ОГНЕВОЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРОЦЕССА КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДОВ
FLAME HEATER FOR IMPLEMENTATION OF HYDROCARBON CONVERSION PROCESS

Уровень техники
В процессах конверсии углеводородов часто используется множество зон реакции, через которые последовательным потоком проходят углеводороды. Каждая зона реакции часто имеет особые требования к конструкции. Минимальным требованием к конструкции каждой зоны реакции является гидравлическая мощность с целью прохождения требуемого количества углеводородов через группу зон реакции. Дополнительным требованием к конструкции каждой зоны реакции является достаточный нагрев для осуществления заданной степени конверсии углеводородов.
Хорошо известным способом конверсии углеводородов является каталитический риформинг. В общем, каталитический риформинг является общепринятым способом конверсии углеводородов, используемым в нефтеперерабатывающей промышленности для повышения октанового числа углеводородного сырья; первичным продуктом риформинга является компонент смешения автомобильного бензина или источник ароматических углеводородов для нефтепродуктов. Риформинг может быть определен как суммарный эффект, который производят дегидрогенизация циклогексанов и дегидроизомеризация алкилциклопентанов для получения ароматических углеводородов, дегидрогенизация парафинов для получения олефинов, дегидроциклизация парафинов и олефинов для получения ароматических углеводородов, изомеризация n-парафинов, изомеризация алкилциклопарафинов для получения циклогексанов, изомеризация замещенных ароматических углеводородов и гидрокрекинг парафинов. Сырье для риформинга может представлять собой продукт гидрокрекинга, прямогонный вакуумный газойль, продукт крекинга с псевдоожиженным катализатором (FCC) или нафту коксования и может содержать многие другие компоненты, такие как конденсат нафты или нафта термического крекинга.
Для проведения способов конверсии углеводородов, таких как риформинг, часто используются нагреватели или печи с целью нагрева технологической текучей среды, прежде чем она вступит в реакцию. В общем, огневые нагреватели или печи включают в себя всю радиантную зону огневого нагрева для нагрева текучей среды с используемой при необходимости конвекционной секцией, используемой для других целей, например, для производства пара. Другие огневые нагреватели могут иметь начальную конвекционную секцию, за которой последовательно расположена радиантная секция. Расположение конвекционной секции в начале конструкции позволяет технологической текучей среде извлекать больше тепла из дымового газа, поскольку, обычно, конвекционная секция имеет более низкую температуру по сравнению с радиантной секцией нагревателя. Кроме того, обе эти конструкции нагревателя можно применять для нагревателей сырья и промежуточных нагревателей. Каждая секция включает в себя трубы для технологической текучей среды, протекающей через нагреватель.
Однако эти традиционные конструкции имеют недостатки. Иногда установка конверсии ограничивается нагревателем, если усиление горения в нагревателе приводит к повышению температуры радиантных и/или конвекционых труб до максимальной предельной температуры стенки трубы. Если производительность нагревателя ограничивается максимальной температурой стенки трубы, может быть ограничена производительность всей установки конверсии.
Кроме того, в общем, существуют три проблемы, связанные с эксплуатацией нагревателя при максимальной или близкой к максимальной температуре стенок трубы. Во-первых, высокие температуры стенок трубы увеличивают тенденцию дымового газа к окислению на поверхностях труб, что ведет к образованию окалины, которая снижает энергетический кпд нагревателя. Во-вторых, высокие температуры стенок трубы, в особенности это касается первых двух реакторов, используемых для осуществления способа конверсии, такого как риформинг, могут привести к крекингу сырья, снижая выход. В-третьих, дополнительная сложность состоит в том, что нагреватели риформинга также подвержены катализируемому металлом коксованию в трубах огневого нагревателя при повышенных температурах. Катализируемое металлом коксование может привести к остановке установки риформинга с целью выполнения технического обслуживания для удаления отложений кокса в реакторах из-за катализируемого металлом образования кокса в трубах огневого нагревателя. Следовательно, весьма желательно, чтобы температуры стенок труб были более низкими.
В отношении проблем коксования, связанных с высокими температурами стенок труб, существуют несколько решений, при этом каждое из них имеет свои недостатки:
a) может вводиться сера, которая замедляет образование кокса, но это решение, в общем, уменьшает производительность установки риформинга и может не потребоваться при обработке некоторых видов сырья, которые не имеют тенденции к коксованию;
b) радиантные трубы могут быть заменены трубами из других сплавов, которые могут обеспечить повышение максимально допустимой температуры стенок труб нагревателя, но эти сплавы являются более дорогостоящими;
c) нагреватель может быть расширен за счет большего количества труб и/или горелок для увеличения площади поверхности, но расширение нагревателя обычно связано с большими расходами; и
d) нагреватель может быть добавлен к группе нагревателей с целью обеспечить выполнение некоторых из требуемых функций, поэтому размер существующего нагревателя может быть уменьшен. Однако добавление нагревателя обычно также связано с большими расходами.
Очень важно, чтобы конструкция огневых нагревателей обеспечивала максимально возможное равномерное распределение текучей среды от коллектора по группе параллельных труб нагревателя. Существуют проблемы, связанные с неравномерным распределением текучей среды по трубам нагревателя. Например, конечная температура способа по всему нагревателю ограничивается трубой, температура которой поднимается до наиболее высокой температуры стенок трубы. Если бы первая труба имела более высокий расход текучей среды, чем последняя труба, то последняя труба достигала бы верхнего предела температуры стенок трубы до того, как первая труба достигала бы верхнего предела.
Кроме того, иногда установки конверсии восстанавливают во время остановок для повышения производительности установок. Высокие температуры стенок труб огневых нагревателей могут ограничивать потенциальное увеличение интенсивности подачи или повышение октанового числа нефтепродуктов в отношении установок конверсии, таких как установки риформинга. Такие ограничения температуры стенок труб могут приводить к установке больших и дорогостоящих компонентов огневого нагревателя. Такие элементы огневого нагревателя могут составлять 20-25% оценочной стоимости установки конверсии, например, установки риформинга.
При проектировании огневого нагревателя для применения в новом процессе размер коллекторов, диаметр труб нагревателя и другие конструктивные параметры выбираются таким образом, чтобы они наилучшим образом соответствовали процессу. Однако во время восстановительного ремонта вводится множество новых конструктивных параметров, или изменение параметров может привести к значительному удорожанию. Например, одновременное изменение размера коллектора и диаметра трубы требует больших расходов. Кроме того, существующие способы анализа могут выявить проблемы, которые ранее оставались незамеченными, Например, если бы отношение падения давления в трубах нагревателя к падению давления в коллекторе было бы выше нормированного значения, общей инженерно-технической практикой было бы предположить при этих условиях, что достигнуто равномерное распределение. Однако существующие в настоящее время способы анализа показывают, что это необязательно соответствует действительности, особенно в случае восстановительного ремонта.
Было установлено, что использовавшиеся в течение длительного времени технические допущения не всегда были верными, и могут потребоваться регулировки, чтобы обеспечить равномерное распределение протекания по трубам нагревателя. Некоторые регулировки, такие как увеличение размера коллектора, могут быть достаточно дорогостоящими. Однако после того как было обнаружено, что проблема состоит в неравномерном распределении протекания по трубам нагревателя, заявители нашли недорогое корректирующее изменение конструкции, предусматривающее установку ограничительной диафрагмы, примыкающей к впуску, по меньшей мере, одной выбранной трубы нагревателя. Вероятно, что ограничительная диафрагма может быть установлена примыкающей к впуску множества выбранных труб или даже всех труб. Ограничительная диафрагма может быть установлена примыкающей к выпуску одной или нескольких труб нагревателя с целью получения такого же результата.
Во время восстановительного ремонта ограничительная диафрагма может быть помещена между впускным коллектором и впуском в трубу нагревателя. Другие варианты выполнения включают в себя установку ограничительной диафрагмы во впуске трубы нагревателя или в отверстии впускного или выпускного коллектора или во впуске самих выпускных коллекторов или установку ограничительной диафрагмы, используя любую комбинацию указанных компонентов.
В другом варианте выполнения изобретения ограничительные диафрагмы могут быть установлены у впуска выбранных труб нагревателей с целью получить преимущество горячих точек в огневом нагревателе. В этом случае неравномерное распределение течения является желательным и преднамеренным. Например, трубы нагревателя, расположенные в направлении середины огневого нагревателя, могут получать тепло от двух групп горелок и могут нагревать текучую среду быстрее, чем другие нагревательные трубы. Следовательно, расход текучей среды через эти выбранные трубы может быть увеличен по сравнению с другими трубами нагревателя с обеспечением требуемой температуры текучей среды. В этом варианте выполнения трубы, которые не расположены в горячей точке, могут иметь ограничительную диафрагму, установленную у впуска трубы нагревателя для создания большего расхода через трубы нагревателя, расположенные в горячей точке нагревателя.
Следовательно, существует необходимость повышения расхода через установку конверсии, не превышая максимальной температуры стенок труб без возникновения проблем и издержек, описанных выше. Корректирование неравномерного распределения за счет использования, по меньшей мере, одной ограничительной диафрагмы может повысить расход текучей среды через огневой нагреватель без превышения температурных ограничений в отношении стенок труб.
Раскрытие изобретения
Огневой нагреватель содержит, по меньшей мере, одну радиантную секцию, коллектор, комплект труб нагревателя, имеющих впуски и выпуски, сообщающиеся по текучей среде с коллектором, по меньшей мере, одну ограничительную диафрагму, примыкающую, по меньшей мере, к одному впуску трубы нагревателя и на пути протекания текучей среды из коллектора к впуску и, по меньшей мере, одну горелку. Огневой нагреватель может содержать множество радиантных секций, при этом каждая секция имеет вышеперечисленные компоненты. Каждая радиантная секция может быть отделена противопожарными перегородками.
При этом диаметр диафрагмы может быть одинаковым или различным для каждой ограничительной диафрагмы.
Огневой нагреватель может использоваться при осуществлении способа конверсии углеводородов. Этот способ включает в себя прохождение потока углеводородов, по меньшей мере, через один нагреватель, включающий в себя, по меньшей мере, одну горелку, радиантную секцию и при необходимости конвекционную секцию. В общем, поток проходит через используемую при необходимости конвекционную секцию и затем через радиантую секцию перед выпуском из нагревателя. Радиантная секция содержит впускной и выпускной коллекторы, комплект труб нагревателя, имеющих впуски и выпуски, сообщающиеся по текучей среде с коллекторами, по меньшей мере, одну ограничительную диафрагму на пути протекания текучей среды из впускного коллектора к впуску трубы нагревателя и, по меньшей мере, одну горелку.
Другой проводимый в качестве примера способ риформинга может включать в себя эксплуатацию установки риформинга и прохождение потока, включающего в себя углеводороды, через радиантную секцию, затем через используемую при необходимости конвекционную секцию и затем к впуску зоны реакции. В общем, установка риформинга включает в себя, по меньшей мере, один нагреватель, включающий в себя, по меньшей мере, одну горелку, радиантную секцию и при необходимости конвекционную секцию, и реактор риформинга, включающий в себя зону реакции. Радиантная секция содержит впускной и выпускной коллекторы, комплект труб нагревателя, имеющих впуски и выпуски, сообщающиеся по текучей среде с коллекторами, по меньшей мере, одну ограничительную диафрагму на пути протекания текучей среды из впускного коллектора к впуску трубы нагревателя и, по меньшей мере, одну горелку.
Приводимая в качестве примера нефтеперерабатывающая установка или нефтехимическое производственное оборудование может включать в себя установку риформинга, которая, в свою очередь, может включать в себя нагреватель, включающий в себя горелку, радиантную секцию и при необходимости конвекционную секцию, и реактор риформинга. Радиантная секции может включать в себя первую трубу, имеющую, по меньшей мере, впуск и выпуск, для приема потока углеводородов, поступающих в нагреватель; при этом впуск оборудован ограничительной диафрагмой, а используемая при необходимости конвекционная секция может включать в себя вторую трубу, имеющую впуск и выпуск, для приема потока углеводородов, выходящих из первой трубы радиантной секции. Реактор риформинга может иметь зону реакции, в которую может поступать поток углеводородов из выпуска второй трубы.
Что касается установок конверсии, таких как установки риформинга, настоящее изобретение может обеспечить экономичную конструкцию или расширение существующей установки риформинга за счет корректирования неравномерного распределения текучей среды по трубам огневого нагревателя в одном или нескольких отсеках огневого нагревателя, используя выборочно установленные ограничительные диафрагмы. В существующей установке нагревателя такая модификация может быть выполнена с минимальными изменениями в существующих компонентах нагревателя, что уменьшает как капитальные затраты на оборудование, так и время простоев. Таким образом, настоящее изобретение особенно хорошо подходит для модернизации существующего нагревателя с целью решения проблемы максимально допустимого ограничения температур стенок труб, которое, в общем, должно составлять менее 640°C (1184°F), предпочтительно не выше, чем 635°C (1175°F). Более низкая результирующая температура (температуры) стенок труб огневого нагревателя также может уменьшить вероятность катализируемого металлом коксования в трубах огневого нагревателя, что может увеличить надежность последующих зон реакции и предотвратить возникновение некоторых проблем, связанных с другими решениями в отношении коксования, описанными выше. Настоящее изобретение также можно использовать для преднамеренного выполнения преимущественного распределения текучей среды по комплекту труб нагревателя в случае, когда, например, огневой нагреватель имеет выявленные участки увеличенного или пониженного подвода тепла.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематичное изображение приведенной в качестве примера нефтеперерабатывающей установки, которая может включать в себя блок сероочистки и установку риформинга настоящего изобретения.
Фиг.2 - схематичное изображение, по меньшей мере, участка приведенной в качестве примера установки риформинга настоящего изобретения.
Фиг.3 - схематичный вид в разрезе приведенного в качестве примера нагревателя с дополнительной конвекционной секцией и множеством радиантных секций настоящего изобретения.
Фиг.4 - схематичный вид в разрезе впускного коллектора, ограничительной диафрагмы и впуска в трубу нагревателя настоящего изобретения.
Фиг.5 - схематичный вид в разрезе ограничительной диафрагмы, расположенной во впускном коллекторе и впуска в трубу нагревателя настоящего изобретения.
Определения
1
2
3
n
Используемый в описании термин «поток углеводородов» может означать поток, включающий в себя различные молекулы углеводородов, такие как неразветвленные, разветвленные или циклические алканы, алкены, алкадиены и алкины, а также возможно другие вещества, такие как газы, например, водород, или примеси, такие как тяжелые металлы. Поток углеводородов может быть подвергнут реакциям, например, реакциям риформинга, но все же может называться потоком углеводородов до тех пор пока, по меньшей мере, некоторые углеводороды присутствуют в потоке после реакции. Таким образом, поток углеводородов может включать в себя потоки, которые подвергнуты одной или нескольким реакциям, например, выпускной поток углеводородов, или не подвергнуты реакциям, например, нафтовое сырье. Поток углеводородов в этом описании может также включать в себя исходное углеводородное сырье, углеводородное сырье, сырье, сырьевой поток, комбинированный сырьевой поток или выходящий поток. Кроме того, молекулы углеводорода могут обозначаться как C, C, C…C, где «n» обозначает количество атомов углерода в молекуле углеводорода.
Используемый здесь термин «радиантная секция», в общем, относится к секции нагревателя, получающей 35-65% тепла для, по существу, загрязненных труб или 45-65% тепла для относительно чистых труб в первую очередь за счет лучистого теплообмена и во вторую очередь за счет конвективного теплообмена, причем это тепло высвобождается, например, топливным газом, сжигаемым в нагревателе.
Используемый здесь термин «конвекционная секция», в общем, относится к секции нагревателя, получающей 10-45% тепла в первую очередь за счет конвективного и во вторую очередь за счет лучистого теплообмена с помощью, например, дымового газа, высвобождаемого топливным газом, сжигаемым в нагревателе. Обычно 7-15% тепла теряется через дымовую трубу, поэтому, как правило, в радиантной и конвекционной секциях используется не более 93% тепла, высвобождаемого топливом.
Используемый здесь термин «нагреватель» может включать в себя печь, нагреватель сырья или промежуточный нагреватель. Нагреватель может включать в себя, по меньшей мере, одну горелку и может включать в себя, по меньшей мере, одну радиантную секцию, по меньшей мере, одну конвекционную секцию и комбинацию, по меньшей мере, одной радиантной секции и, по меньшей мере, одной конвекционной секции.
Осуществление изобретения
В общем, каталитическая конверсия потока реагента, содержащего углеводороды, в реакционной системе имеет, по меньшей мере, две зоны реакции, где поток реагента последовательно протекает через зоны реакции. Реакционные системы, имеющие множество зон, в общем, имеют одну из двух форм: форма с расположением на одной линии или многоуровневая форма. В форме с расположением на одной линии множество отдельных реакционных резервуаров, каждый из которых может включать в себя зону реакции, могут быть размещены вдоль боковых сторон друг друга. В многоуровневой форме один общий реакционный резервуар может содержать множество отдельных реакционных зон, которые могут быть размещены поверх друг друга. В обеих реакционных системах может быть предусмотрен промежуточный нагрев или охлаждение между зонами реакции в зависимости от того, может ли реакция быть эндотермической или экзотермической.
Несмотря на то, что зоны реакции могут включать в себя любое количество конфигураций для протекания углеводородов, такие как нисходящее течение, восходящее течение и перекрестное течение, наиболее общей зоной реакции, для которой применяется это изобретение, может быть радиальное течение. Зона реакции с радиальным течением, в общем, включает в себя цилиндрические секции, имеющие варьируемые номинальные площади поперечного сечения и расположенные вертикально и соосно для образования зоны реакции. В нескольких словах, зона реакции с радиальным течением включает в себя цилиндрический реакционный резервуар, содержащий цилиндрическое наружное задерживающее сито для катализатора и цилиндрическое внутреннее задерживающее сито для катализатора, которые расположены соосно в реакционном резервуаре. Внутреннее сито может иметь номинальную площадь внутреннего сечения меньше площади наружного сита, которое может иметь номинальную площадь внутреннего сечения меньше площади реакционного резервуара. В общем, поток реагента подается в кольцевое пространство между внутренней стенкой реакционного резервуара и наружной поверхностью наружного сита. Поток реагента может проходить через наружное сито, протекать радиально через кольцевое пространство между наружным ситом и внутренним ситом, и проходить через внутреннее сито. Поток, который может быть собран в цилиндрическом пространстве внутри внутреннего сита, может быть удален из реакционного резервуара. Несмотря на то, что реакционный резервуар, наружное сито и внутреннее сито могут быть цилиндрическими, они также могут иметь любую пригодную форму, например, треугольную, квадратную, вытянутую или в виде ромба в зависимости от множества факторов, касающихся проектирования и изготовления, и технических соображений. К примеру, как правило, является общепринятым, что наружное сито не является непрерывным цилиндрическим ситом и вместо этого имеет конфигурацию одиночных эллиптических трубчатых сит, носящих название «раковины», которые могут быть расположены по окружности внутренней стенки реакционного резервуара. Внутреннее сито обычно является перфорированной центральной трубой, которая по всей наружной окружности может быть закрыта ситом.
Предпочтительно, способы каталитической конверсии включают в себя катализатор, который включает в себя частицы, перемещающиеся через зоны реакции. Частицы катализатора могут перемещаться через зону реакции с помощью некоторого количества движущихся средств, включающих в себя транспортеры или транспортирующую текучую среду, но чаще всего частицы катализатора перемещаются через зону реакции самотеком. Обычно в зоне реакции с радиальным потоком частицы катализатора могут заполнять кольцевое пространство между внутренним и наружным ситами, что может называться слоем катализатора. Частицы катализатора могут удаляться из нижнего участка зоны реакции, и частицы катализатора могут поступать в верхнюю часть зоны реакции. Частицы катализатора, удаляемые из последней зоны реакции, могут в дальнейшем извлекаться из способа, регенерироваться в зоне регенерации способа или транспортироваться в другую зону реакции. Аналогичным образом, частицы катализатора, добавляемые в зону реакции, могут быть катализатором, который вновь добавляется в способ, катализатором, который был регенерирован в зоне регенерации способа, или катализатором, который транспортируется из другой зоны реакции.
Представленные в качестве примера реакционные резервуары, имеющие зоны, расположенные друг над другом, описаны в US 3,706,536 и US 5,130,106, при этом раскрытые в них сведения приведены здесь полностью посредством ссылки. В общем, перемещение частиц катализатора самотеком из одной зоны реакции в другую, введение частиц свежего катализатора и удаление отработанных частиц катализатора осуществляется через каналы для транспортирования катализатора.
Сырье, подвергаемое конверсии с помощью этих способов, может включать в себя различные фракции ряда сырых нефтей. Приведенное в качестве примера сырье, подвергаемое конверсии с помощью этих способов, в общем, включает в себя поток, который может быть нафтой, включающей в себя в процентах или весовых частях на основе полного веса углеводородов в потоке, как указано в таблице:
Компонент
Количества
Общее
Предпочтительное
Оптимальное
C<sub>4</sub> или менее
Менее 0,5%
Примерно 0%
Примерно 0%
C<sub>5</sub>
Не более 4%
Примерно 0%
Примерно 0%
C<sub>6</sub>
Не более 30%
Примерно 5-15%
Примерно 5-15%
C<sub>7</sub>
Примерно 10-50%
Примерно 10-25%
Примерно 10-25%
C<sub>8</sub>
Примерно 20-50%
Примерно 20-50%
Примерно 20-50%
C<sub>9</sub>
Не более 25%
Примерно 10-25%
Примерно 10-25%
C<sub>10</sub>
Не более 15%
Примерно 5-15%
Примерно 5-15%
C<sub>11</sub> или менее
Не более 2%
Примерно 1-2%
Примерно 1-2%
Сера или серосодержащие соединения
Менее 1 ppm
Менее 0,5 ppm
Менее 0,2 ppm
Азот или азотсодержащие соединения
Менее 1 ppm
Менее 0,5 ppm
Менее 0,2 ppm
Сера и серосодержащие соединения и азот или азотсодержащие соединения измеряются, соответственно, как атомарная сера или азот. Количества серы и азота могут быть измерены, соответственно, с помощью стандартных способов испытаний D-4045-04 и B-4629-02, которые могут быть предоставлены ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, P.O. Box C700, West Conshohocken, Pa, U.S.A.
Способы, осуществляемые с использованием множества зон реакции, могут включать в себя большое разнообразие способов конверсии углеводородов, таких как риформинг, гидрогенизация, гидроочистка, дегидрогенизация, изомеризация, дегидроизомеризация, дегидроциклизация, крекинг и гидрокрекинг. В каталитическом риформинге также часто используется множество зон реакции, и в дальнейшем на него будут делаться ссылки в вариантах выполнения, представленных на чертежах. Дополнительная информация по процессам риформинга приводится, например, в US 4,119,526; US 4,409,095; и US 4,440,626.
Обычно в каталитическом риформинге сырье смешивается с рециркуляционным потоком, содержащим водород, с целью образования того, что часто называется объединенным потоком сырья, и объединенный поток сырья контактирует с катализатором в зоне реакции. Обычным сырьем для каталитического риформинга является нефтяная фракция, известная как нафта и имеющая начальную температуру кипения 82°C (примерно 180°F) и температуру конца кипения 203°C (примерно 400°F). Способ каталитического риформинга используется, в частности, для очистки прямогонной нафты, содержащей относительно большие концентрации нафтеновых и., по существу, парафиновых углеводородов с неразветвленной цепью, которые подвергаются ароматизации с помощью реакций дегидрогенизации и/или циклизации. Предпочтительными загрузочными смесями являются нафты, состоящие, главным образом, из нафтенов и парафинов, которые могут кипеть в интервале кипения бензиновой фракции, хотя, во многих случаях, также могут присутствовать ароматические углеводороды. Этот предпочтительный класс включает в себя прямогонные бензины, бензины из природного газа, синтетические бензины и т.п. В качестве альтернативного варианта выполнения зачастую полезно загружать бензины, получаемые термическим или каталитическим крекингом или нафты, подвергаемые частичному риформингу. Также полезно использовать смеси прямогонной нафты и нафты с интервалом температуры кипения крекинг-бензина. Загрузочное сырье в виде нафты с интервалом температуры кипения бензина может быть бензином с температурой полного выкипания, имеющим начальную температуру кипения 40-82°C (примерно 104-180°F) и температуру конца кипения 160-220°C (примерно 320-428°F), или может быть выбранной фракцией, которая, в общем, может быть фракцией с более высокой температурой кипения, обычно носящая название тяжелая нафта, например, нафтой, кипящей в диапазоне 100-200°C (примерно 212-392°F). В некоторых случаях также полезно загружать только углеводороды или смеси углеводородов, которые были извлечены из экстакторов, например, рафинаты от экстракции ароматических углеводородов или парафины с неразветвленной цепью, которые должны подвергаться конверсии в ароматические углеводороды. В некоторых других случаях сырье также может содержать легкие углеводороды, которые имеют 1-5 атомов углерода, но поскольку эти легкие углеводороды не могут быть легко подвергнуты конверсии в ароматические углеводороды, количество этих легких углеводородов, поступающих с сырьем, в общем, сводится к минимуму.
Представленное в качестве примера протекание через группу зон нагрева и реакции представляет собой способ каталитического риформинга, осуществляемый в 4-х зонах реакции, где имеются первая, вторая, третья и четвертая зоны реакции, которые могут быть описаны следующим образом.
Сырье, содержащее нафту, может смешиваться с содержащим водород рециркулирующим газом с образованием объединенного потока сырья, который может проходить через теплообменник для объединенного сырья. В теплообменнике для объединенного сырья это объединенное сырье может нагреваться поглощенным теплом с выходящим потоком из четвертой зоны реакции. Однако нагрев потока объединенного сырья, который происходит в теплообменнике для объединенного сырья, в общем, является недостаточным для нагрева потока объединенного сырья до требуемой температуры на впуске первой зоны реакции.
В общем, водород подается с целью обеспечить 1-20 молей водорода на моль углеводородного сырья, поступающего в зоны реакции. Водород предпочтительно подается с целью обеспечить не менее 3,5 молей водорода на моль углеводородного сырья, поступающего в зоны реакции. Если подается водород, он может подаваться перед теплообменником для объединенного сырья, после теплообменника для объединенного сырья или как перед теплообменником для объединенного сырья, так и после него. Как вариант, водород может не подаваться с углеводородным сырьем перед впуском в зоны риформинга. Даже если водород не подается с углеводородным сырьем в первую зону реакции, реакции риформинга нафты, которые происходят в первой зоне реакции, могут давать водород в качестве побочного продукта. Этот побочный продукт или произведенный на месте (in situ) водород выходит из первой зоны реакции в смеси с выходящим потоком первой зоны реакции и затем может стать доступным в качестве водорода для второй зоны реакции и других зон реакции, расположенных ниже по технологическому потоку. Этот образовавшийся на месте водород в выходящем потоке первой зоны реакции обычно составляет от 0,5 до приблизительно 2 молей водорода на моль углеводородного сырья.
Обычно объединенный поток сырья или углеводородное сырье, если в углеводородное сырье не добавляется водород, поступает в теплообменник при температуре, в общем, 38-177°C (примерно 100-350°F), и чаще при температуре 93-121°C (примерно 200-250°F). Поскольку водород обычно добавляется в углеводородное сырье, этот теплообменник можно называть теплообменником для объединенного сырья, даже если водород не добавляется в углеводородное сырье. В общем, теплообменник для объединенного сырья нагревает поток объединенного сырья за счет передачи тепла от выходящего потока последней зоны реакции риформинга объединенному потоку сырья. Предпочтительно, теплообменник для объединенного сырья является косвенным, а не прямым теплообменником, с целью предотвращения смешивания ценного нефтепродукта в выходящем потоке последней зоны реакции с объединенным сырьем, и, таким образом, рециркуляции в зоны реакции, где качество нефтепродукта могло бы понизиться.
Несмотря на то, что структура течения потока объединенного сырья и выходящего потока последней зоны реакции в теплообменнике для объединенного сырья могла бы быть полностью параллельной, реверсивной, смешанной или перекрестной, структура течения предпочтительно является противоточной. Под противоточной структурой течения подразумевается, что поток объединенного сырья при его наиболее низкой температуре контактирует с одним концом (т.е. холодным концом) поверхности теплообмена теплообменника для объединенного сырья, в то время как выходящий поток последней зоны реакции контактирует с холодным концом поверхности теплообмена также при его наиболее низкой температуре. Таким образом, выходящий поток последней зоны реакции при его наиболее низкой температуре в теплообменнике обменивается теплом с потоком объединенного сырья, который также имеет наиболее низкую температуру в теплообменнике. На другом конце (т.е. горячем конце) поверхности теплообменника для объединенного сырья выходящий поток последней зоны реакции и поток объединенного сырья, имеющие их наиболее высокие температуры в теплообменнике, контактируют с горячим концом поверхности теплообмена и, тем самым, обмениваются теплом. Между холодным и горячим концами поверхности теплообмена выходящий поток последней зоны реакции и поток объединенного сырья перемещаются, в общем, в противоположных направлениях, так что, в общем, в любой точке вдоль поверхности теплопередачи более высокой температуре выходящего потока последней зоны реакции соответствует более высокая температура потока объединенного сырья, с которым выходящий поток последней зоны реакции обменивается теплом. Дополнительная информация по структуре течения в теплообменниках приводится, например, на стр. с 10-24 по 10-31, Perry's Chemical Engineers' Handbook, шестое издание, изданное Robert H. Perry et al., и опубликованное McGraw-Hill Book Company, Нью-Йорк. 1984 г. и приведенных здесь ссылках.
В общем, теплообменник для объединенного сырья работает с использованием показателя горячего конца, который, в общем, составляет менее 56°C (примерно 100°F) и, предпочтительно, менее 33°C (примерно 60°F) и, более предпочтительно, менее 28°C (примерно 50°F). Используемый здесь термин «показатель горячего конца» определяется следующим образом: основываясь на теплообменнике, который обеспечивает обмен теплом между более горячим выходящим потоком последней зоны реакции и более холодным потоком объединенного сырья, T1 - температура на входе выходящего потока последней зоны реакции, T2 - температура на выходе выходящего потока последней зоны реакции, t1 - температура на входе потока объединенного сырья и t2 - температура на выходе потока объединенного сырья. Тогда используемый здесь термин «показатель горячего конца» для противоточного теплообменника определяется как разница между T1 и t2. В общем, чем меньше показатель горячего конца, тем больше степень, до которой тепло в выходящем потоке последней зоны реактора обменивается с потоком объединенного сырья.
Несмотря на то, что могут использоваться кожухотрубные теплообменники, по другому варианту может использоваться пластинчатый теплообменник. Пластинчатые теплообменники хорошо известны и доступны для приобретения в нескольких различных формах, например, спиральные теплообменники, пластинчатые теплообменники рамного типа, паяные пластинчато-ребристые теплообменники и пластинчатые ребристо-трубные теплообменники. Пластинчатые теплообменники, в общем, описаны на стр. с 11-21 по 11-23, Perry's Chemical Engineers' Handbook, шестое издание, изданное Robert H. Perry et al., и опубликованное McGraw-Hill Book Company, Нью-Йорк. 1984 г.
По варианту выполнения поток объединенного сырья может выходить из теплообменника для объединенного сырья при температуре 399-516°C (примерно 750-960°C).
Соответственно, после выхода из теплообменника для объединенного сырья и перед входом в первый реактор поток объединенного сырья часто требует дополнительного нагрева. Этот дополнительный нагрев может выполняться в нагревателе, который обычно носит название нагреватель сырья, нагревающий поток объединенного сырья до требуемой температуры на входе первой зоны реакции. Такой нагреватель может быть газовым нагревателем, нагревателем на жидком топливе или нагревателем, работающем на смеси газа и жидкого топлива и хорошо известен специалистам в области риформинга. Нагреватель может нагревать выходящий поток первой зоны реакции за счет лучистой и/или конвекционной теплопередачи. Промышленные огневые нагреватели для процессов риформинга обычно имеют отдельные радиантные секции теплопередачи для отдельных нагревателей и дополнительную общую конвекционную секцию теплопередачи, которая нагревается дымовыми газами из радиантных секций.
Желательно, чтобы поток сначала входил в радиантную секцию нагревателя с помощью впускного коллектора. Поток может входить в верхний или нижний участок радиантной секции или выходить из него через коллектор и в трубы U-образного или перевернутого U-образного нагревателя или входить в верхнюю часть, где температура является самой низкой в радиантной секции, и выходить в нижней части, где температура является самой высокой в радиантной секции, или наоборот, входить в нижней части и выходить в верхней части. Предпочтительно, поток входит и выходит в верхней части радиантной секции этого и последующих нагревателей. По меньшей мере, один впуск, по меньшей мере, одной трубы нагревателя дополнительно имеет ограничительную диафрагму между впускным коллектором и впуском трубы нагревателя. Ограничительная диафрагма (диафрагмы) предназначена для управления распределением потока между множеством труб нагревателей.
Затем поток объединенного сырья может входить в используемую при необходимости конвекционную секцию того же нагревателя. Поток может входить и выходить в верхней или нижней части конвекционной секции или входить в верхней части, где температура является самой низкой в конвекционной секции, и выходить в нижней части, где температура является самой высокой в конвекционной секции, через U-образные трубы, которые обычно ориентированы в сторону, или наоборот, входить в нижней части и выходить в верхней части. Предпочтительно, поток входит в верхней части и выходит в нижней части конвекционной секции этого и последующих нагревателей.
Следует понимать, что один или несколько описанных здесь нагревателей (например, нагреватель сырья или промежуточный нагреватель) могут предусматривать вход потока в радиантную секцию и затем в дополнительную конвекционную секцию, могут предусматривать вход потока в дополнительную конвекционную секцию и затем в радиантную секцию или могут предусматривать вход потока только в радиантную секцию в зависимости, например, от ограничений максимальной температуры стенок труб.
Промышленные огневые нагреватели для способов риформинга обычно имеют отдельные радиантные секции теплопередачи для отдельных нагревателей и дополнительную общую конвекционную секцию теплопередачи, которая может нагреваться дымовыми газами из радиантных секций. Температура потока объединенного сырья, выходящего из нагревателя сырья, которая также может быть температурой впуска первой зоны реакции, обычно составляет 482-560°C (примерно 900-1040°F), предпочтительно, 493-549°C (примерно 920-1020°F).
После того, как поток объединенного сырья проходит первую зону реакции, поток объединенного сырья может подвергаться реакциям конверсии. В общей форме способ риформинга может использовать частицы катализатора в нескольких зонах реакции, соединенных в последовательной конфигурации течения. Может быть предусмотрено любое количество зон реакции, но обычно количество зон реакции равно 3, 4 или 5. Поскольку реакции риформинга происходят, в общем, при повышенной температуре и являются, в общем, эндотермическими, каждая зона реакции обычно имеет связанную с ней одну или несколько зон нагрева, которые нагревают реагенты до требуемой температуры реакции.
Настоящее изобретение может использоваться в системе реакции риформинга, имеющей, по меньшей мере, две зоны каталитической реакции, где, по меньшей мере, часть потока реагента и, по меньшей мере, часть частиц катализатора последовательно протекают через зоны реакции. Эти системы реакции риформинга могут быть расположены сбоку друг от друга или друг над другом, как описано выше.
2
2
2
В общем, реакции риформинга обычно осуществляются в присутствии частиц катализатора, содержащих один или несколько благородных металлов (например, платину, иридий, родий и палладий) группы VIII (IUPAC 8-10) и галоген в комбинации с пористым носителем, таким как огнеупорный неорганический оксид. Например, в US 2,479,110 описывается катализатор оксид алюминия - платина - галоген. Несмотря на то, что катализатор может содержать от 0,05 до примерно 2,0% масс. металла группы VIII, может использоваться менее дорогой катализатор, такой как катализатор, содержащий 0,05 до примерно 0,5% масс. металла группы 8. Предпочтительным благородным металлом является платина. Кроме того, катализатор может содержать индий и/или металл группы лантаноидов, такой как церий. Частицы катализатора также могут содержать от 0,05 до примерно 0,5% масс, одного или нескольких металлов (например, олово, германий и свинец) группы IVA (IUPAC 14), как описано в US 4,929,333. US 5,128,300 и приведенных здесь ссылках. В общем, галоген обычно представляет собой хлор, а носитель обычно представляет собой оксид алюминия. Предпочтительными материалами оксида алюминия являются гамма-, эта- и тэта-оксид алюминия, при этом гамма- и эта-оксид алюминия, в общем, являются наиболее предпочтительными. Одним из свойств, относящихся к характеристикам катализатора, является удельная площадь поверхности носителя. Предпочтительно, носитель имеет удельную площадь поверхности 100-500 м/г. Активность катализаторов с удельной площадью поверхности менее 130 м/г имеет тенденцию к более неблагоприятному воздействию кокса катализатора, чем катализаторов, имеющих удельную площадь поверхности более 130 м/г. В общем, частицы обычно являются сферическими и имеют диаметр 1,6-3,1 мм (примерно 1/16-1/8 дюйма), хотя они могут иметь размер до 6,35 мм (примерно 1/4 дюйма) или до 1,06 мм (примерно 1/24 дюйма). Однако в зоне реакции риформинга желательно использовать частицы катализатора, которые попадают в относительно узкий диапазон размеров. Предпочтительный диаметр частиц катализатора составляет 1,6 мм (примерно 1/16 дюйма).
Способ риформинга может использовать неподвижный слой катализатора или реакционный резервуар с подвижным слоем и резервуар регенерации с подвижным слоем. В последнем, в общем, регенерируемые частицы катализатора подаются в реакционный резервуар, который обычно включает в себя несколько зон реакции, а частицы протекают через реакционный сосуд самотеком. Катализатор можно удалять из нижней части реакционного сосуда и транспортировать в резервуар регенерации. В резервуаре регенерации обычно выполняется многостадийный способ регенерации катализатора для восстановления его полной способности содействовать реакциям риформинга. В US 3,652,231, US 3,647,680 и US 3,692,496 описываются резервуары регенерации катализатора, пригодные для использования в способе риформинга. Катализатор может протекать самотеком через различные ступени регенерации и затем выходить из резервуара регенерации и транспортироваться в реакционный резервуар. В общем, предусмотрены конфигурации для добавления свежего катализатора с целью восполнения отработанного катализатора и его удаления из способа. Перемещение катализатора через реакционные резервуары и резервуары регенерации часто называется непрерывным, но на практике оно является полунепрерывным. Под полунепрерывным перемещением понимается повторяемое перемещение относительно небольших количеств катализатора в моменты времени, разделенные небольшими интервалами. Например, одна порция катализатора может удаляться из нижней части реакционного резервуара каждые двадцать минут, и удаление может занимать пять минут, т.е. катализатор может протекать в течение пяти минут. Если суммарное количество катализатора в резервуаре является относительно большим по сравнению с размеров этой порции, можно считать, что слой катализатора в резервуаре перемещается непрерывно. Система подвижного слоя может иметь преимущество поддержания производственного процесса во время удаления или замены катализатора.
Как правило, перемещение катализатора через слои катализатора может варьироваться от 45,5 кг (примерно 100 фунтов) в час до 2722 кг (примерно 6000 фунтов) в час и более.
-1
-1
-1
Зоны реакции по настоящему изобретению могут использоваться при условиях риформинга, которые включают в себя диапазон давлений, в общем, от атмосферного давления 0-6895 кПа (изб.) (примерно 0 psi (изб.) до 1000 psi (изб.)) с удовлетворительными результатами, получаемыми при относительно низком диапазоне давлений 276-1379 кПа (изб.) (примерно 40-200 psi (изб.)). Общая часовая объемная скорость жидкости (LHSV) на основе общего объема катализатора во всех зонах реакции, в общем, составляет 0,1-10 ч, предпочтительно 1-5 ч и более предпочтительно 1,5-2,0 ч.
-1
-1
-1
Как указано выше, в общем, реакции риформинга нафты, которые являются эндотермическими, происходят в первой зоне реакции и, таким образом, температура на выпуске первой зоны реакции может быть ниже температуры на впуске первой зоны реакции и, в общем, составляет 316-454°C (примерно 600-850°F). Первая зона реакции может содержать, в общем, от 5% до примерно 50% и чаще от 10% до примерно 30% общего объема катализатора во всех зонах реакции. Соответственно, часовая объемная скорость жидкости (LHSV) в первой зоне реакции на основе объема катализатора в первой зоне реакции может составлять, в общем, 0,2-200 ч, предпочтительно 2-100 ч и более предпочтительно 5-20 ч. В общем частицы катализатора удаляются из первой зоны реакции и проходят во вторую зону реакции, при этом такие частицы, в общем, имеют содержание кокса, по меньшей мере, 2% масс. от массы катализатора.
За счет эндотермических реакций риформинга, которые происходят в первой зоне реакции, в общем, температура выходящего потока первой зоны реакции падает не только ниже температуры объединенного сырья для первой зоны реакции, но также ниже требуемой температуры на впуске второй зоны реакции. Следовательно, выходящий поток первой зоны реакции может проходить через другой нагреватель, который часто носит название первый промежуточный нагреватель и который может нагревать выходящий поток первой зоны реакции до требуемой температуры на впуске второй зоны реакции.
В общем, нагреватель носит название промежуточный нагреватель, когда он расположен между двумя зонами реакции, например, первой и второй зонами реакции. Выходящий поток первой зоны реакции выходит из промежуточного нагревателя при температуре, которая, в общем, составляет 482-560°C (примерно 900-1040°F). С учетом тепловых потерь температура на выпуске промежуточного нагревателя, в общем, не более чем на 5°C (примерно 10°F), и предпочтительно, не более чем на 1°C (примерно 2°F) выше температуры на впуске второй зоны реакции. Соответственно, температура на впуске второй зоны реакции составляет, в общем 482-560°C (примерно 900-1040°F), предпочтительно, 493-549°C (примерно 920-1020°F). Температура на впуске второй зоны реакции обычно, по меньшей мере, на 33°C (примерно 60°F) выше температуры на впуске первой зоны реакции и может быть, по меньшей мере, на 56°C (примерно 100°F) или даже, по меньшей мере, на 83°C (примерно 150°F) выше температуры на впуске первой зоны реакции.
После выхода из первого промежуточного нагревателя выходящий поток первой зоны реакции входит во вторую зону реакции. Как и в первой зоне реакции, эндотермические реакции могут вызывать новое понижение температуры во второй зоне реакции. В общем, понижение температуры во второй зоне реакции меньше понижения температуры в первой зоне реакции, поскольку реакции, которые происходят во второй зоне реакции, в общем, являются в меньшей степени эндотермическими по сравнению с реакциями, которые происходят в первой зоне реакции. Несмотря на несколько меньшее понижение температуры во второй зоне реакции, выходящий поток второй зоны реакции остается при более низкой температуре, чем требуемая температура на впуске третьей зоны реакции.
-1
-1
-1
Вторая зона реакции, в общем, включает в себя от 10% до примерно 60% и чаще от 15% до 40% общего объема катализатора во всех зонах реакции. Соответственно, часовая объемная скорость жидкости (LHSV) во второй зоне реакции на основе объема катализатора во второй зоне реакции составляет, в общем, 0,13-134 ч, предпочтительно 1,3-67 ч и более предпочтительно 3,3-13,4 ч.
Выходящий поток второй зоны реакции может проходить через второй промежуточный нагреватель (первый промежуточный нагреватель является вышеописанным промежуточным нагревателем между первой и второй зонами реакции) и после нагрева может проходить в третью зону реакции. Однако один или несколько дополнительных нагревателей и/или реакторов после второй зоны реакции могут не устанавливаться, т.е. вторая зона реакции может быть последней зоной реакции в технологической линии. Третья зона реакции содержит, в общем, от 25% до примерно 75% и более, обычно 30-50% общего объема катализатора во всех зонах реакции. Аналогичным образом, выходящий поток третьей зоны реакции может проходить в третий промежуточный нагреватель и оттуда в четвертую зону реакции. Четвертая зона реакции содержит, в общем, 30-80%, чаще 40-50% общего объема катализатора во всех зонах реакции. Температуры на впуске третьей, четвертой и последующих зон реакции составляют, в общем, 482-560°C (примерно 900-1040°F), предпочтительно, 493-549°C (примерно 920-1020°F).
Поскольку реакции риформинга, которые происходят во второй и последующих (например, третьей и четвертой) зонах реакции, в общем, являются в меньшей степени эндотермическими по сравнению с реакциями, которые происходят в первой зоне реакции, падение температуры, которое происходит в последующих зонах реакции, в общем меньше падения температуры, которое имеет место в первой зоне реакции. Таким образом, температура на выпуске последней зоны реакции может быть на 11°C (примерно 20°F) и менее ниже температуры на впуске последней зоны реакции и, фактически, предположительно может быть выше температуры на впуске последней зоны реакции.
5
5
5
Требуемое октановое число C + фракции нефтепродукта, в общем, составляет 85-107 для октанового числа по исследовательскому методу (C+RONC) и, предпочтительно, 98-102 C+RONC.
Кроме того, с вышеописанными зонами реакции могут использоваться любые профили температуры на впуске. Профили температуры на впуске могут быть пологими или асимметричными, например, восходящими, нисходящими, рельефными или с впадинами. Желательно, чтобы профиль температур на впуске зон реакции был пологим.
1
3
4
5
Выходящий поток последней зоны реакции может охлаждаться в теплообменнике для объединенного сырья за счет передачи тепла объединенному потоку сырья. После выхода из теплообменника для объединенного сырья охлажденный выходящий поток последнего реактора проходит в секцию извлечения продукта. Специалистам в области риформинга известно о соответствующих секциях для извлечения продукта. Приведенное в качестве примера оборудование для извлечения продукта обычно включает в себя газожидкостные сепараторы для разделения водорода и газообразных углеводородов C-C из выходящего потока последней зоны реакции и фракционные колоны для отделения, по меньшей мере, части легких углеводородов C-C от оставшегося нефтепродукта. Кроме того, нефтепродукт может быть разделен посредством дистилляции на легкую фракцию нефтепродукта и тяжелую фракцию нефтепродукта.
Во время протекания реакции риформинга с подвижным слоем катализатора частицы катализатора дактивируются в результате действия такого механизма, как отложение кокса на частицах, т.е. по истечение некоторого периода использования возможность частиц катализатора способствовать реакциям риформинга падает до уровня, при котором катализатор становится непригодным. Катализатор может быть подвергнут восстановлению или регенерации для повторного использования в способе риформинга.
На чертежах показан вариант выполнения настоящего изобретения, используемого для осуществления способа каталитического риформинга. Чертежи предназначены исключительно для пояснения и не ограничивают объем изобретения, установленный в формуле изобретения. На чертежах показано только оборудование и линии, необходимые для понимания изобретения, и не показано такое оборудование, как насосы, компрессоры, теплообменники и клапаны, которые не являются необходимыми для понимания изобретения и которые хорошо известны специалистам в области обработки углеводородов.
На Фиг.1 схематично показана нефтеперерабатывающая установка 100. Нефтеперерабатывающая установка 1 может включать в себя блок 150 сероочистки и установку 200 риформинга. Блок 150 сероочистки может включать в себя впуск 154, выпуск 158 и реактор 180 сероочистки.
Установка 200 риформинга может включать в себя теплообменник 204, реактор 210 риформинга, имеющий впуск 212, выпуск 214 и множество зон 216 реакции, сепаратор 290 и, по меньшей мере, один нагреватель или печь 300. В общем, теплообменник 204 нагревает сырье для множества зон 216 реакции, принимая выходящий поток 286 из зоны реакции. В общем, множество зон 216 реакции включает в себя первую зону 230 реакции, имеющую впуск 232 и выпуск 234, вторую зону реакции 240, имеющую впуск 242 и выпуск 244, третью зону 250 реакции, имеющую впуск 252 и выпуск 254, и четвертую зону 260, имеющую впуск 262 и выпуск 264. Впуск 232 первой зоны реакции также может быть впуском 212 реактора 210 риформинга. Аналогичным образом, выпуск 264 четвертой зоны реакции также может быть выпуском 214 реактора 210 риформинга. По меньшей мере, один нагреватель 300, такой как множество нагревателей 302, может включать в себя первый нагреватель или нагреватель 306 сырья и множество промежуточных нагревателей 328. Множество промежуточных нагревателей 328 может включать в себя первый промежуточный нагреватель 330, второй промежуточный нагреватель 350 и третий промежуточный нагреватель 370. Нагреватель 306 сырья может включать в себя, по меньшей мере, одну горелку, предпочтительно, множество горелок 308, радиантую секцию 310 и дополнительную конвекционную секцию или дополнительную отдельную конвекционную секцию 318; первый промежуточный нагреватель 330 может включать в себя, по меньшей мере, одну горелку, предпочтительно, множество горелок 332, радиантную секцию 334 и дополнительную конвекционную секцию 342; второй промежуточный нагреватель 350 может включать в себя, по меньшей мере, одну горелку, предпочтительно, множество горелок 352, радиантую секцию 354 и дополнительную конвекционную секцию 362; и третий промежуточный нагреватель 370 может включать в себя, по меньшей мере, одну горелку, предпочтительно, множество горелок 372, радиантную секцию 374 и дополнительную конвекционную секцию 382.
Каждая радиантная секция 310, 334, 354 и 374, в общем, включает в себя, соответственно, по меньшей мере, одну радиантную трубу 312, 336, 356 и 376, и каждая конвекционная секция 318, 342, 362 и 382, в общем, включает в себя, соответственно, по меньшей мере, одну конвекционную трубу 320, 344, 364 и 384. Каждая радиантная труба 312, 336, 356 и 376 может включать в себя, соответственно, впуск 314 и выпуск 316, впуск 338 и выпуск 340, впуск 358 и выпуск 360, впуск 378 и выпуск 380. Каждая конвекционная труба 320, 344, 364 и 384 может включать в себя, соответственно, впуск 322 и выпуск 324, впуск 346 и выпуск 348, впуск 366 и выпуск 368, впуск 386 и выпуск 388. Кроме того, несмотря на то, что для каждой секции 310, 318, 334, 342, 354, 362, 374 и 382 описывается только одна труба, и множество горелок 308, 332, 352 и 372 для каждого соответствующего нагревателя 306, 330, 350 и 370 в установке риформинга 200, следует понимать, что, в общем, каждая секция может включать в себя впускной коллектор, группу параллельных труб, по меньшей мере, одну ограничительную диафрагму между впускным коллектором и, по меньшей мере, одним впуском, по меньшей мере, одной из параллельных труб, и выпускной коллектор, и каждый нагреватель может включать в себя несколько горелок.
Кроме того, в представленном в качестве примера варианте выполнения реактор 210 риформинга может быть реактором с движущимся катализатором, в котором частицы свежего или регенирированного катализатора могут подаваться по линии 220 через впускное сопло 222, и отработанный катализатор может выводиться через выпускное сопло 224 по линии 226.
Во время переработки углеводородное сырье 140 поступает в блок 150 сероочистки через впуск 154. В общем, углеводородным сырьем 140 предпочтительно является нафта, в некоторых случаях содержащая водород, который еще не был подвергнут сероочистке. Углеводородное сырье 140 обычно имеет высокое содержание примесей, таких как сера и азот, как указано выше. Углеводородное сырье 140 может подаваться в реактор 180 сероочистки для удаления сернистых и/или азотных соединений, а также других возможных примесей.
После этого поток, поток углеводородов или поток 270 сероочищенных углеводородов может выходить из блока 150 сероочистки и поступать в установку 200 риформинга. Первоначально поток 270 может принимать поток 292 рециркулирующего газообразного водорода из сепаратора 290. Далее поток 270 может поступать в теплообменник 204 для нагрева выходящим потоком 286. После этого, в общем, поток 270 поступает в радиантную секцию 310 через впуск 314 для нагрева, по меньшей мере, в одной трубе 312 множеством горелок 308 нагревателя 306 сырья и затем может поступать в конвекционную секцию 318 через впуск 322 для нагрева, по меньшей мере, в одной трубе 320 дымовыми газами. На этой стадии поток 270 достаточно нагревается и может служить в качестве сырья для первой зоны 230 реакции. Сырье 272 может поступать в первую зону 230 реакции через впуск 232 и выходить через выпуск 234. Выходящий поток 274 из первой зоны 230 реакции может поступать в радиантную секцию 334 через впуск 338 для нагрева множеством горелок 332 первого промежуточного нагревателя 330 и затем поступать в конвекционную секцию 342 для нагрева дымовыми газами. После этого поток 270 может быть сырьем для 276 для второй зоны 240 реакции. Сырье может поступать во вторую зону 240 реакции через впуск 242 и выходить через выпуск 244.
Затем поток 270 может быть выходящим потоком 278 из второй зоны 240 реакции и подаваться через впуск 358 радиантной секции 354, для нагрева, по меньшей мере, в одной трубе 356 множеством горелок 352 второго промежуточного нагревателя 350. После выхода из радиантной секции 354 через выпуск 360 поток 270 может подаваться в конвекционную секцию 362 через впуск 366 для нагрева, по меньшей мере, в одной трубе 364 дымовыми газами перед подачей в третью зону 250 реакции через впуск 252 в качестве сырья 280 для третьей зоны 250 реакции. После этого поток 270 может выходить через выпуск 254 в качестве выходящего потока 282 из третьей зоны 250 реакции и может подаваться в радиантную секцию 374 третьего промежуточного нагревателя 370 через впуск 378 для нагрева, по меньшей мере, в одной трубе 376 множеством горелок 372. После этого поток 270 может подаваться в конвекционную секцию 382 через впуск 386 для нагрева дымовыми газами. Далее поток 270 может поступать через впуск 262 в качестве сырья 284 четвертой зоны 260 реакции. После выполнения дополнительной конверсии поток 270 может выходить в качестве выходящего потока 286 из четвертой зоны 260 реакции через выпуск 264. После этого выходящий поток 286 может проходить через теплообменник 204 для нагрева потока 270, как указано выше.
Затем выходящий поток 286 может входить в сепаратор 290, где поток рециркулирующего газообразного водорода может выходить в верхней части сепаратора 290, и продукт 294 риформинга может выходить в нижней части.
Несмотря на то, что в этом представленном в качестве примера варианте выполнения поток 270 протекает через радиантную секцию и затем через используемую при необходимости конвекционную секцию во всех нагревателях 306, 330, 350 и 370, следует понимать, что эту последовательность протекания могут иметь один, два или три нагревателя из группы, а оставшиеся нагреватели могут иметь другую конфигурацию, например, противоположную последовательность, т.е. поток 270 может протекать через используемую при необходимости конвекционную секцию и затем через радиантную секцию, или поток 270 может протекать только через радиантную секцию, и не протекать через конвекционную секцию. Аналогичным образом, каждый нагреватель, имеющий отличающуюся конфигурацию, может иметь ограничивающие диафрагмы, связанные с другими трубами нагревателя.
В другом приведенном в качестве примера варианте выполнения, показанном на Фиг.2, по меньшей мере, участок установки 400 риформинга может включать в себя, по меньшей мере, один нагреватель или печь 410 и, по меньшей мере, один реактор 440 риформинга, включающий в себя зону 450 реакции. Несмотря на то, что показаны только одна печь 410 и один реактор 440 риформинга, следует понимать, что установка 400 риформинга может включать в себя другие печи или реакторы риформинга, такие как расположенные бок о бок реакторы. Как показано, поток 270 может входить в печь 410 для нагрева в радиантной секции 412, имеющей верхний участок 416 и нижний участок 418, по меньшей мере, одной горелкой, предпочтительно, множеством горелок 414 перед входом в используемую при необходимости конвекционную секцию 420. В общем, поток 270, описанный выше, входит в верхний участок 416 радиантной секции 412 и выходит из него перед входом в используемую при необходимости конвекционную секцию 420. Желательно, чтобы поток 270 входил в более холодный верхний участок 422 конвекционной секции 420 и выходил из более горячего нижнего участка 424. После этого поток 270 может входить в реактор 440 риформинга.
Несмотря на то, что варианты выполнения, описанные выше, могут быть предназначены для новой установки риформинга, следует понимать, что описываемые характеристики могут быть внедрены во время модернизации существующего нагревателя, например, для устранения ограничений, накладываемых максимальными температурами стенок труб. Максимальная температура стенки трубы для нагревателя может зависеть, например, от состава сплава, из которого изготавливается труба. В общем, желательно, чтобы максимальная температура стенки трубы не превышала 640°C (примерно 1184°F). Для модернизации такого нагревателя установки риформинга подсчитано, хотя это не является обязательным, что блок мог бы иметь величину загрузки, увеличенную на 10-30%, возможно, 20%.
Несмотря на то, что описанные выше варианты выполнения относятся к нагревателям, имеющим собственные используемые при необходимости конвекционные секции, следует понимать, что установки риформинга, описанные выше, могут включать в себя один или несколько нагревателей или печей, которые имеют множество радиантных секций, имеющих общую используемую при необходимости конвекционную секцию. В частности, как показано на Фиг.3, нагреватель 500 может включать в себя общую конвекционную секцию 502 и множество радиантных секций 516, таких как первая радиантная секция или секция 520 сырья, вторая радиантная или первая секция 540 промежуточного нагревателя и третья радиантная или вторая секция 550 промежуточного нагревателя. Дымовой газ, поднимающийся из радиантных секций 520, 540 и 550, может поступать в конвекционную секцию 502 и выходить через дымовую трубу 560. Общая конвекционная секция 502, в общем, включает в себя несколько конвекционных труб 506, расположенных в параллельной конфигурации 508. Каждая труба 506, имеющая впуск 510 и выпуск 512, может быть до некоторой степени U-образной и ориентированной в ту сторону, где несколько труб 506 могут быть уложены рядами одна на другую. В этом представленном в качестве примера варианте выполнения общая конвекционная секция 502 может быть разделена на участки или ряды 514. Одна или несколько конвекционных труб 506 могут соответствовать первой радиантной секции 520, а именно, поток 270 может протекать от радиантной секции 520 к ряду или участку 514 в общей конвекционной секции 502. Несмотря на то, что конвекционные трубы 506 могут быть ориентированы в боковом направлении, следует понимать, что возможны и другие ориентации, такие как ориентация U-образных труб на плоскости и штабелирование нескольких труб вертикальными рядами.
Несмотря на то, что это показано только в первой радиантной секции 520, в общем, каждая радиантная секция 520, 540 и 550 может включать в себя несколько радиантных труб 524 в параллельной конфигурации 526; желательно, чтобы каждая радиантая труба 522, имеющая впуск 528 и выпуск 530, могла быть до некоторой степени U-образной и ориентированной вверх, и несколько таких труб 522 могут быть штабелированы друг на друга. Радиантные секции 520, 540 и 550 могут быть разделены противопожарными перегородками 572 и 574 и могут включать в себя, соответственно, множество горелок 532, 542 и 552. С помощью нагревателя 500 поток углеводородов может входить, например, в первую радиантную секцию 520, затем, по меньшей мере, в часть конвекционной секции 502 перед входом, например, в зону 230 реакции риформинга, как показано на Фиг.1.
На Фиг.4 в увеличенном виде показан участок впускного коллектора 528 и впуск трубы 522 нагревателя с ограничительной диафрагмой 529, расположенной между коллектором и впуском трубы 522 нагревателя. Такая ограничительная диафрагма может использоваться между коллектором и впуском каждой трубы нагревателя сырья и всех промежуточных нагревателей, или ограничительные диафрагмы могут использоваться с выбранными трубами нагревателя в нагревателе сырья или промежуточных нагревателях. В другом варианте выполнения, показанном на Фиг.5, ограничительная диафрагма может быть расположена внутри впускного или выпускного коллектора на пути потока текучей среды в коллекторе в направлении к трубе нагревателя или от нее. На Фиг.5 в увеличенном виде показан участок впускного коллектора 528 и впуск трубы 522 нагревателя, что позволяет показать ограничительную диафрагму 529, расположенную внутри впускного коллектора, и впуск трубы 522 нагревателя.
Предполагается, что специалисты в этой области техники без дополнительных уточнений смогут с помощью приведенного выше описания использовать настоящее изобретение в полном объеме. Приведенные выше предпочтительные варианты выполнения в любом случае должны использоваться только в качестве пояснения, а не как ограничение в отношении остальной части описания.
Все указанные выше нескорректированные температуры приводятся в градусах Цельсия, и все части и процентные содержания указаны по массе, если не указано иначе.
Полное описание всех приведенных здесь заявок, патентов и публикаций включено посредством ссылки.
Из вышеприведенного описания специалисты в этой области техники легко смогут установить основные характеристики настоящего изобретения и без отклонения от сущности и объема изобретения смогут выполнить различные изменения и модификации изобретения для его адаптации к различным применениям и условиям.