ЗОНА КОНВЕКЦИИ ПЕЧИ ДЛЯ КРЕКИНГА
CONVECTION AREA OF FURNACE FOR CRACKING

Изобретение относится к способу производства углеводородов посредством термического разложения (крекинга) углеводородсодержащего загружаемого материала в печи для крекинга,
- причем печь для крекинга имеет зону излучения и зону конвекции,
- причем термическое разложение углеводородсодержащего загружаемого материала осуществляется в зоне излучения, и
- дымовой газ зоны излучения в зоне конвекции используется как теплоноситель для предварительного нагрева различных загружаемых материалов,
- углеводородсодержащий загружаемый материал предварительно нагревается и/или преобразуется в пар посредством по меньшей мере одного расположенного в зоне конвекции теплообменника, и
- питательная вода котла посредством по меньшей мере одного расположенного в зоне конвекции теплообменника предварительно нагревается и/или преобразуется в пар,
а также к подобной установке для производства углеводородов.
Для производства углеводородов посредством термического разложения (пиролиза) длинноцепные углеводороды углеводородсодержащего загружаемого материала расщепляются на короткоцепные углеводородные продукты. Для этого углеводородсодержащий загружаемый материал в зоне конвекции предварительно нагревается и/или преобразуется в пар, и для термического разложения подается в крекинговые трубы печи для крекинга.
Зона излучения печи для крекинга имеет отопление с помощью горелок, которые предварительно подогретую в зоне конвекции смесь из углеводородсодержащего загружаемого материала и пара-разбавителя в крекинговых трубах нагревают дополнительно до температуры реакции. Теплопередача осуществляется главным образом посредством излучения, причем при температурах процесса 500-900°С за счет термического разложения возникает так называемый крекинговый газ. Крекинговый газ является по существу смесью, в числе прочего, n-парафинов, i-парафинов, олефинов, диолефинов, ацетилена, нафтенов, ароматических соединений, метана, водорода и т.д.
При обогреве трубок зоны излучения посредством горелок возникает горячий дымовой газ. Он через зону конвекции из печи для крекинга выпускается в атмосферу. При этом горячий дымовой газ используется в качестве теплоносителя в зоне конвекции. Поэтому зона конвекции подобной установки имеет по меньшей мере один теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала и по меньшей мере один теплообменник для перегрева пара-разбавителя, а также по меньшей мере один теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар питательной воды котла. При хорошем использовании термической энергии дымового газа дымовой газ выходит из зоны конвекции с температурой менее 150°С.
Углеводородсодержащий загружаемый материал, который в печи для крекинга термически разлагается на короткоцепные углеводороды, присутствует при этом по существу в двух агрегатных состояниях и типично вызываемых этим соединениях. Это могут быть, например, газообразные загружаемые материалы, такие как, главным образом, этан, пропан, или жидкие загружаемые материалы, такие как, главным образом, нафта (лигроин), керосин или дизель.
Для расщепления, то есть перед входом в крекинговые трубы зоны излучения, соответствующий углеводородсодержащий загружаемый материал должен смешиваться с паром-разбавителем, и смесь должна быть в газообразной фазе. Тем самым для различных агрегатных состояний углеводородсодержащего загружаемого материала получаются разные требования к зоне конвекции. При газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале последний должен только предварительно нагреваться в зоне конвекции. Для того чтобы обрабатывать жидкий углеводородсодержащий загружаемый материал, в зоне конвекции должна быть предоставлена в распоряжение достаточная площадь теплообмена, чтобы углеводородсодержащий загружаемый материал не только предварительно нагревать, но также переводить в газообразное агрегатное состояние.
Поэтому, согласно уровню техники, конструкция зоны конвекции печи для крекинга, в частности, устанавливаемые теплообменники и обусловленная тем самым площадь теплообмена, а также расположение обтекаемых секций в зоне конвекции, согласуется с соответствующим углеводородсодержащим загружаемым материалом и его агрегатным состоянием. При этом индивидуально оптимизируются выходная температура дымового газа и, тем самым, термический общий кпд печи для крекинга, а также входная температура смеси из углеводородсодержащего загружаемого материала и пара-разбавителя в зону излучения.
Так как при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале последний должен только предварительно нагреваться, в этом случае применения существенно большее количество тепла дымовых газов предоставляется для других задач. Поэтому в зоне конвекции печи для крекинга, спроектированной для газообразного углеводородсодержащего загружаемого материала, дополнительно еще располагается множество теплообменников или обеспечивается большая площадь теплообмена, которые служат для нагрева и/или преобразования в пар питательной воды котла и/или генерации перегретого пара высокого давления.
При жидком углеводородсодержащем загружаемом материале больше тепловой энергии необходимо для нагрева и преобразования в пар загружаемого материала. Поэтому зона конвекции печи для крекинга, спроектированная для жидкого углеводородсодержащего загружаемого материала, имеет заметно меньше теплообменников или меньшую площадь теплообмена для нагрева и/или преобразования в пар питательной воды котла и/или генерации перегретого пара высокого давления.
Соответствующее различие в конструкции печей для крекинга для различных типов и агрегатных состояний углеводородсодержащего загружаемого материала приводит при работе печи для крекинга с идентичным технологическим процессом в зоне конвекции для различных загружаемых углеводородов к компромиссам в отношении эффективности энергии и желательных рабочих условий процесса, так что работа печи для крекинга не для каждого углеводородсодержащего исходного материала экономичным образом оптимизируется.
Печь для крекинга, которая главным образом спроектирована для газообразного углеводородсодержащего загружаемого материала, была бы не оптимизирована по технологическому процессу для работы с жидким углеводородсодержащим загружаемым материалом, так как последний в зоне конвекции не может в достаточной степени нагреваться и/или преобразовываться в пар, так как площадь теплообменника здесь в типовом случае проектируется слишком малой.
Если, напротив, печь для крекинга, которая была спроектирована для жидкого углеводородсодержащего загружаемого материала, эксплуатируется с газообразным углеводородсодержащим загружаемым материалом, то этот режим работы не оптимизирован по технологическому процессу и менее экономичен, так как не приблизительно вся термическая энергия горячего дымового газа энергетически может утилизироваться. В этом случае дымовой газ покидает зону конвекции печи для крекинга с заметно более высокой температурой, чем при работе с жидким углеводородсодержащим загружаемым материалом, так что результирующие температуры дымового газа тогда в типовом случае больше чем 200°С.
В основе настоящего изобретения лежит задача создать способ или устройство вышеназванного типа таким образом, чтобы можно было гибко реагировать на изменяющиеся углеводородсодержащие загружаемые материалы, в частности, на различные агрегатные состояния (газообразное, жидкое).
Целью является способ для разложения углеводородсодержащего загружаемого материала с оптимизированным способом работы печи для крекинга и соответствующими условиями (как, например, входная температура смеси из углеводородсодержащего загружаемого материала и пара-разбавителя в зоне излучения) и высоким термическим общим кпд для изменяющихся углеводородных загружаемых материалов.
Указанная задача в аспекте способа решается комбинацией признаков пункта 1 формулы изобретения, а в аспекте устройства - комбинацией признаков пункта 11 формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно основной идее изобретения, технологический режим потоков в теплообменниках зоны конвекции регулируется таким образом, что
- независимо от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала температура дымового газа при выходе из зоны конвекции варьируется в диапазоне 30°С и является меньшей чем 150°С, и
- технологический режим потоков в теплообменниках зоны конвекции регулируется таким образом, что, в зависимости от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала,
- при заданном агрегатном состоянии (в частности, жидком или газообразном) примерно 100% площади теплообмена всех теплообменников в зоне конвекции участвует в теплообмене с дымовым газом,
- в то время как при другом агрегатном состоянии (в частности, соответственно, газообразном или жидком) только заданная доля площади теплообмена всех теплообменников в зоне конвекции участвует в теплообмене с дымовым газом, или
- начальный поток по меньшей мере одного теплообменника в зоне конвекции регулируется таким образом, что кпд теплообмена этого (этих) теплообменника(ов) снижается.
Согласно смыслу изобретения, зона конвекции имеет достаточно теплообменников для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала, для предварительного нагрева и/или преобразования в пар питательной воды котла. Однако, в зависимости от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, часть площади теплообмена теплообменников не принимает участия в теплообмене или ограничивается по своей эффективности. Тем самым, с одной стороны, может гарантироваться, что углеводородсодержащий загружаемый материал, независимо от агрегатного состояния, в газообразном агрегатном состоянии с достаточно высокой температурой входит в зону излучения, и одновременно температура дымового газа при выходе из зоны конвекции, независимо от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, колеблется относительно максимум 30°С.
Чтобы гарантировать, что лишь доля площади теплообмена всех теплообменников в зоне конвекции участвует в теплообмене с дымовым газом, технологический режим потоков в зависимости от углеводородсодержащего загружаемого материала регулируется таким образом, что определенные части теплообменника или весь теплообменник не обтекается средой. Также в соответствии с изобретением можно технологический режим потоков регулировать таким образом, что кпд теплообменников снижается. Это может осуществляться, например, посредством одинакового направления потоков (одинакового направления течения нагреваемых и/или преобразуемых в пар потоков и охлаждаемого потока дымового газа), так что направляемые в теплообменники потоки на холодном конце соответствующего теплообменника имеют температуру, которая близка или равна температуре дымового газа. Альтернативно, потоки, введенные в теплообменник, имеют, в общем, температуру, которая равна или близка к температуре дымового газа в месте теплообменника.
В упрощенном выражении, в соответствии с изобретением, в зависимости от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, становятся неэффективными части теплообменников, которые при другом агрегатном состоянии принимают участие в теплообмене с дымовым газом, причем в обоих случаях температура дымового газа при выходе из зоны конвекции отличается максимум на 30°С.
Предпочтительно, температура дымового газа при выходе из зоны конвекции колеблется максимум на 20°С, особенно предпочтительно максимум на 15°С.
Предпочтительно дымовой газ при выходе из зоны конвекции имеет температуру между 80°С и 150°С. Тем самым достигается высокий термический общий кпд. Технологические потоки для различных углеводородных загружаемых материалов рациональным образом регулируются так, что дымовой газ в конце зоны конвекции, то есть на холодном конце отходящего тепла, имеет температуру между 80°С и 150°С, независимо от типа и агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала. Тем самым во всех случаях тепло дымового газа используется оптимальным образом.
Особенно предпочтительно дымовой газ при выходе из зоны конвекции имеет температуру между 80°С и 130°С.
Согласно предпочтительному выполнению изобретения, технологический режим потоков в теплообменниках в зоне конвекции регулируется таким образом, что
- при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале почти 100% всей площади теплообмена всех теплообменников в зоне конвекции участвует в теплообмене с дымовым газом,
- в то время как при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале в теплообмене с дымовым газом участвует только доля от 100% площади теплообмена теплообменников в зоне конвекции, которые не служат для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала,
- или начальный поток по меньшей мере одного теплообменника в зоне конвекции, который не служит для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала, регулируется таким образом, что кпд теплообмена этого теплообменника снижается,
- причем, в частности, независимо от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, примерно 100% площади теплообмена теплообменника(ов) для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала принимают участие в теплообмене с дымовым газом, и причем, в частности,
- теплообменник(и) для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала расположен на более холодном конце зоны конвекции.
Под «примерно 100% площади теплообмена» понимается вся площадь теплообмена, которая при проектировании теплообменника предусматривается для соответствующего технологического потока. Если из-за повреждений при работе или иных подобных событий отдельные проходы более не обтекаются и поэтому не принимают участия в теплообмене, в рамках настоящего изобретения это понимается по-прежнему как примерно 100% площади теплообмена, а не как доля от 100% площади теплообмена.
Также в рамках настоящего изобретения снижение кпд теплообменника и меньшая эффективность теплообменника рассматриваются как равнозначные.
В этом варианте осуществления изобретения теплообменник(и) для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала расположен(ы) на более холодном, предпочтительно на холодном конце зоны конвекции. В этом варианте осуществления изобретения теплообменники спроектированы таким образом, что при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале вся площадь теплообмена всех теплообменников в зоне конвекции участвует в теплообмене с дымовым газом. Теплообменник(и) для нагрева углеводородсодержащего загружаемого материала отбирает(ют) от дымового газа остаток термической энергии, так что дымовой газ охлаждается до температуры ниже 150°С, предпочтительно до температуры между 80°С и 150°С, особенно предпочтительно между 80°С и 130°С.
При этом регулирование осуществляется предпочтительно посредством регулирующих клапанов, запорных клапанов, звеньев падения (потери) давления. Звено потери давления является любой арматурой, которая в трубопроводе приводит к высокой потере давления. Вместо запирающих клапанов в рамках изобретения также применяются рациональным образом в общем случае другие виды арматуры с высоким падением давления в стоке.
При жидком углеводородсодержащем загружаемом материале в теплообменниках для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала должно подводиться больше энергии, чем при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале. По существу к жидкому углеводородсодержащему загружаемому материалу дополнительно должна еще подводиться энергия преобразования в пар. Чтобы это обеспечить в том же самом теплообменнике, температура дымового газа при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале перед теплообменом с углеводородсодержащим загружаемым материалом должна быть выше, чем при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале. В этом выполнении изобретения это обеспечивается тем, что только доля от 100% теплообменников, которые не служат для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала, принимает участие в теплообмене с дымовым газом, или начальный поток от по меньшей мере одного теплообменника в зоне конвекции, который не служит для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала, регулируется таким образом, что кпд теплообмена этого теплообменника снижается.
За счет этого в этом варианте осуществления изобретения от дымового газа перед теплообменом с углеводородсодержащим загружаемым материалом соответственно отбирается лишь столько тепла, что в каждом случае в распоряжении имеется достаточно тепла, чтобы углеводородсодержащий загружаемый материал для реакции разложения в достаточной степени предварительно нагреть и/или преобразовать в пар.
Выражаясь упрощенно, можно сказать, что в этом варианте осуществления изобретения большая доля теплообмена с углеводородсодержащим загружаемым материалом осуществляется на более холодном конце зоны конвекции, и от дымового газа перед этим, в зависимости от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, отбирается лишь такое количество тепла, что остается как раз достаточно остаточного тепла дымового газа, чтобы углеводородсодержащий загружаемый материал, в зависимости от агрегатного состояния, нагревать и/или преобразовывать в пар. Рациональным образом доля теплообмена с углеводородсодержащим загружаемым материалом на более холодном конце зоны конвекции изменяется или настраивается индивидуально.
Предпочтительным образом в этом варианте осуществления при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале не обтекается питательной водой котла, в частности, шунтируется или обходится посредством байпасного регулирования по меньшей мере один теплообменник для нагрева и/или преобразования в пар питательной воды котла, который при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале обтекается питательной водой котла. Тем самым в распоряжение предоставляется заданное число теплообменников для предварительного нагрева и/или преобразования в пар питательной воды котла. Если углеводородсодержащий загружаемый материал является газообразным, то все эти теплообменники принимают участие в теплообмене с дымовым газом. При жидком углеводородсодержащем загружаемом материале по меньшей мере один из этих теплообменников для предварительного нагрева и/или преобразования в пар питательной воды котла не обтекается питательной водой котла, а предпочтительно обходится посредством байпасного регулирования. Поэтому этот теплообменник не принимает участия в теплообмене с дымовым газом. За счет этого автоматически повышается температура дымового газа на более холодном конце отходящего тепла перед теплообменом с углеводородсодержащим загружаемым материалом. Дымовой газ обладает, таким образом, достаточной термической энергией, чтобы предварительно нагревать и/или преобразовывать в пар жидкий углеводородсодержащий загружаемый материал.
Под байпасным регулированием в рамках изобретения понимается байпасирование (перепуск) соответствующего(их) теплообменника(ов). Предпочтительным образом перепуски реализуются в рамках настоящей заявки с помощью клапанов.
В частности, предусматривается, что по меньшей мере один теплообменник с по меньшей мере одним другим, расположенным в зоне конвекции теплообменником может соединяться последовательно по потоку, причем при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале питательная вода котла пропускается в обход по меньшей мере одного теплоносителя, и только по меньшей мере один другой теплоноситель обтекается для нагрева и/или преобразования в пар питательной водой котла, и причем при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале, прежде всего, по меньшей мере один теплоноситель и затем по меньшей мере один дугой теплоноситель обтекается питательной водой котла для нагрева и/или преобразования в пар питательной воды котла.
В другом варианте осуществления изобретения пар-разбавитель для разложения перегревается посредством по меньшей мере одного расположенного в зоне конвекции теплообменника, причем этот теплообменник посредством байпасного регулирования, в зависимости от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, не участвует или участвует с низким кпд в теплообмене с дымовым газом. Этот вариант осуществления является альтернативной формой вышеописанной формы выполнения изобретения.
Согласно другому варианту осуществления изобретения технологический режим потоков в теплообменниках в зоне конвекции регулируется таким образом, что      - при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале почти 100% всей площади теплообмена теплообменника(ов) для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала принимают участие в теплообмене с дымовым газом,
- в то время как при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале только доля от 100% всей площади теплообмена теплообменника(ов) для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала принимают участие в теплообмене с дымовым газом,
- или углеводородсодержащий загружаемый материал по меньшей мере одним теплообменником в зоне конвекции, который служит для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала, регулируется таким образом, что кпд теплообмена этого теплообменника снижается,
- причем, независимо от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, примерно 100% всей площади теплообмена всех остальных теплообменников зоны конвекции принимают участие в теплообмене, и
- причем по меньшей мере один теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала расположен на более холодном конце зоны конвекции, и по меньшей мере один теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала расположен в области более высокой температуры дымового газа.
Один теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала на более холодном конце зоны конвекции может при этом рациональным образом располагаться непосредственно на холодном конце зоны конвекции или, например, на более холодном конце зоны конвекции ниже теплообменника(ов) для нагрева питательной водой котла.
В этом варианте осуществления изобретения для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала предоставлены по меньшей мере два теплообменника. При этом по меньшей мере один из этих теплообменников расположен на более холодном конце зоны конвекции, а по меньшей мере один другой из этих теплообменников расположен в области более высокой температуры дымового газа.
При жидком углеводородсодержащем загружаемом материале в этом варианте осуществления изобретения примерно 100% всей площади теплообмена теплообменников для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала принимают участие в теплообмене с дымовым газом. Так как при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале не настолько много тепла требуется для нагрева углеводородсодержащего загружаемого материала, то в этом варианте осуществления либо обтекаемая площадь теплообмена для этого сокращается, либо технологические потоки направляются таким образом, что кпд одного из этих теплообменников для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала снижается. Тем самым и в этом варианте осуществления изобретения технологические процессы направляются таким образом, что, независимо от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, получается варьирующаяся только в диапазоне 30°С выходная температура дымового газа из зоны конвекции, которая лежит ниже 150°С, предпочтительно в диапазоне между 80°С и 150°С, особенно предпочтительно между 80°С и 130°С.
Предпочтительным образом в этом варианте осуществления изобретения
- при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале последний сначала подается на теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала на более холодном конце зоны конвекции,
- причем по меньшей мере один из теплообменников для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала в области более высокой температуры дымового газа не обтекается углеводородсодержащим загружаемым материалом,
- в то время как при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале последний сначала подается на по меньшей мере один теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала в области более высокой температуры дымового газа, прежде чем углеводородсодержащий загружаемый материал пройдет теплообменник(и) для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала на более холодном конце зоны конвекции, и
- причем регулирование предпочтительно осуществляется посредством запорных клапанов в подводах углеводородсодержащего загружаемого материала.
В этом предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере два теплообменника для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала расположены в зоне конвекции. Один из этих обоих теплообменников находится на более холодном конце зоны конвекции, в то время как по меньшей мере один другой из этих теплообменников находится в области более высокой температуры дымового газа.
При газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале последний сначала подается на по меньшей мере один теплообменник, который служит для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала и расположен в области верхнего конца, то есть на более холодном конце зоны конвекции. По меньшей мере один из теплообменников для предварительного нагрева и/или нагрева углеводородсодержащего загружаемого материала, который расположен в области более высокой температуры дымового газа, при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале не обтекается последним. Тем самым, он не участвует в теплообмене с дымовым газом. Тем самым гарантируется, что при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале только доля от 100% всей площади теплообмена теплообменников для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала принимает участие в теплообмене с дымовым газом.
Жидкий углеводородсодержащий загружаемый материал, согласно этому предпочтительному варианту осуществления изобретения, сначала подается на по меньшей мере один теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала, который расположен в области более высокой температуры дымового газа. После прохождения этого или этих теплообменников углеводородсодержащий загружаемый материал направляется в по меньшей мере один теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала, который расположен на более холодном конце зоны конвекции. Тем самым при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале примерно 100% площади теплообмена теплообменников для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала участвует в теплообмене с дымовым газом, и жидкий углеводородсодержащий загружаемый материал, таким образом, как преобразуется в пар, так и в достаточной степени предварительно нагревается. Переключение между этими обоими рабочими состояниями с различными углеводородсодержащими загружаемыми материалами осуществляется при этом предпочтительным образом посредством регулирующих и запорных клапанов, которые расположены в подводах углеводородсодержащего загружаемого материала к теплообменникам для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала.
Согласно другой предпочтительной форме выполнения этого варианта осуществления
- углеводородсодержащий загружаемый материал сначала независимо от агрегатного состояния направляется в по меньшей мере один теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала на более холодном конце зоны конвекции,
- причем при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале по меньшей мере один теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала не обтекается в области более высокой температуры дымового газа, в частности, обходится посредством байпасного регулирования и запорных клапанов,
- который при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале обтекается последним.
И в этой форме выполнения данного варианта осуществления, при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале, только доля от 100% площади теплообмена всех теплообменников для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала принимает участие в теплообмене с дымовым газом. При жидком углеводородсодержащем загружаемом материале используется почти вся площадь теплообмена всех теплообменников для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала. Специально, посредством байпасного регулирования и запорных клапанов, по меньшей мере один теплообменник при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале обходится в области более высокой температуры дымового газа. При жидком углеводородсодержащем загружаемом материале последний проходит сначала теплообменник на более холодном конце зоны конвекции и оттуда направляется в теплообменники в области более высокой температуры дымового газа.
Предпочтительным образом углеводородсодержащий загружаемый материал и/или питательная вода котла совместно предварительно нагреваются и/или преобразуются в пар. Поэтому предпочтительным образом над общим объемом углеводородсодержащего загружаемого материала выполняются те же самые этапы для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала. Однако также возможно общий объем углеводородсодержащего загружаемого материала разделить на два или более частичных потока и только над одним из частичных потоков выполнять предварительный нагрев и/или преобразование в пар согласно изобретению. Предпочтительным образом также над общим объемом питательной воды котла выполняются те же самые этапы для предварительного нагрева и/или преобразования в пар питательной воды котла. Также общий объем питательной воды котла можно в других случаях разделить на два или более частичных потока, причем над одним из потоков питательной воды котла выполняются предварительный нагрев и/или преобразование в пар согласно изобретению.
В аспекте устройства поставленная задача решается установкой для производства углеводородов посредством термического разложения углеводородсодержащего загружаемого материала с печью для крекинга,
- причем печь для крекинга имеет зону излучения и зону конвекции,
- причем зона излучения имеет по меньшей мере одну крекинговую трубу, предназначенную для разложения углеводородсодержащего загружаемого материала,
- зона излучения имеет отопление для обогрева, при этом возникает дымовой газ,
- зона излучения имеет соединение по потоку для дымового газа к зоне конвекции,
- зона конвекции имеет по меньшей мере один теплообменник, который имеет подвод для углеводородсодержащего загружаемого материала и соединение по потоку к по меньшей мере одной крекинговой трубе в зоне излучения,
- зона конвекции имеет по меньшей мере один теплообменник, который имеет подвод питательной воды котла,
- и по меньшей мере один подвод теплообменника имеет регулирующий клапан и/или запорный клапан.
В аспекте устройства, задача согласно идее изобретения решается тем, что по меньшей мере один подвод к по меньшей мере одному теплообменнику имеет регулирующий клапан или запорный клапан. Тем самым гарантируется, что, в зависимости от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, часть площади теплообмена не принимает участия в теплообмене, или кпд по меньшей мере одного теплообменника снижается.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, подвод по меньшей мере к одному теплообменнику для нагрева питательной воды котла имеет запорный клапан, а подвод или отвод от по меньшей мере одного другого теплообменника для нагрева питательной воды котла имеет запорный клапан или элемент потери давления (см. выше). В этом варианте осуществления изобретения предоставлены по меньшей мере два теплообменника для нагрева питательной воды котла. В зависимости от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, в теплообмене с дымовым газом принимают участие все теплообменники или не принимает участия по меньшей мере один из них.
Предпочтительным образом, далее предусмотрено, что запорный клапан подачи по меньшей мере одного теплообменника соединяет подводящий трубопровод питательной воды котла по меньшей мере одного теплообменника с подводящим трубопроводом питательной воды котла другого теплообменника.
Предпочтительным образом, кроме того, предусмотрено, что отвод упомянутого по меньшей мере одного другого теплообменника соединен по потоку с подводящим трубопроводом питательной воды котла упомянутого по меньшей мере одного теплообменника.
Предпочтительным образом, кроме того, предусмотрено, что при открытом запорном клапане упомянутой подачи и закрытом запорном клапане упомянутого подвода или отвода упомянутый по меньшей мере один другой теплообменник шунтирован, и никакая питательная вода котла не может подводиться через упомянутый по меньшей мере один другой теплообменник, в то время как при закрытом запорном клапане упомянутой подачи и открытом запорном клапане упомянутого подвода или отвода питательная вода котла для преобразования в пар или нагрева питательной воды котла может направляться только через упомянутый по меньшей мере один другой теплообменник и затем через упомянутый по меньшей мере один теплообменник. Вместо запорного клапана в упомянутом подводе или отводе может также элемент падения давления обуславливать то, что питательная вода котла протекает по описанному выше пути течения. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что при непрерывно высоком падении давления через элемент потери давления регулирование соответствующего клапана может отсутствовать.
Рациональным образом, подвод углеводородсодержащего загружаемого материала к по меньшей мере одному теплообменнику имеет запорный клапан. Тем самым гарантируется, что, в зависимости от агрегатного состояния, используется полная площадь теплообмена для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала или только ее часть.
Также является рациональным, что отвод углеводородсодержащего загружаемого материала от по меньшей мере одного теплообменника имеет соединение по потоку с по меньшей мере одним другим теплообменником и запорный клапан. В этом варианте осуществления изобретения углеводородсодержащий загружаемый материал, в зависимости от агрегатного состояния, может протекать через большее или меньшее количество теплообменников.
С помощью предложенного изобретения удается, в частности, таким образом управлять способом производства углеводородов, что, с одной стороны, тепло дымового газа в зоне конвекции используется оптимальным образом, а с другой стороны, гарантируется, что углеводородсодержащий загружаемый материал в зоне конвекции независимо от агрегатного состояния в достаточной степени предварительно нагревается и преобразуется в пар.
Далее изобретение поясняется более подробно с помощью примеров выполнения, представленных на чертежах, где показано следующее:
фиг.1 - схема способа варианта осуществления изобретения при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале,
фиг.2 - пример способа по фиг.1 при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале,
фиг.3 - схема способа второго варианта осуществления изобретения при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале,
фиг.4 - пример способа по фиг.3 при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале,
фиг.5 - схема способа третьего варианта осуществления изобретения при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале,
фиг.6 - пример способа по фиг.5 при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале.
Примеры выполнения изобретения, представленные на фиг.1-6, показаны в форме схем способов, в которых показанный как прямоугольник теплообменник представляет один или несколько теплообменников, но описывается как один теплообменник. При этом схематичное расположение теплообменников на чертежах соответствует расположению в зоне конвекции. Расположенный сверху на чертеже теплообменник находится на более холодном конце зоны конвекции. Нижерасположенные теплообменники находятся в областях с повышенной температурой дымового газа. Сплошные линии на чертежах представляют соответственно используемый путь течения. Расположенные в нем клапаны находятся соответственно в открытом положении. Пунктирные линии на чертежах представляют не обтекаемые потоком линии, причем расположенные здесь клапаны соответственно находятся в запертом положении. Одинаковые элементы на чертежах соответственно обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Фиг.1 и 2 показывают вариант осуществления изобретения, при котором, независимо от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, примерно 100% площади теплообмена теплообменника для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала принимает участие в теплообмене с дымовым газом.
В представленной на фиг.1 схеме способа газообразный углеводородсодержащий загружаемый материал 1 направляется в теплообменник 3, который расположен на более холодном конце зоны конвекции. Нагретый углеводородсодержащий загружаемый материал 12 от теплообменника 3 после подачи перегретого пара 14 через подвод 15 направляется в другой теплообменник 7 в области повышенной температуры дымового газа для дополнительного предварительного нагрева или перегрева. Предварительно нагретая смесь из пара и углеводородсодержащего загружаемого материала 18 через дополнительные опциональные и не представленные теплообменники направляется в крекинговые трубы в зоне излучения, где происходит собственно реакция разложения (не представлено).
В этом варианте осуществления изобретения ниже первого теплообменника 3 для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала 1 расположены два теплообменника 4 и 5 для предварительного нагрева и/или преобразования в пар питательной воды 9 и 11 котла, а также теплообменник 6 для перегрева пара-разбавителя 13. Питательная вода 9 котла направляется в теплообменник 4 и нагревается за счет теплообмена с дымовым газом. Клапан 20 находится в открытом положении. За счет этого теплообменник 4 обтекается, и нагретая питательная вода 10 котла для дополнительного опционального нагрева (не представлено) направляется из зоны конвекции и затем в виде питательной воды 11 котла в дальнейшем теплообменнике 5 предварительно нагревается, и, при необходимости, частично преобразует в пар и как одно- или двухфазная смесь выдается в паровой барабан 21 вне зоны конвекции. Клапан 21 находится в закрытом положении, так что нет никакого прямого гидравлического соединения между обоими подводящими трубопроводами 9 и 11 питательной воды котла. Однако отвод 10 может гидравлически быть соединен с подводом 11 питательной воды котла. Вместо клапана 20 может предусматриваться, в частности, нерегулируемый элемент потери давления, который обуславливает, в частности, непрерывную высокую потерю давления. И в этом случае питательная вода котла при закрытом клапане 19 протекает через элемент 20 потери давления.
Пар-разбавитель 13 перегревается в теплообменнике 6, который расположен в области повышенной температуры дымового газа, и в виде пара-разбавителя 14 подается в углеводородсодержащий загружаемый материал 12. За счет смеси 15 из углеводородсодержащего загружаемого материала 12 и перегретого пара 14 улучшается эффективность реакции разложения. Зона конвекции может дополнительно содержать еще другие теплообменники 8 для нагрева дополнительных используемых потоков 16, как, например, насыщенного пара высокого давления из парового барабана 21. Насыщенный пар 16 высокого давления может, например, перегреваться в теплообменниках 8 и применяться как пар 17 высокого давления в других частях установки.
Фиг.2 показывает тот же пример, что и на фиг.1, но здесь представлен технологический процесс для жидкого углеводородсодержащего загружаемого материала 2.
В противоположность газообразному углеводородсодержащему загружаемому материалу 1, здесь только теплообменник 5 для питательной воды 9 котла принимает участие в теплообмене с дымовым газом. В этом примере выполнения клапан 20 находится в закрытом положении, а клапан 19 - в открытом положении. За счет этого питательная вода 9 котла не протекает через теплообменник 4, а подается непосредственно в качестве загружаемого материала 11 во второй теплообменник 5 и там, при необходимости, частично преобразуется в пар. В качестве альтернативы, вместо клапана 20 может использоваться арматура с высокой потерей давления, например, упомянутый элемент потери давления (см. выше), так что питательная вода котла при открытом положении клапана 19, ввиду меньшего гидравлического сопротивления, течет непосредственно к теплообменнику 5. Одно- или двухфазная смесь вновь подается в паровой барабан 21.
За счет измененного технологического процесса на фиг.2 по сравнению с фиг.1, здесь только часть от 100% площади теплообмена теплообменников в зоне конвекции принимает участие в теплообмене с дымовым газом, которые не служат для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала. Конкретнее, теплообменник 4 не обтекается, из-за чего полная площадь теплообмена для нагрева и/или преобразования питательной воды котла снижается до части от 100%. За счет этого от дымового газа отбирается тепло только посредством теплообменника 5. Теплообмен между жидким углеводородсодержащим загружаемым материалом 2 и дымовым газом в теплообменнике 3 осуществляется при этом с заметно более высокой разностью температур. Дымовой газ, по сравнению с технологическим процессом при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале, содержит заметно более высокое количество тепла. Оно может отбираться от дымового газа, и гарантируется, что к жидкому углеводородсодержащему загружаемому материалу 2 подается достаточно тепла для предварительного нагрева и/или преобразования в пар.
Таким образом, дымовой газ на более холодном конце отходящего тепла при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале 1 и при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале 2 имеет температуру, которая колеблется в диапазоне 30°С и лежит ниже 150°С. Предпочтительно температура дымового газа составляет здесь от 80°С до 130°С.
В качестве альтернативы, в примере выполнения по фиг.1 и 2 запорный вентиль 20 может располагаться непосредственно после теплообменника 4 и завершать перепуск с помощью запорного клапана 19 в отводе 10 после запорного клапана 20 (не представлено).
Фиг.3 и 4 показывают формы выполнения варианта осуществления изобретения, при котором, независимо от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, в теплообмене с дымовым газом принимает участие почти 100% площади теплообмена всех теплообменников, которые не служат для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала.
Газообразный углеводородсодержащий загружаемый материал 101 направляется в теплообменник 103а на более холодном конце зоны конвекции для предварительного нагрева и/или преобразования в пар. Клапан 122 находится соответственно в открытом положении. Нагретый углеводородсодержащий загружаемый материал 112 направляется от теплообменника 103а после подачи пара-разбавителя 114 в другой теплообменник 107 для предварительного подогрева или перегрева смеси 115 из углеводородсодержащего загружаемого материала и пара-разбавителя.
Подобно показанному на фиг.1 и 2 варианту осуществления, зона конвекции имеет два дополнительных теплообменника 104 и 105 для предварительного нагрева и/или преобразования в пар питательной воды 109 и 111 котла. В теплообменнике 104, подобно тому, как на фиг.1 и 2, питательная вода 109 котла нагревается и направляется для последующего применения 110. Питательная вода 111 котла в теплообменнике 105 далее нагревается и, при необходимости, частично преобразуется в пар, и как одно- или двухфазная смесь подается на паровой барабан 121.
Дополнительно нагретая смесь 115 из углеводородсодержащего загружаемого материала 101 и перегретого пара-разбавителя 114 после дополнительного предварительного нагрева или перегрева в теплообменнике 107 направляется для реакции разложения в крекинговые трубы 118.
Подобно предыдущему варианту осуществления, зона конвекции имеет еще дополнительный теплообменник 108, в котором, например, насыщенный пар 116 высокого давления перегревается и как пар 117 высокого давления может применяться в других частях установки.
В варианте осуществления согласно фиг.3 и 4 в зоне конвекции расположены по меньшей мере два теплообменника 103а и 103b для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала. При этом теплообменник 103а находится на более холодном конце зоны конвекции, в то время как теплообменник 103b находится в области более высокой температуры дымового газа.
В соответствии с изобретением в этом варианте осуществления при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале 101 теплообменник 103b не обтекается. Клапан 123 находится соответственно в закрытом положении. Тем самым в этом варианте осуществления в теплообмене с дымовым газом принимает участие только часть от 100% площади теплообмена теплообменников, которые служат для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала.
Фиг.4 показывает технологический процесс варианта осуществления по фиг.3 при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале 102. В этом случае жидкий углеводородсодержащий загружаемый материал 102 направляется в теплообменник 103b в области более высокой температуры дымового газа. Клапан 123 находится соответственно в открытом положении, в то время как регулирующий клапан 122 находится в закрытом положении. После предварительного нагрева в теплообменнике 103b предварительно нагретый жидкий углеводородсодержащий загружаемый материал 124 направляется в теплообменник 103а на более холодном конце зоны конвекции для дальнейшего предварительного нагрева. Предварительно нагретый таким образом жидкий углеводородсодержащий загружаемый материал 112, при подаче перегретого пара-разбавителя 114, в качестве загружаемого материала 115 направляется в теплообменник 107 для дальнейшего предварительного нагрева или перегрева.
В этом варианте осуществления изобретения технологические потоки направляются таким образом, что при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале 102 почти 100% площади теплообмена теплообменников 103а и 103b используется для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала. При этом жидкий углеводородсодержащий загружаемый материал 102 направляется первым в теплообменник 103b, который находится в положении с более высокой температурой дымового газа, чем теплообменник 103а в зоне конвекции. За счет использования почти 100% площади теплообмена теплообменников для предварительного нагрева и/или преобразования в пар гарантируется, что и в этом случае к жидкому углеводородсодержащему загружаемому материалу 102 направляется достаточно тепла для предварительного нагрева и/или преобразования в пар.
В этом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.3 и 4, вся площадь теплообмена всех теплообменников, которые не служат для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала, используется независимо от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала. В особенности, независимо от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, в теплообмене принимают участие оба теплообменника 104 и 105.
Фиг.5 и 6 показывают альтернативный вариант осуществления с подобным расположением теплообменников, как в варианте осуществления по фиг.3 и 4.
И здесь два теплообменника 203а и 203b предусмотрены для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала, причем теплообменник 203а находится на более холодном конце зоны конвекции, а теплообменник 203b находится в месте с более высокой температурой дымового газа в зоне конвекции. Зона конвекции имеет также два теплообменника 204 и 205 для предварительного нагрева и/или преобразования в пар питательной воды 209 и 211 котла. Аналогично фиг.3 и 4, нагретая питательная вода 210 применяется далее или направляется как одно- или двухфазная смесь в паровой барабан 221. Теплообменник 206 служит, аналогично, перегреву пара-разбавителя 213, который как перегретый пар 214 подмешивается к углеводородсодержащему загружаемому материалу. Смесь 215 из углеводородсодержащего загружаемого материала и перегретого пара 214 выдается в теплообменник 207 для дальнейшего предварительного нагрева или перегрева. Также несколько опциональных теплообменников находятся в более горячей области зоны конвекции, причем здесь, вновь для примера, показан теплообменник 208, который служит для перегрева насыщенного пара 216 высокого давления до пара 217 высокого давления.
Подобно варианту осуществления согласно фиг.3, газообразный углеводородсодержащий загружаемый материал 201 подается к теплообменнику 203а на более холодном конце зоны конвекции для предварительного нагрева. Регулирующий клапан 222 находится соответственно в открытом положении, а клапан 223 - в закрытом положении. Предварительно нагретый углеводородсодержащий загружаемый материал 212 как смесь 215 с перегретым паром-разбавителем 214 подается в теплообменник 207 для дальнейшего предварительного нагрева или перегрева. Эта смесь через дополнительные опциональные и не показанные на чертеже теплообменники направляется непосредственно в зону 218 излучения для разложения.
Теплообменник 203b в области более высокой температуры дымового газа здесь обходится с помощью байпаса. Соответственно клапан 225 находится в открытом положении, в то время как клапан 226 - в закрытом положении. Таким образом, и в этом варианте осуществления изобретения технологический процесс в зоне конвекции выполняется таким образом, что используется только доля площади теплообмена, имеющаяся в распоряжении для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала. При газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале 201 весь теплообменник 203b не принимает участия в теплообмене с дымовым газом.
Фиг.6 показывает технологический процесс этого варианта осуществления изобретения при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале 202. В этом случае соответственно клапан 222 закрыт, а клапан 233 открыт. И здесь жидкий углеводородсодержащий загружаемый материал 202 вводится в теплообменнике 203а на более холодном конце зоны конвекции. Однако, в отличие от технологического способа при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале 201, здесь предварительно подогретый углеводородсодержащий загружаемый материал 212 направляется в теплообменник 203b. Клапан 226 соответственно открыт, в то время как клапан 225 закрыт. В теплообменнике 203b, который расположен в месте с более высокой температурой дымового газа, углеводородсодержащий загружаемый материал дополнительно нагревается и/или преобразуется в пар 227 и только затем разбавляется перегретым паром 214. Таким образом, при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале 202 почти 100% площади теплообмена теплообменников используется для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала. Тем самым гарантируется, что смесь из пара-разбавителя и углеводородсодержащего загружаемого материала, независимо от типа и агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, при технически оптимизированных условиях процесса (например, желательной температуре входа в зону излучения) направляется на разложение 218, и одновременно достигается высокий термический общий кпд печи для крекинга (т.е. низкие температуры дымового газа на выходе зоны конвекции).