用于改进炉系统的空间效率的方法和系统与流程

相关申请的交叉引用

本申请主张对在2012年8月7日申请的美国临时专利申请No.61/680,363的优先权，出于任何目的将其全部内容通过参照而并入。

技术领域

本发明大体涉及用于精炼操作的设备，并且更具体地涉及具有竖直地朝向的辐射区段的炉系统，但是却不以限制的方式。

背景技术：

延迟焦化指包括将残留供油加热至在炉系统中的裂化温度的精炼工艺，该残留供油由重、长链烃分子组成。典型地，在延迟焦化工艺中使用的炉系统包括多个布置成多通构造的管。通常，炉系统包括至少一个对流区段和至少一个辐射区段。将残留供油在被运送至至少一个辐射区段之前在至少一个对流区段中预热，在辐射区域中残留供油被加热至裂化温度。在一些情况下，涉及考量规定炉系统包括多个对流区段和多个辐射区段。这种布置需要将炉系统放置于其中的充足的尺寸的区域。

在一些情况下，空间约束限制了辐射区段的数量，该辐射区段可在给定的区域中放置成并行的布置。这导致炉系统构造成带有少于理想数量的辐射区段。因而，设计炉系统来允许多个辐射区段或对流区段置于较小的区域中将会是有利的。

属于M.W.Kellogg公司的美国专利No.5,878,699公开了一种利用一对辐射单元的双单元工艺炉。该对辐射单元布置成以大体并行的朝向彼此紧接。将过顶对流区段放置于上方，并且居中于该对辐射单元之间。将燃烧气体经由引流风扇和强迫通风风扇引入对流区段。双单元工艺炉需要较小的区域并且允许在加热多种设施中的提高的灵活性和更简单的辐射管更换。

技术实现要素：

本发明涉及用于精炼操作的设备。在一方面，本发明涉及一种炉系统。炉系统包括具有布置在其中的第一火箱的至少一个下辐射区段，和布置在至少一个下辐射区段上方的至少一个上辐射区段。至少一个上辐射区段具有布置在其中的第二火箱。炉系统还包括：布置在至少一个上辐射区段上方的至少一个对流区段；和由第一火箱、第二火箱以及至少一个对流区段限定的排放通道。至少一个上辐射区段在至少一个下辐射区段上方的布置减小了炉系统的构造所需要的区域。

在另一方面，本发明涉及用于减小炉系统的构造所需要的区域的方法。该方法包括提供至少一个下辐射区段和至少一个上辐射区段。该方法还包括将至少一个上辐射区段布置在至少一个下辐射区段上方，和提供布置在至少一个上辐射区段的上方的对流区段。至少一个上辐射区段在至少一个下辐射区段上方的布置减小了炉系统的构造所需要的区域。

附图说明

本方法的更加完整的理解和本发明的系统可通过在结合附图时参照下列详细描述而获得，其中：

图1是根据示范实施例的精炼系统的示意图；

图2是现有技术炉系统的示意图；

图3是根据示范实施例的炉系统的辐射区段的剖面图；

图4是根据示范实施例的炉系统的示意图；

图5是根据示范实施例的炉系统的示意图；以及

图6是根据示范实施例的用于构造炉系统的工艺的流程图。

具体实施方式

本发明的各种实施例将参照附图而更充分地描述。但是，本发明可以许多不同形式具体化，并且不应理解为限制在本文中提出的实施例。

图1是根据示范实施例的精炼系统的示意图。精炼系统100包括大气压蒸馏单元102、真空蒸馏单元104、以及延迟焦化单元106。在典型的实施例中，大气压蒸馏单元102接收原油给料120。水和其它污染物典型地在原油给料120进入大气压蒸馏单元102之前从原油给料120移除。将原油给料120在大气压下加热至例如在大约650°F和大约700°F之间的温度范围。在大约650°F至700°F之下沸腾的轻质材料122被俘获并在其它处加工来产生例如，燃料气体、萘并吡咯(naptha)、汽油、喷气燃料以及柴油。将在大约650°F-700°F之上沸腾的较重的材料123(有时称为“大气压残余物”)从大气压蒸馏单元102的底部移除，并且运送至真空蒸馏单元104。

还参照图1，较重的材料123进入真空蒸馏单元104，并且在十分低的压力下加热至例如在大约700°F和大约800°F之间的温度范围。在大约700°F至800°F之下沸腾的轻成分125被俘获并在其它处处理来产生例如汽油和沥青。将在大约700°F至800°F之上沸腾的残留供油126(有时称为“真空残余物”)从真空蒸馏单元104移除，并且运送至延迟焦化单元106。

还参照图1，根据示范实施例，延迟焦化单元106包括炉108和焦化鼓110。将残留供油126预热并供应至炉108，在炉108处将残留供油126加热至例如在大约900°F和大约940°F之间的温度范围。在加热后，将残留供油126供应入焦化鼓110。将残留供油126在特定的循环时间维持在例如大约25psi和大约75psi之间的压力范围，直至残留供油126分离成例如烃蒸气和固化焦128。在典型的实施例中，特定循环时间为大约10小时至大约24小时。残留供油126的分离公知为“裂化”。固化焦128从焦化鼓110的底部区域130开始积聚。

还参照图1，根据示范实施例，在焦化鼓128达到在焦化鼓110中的预定水平后，将固化焦128通过例如机械或水力方法从焦化鼓110移除。固化焦128从焦化鼓110的移除公知为例如，“切割”、“焦炭切割”或“除焦”。将残留供油126的流远离焦化鼓110至至少一个第二焦化鼓112。然后将焦化鼓110蒸发来剥离剩余的未裂化的碳氢化合物。在将焦化鼓110通过例如水喷射(water injection)而冷却后，将固化焦128通过例如机械或水力方法移除。固化焦128落下穿过焦化鼓110的底部区域130并且在焦炭坑(coke pit)114中恢复。然后将固化焦128从精炼厂载运出来供应焦炭市场。在各种实施例中，在焦化鼓110的除焦期间残留供油126的流可转移至至少一个第二焦化鼓112，因而维持精炼系统100的持续操作。

图2是现有技术炉系统的示意图。现有技术炉系统200典型地包括多个对流区段202和多个辐射区段204。在图2中绘出的布置显示了例如基本在四个辐射区段204上方朝向的两个对流区段202。该多个辐射区段204典型地朝向成相对彼此的并行布置。在操作期间，残留供油126(在图1中显示)通过对流入口206进入多个对流区段202中的一个。由多个辐射区段204产生的烟气通过多个对流区段202上升，并预热残留供油126。残留供油126经由对流出口208排出多个对流区段202，并且运送至多个辐射区段204中的一个。预热的残留供油126经由辐射入口210进入多个辐射区段204，并且加热至裂化温度。一旦被加热，那么残留供油126经由辐射出口212离开多个辐射区段204，并且运送至焦化鼓110(在图1中显示)。

图3是根据示范实施例的辐射区段的剖面图。辐射区段300包括燃烧器单元302。借助于实例，在图2中显示的辐射区段300包括一对相反地布置的燃烧器单元302。火箱304限定在该对相反地布置的燃烧器单元302之间。工艺盘管306布置在火箱304内。在典型的实施例中，工艺盘管306包含残留供油126(在图1中显示)。在辐射区段300的操作期间，燃烧副产物和称为“烟气”的废气在火箱304中积聚。在典型的实施例中，烟气通过火箱的上开口308排放。

图4是根据示范实施例的炉系统的示意图。炉系统400包括至少一个对流区段402、至少一个下辐射区段404、以及至少一个上辐射区段406。借助于实例，在图4中绘出的炉系统400示出了例如：两个对流区段402、两个下辐射区段404、以及两个上辐射区段406，但是根据设计需要，可利用任意数量的对流区段402、任意数量的下辐射区段404、以及任意数量的上辐射区段406。在典型的实施例中，将至少一个上辐射区段406安装在至少一个下辐射区段404上方。至少一个上辐射区段406在至少一个下辐射区段404上方的布置，允许将炉系统400构造在与在图2中所示的现有技术并行布置相比更小的区域中。在示范实施例中，在图4中显示的炉系统400将四个辐射区段(404、406)放置在具有两个辐射区段(404、406)的炉系统通常需要的区域中。

还参照图4，与至少一个下辐射区段404关联的第一火箱422流体地联接至并且热暴露于与至少一个上辐射区段406关联的第二火箱424。在典型的实施例中，至少一个对流区段402流体地联接至并且热暴露于第二火箱424。在操作期间，至少一个下辐射区段404和至少一个上辐射区段406产生废气和公知为“烟气”的燃烧副产物。在典型的实施例中，已经积聚在第一火箱422和第二火箱424中的烟气通过至少一个对流区段402上升。烟气向至少一个对流区段402提供对流热传输。第一火箱422、第二火箱424、以及至少一个对流区段402共同限定用于排放烟气的排放通道426。将排气部408安装在上方，并且流体联接至至少一个对流区段402。在排放通道426中积聚的烟气通过排气部408排放。

还参照图4，至少一个对流区段402包括对流入口410和对流出口412。以相似的方式，至少一个下辐射区段404包括第一辐射入口414和第一辐射出口416。至少一个上辐射区段406包括第二辐射入口418和第二辐射出口420。在典型的实施例中，对流入口410接收残留供油126(在图1中显示)。对流出口412流体地联接至第一辐射入口414和第二辐射入口418。在典型的实施例中，第一辐射出口416和第二辐射出口420流体地联接至焦化鼓110(在图1中显示)。在各种备选实施例中，对流出口412流体地联接至第一辐射入口414，而第二对流出口(未明确地显示)联接至第二辐射入口418。

还参照图4，在运行期间，残留供油126(在图1中显示)经由对流入口410进入至少一个对流区段402。残留供油126在至少一个对流区段402中通过对流热传输预热。接着，残留供油126经由对流出口412离开至少一个对流区段402，并且运送至至少一个下辐射区段404或至少一个上辐射区段406中的一个。残留供油126经由第一辐射入口414进入至少一个下辐射区段404。残留供油126经由第二辐射入口418进入至少一个上辐射区段406。

在至少一个下辐射区段404和至少一个上辐射区段406中，将残留供油126加热至在例如大约900°F和大约940°F的范围中的裂化温度。在加热后，残留供油126经由第一辐射出口416离开至少一个下辐射区段404。残留供油126经由第二辐射出口420离开至少一个上辐射区段406。在离开至少一个下辐射区段404或至少一个上辐射区段406后，将残留供油126运送至焦化鼓110(在图1中显示)。在典型的实施例中，至少一个下辐射区段404和至少一个上辐射区段406平行于至少一个对流区段402地流体地连接。但是，在各种的备选实施例中，至少一个下辐射区段404和至少一个上辐射区段406可串联地连接至至少一个对流区段402。

还参照图4，在操作期间，将至少一个下辐射区段404和至少一个上辐射区段406独立地控制。在典型的实施例中，在第一辐射出口416处的残留供油126的温度实质等于在第二辐射出口420处的残留供油126的温度。在典型的实施例中，从下辐射区段404放出的烟气将软化与上辐射区段406关联的工艺盘管的通量轮廓(flux profile)。如在本文中所使用的，术语“通量轮廓”指工艺盘管的每表面区域的热输入。软化上辐射区段406的通量轮廓趋向于提高上辐射区段406的行进长度。即，由于积聚的焦炭，改进的通量轮廓倾向于增加在上辐射区段406的需要的清洁之间的时间量。

炉系统400的优势将对于本领域技术人员将是显而易见的。首先，如之前所讨论的，至少一个上辐射区段406在至少一个下辐射区段404上方的布置允许将炉系统400构造在实质更小的区域中。这在具有严格的空间约束的情况下尤其有利。其次，炉系统400减小了通常与许多现有炉系统关联的资金投资。炉系统400减小了与例如排气部408和其它关联排放通道相关联的材料的数量。

图5是根据示范实施例的炉系统的示意图。炉系统500包括多个对流区段502和多个辐射区段504。在典型的实施例中，炉系统500在构造方面与参照图4在上面讨论的炉系统400相似。但是，炉系统500包括例如八个辐射区段504和四个对流区段502。因而，在图5中显示的实施例证明了，具有八个辐射区段504的炉系统500可构造在通常需要四通炉系统的区域上。

图6是根据示范实施例的用于构造炉系统的工艺的流程图。工艺600开始于步骤602处。在步骤604处，提供了至少一个下辐射区段。在步骤606处，提供了至少一个上辐射区段。在步骤608处，将至少一个上辐射区段布置在至少一个下辐射区段上方。在步骤610处，提供至少一个对流区段，并将其布置在至少一个上辐射区段上方。至少一个上辐射区段在至少一个下辐射区段上方的布置实质减小了炉系统所需要的区域。工艺600终止于步骤612处。

尽管该方法的各种实施例和本发明的系统已经在附图中示出并在前述详细描述中描述，但是应当理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是能够有各种重新布置、修改以及代替，而不脱离在本文中提出的本发明的精神。例如，尽管在本文中显示和描述的实施例借助于在延迟焦化操作中利用的炉系统的实例叙述，但是本领域技术人员将认识到，在本文中显示和描述的实施例还可应用于在精炼操作中利用的其它炉系统，例如，原油加热器、真空加热器、虎钳破坏加热器(vise breaker heater)、或用于在精炼操作中加热流体的任何其它适当的装置。此外，在各种实施例中，在本文中显示和描述的炉系统可包括任意数量的对流区段、上辐射区段、下辐射区段。在本文中显示和描述的实施例仅仅为示范。