METHOD AND DEVICE FOR CONVECTION HEATER OF RAW MATERIALS
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНВЕКЦИОННОГО НАГРЕВАТЕЛЯ СЫРЬЯ

Родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает преимущество по заявке на патент США № 16/396 254, поданной 26 апреля 2019 г., и предварительной заявке на патент США № 62/663 093, поданной 26 апреля 2018 г., каждая из которых полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится в целом к способам и устройствам для управления профилем температуры в конвекционной секции нагревателя. Равномерность смешивания влияет на эффективность гасящего потока. Чем эффективнее гасящий поток, тем меньше размер оборудования, необходимого для управления конструкцией рециркуляции.
Предпосылки создания изобретения
В способах конверсии углеводородов часто используют ряд реакционных зон, через которые пропускаются углеводороды. Каждая реакционная зона может иметь собственные уникальные технологические требования, включая требуемую температуру. Соответственно, каждая реакционная зона требует достаточного нагрева выше по потоку от реакционной зоны для достижения требуемой температуры для выполнения в реакционной зоне требуемой конверсии углеводородов.
6
7
Например, один из хорошо известных способов конверсии углеводородов представляет собой каталитический риформинг. Каталитический риформинг представляет собой хорошо известный способ конверсии углеводородов, используемый в нефтеперерабатывающей промышленности для повышения качества октана в потоках углеводородного сырья. Основным продуктом каталитического риформинга является компонент смеси бензина или источник ароматических соединений для нефтехимических веществ. Риформинг может быть определен как суммарный эффект, вызванный дегидрированием циклогексанов, дегидроизомеризацией алкилциклопентанов и высоким содержанием C углерода по отношению к нафтенам C с получением ароматических соединений, дегидрированием парафинов с получением олефинов, дегидроциклизацией парафинов и олефинов с получением ароматических соединений, изомеризацией n-парафинов, изомеризацией алкилциклопарафинов с получением циклогексанов, изомеризацией замещенных ароматических соединений и гидрокрекингом парафинов. Поток продукта для риформинга может представлять собой поток продукта из установки гидрокрекинга, установки каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором (FCC; fluid catalytic cracker), или установки для коксования, или линии подачи лигроина прямой отгонки и может содержать множество других компонентов, таких как конденсат или прошедший термический крекинг лигроин.
Нагреватели или печи часто применяют в процессах конверсии углеводородов, таких как риформинг, для нагрева технологической текучей среды перед ее реакцией в реакционной зоне или реакторе для риформинга. Как правило, пламенные нагреватели или печи содержат зону радиационного пламенного нагрева для нагрева текучей среды, причем конвекционную секцию используют для другой операции, такой как генерирование пара. Каждая секция содержит трубы, которые содержат технологическую текучую среду, протекающую через нагреватель. Узел пламенного нагревателя с U-образной трубой является дорогостоящей основной составляющей каталитического риформинга. Эта конструкция U-образной трубы сочетает в себе несколько ключевых преимуществ, включая: (a) низкий перепад давления в змеевике, (b) гибкость рабочих характеристик между камерами, (c) способность объединять множество камер с общей системой рекуперации тепла и (d) контроль диапазона изменений, который защищает расположенный ниже по потоку пластинчатый теплообменник от резких изменений температуры.
Типичные конструкции для процесса риформинга обладают разработанными техническими характеристиками для многих камер пламенного нагревателя для обеспечения одинаковой температуры канала на каждой ступени реакции.
Однако с учетом возрастающих затрат на топливо традиционные конструкции имеют недостатки. В частности, генерирование пара с помощью конвекционных секций не является оптимальным, поскольку пар обеспечивается в других зонах установок по переработке углеводородов. Вместо этого тепло от топлива, сжигаемого в зоне радиационного пламенного нагрева, может быть лучше сконцентрировано при увеличении теплосодержания при переработке углеводородов.
Соответственно, был разработан способ переработки углеводородов с использованием конвекционных секций в тепловые потоки углеводородов. Например, в патенте США № 9 206358 описан способ нагрева потока сырья в конвекционном блоке. Поток сырья вступает в реакцию в первой реакционной зоне с образованием первого выходящего потока. Первый выходящий поток нагревают в первой радиационной камере, в которой сжигается топливный газ для нагрева первого выходящего потока и образуется первый отходящий газ. Способ включает в себя приведение в контакт первого отходящего газа с конвекционным блоком для нагрева потока сырья. Однако этот способ не позволяет эффективно контролировать температуру нагревателя сырья на выходе, что приводит к снижению общего выхода в результате выполнения процесса в первом реакторе.
Таким образом, существует потребность в способах и устройствах, содержащих конвекционную секцию, которая производительно и эффективно обеспечивает контроль температуры и более равномерный и постоянный профиль температуры внутри нагревателя.
Изложение сущности изобретения
Как отмечалось выше, были предложены устройства и способы, которые обеспечивают контроль температуры и более равномерный и постоянный профиль температуры в нагревателе, в частности в конвекционной секции нагревателя. В настоящем изобретении по существу сочетают рециркуляционный гасящий поток с отходящими газами радиационной секции, поступающими в конвекционную секцию. Гасящий газ или охлаждающий газ может представлять собой рециркулируемый отходящий газ, имеющий более низкую температуру, но более высокую плотность и скорость. Это обеспечивает контроль температуры и более равномерный профиль температуры в нагревателе. Таким образом, повышается эффективность гасящего пара, что позволяет уменьшить размеры оборудования, необходимого для управления гасящим паром.
Соответственно, настоящее изобретение может быть по существу описано как обеспечение способа управления нагревом технологической текучей среды путем: пропускания первой части первого потока газа в первый канал из первого множества каналов; пропускания второй части первого потока газа во второй канал из первого множества каналов, причем второй канал расположен рядом с первым каналом; смешивания первой и второй частей первого потока газа в конвекционной секции для нагрева технологической текучей среды в канале в конвекционной секции; и пропускания первого потока охлаждающего газа по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом и вторым каналом для обеспечения равномерного смешивания газов. Первый поток газа может представлять собой излучающий отходящий газ. Первый поток газа может иметь температуру около 650–982°C (1200–1800 °F) или около 788–871°C (1450–1600 °F). Первый поток охлаждающего газа может иметь температуру около 10–260°C (50–500°F) или около 120–200°C (250–400°F). Первая и вторая части первого потока газа могут пропускаться в первый и второй каналы соответственно в относительно вертикальном направлении. Первый поток охлаждающего газа может пропускаться по меньшей мере в одно отверстие в относительно горизонтальном направлении. По меньшей мере одно отверстие расположено между первым каналом и вторым каналом. Способ может также включать в себя: пропускание первой части второго потока газа в первый канал из второго множества каналов; пропускание второй части второго потока газа во второй канал из второго множества каналов, причем второй канал расположен рядом с первым каналом; смешивание первой и второй частей второго потока газа во второй конвекционной секции для нагрева технологической текучей среды в трубопроводе во второй конвекционной секции; и пропускание второго потока охлаждающего газа по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом и вторым каналом из второго множества каналов для обеспечения равномерного смешивания газов. Второй поток газа может представлять собой излучающий отходящий газ. Трубопровод может проходить между двумя конвекционными секциями, и поток охлаждающего газа может пропускаться через трубопровод, а второй поток охлаждающего газа может представлять собой часть потока охлаждающего газа.
Настоящее изобретение также может быть описано как обеспечение способа управления нагревом технологической текучей среды путем: пропускания первой части первого излучающего отходящего газа в первый канал из первого множества каналов; пропускания второй части первого излучающего отходящего газа во второй канал из первого множества каналов, причем второй канал из первого множества каналов расположен рядом с первым каналом из первого множества каналов; смешивания первой и второй частей первого излучающего отходящего газа в первой конвекционной секции для нагрева технологической текучей среды в трубопроводе в первой конвекционной секции; пропускания первой части второго излучающего отходящего газа в первый канал из второго множества каналов; пропускания второй части второго излучающего отходящего газа во второй канал из второго множества каналов, причем второй канал из второго множества каналов расположен рядом с первым каналом из второго множества каналов; смешивания первой и второй частей второго излучающего отходящего газа во второй конвекционной секции для нагрева технологической текучей среды в трубопроводе во второй конвекционной секции; пропускания первого потока охлаждающего газа по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом и вторым каналом из первого множества каналов; и пропускания второго потока охлаждающего газа по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом и вторым каналом из второго множества каналов. Каждый из первого и второго излучающих отходящих газов может иметь температуру около 650–982°C (1200–1800 °F) или приблизительно 788–871°C (1450–1600 °F). Температура охлаждающего газа может составлять около 10–260°C (50–500°F) или около 120–200°C (250–400°F). Первая и вторая части первого излучающего отходящего газа могут пропускаться в первый канал из первого множества каналов и во второй канал из первого множества каналов соответственно в относительно вертикальном направлении. Первая и вторая части второго излучающего отходящего газа могут пропускаться в первый канал из второго множества каналов и во второй канал из второго множества каналов соответственно в относительно вертикальном направлении. Первый поток охлаждающего газа может пропускаться по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом из первого множества каналов и вторым каналом из первого множества каналов в относительно горизонтальном направлении. Второй поток охлаждающего газа может пропускаться по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом из второго множества каналов и вторым каналом из второго множества каналов в относительно горизонтальном направлении.
Настоящее изобретение может быть дополнительно описано как обеспечение устройства для переработки потока углеводородов, содержащего: первый канал, выполненный с возможностью приема первой части первого излучающего отходящего газа; второй канал, выполненный с возможностью приема второй части первого излучающего отходящего газа; конвекционную секцию, расположенную над первым и вторым каналами, причем первый и второй каналы выполнены с возможностью высвобождения первой и второй частей первого излучающего отходящего газа в конвекционную секцию так, что первая и вторая части первого излучающего отходящего газа смешиваются; и распределительный трубопровод, выполненный с возможностью нагнетания охлаждающего газа в часть конвекционной секции между первым каналом и вторым каналом.
В одном или более аспектах в настоящем изобретении предложен способ переработки потока углеводородов, включающий пропускание первого потока газа в первое множество каналов; пропускание второго потока газа во второе множество каналов; смешивание первого потока газа и второго потока газа в конвекционной секции; пропускание первого потока отходящего газа в первое множество отверстий между первым множеством каналов, что обеспечивает равномерное смешивание газов; и пропускание второго потока отходящего газа во второе множество отверстий между вторым множеством каналов, что обеспечивает равномерное смешивание газов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первый поток газа содержит свежий газ, рециркулируемую часть первого отработанного газа или их комбинацию. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока газа и второго потока газа составляет от около 700°C до около 900°C (от около 1290°F до около 1650°F), причем средневзвешенное значение составляет приблизительно 800°C (около 1470°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока отходящего газа и второго потока отходящего газа составляет от около 600°C до около 800°C (от около 1110°F до около 1470°F), причем средневзвешенное значение составляет приблизительно 700°C (около 1290°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором в каждом стояке имеется три отверстия, причем стояк представляет собой пространство между опорами для труб. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором между каждым каналом может быть от одного до четырех отверстий. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первое множество каналов содержит семь каналов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором второе множество каналов содержит семь каналов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором отверстия могут быть расположены между каждым каналом. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, который дополнительно включает в себя по меньшей мере одно из следующего: определение по меньшей мере одного параметра процесса и формирование сигнала или данных по результатам определения; формирования и передачи сигнала; или формирования и передачи данных.
В некоторых аспектах в настоящем изобретении предложено устройство для переработки потока углеводородов, содержащее трубопровод, выполненный с возможностью пропускания первого потока газа в первое множество каналов; трубопровод, выполненный с возможностью пропускания второго потока газа во второе множество каналов; смеситель, смешивающий первый поток газа и второй поток газа в конвекционной секции; трубопровод, выполненный с возможностью пропускания первого потока отходящего газа в первое множество отверстий между первым множеством каналов, что обеспечивает равномерное смешивание газов; и трубопровод, выполненный с возможностью пропускания второго потока отходящего газа во второе множество отверстий между вторым множеством каналов, что обеспечивает равномерное смешивание газов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первый поток газа содержит свежий газ, рециркулируемую часть первого отработанного газа или их комбинацию. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока газа и второго потока газа составляет от около 700°C до около 900°C (от около 1290°F до около 1650°F), причем средневзвешенное значение составляет приблизительно 800°C (около 1470°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока отходящего газа и второго потока отходящего газа составляет от около 600°C до около 800°C (от около 1110°F до около 1470°F), причем средневзвешенное значение составляет приблизительно 700°C (около 1290°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором в каждом стояке имеется три отверстия, причем стояк представляет собой пространство между опорами для труб. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором между каждым каналом может быть от одного до четырех отверстий. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первое множество каналов содержит 7 каналов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором второе множество каналов содержит 7 каналов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором отверстия могут быть расположены между каждым каналом. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно содержащих по меньшей мере одно из следующего: датчик, расположенный в некотором месте для определения по меньшей мере одного параметра; передатчик; и вычислительное устройство.
Определения
Используемые в настоящем документе термины «поток», «сырье», «продукт», «часть» или «доля» могут включать в себя различные углеводородные молекулы, такие как неразветвленные и разветвленные, или циклические алканы, алкены, алкадиены и алкины, и необязательно другие вещества, такие как газы, например водород, или примеси, такие как тяжелые металлы, а также соединения серы и азота. Каждый из вышеуказанных терминов может также включать в себя ароматические и неароматические углеводороды.
Углеводородные молекулы могут сокращенно обозначаться C1, C2, C3, Cn, где «n» представляет собой число атомов углерода в одной или более углеводородных молекулах, или же сокращение может использоваться в качестве прилагательного, например, для неароматических веществ или соединений. Аналогичным образом, ароматические соединения могут сокращенно обозначаться A6, A7, A8, An, где «n» представляет собой число атомов углерода в одной или более ароматических молекулах. Более того, вместе с сокращенным обозначением одного или более углеводородов может использоваться надстрочный знак «+» или «-», например C3+ или C3-, что включает в себя сокращение одного или более углеводородов. В качестве примера, сокращение «С3+» означает одну или более углеводородных молекул c тремя или более атомами углерода.
При использовании в настоящем документе термин «зона» может относиться к объекту, включающему в себя одну или более единиц оборудования и/или одну или более подзон. Единицы оборудования могут включать в себя, без ограничений, один или более реакторов или реакционных емкостей, сепарационных емкостей, ректификационных колонн, нагревателей, теплообменников, труб, насосов, компрессоров и контроллеров. Кроме того, единица оборудования, такая как реактор, осушитель или сосуд, может дополнительно включать в себя одну или более зон или подзон.
Краткое описание графических материалов
В графических материалах представлено следующее:
на фиг. 1A представлен схематический вид спереди в перспективе устройства для нагрева потока сырья в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 1B представлен вид сверху части устройства, показанного на фиг. 1A; и
на фиг. 1C представлен вид спереди и сбоку в перспективе части устройства, показанного на фиг. 1A.
Подробное описание изобретения
В графических материалах проиллюстрирован вариант осуществления способа и устройства для переработки углеводородов, применяемых в процессе каталитического риформинга. Графические материалы представлены исключительно в целях иллюстрации и не предназначены для ограничения объема формулы изобретения, изложенной ниже. Кроме того, в графических материалах показано только оборудование и линии, необходимые для понимания различных вариантов осуществления, изложенных в настоящем документе, и не показано оборудование, такое как насосы, компрессоры, теплообменники и клапаны, которые не являются необходимыми для понимания способа и устройства, заявленных в настоящем документе, и которые хорошо известны специалистам в области переработки углеводородов.
На фиг. 1A показано устройство 10 в соответствии с различными аспектами настоящего изобретения. Устройство 10 содержит первое множество каналов 12 и второе множество каналов 14. В примере, проиллюстрированном на фиг. 1A, содержится семь каналов 12 в первом множестве и семь каналов 14 во втором множестве. Однако количество каналов 12, 14 в каждом множестве может быть различным в зависимости от размера конфигурации устройства 10. Например, первое множество каналов 12 может содержать от трех до десяти каналов 12. Аналогичным образом, второе множество каналов 14 может содержать от трех до десяти каналов 12.
Каждый из каналов 12, 14 из каждого множества каналов принимает поток 16, 18 газа из радиационной секции одного или более нагревателей (не показаны), которые могут быть расположены, например, под каналами 12, 14. Нагреватели не показаны и подробно не описаны в настоящем документе, но более подробно описаны в патенте США № 9 206 358. Для ясности на фиг. 1A показаны только самые передние каналы 12, 14, через которые поступают первый и второй потоки 16, 18 газа соответственно. В примере, проиллюстрированном на фиг. 1A, первый поток 16 газа и второй поток 18 газа содержат отходящие газы из радиационной секции нагревателя, т. е. излучающие отходящие газы. По каждому из каналов 12, 14 соответствующие потоки 16, 18 газа поднимаются и поступают в конвекционную секцию 20 устройства. В изображенном варианте осуществления конвекционная секция 20 содержит две части 20a, 20b, причем одна часть 20a, 20b расположена над каждым из множеств каналов 12, 14.
В первой конвекционной секции 20a первый поток 16 газа из каждого из первых каналов 12 могут смешивать и использовать для нагрева технологических труб (не показаны), проходящих через конвекционную секцию 20a над первыми каналами 12. Аналогичным образом, второй поток 18 газа из каждого из вторых каналов 14 могут смешивать и использовать для нагрева технологических труб (не показаны), проходящих через конвекционную секцию 20b над вторыми каналами 14. Трубы в конвекционных секциях 20a, 20b более подробно описаны в патенте США № 9 206 358. Как описано выше, настоящее изобретение относится к обеспечению более последовательного и прогнозируемого профиля температуры вдоль длины труб (т. е. между отдельными каналами 12, 14 в пределах каждого из множеств).
Соответственно, как показано на фиг. 1A, канал 22 для охлаждающего газа проходит между двумя каналами 12, 14, которые распределяют охлаждающий газ в каждую из конвекционных секций 20a, 20b. По сравнению с газом в первом и втором потоках 16, 18 газа охлаждающий газ имеет более низкую температуру, более высокую плотность и более высокую скорость. Между конвекционными секциями 20a, 20b и каналом 22 для охлаждающего газа проходят распределительные трубопроводы 24, которые переносят охлаждающий газ из канала 22 для охлаждающего газа в конвекционные секции 20a, 20b.
Как показано на фиг. 1B, распределительные трубопроводы 24 проходят параллельно каналам 12, 14. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 1B, для каждого множества каналов 12, 14 предусмотрено двенадцать распределительных трубопроводов 24. Однако предполагают, что для распределения охлаждающего газа при необходимости можно использовать любое количество распределительных трубопроводов 24, которое может зависеть от пространства между смежными каналами.
Предполагают, что могут присутствовать устройства 26 управления потоком, такие как клапаны или задвижки распределительных трубопроводов 24. Устройства 26 управления потоком обеспечивают баланс между отходящим газом, протекающим вертикально вверх, и охлаждающим газом, протекающим горизонтально (см. пунктирные стрелки на фиг. 1B). В предпочтительном варианте осуществления распределительные трубопроводы 24 имеют размер, позволяющий принимать рециркулируемый отходящий газ, скорость которого составляет от около 5 футов/секунду до около 50 футов/секунду.
На фиг. 1C представлены только первое множество каналов 12 и первая конвекционная секция 20 A, чтобы показать, что устройство 10 содержит отверстия 28 для нагнетания охлаждающего газа из распределительных трубопроводов 24 (фиг. 1A, 1B). Было обнаружено, что расположение отверстий 28 имеет особое преимущество, когда отверстия 28 расположены между смежными каналами 12 на полу, или в нижней части, конвекционной секции 20a. Хотя также предполагают, что отверстия 28 могут быть расположены, например, в самих каналах 12 в верхней части в непосредственной близости от конвекционной секции 20a. Как отмечалось выше, особое преимущество изображенного расположения заключается в обеспечении относительно равномерного и постоянного профиля по горизонтальному уровню устройства 10.
Как показано на фиг. 1C, между каждым множеством смежных каналов 12 имеются два отверстия 28. Это приведено только в качестве примера, и количество отверстий 28 может представлять собой любое количество по мере необходимости, которое может зависеть от расстояния между смежными каналами и предпочтительно должно быть таким же, как количество распределительных трубопроводов 24. Было обнаружено, что два отверстия 28 являются особенно предпочтительными в некоторых конфигурациях устройства 10.
В соответствии с изображенной конфигурацией охлаждающий газ вводят в части 30 конвекционной секции 20a между выпускными отверстиями 32 каналов для конвекционной секции 20a. Такая конструкция позволяет избежать значительного неправильного распределения скорости излучающего газа при прохождении. Основная выявленная причина этого состоит в различиях плотности между смешиваемыми газами и низкими скоростями смешивания. Было обнаружено, что количество и скорость газов, пропускаемых в этих входных каналах, играют важную роль в обеспечении надлежащего смешивания. Кроме того, высокие скорости на входе распределителя служат для предварительного смешивания газов на входе в конвекционную секцию.
В частности, считают, что смешивание пропускаемого с низкой скоростью газа низкой плотности, протекающего вертикально (потоки 16, 18 газа), с пропускаемым с высокой скоростью газом высокой плотности, протекающим горизонтально (охлаждающий газ), обеспечивает описанные выше преимущества. Однако, как правило, при узкой горизонтальной длине смешивания в таком устройстве неожиданно было обнаружено, что настоящее устройство обеспечивает достаточное смешивание.
Предпочтительные признаки первого и вторых потоков 16, 18 газа и охлаждающего газа показаны ниже в таблице 1.
Таблица 1
Охлаждающий газ
Первый и второй потоки газа (излучающий отходящий газ)
Диапазон температур,°C (°F)
10–260°C (50–500 ° F)120–200°C (250–400 °F) (предпочтительно)
650–982°C (1200–1800 °F)788–871°C (1450–1600 °F) (предпочтительно)
Диапазон плотности, кг/м<sup>3</sup>(фунт/фут<sup>3</sup>)
0,32–2,4 кг/м<sup>3</sup> (0,02–0,15 фунта/фут<sup>3</sup>)0,64–1,3 кг/м<sup>3</sup> (0,04–0,08 фунта/фут<sup>3</sup>) (предпочтительно)
0,16–0,80 кг/м<sup>3</sup> (0,01–0,05 фунта/фут<sup>3</sup>)0,16–0,48 кг/м<sup>3</sup> (0,01–0,03 фунта/фут<sup>3</sup>) (предпочтительно)
Диапазон скоростей м/с (футов/с)
0,3–15 м/с (1–50 футов/с)3,0–9,1 м/с (10–30 футов/с) (предпочтительно)
0,3–15 м/с (1–50 футов/с)1,5–6,1 м/с (5–20 футов/с) (предпочтительно)
Угол от вертикали
от +45° до +135°от 70° до +110° (предпочтительно)
от -45° до +45°от -12° до +12° (предпочтительно)
Специалисту в данной области техники будет понятно, что по меньшей мере некоторые из этих признаков, приведенных в таблице 1, будут зависеть от физического размещения конвекционной секции.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Например, считают, что эти предпочтительные диапазоны, в частности, применимы к обычной секции с шириной (расстоянием от около 1 метра до 10,5 метра (от 3 футов до 35 футов)), измеренной перпендикулярно трубам конвекционной секции (например, расстояние, измеренное слева направо от 20a на фиг. 1A). Соответственно, в различных вариантах осуществления отношение скорости на впуске охлаждающего газа к ширине конвекционной секции может составлять от 0,1 с до 17 с, предпочтительно от 0,8 с до 10 с. Кроме того, отношение первого и вторых потоков 16, 18 газа к ширине конвекционной секции может составлять от 0,05 с до 0,9 с, предпочтительно от 0,1 с до 0,5 с.
В вышеупомянутых вариантах осуществления показаны два множества каналов 12, 14; однако предполагают, что устройство 10 содержит только одно множество каналов.
Как описано в настоящем документе, предложены устройство и способ нагрева потока углеводородов для переработки. В иллюстративных вариантах осуществления описаны устройство и способ для процессов каталитического риформинга, хотя в любом подходящем устройстве и способе переработки углеводородов можно использовать способ нагрева, описанный в настоящем документе. Хотя описанные выше варианты осуществления могут быть разработаны для нового устройства переработки углеводородов, следует понимать, что описанные признаки могут быть реализованы во время модернизации существующего устройства.
Любые из упомянутых выше трубопроводов, каналов, блоков, отдельных устройств, сосудов, окружающего пространства, зон и т. п. могут быть оборудованы одним или более компонентами мониторинга, включая датчики, измерительные устройства, устройства считывания данных или устройства передачи данных. Результаты измерения сигналов, процесса или состояния, а также данные от компонентов мониторинга могут быть использованы для отслеживания условий внутри технологического оборудования, а также вокруг него и на его поверхности. Сигналы, результаты измерений и/или данные, сформированные или зарегистрированные компонентами мониторинга, могут быть собраны, обработаны и/или переданы через одну или более сетей или соединений, которые могут быть защищенными или открытыми, общими или выделенными, прямыми или непрямыми, проводными или беспроводными, шифрованными или без шифрования и/или представлять собой их комбинацию (-и); данное описание в этом отношении не устанавливает никаких ограничений. Сигналы, измерения и/или данные, сформированные или зарегистрированные компонентами мониторинга, могут быть переданы на одно или более вычислительных устройств или систем.
Вычислительные устройства или системы могут включать в себя по меньшей мере один процессор и память, хранящую машиночитаемые инструкции, которые при исполнении по меньшей мере одним процессором приводят к выполнению одним или более вычислительными устройствами процесса, который может включать одну или более стадий. Например, одно или более вычислительных устройств могут быть выполнены с возможностью приема от одного или более компонентов мониторинга, данных, относящихся к по меньшей мере одному компоненту оборудования, связанного со способом. Одно или более вычислительных устройств или систем могут быть выполнены с возможностью анализа данных. На основании анализа данных одно или более вычислительных устройств или систем могут быть выполнены с возможностью определения одной или более рекомендуемых корректировок для одного или более параметров одного или более способов, описанных в настоящем документе. Одно или более вычислительных устройств или систем могут быть выполнены с возможностью передачи зашифрованных или незашифрованных данных, которые включают в себя одну или более рекомендуемых корректировок одного или более параметров одного или более способов, описанных в настоящем документе.
В частности, можно контролировать один или более датчиков температуры, связанных с трубами, конвекционной секцией или любой другой секцией, а поток охлаждающего газа можно регулировать для увеличения или уменьшения количества охлаждающего газа, нагнетаемого в конвекционную секцию, для обеспечения в ней требуемой температуры.
Хотя в приведенном выше подробном описании был представлен по меньшей мере один пример осуществления, следует понимать, что существует большое число его вариантов. Следует также понимать, что иллюстративный вариант осуществления или иллюстративные варианты осуществления являются лишь примерами и не предназначены для ограничения каким-либо образом объема, применимости или конфигурации заявленного предмета изобретения. Представленное выше подробное описание, скорее, предоставит специалистам в данной области техники удобную концепцию для реализации того или иного иллюстративного варианта осуществления или вариантов осуществления. Следует понимать, что в функции и конструкции элементов, описанных в том или ином иллюстративном варианте осуществления, можно вносить различные изменения без отступления от объема, как указано в приложенной формуле изобретения.
Конкретные варианты осуществления
Хотя приведенное ниже описание относится к конкретным вариантам осуществления, следует понимать, что настоящее описание предназначено для иллюстрации, а не ограничения объема предшествующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
Первый вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ переработки потока углеводородов, причем способ включает в себя пропускание первого потока газа в первое множество каналов; пропускание второго потока газа во второе множество каналов; смешивание первого потока газа и второго потока газа в конвекционной секции; пропускание первого потока отходящего газа в первое множество отверстий между первым множеством каналов, что обеспечивает равномерное смешивание газов; и пропускание второго потока отходящего газа во второе множество отверстий между вторым множеством каналов, что обеспечивает равномерное смешивание газов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первый поток газа содержит свежий газ, рециркулируемую часть первого отработанного газа или их комбинацию. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока газа и второго потока газа составляет от около 700°C до около 900°C (от около 1290°F до около 1650°F), причем средневзвешенное значение составляет приблизительно 800°C (около 1470°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока отходящего газа и второго потока отходящего газа составляет от около 600°C до около 800°C (от около 1110°F до около 1470°F), причем средневзвешенное значение составляет приблизительно 700°C (около 1290°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором в каждом стояке имеется три отверстия, причем стояк представляет собой пространство между опорами для труб. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором между каждым каналом может быть от одного до четырех отверстий. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первое множество каналов содержит семь каналов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором второе множество каналов содержит семь каналов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором отверстия могут быть расположены между каждым каналом. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, который дополнительно включает в себя по меньшей мере одно из следующего: определение по меньшей мере одного параметра процесса и формирование сигнала или данных по результатам определения; формирования и передачи сигнала; или формирования и передачи данных.
Второй вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой устройство для переработки потока углеводородов, содержащее трубопровод, выполненный с возможностью пропускания первого потока газа в первое множество каналов; трубопровод, выполненный с возможностью пропускания второго потока газа во второе множество каналов; смеситель, смешивающий первый поток газа и второй поток газа в конвекционной секции; трубопровод, выполненный с возможностью пропускания первого потока отходящего газа в первое множество отверстий между первым множеством каналов, что обеспечивает равномерное смешивание газов; и трубопровод, выполненный с возможностью пропускания второго потока отходящего газа во второе множество отверстий между вторым множеством каналов, что обеспечивает равномерное смешивание газов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первый поток газа содержит свежий газ, рециркулируемую часть первого отработанного газа или их комбинацию. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока газа и второго потока газа составляет от около 700°C до около 900°C (от около 1290°F до около 1650°F), причем средневзвешенное значение составляет приблизительно 800°C (около 1470°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока отходящего газа и второго потока отходящего газа составляет от около 600°C до около 800°C (от около 1110°F до около 1470°F), причем средневзвешенное значение составляет приблизительно 700°C (около 1290°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором в каждом стояке имеется три отверстия, причем стояк представляет собой пространство между опорами для труб. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором между каждым каналом может быть от одного до четырех отверстий. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первое множество каналов содержит семь каналов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором второе множество каналов содержит семь каналов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором отверстия могут быть расположены между каждым каналом. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно содержащих по меньшей мере одно из следующего: датчик, расположенный в некотором месте для определения по меньшей мере одного параметра; передатчик; и вычислительное устройство.
Третий вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ управления нагреванием технологической текучей среды, причем способ включает в себя пропускание первой части первого потока газа в первый канал из первого множества каналов; пропускания второй части первого потока газа во второй канал из первого множества каналов, причем второй канал расположен рядом с первым каналом; смешивания первой и второй частей первого потока газа в конвекционной секции для нагрева технологической текучей среды в канале в конвекционной секции; и пропускания первого потока охлаждающего газа по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом и вторым каналом для обеспечения равномерного смешивания газов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первый поток газа содержит излучающий отходящий газ. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока газа составляет около 650–982°C (1200–1800°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока газа составляет около 788–871°C (1450–1600°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока охлаждающего газа составляет около 10–260°C (50–500°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура первого потока охлаждающего газа составляет около 120–200°C (250–400°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первую и вторую части первого потока газа пропускают в первый и второй каналы соответственно в относительно вертикальном направлении. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первый поток охлаждающего газа пропускают по меньшей мере в одно отверстие в относительно горизонтальном направлении. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором по меньшей мере одно отверстие расположено между первым каналом и вторым каналом. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включающий в себя пропускание первой части второго потока газа в первый канал из второго множества каналов. пропускание второй части второго потока газа во второй канал из второго множества каналов, причем второй канал расположен рядом с первым каналом; смешивание первой и второй частей второго потока газа во второй конвекционной секции для нагрева технологической текучей среды в трубопроводе во второй конвекционной секции; и пропускание второго потока охлаждающего газа по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом и вторым каналом из второго множества каналов для обеспечения равномерного смешивания газов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором второй поток газа содержит излучающий отходящий газ. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором трубопровод проходит между двумя конвекционными секциями, и при этом поток охлаждающего газа проходит через трубопровод, и при этом второй поток охлаждающего газа содержит часть потока охлаждающего газа.
Четвертый вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ управления нагревом технологической текучей среды, причем способ включает в себя: пропускание первой части первого излучающего отходящего газа в первый канал из первого множества каналов; пропускание второй части первого излучающего отходящего газа во второй канал из первого множества каналов, причем второй канал из первого множества каналов расположен рядом с первым каналом из первого множества каналов; смешивание первой и второй частей первого излучающего отходящего газа в первой конвекционной секции для нагрева технологической текучей среды в трубопроводе в первой конвекционной секции; пропускание первой части второго излучающего отходящего газа в первый канал из второго множества каналов; пропускание второй части второго излучающего отходящего газа во второй канал из второго множества каналов, причем второй канал из второго множества каналов расположен рядом с первым каналом из второго множества каналов; смешивание первой и второй частей второго излучающего отходящего газа во второй конвекционной секции для нагрева технологической текучей среды в трубопроводе во второй конвекционной секции; пропускание первого потока охлаждающего газа по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом и вторым каналом из первого множества каналов; и пропускание второго потока охлаждающего газа по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом и вторым каналом из второго множества каналов. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до четвертого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура и первого, и второго излучающих отходящих газов составляет около 650–982°C (1200–1800°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до четвертого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура и первого, и второго излучающих отходящих газов составляет около 788–871°C (1450–1600°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до четвертого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура охлаждающего газа составляет около 10–260°C (50–500°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до четвертого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором температура охлаждающего газа составляет около 120–200°C (250–400°F). Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до четвертого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первую и вторую части первого излучающего отходящего газа пропускают в первый канал из первого множества каналов и второй канал из первого множества каналов соответственно в относительно вертикальном направлении; и при этом первую и вторую части второго излучающего отходящего газа пропускают в первый канал из второго множества каналов и во второй канал из второго множества каналов соответственно в относительно вертикальном направлении. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до четвертого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором первый поток охлаждающего газа пропускают по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом из первого множества каналов и вторым каналом из первого множества каналов в относительно горизонтальном направлении, и при этом второй поток охлаждающего газа пропускают по меньшей мере в одно отверстие между первым каналом из второго множества каналов и вторым каналом из второго множества каналов в относительно горизонтальном направлении.
Пятый вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой устройство для переработки потока углеводородов, содержащее первый канал, выполненный с возможностью приема первой части первого излучающего отходящего газа; второй канал, выполненный с возможностью приема второй части первого излучающего отходящего газа; конвекционную секцию, расположенную над первым и вторым каналами, причем первый и второй каналы выполнены с возможностью высвобождения первой и второй частей первого излучающего отходящего газа в конвекционную секцию так, что первая и вторая части первого излучающего отходящего газа смешиваются; и распределительный трубопровод, выполненный с возможностью нагнетания охлаждающего газа в часть конвекционной секции между первым каналом и вторым каналом.
Без дополнительной проработки считается, что с использованием предшествующего описания специалист в данной области может в полной мере использовать настоящее изобретение и легко устанавливать основные характеристики настоящего изобретения, чтобы без отступления от его сущности и объема вносить в изобретение различные изменения и модификации и адаптировать его к различным вариантам применения и условиям. Таким образом, предшествующие предпочтительные конкретные варианты осуществления следует рассматривать как исключительно иллюстративные, не накладывающие каких-либо ограничений на остальную часть описания и охватывающие различные модификации и эквивалентные конструкции, входящие в объем прилагаемой формулы изобретения.
Если не указано иное, в приведенном выше описании все температуры представлены в градусах по шкале Цельсия, а все доли и процентные значения даны по массе.