的流體跨一組并聯(lián)加熱器管的分布盡可能均勻。流體跨加熱器管的分布不均會引發(fā)問題。例如，總體上，加熱器的工藝出口溫度受上升到最高管壁溫度的管限制。如果第一管具有高于尾管的流體流量，則尾管將在第一管達(dá)到上限之前達(dá)到管壁溫度的上限。另外，有時轉(zhuǎn)化單元在停機(jī)期間被整修以增加單元的容量。高燃燒式加熱器管壁溫度會限制用于轉(zhuǎn)化單元如重整單元的潛在的供料速率增加或重整油辛烷值增加。這種管壁溫度限制會導(dǎo)致安裝大且昂貴的燃燒式加熱器單元。這種燃燒式加熱器單元可以是轉(zhuǎn)化單元如重整單元的預(yù)計成本的20%到25%。當(dāng)設(shè)計用于新工藝的燃燒式加熱器時，歧管的尺寸、加熱器管的直徑和其它設(shè)計變量被選擇為最佳地適合著手設(shè)計的工藝。但是，在整修期間，設(shè)定了許多設(shè)計變量，或改變所述變量將引起大量的開支。例如，在整修時改變歧管尺寸和管直徑是昂貴的。此外，當(dāng)今的分析技術(shù)可揭示以前未發(fā)現(xiàn)的問題。例如，如果跨加熱器管的壓降與跨歧管的壓降的比例高于特定值，則普遍的工程實踐是假設(shè)在這些狀態(tài)下實現(xiàn)了均勻分布。但是，當(dāng)今的分析表明實際情況并非如此，尤其在整修的情況下。已發(fā)現(xiàn)，很久以來的工程假設(shè)并非一直充分并且可能需要作出調(diào)整以實現(xiàn)跨加熱器管的均勻流量分配。某些調(diào)整例如擴(kuò)大歧管的尺寸可能相當(dāng)昂貴。但是，一旦發(fā)現(xiàn)跨加熱器管的流動分配不均的問題，申請人便發(fā)現(xiàn)了不昂貴的修正設(shè)計更改——包括將限流孔板安放在至少一個選擇的加熱器管的入口附近。有可能地，限流孔板可安放在多個選定的管或甚至所有管的入口附近。限流孔板可被安放在一個更精選的加熱器管的出口附近以實現(xiàn)相同結(jié)果。在整修期間，限流孔板可被安放在入口歧管與通向加熱器管的入口之間。其它實施例包括將限流孔板安裝在通向加熱器的入口內(nèi)，或入口歧管或出口歧管的開口內(nèi)，或入口歧管或出口歧管本身內(nèi)，或其任何組合。在本發(fā)明的另一實施例中，限流孔板可被安放在選定的加熱器管的入口處以利用燃燒式加熱器內(nèi)的熱點。這種情況下，不均勻的流動分布是希望的和有意的。例如，朝燃燒式加熱器中間定位的加熱器管可接收來自兩組加熱器的熱量并且能夠比其它加熱管更快地加熱流體。因此，通過這些選擇管的流體的流速相對于其余加熱器管可以提高，而獲得的流體仍達(dá)到期望溫度。在此實施例中，未位于熱點內(nèi)的那些管可具有被安放在加熱器管的入口處的限流孔板以使通過位于加熱器的熱點內(nèi)的那些加熱器管的流速更大。因此，希望在不招致至少一部分上述缺點和成本的情況下增加通過轉(zhuǎn)化單元的供料且不超過最高管壁溫度。使用至少一個限流孔板修正分配不均可幫助增加通過燃燒式加熱器的流體而不超過管壁溫度限制。

發(fā)明內(nèi)容
一種燃燒式加熱器，包括至少一個輻射區(qū)段、歧管、具有與該歧管流體連通的入口和出口的一組加熱器管、鄰近至少一個加熱器管入口并位于從歧管到該入口的流體流動路徑中的至少一個限流孔板、以及至少一個燃燒器。該燃燒式加熱器可包括多個輻射區(qū)段，每個區(qū)段都具有以上列出的構(gòu)件。每個輻射區(qū)段都可由防火墻隔離。該燃燒式加熱器可用于烴轉(zhuǎn)化工藝中。該工藝包括使烴流通過至少一個加熱器， 該加熱器包括至少一個燃燒器、輻射區(qū)段和任選的對流區(qū)段。一般而言，所述流通過所述任選的對流區(qū)段，然后在離開加熱器之前通過輻射區(qū)段。該輻射區(qū)段包括入口歧管和出口歧管、具有與所述歧管流體連通的入口和出口的一組加熱器管、位于從所述入口歧管到加熱器管入口的流體流動路徑中的至少一個限流孔板、以及至少一個燃燒器。 另一示例性的重整工藝可包括操作重整單元并使包含烴的流通過所述輻射區(qū)段， 接下來通過所述任選的對流區(qū)段，然后來到反應(yīng)區(qū)的入口。一般而言，重整單元包括至少一個加熱器，該加熱器包括至少一個燃燒器、輻射區(qū)段和任選的對流區(qū)段，以及包括反應(yīng)區(qū)的重整反應(yīng)器。所述輻射區(qū)段包括入口歧管和出口歧管、具有與所述歧管流體連通的入口和出口的一組加熱器管、位于從所述入口歧管到加熱器管入口的流體流動路徑中的至少一個限流孔板、以及至少一個燃燒器。一種示例性的精煉或石化生產(chǎn)設(shè)備可包括重整單元，該重整單元又可包括加熱器，該加熱器包括燃燒器、輻射區(qū)段和任選的對流區(qū)段；以及重整反應(yīng)器。所述輻射區(qū)段可包括用于接收進(jìn)入加熱器的烴流的具有入口和出口的第一管，所述入口裝備有限流板，并且任選的對流區(qū)段可包括用于接收離開輻射區(qū)段的第一管的烴流的具有入口和出口的第二管。所述重整反應(yīng)器可具有反應(yīng)區(qū)，該反應(yīng)區(qū)可接收來自所述第二管的出口的烴流。本發(fā)明對于轉(zhuǎn)化單元如重整單元而言可通過使用選擇性地安放的限流孔板修正流體跨一個或更多個燃燒式加熱器單元中的燃燒式加熱器管的分布不均而允許現(xiàn)有重整單元的經(jīng)濟(jì)設(shè)計或擴(kuò)展。在現(xiàn)有的加熱器單元中，這種修改能以對現(xiàn)有加熱器構(gòu)件的最少更改來完成，從而既降低設(shè)備的資金成本，又減少停機(jī)時間。因此，本發(fā)明可特別好地適合于翻修受最高管壁溫度限制的現(xiàn)有加熱器，所述最高管壁溫度一般低于640°C (1，184°F )， 優(yōu)選不超過635°C (1，175 T )。所獲得的較低的燃燒式加熱器管壁溫度還可降低燃燒式加熱器管內(nèi)金屬催化式焦化的可能性，這可增加后續(xù)的反應(yīng)區(qū)的可靠性并避免一部分與如上所述的其它焦化解決方案相關(guān)的缺點。本發(fā)明還可用于當(dāng)例如燃燒式加熱器已呈現(xiàn)出增加或減少的熱輸入?yún)^(qū)域時有意地形成流體跨一組燃燒式加熱器管的有利分配。


圖1是可包括本發(fā)明的脫硫單元和重整單元的示例性的精煉裝置的示意圖。圖2是本發(fā)明的示例性的重整單元的至少一部分的示意圖。圖3是本發(fā)明的帶有任選的共用對流區(qū)段和多個輻射區(qū)段的示例性的加熱器的示意性的雙截面圖。圖4是本發(fā)明的入口歧管、限流孔板和加熱器管入口的示意性的截面圖。圖5是本發(fā)明的位于入口歧管內(nèi)的限流孔板和加熱器管入口的示意性的截面圖。定義如本文所用的，術(shù)語“烴流”可以是包括各種烴分子的流，例如直鏈、支鏈或循環(huán)烷烴、烯烴、二烯烴和炔烴，以及任選的其它物質(zhì)如氣體，例如氫氣，或雜質(zhì)，如重金屬。烴流可經(jīng)歷反應(yīng)例如重整反應(yīng)，但仍可稱為烴流，只要在反應(yīng)之后流內(nèi)存在至少一些烴。因此，烴流可包括經(jīng)歷過一個或更多個反應(yīng)的烴流，例如烴流流出物，或未經(jīng)歷過一個或更多個反應(yīng)的烴流，例如石腦油供料。如本文所用的，烴流還可包括原質(zhì)烴給料、烴給料、供料、供料流、混合供料流或流出物。此外，烴分子可被簡寫為Ci、C2、(V·· Cn，其中“η”代表烴分子中的碳原子數(shù)。 如本文所用的，術(shù)語“輻射區(qū)段” 一般指的是加熱器的這樣一個區(qū)段，該區(qū)段主要通過輻射傳熱且其次通過對流傳熱來接收例如通過加熱器所燃燒的燃?xì)忉尫诺臒崃康?35%到65% (對于明顯結(jié)垢的管)或45%到65% (對于相對清潔的管)。如本文所用的，術(shù)語“對流區(qū)段” 一般指的是加熱器的這樣一個區(qū)段，該區(qū)段主要通過對流傳熱且其次通過輻射傳熱(例如通過煙道氣)來接收例如通過加熱器所燃燒的燃?xì)忉尫诺臒崃康?0%到45%。通常，熱量的7%到15%經(jīng)煙道損失，因此燃料所釋放的熱量通常不超過93 %被用于輻射區(qū)段和對流區(qū)段中。如本文所用的，術(shù)語“加熱器”可包括例如爐、充料加熱器(charge heater，進(jìn)料加熱器)或中間加熱器。加熱器可包括至少一個燃燒器并且可包括至少一個輻射區(qū)段、至少一個對流區(qū)段或至少一個輻射區(qū)段和至少一個對流區(qū)段的組合。
具體實施例方式一般而言，含烴反應(yīng)劑流在反應(yīng)系統(tǒng)中的催化轉(zhuǎn)化具有至少兩個反應(yīng)區(qū)，其中反應(yīng)劑流連續(xù)流經(jīng)所述反應(yīng)區(qū)。具有多個區(qū)的反應(yīng)系統(tǒng)一般采取以下兩種形式中的一種并排形式和堆疊形式。在并排形式中，多個單獨的反應(yīng)容器——其均可包括反應(yīng)區(qū)——可被并排安放。在堆疊形式中，一個共用的反應(yīng)容器可包含可被彼此上下安放的多個單獨的反應(yīng)區(qū)。在兩種反應(yīng)系統(tǒng)中，反應(yīng)區(qū)之間可存在中間加熱或冷卻——取決于所述反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)。盡管反應(yīng)區(qū)可包括任何數(shù)量用于烴流動的布置，例如向下流動、向上流動和交叉流動，但本發(fā)明適用的最普通的反應(yīng)區(qū)可以是徑向流動。徑向流動反應(yīng)區(qū)一般包括具有豎直并同軸地設(shè)置以形成反應(yīng)區(qū)的不同名義截面積的筒形區(qū)段。簡而言之，徑向流動反應(yīng)區(qū)通常包括筒形反應(yīng)容器，該反應(yīng)容器容納兩者都同軸地設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)的筒形外催化劑保持篩網(wǎng)和筒形內(nèi)催化劑保持篩網(wǎng)。內(nèi)篩網(wǎng)可具有小于外篩網(wǎng)的名義內(nèi)截面積，外篩網(wǎng)可具有小于反應(yīng)容器的名義內(nèi)截面積。一般而言，反應(yīng)劑流被引入反應(yīng)容器的內(nèi)側(cè)壁與外篩網(wǎng)的外側(cè)表面之間的環(huán)形空間。反應(yīng)劑流可通過外篩網(wǎng)，徑向流經(jīng)外篩網(wǎng)與內(nèi)篩網(wǎng)之間的環(huán)形空間，并通過內(nèi)篩網(wǎng)?？杀皇占趦?nèi)篩網(wǎng)內(nèi)的筒形空間內(nèi)的流可從反應(yīng)容器抽吸。盡管反應(yīng)容器、外篩網(wǎng)和內(nèi)篩網(wǎng)可以是筒形的，但它們也可呈任何適當(dāng)?shù)男螤睿缛切?、正方形、橢圓形、或菱形，取決于諸多設(shè)計、制造和技術(shù)考慮因素。例如，一般而言，夕卜篩網(wǎng)普遍不是連續(xù)筒形篩網(wǎng)，而是可排列在反應(yīng)容器的內(nèi)側(cè)壁的圓周周圍的、稱為“凹口 (scallops) ”的單獨的橢圓形、管狀篩網(wǎng)的布置。內(nèi)篩網(wǎng)普遍是可在其外周周圍被覆蓋有篩網(wǎng)的穿孔中心管道。優(yōu)選地，所述催化轉(zhuǎn)化工藝包括催化劑，該催化劑可包括可移動通過反應(yīng)區(qū)的粒子。催化劑粒子可通過任何數(shù)量的運動裝置(包括輸送帶)或輸送流體移動通過反應(yīng)區(qū)，但最普遍地，催化劑粒子在重力作用下移動通過反應(yīng)區(qū)。通常，在徑向流動反應(yīng)區(qū)內(nèi)，催化劑粒子可填充內(nèi)篩網(wǎng)與外篩網(wǎng)之間的環(huán)形空間，可將該環(huán)形空間稱為催化劑床。催化劑粒子可從反應(yīng)區(qū)的底部被抽吸，并且催化劑粒子可被引入反應(yīng)區(qū)的頂部。從最終反應(yīng)區(qū)抽吸的催化劑粒子隨后可從工藝被回收，在工藝的再生區(qū)內(nèi)再生，或被轉(zhuǎn)移到另一反應(yīng)區(qū)。同樣， 添加到反應(yīng)區(qū)的催化劑粒子可以是新添加到工藝的催化劑，已在工藝內(nèi)的再生區(qū)內(nèi)再生的催化劑，或從另一反應(yīng)區(qū)轉(zhuǎn)移來的催化劑。US 3，706，536和US 5，130，106中公開了具有堆疊反應(yīng)區(qū)的示例性的反應(yīng)容器， 通過引用將所述專利的教導(dǎo)整體并入本申請。一般而言，通過催化劑轉(zhuǎn)移導(dǎo)管實現(xiàn)在重力作用下流動的催化劑粒子從一個反應(yīng)區(qū)到另一反應(yīng)區(qū)的轉(zhuǎn)移、新鮮催化劑粒子的引導(dǎo)和用過的催化劑粒子的抽吸。通過這些工藝轉(zhuǎn)化的給料可包括來自一定范圍的原油的各種餾分。通過這些工藝轉(zhuǎn)化的一種示例性的給料一般包括流，該流可以是石腦油，其基于流內(nèi)的烴的總重量的重量百分?jǐn)?shù)或份數(shù)如下表中所公開
權(quán)利要求
1.一種燃燒式加熱器，包括輻射區(qū)段；入口歧管；出口歧管；具有入口和出口的至少一個加熱器管，其中所述入口與所述入口歧管流體連通；位于通向加熱器管的入口的所述入口歧管的流體流動路徑內(nèi)的至少一個限流孔板；以及至少一個燃燒器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒式加熱器，其特征在于，所述限流孔板位于所述入口歧管與加熱器管入口之間或鄰近加熱器管的入口位于所述入口歧管內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒式加熱器，還包括一組N個加熱器管，每個加熱器管都具有入口和出口，其中每個入口都與所述入口歧管流體連通；一組從1到N個限流孔板，每個限流孔板都鄰近加熱器管的入口位于所述入口歧管內(nèi)或位于所述入口歧管與加熱器管的入口之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒式加熱器，其特征在于，特定加熱器管被選擇成具有限流孔板，所述限流孔板鄰近加熱器管的入口位于所述入口歧管內(nèi)或位于所述加熱器管的入口與所述入口歧管之間以使得流體跨所有加熱器管均勻分配。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒式加熱器，其特征在于，特定加熱器管被選擇成具有限流孔板，所述限流孔板鄰近加熱器管的入口位于所述入口歧管內(nèi)或位于所述加熱器管的入口與所述入口歧管之間以使得至少一組加熱器管具有第一流體流速且第二組管具有第二流體流速。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒式加熱器，其特征在于，對于每個限流孔板，孔口的直徑相同或不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒式加熱器，還包括至少一個對流區(qū)段和至少另外一組第二輻射區(qū)段；第二入口歧管；具有入口和出口的至少一個加熱器管，其中所述入口與所述第二入口歧管流體連通；至少一個第二燃燒器；以及定位在所述燃燒器與所述第二燃燒器之間的防火墻。
8.一種烴轉(zhuǎn)化工藝，包括在使烴流來到至少一個反應(yīng)區(qū)之前使所述烴流通過至少一個燃燒式加熱器，所述加熱器包括輻射區(qū)段；入口歧管；出口歧管；具有入口和出口的至少一個加熱器管，其中所述入口與所述入口歧管流體連通；鄰近加熱器管的入口位于所述入口歧管內(nèi)或位于所述入口歧管與加熱器管的入口之間的至少一個限流孔板；以及至少一個燃燒器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的烴轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于，所述至少一個燃燒式加熱器還包括多個中間加熱器，其中每個中間加熱器都包括至少一個燃燒器、輻射區(qū)段、歧管、具有入口和出口的至少一個加熱器管，其中所述入口與所述入口歧管流體連通；或鄰近加熱器管的入口位于所述入口歧管內(nèi)或位于所述入口歧管與加熱器管的入口之間的至少一個限流孔板，并且所述工藝還包括使來自第一反應(yīng)區(qū)的流出物來到第一中間加熱器，其中來自所述第一反應(yīng)區(qū)的所述流出物在離開第一中間加熱器以進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)之前通過所述第一中間加熱器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的烴轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于，所述烴轉(zhuǎn)化工藝包括重整、烷基化、脫烷基化、氫化、氫化處理、脫氫化、異構(gòu)化、脫氫異構(gòu)化、脫氫環(huán)化、裂化或氫化裂化。
全文摘要
本發(fā)明的一個示例性的實施例可以是用于烴轉(zhuǎn)化工藝的燃燒式加熱器。該燃燒式加熱器包括入口和出口集管或歧管；一組加熱器管，每個加熱器管都具有入口和出口；鄰近至少一個加熱器管的入口的至少一個限流孔板。該限流孔板可在入口歧管內(nèi)并鄰近加熱器管的入口，或在入口歧管與通向加熱器管的入口之間。一種工藝可包括在操作烴轉(zhuǎn)化工藝的過程中使烴流通過本文所述的燃燒式加熱器。
文檔編號B01J8/12GK102448601SQ201080023497
公開日2012年5月9日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者K·D·彼得斯 申請人:環(huán)球油品公司