专利名称：用于烃转化工艺的燃烧式加热器的制作方法
用于烃转化工艺的燃烧式加热器
背景技术：
烃转化工艺通常采用多个反应区，烃依次流经所述反应区。系列中的每个反应区通常具有一组独特的设计要求。系列中的每个反应区的最低设计要求是传递通过该系列的烃的期望输出的液力容量。每个反应区的一个另外的设计要求是充分加热以执行规定程度的烃转化。
一种众所周知的烃转化工艺可以是催化重整。一般而言，催化重整是石油精炼行业中为了提高烃给料的辛烷品质而采用的完善的烃转化工艺，重整的主要产品为车用汽油混合成分或用于石化产品的芳族化合物源。可将重整定义为通过环己烷脱氢化和烷基环戊烷脱氢异构化以生成芳族化合物、链烷烃脱氢化以生成烯烃、链烷烃和烯烃脱氢环化以生成芳族化合物、正构烷烃异构化、烷基环烷烃异构化以生成环己烷、被取代的芳族化合物异构化和链烷烃氢化裂化而产生的总体效果。重整给料可以是氢化裂化剂、直馏产品、FCC或焦化石脑油，并且可含有多种其它成分，例如冷凝物或热裂化石脑油。加热器或炉通常在诸如重整的烃转化工艺中用于在工艺流体进行反应之前加热工艺流体。一般而言，燃烧式加热器(fired heater)或炉包括全辐射燃烧式加热区以使用用于另一服务例如生成蒸气的任选的对流区段来加热流体。其它燃烧式加热器可具有初始对流区段，后接一串联的辐射区段。具有对流区段首先允许工艺流体从烟道气回收更多热量，因为该对流区段与加热器的辐射区段相比一般处于较低的温度。另外，这两种加热器设计都适用于充料加热器(charge heater)和中间加热器。每个区段都包括用于容纳流经加热器的工艺流体的管。但是，这些传统设计存在缺点。有时，如果增加加热器的燃烧将辐射管和/或对流管的温度升高到它们的最高管壁极限，则转化单元被加热器限制。如果加热器的生产能力受最高管壁温度限制，则整个转化单元的生产率会受到抑制。此外，一般存在三个与在管壁的最高温度或附近操作加热器相关的问题。第一，高管壁温度增加了烟道气在管的两侧上氧化的倾向，从而引起形成降低加热器的辐射效率的污垢。第二，高管壁温度，特别是对于诸如重整的转化工艺中的首先两个反应器，会导致供料裂化，从而减少产量。第三，另外一个复杂情况是重整加热器还易于在较高温度在燃烧式加热器管内发生金属催化式焦化。金属催化式焦化会导致重整单元停止工作以便进行维护作业来去除反应器内的起因于燃烧式加热器管内金属催化式焦炭开始形成的焦炭沉积。因此，非常希望较低的管壁温度。存在几个与高管壁温度相关的焦化问题的解决方案，但每一个解决方案都具有其缺陷a)可喷射抑制结焦的硫，但该解决方案通常降低了重整器产量并且对于某些不具有焦化倾向的供料来说是不必要的；b)辐射管可由能提高最高允许加热器管壁温度的不同合金管代替，但这些合金往往更加昂贵；c)可使用更多的管和/或燃烧器来扩大加热器以增加表面积，但扩大加热器通常是昂贵的；以及d)可对一系列加热器增加加热器以提供一部分所需的负荷，因此可减小现有加热器的尺寸。但是，增加加热器也通常是昂贵的。认为很重 要的是设计燃烧式加热器使得来自歧管的流体跨一组并联加热器管的分布尽可能均勻。流体跨加热器管的分布不均会引发问题。例如，总体上，加热器的工艺出口温度受上升到最高管壁温度的管限制。如果第一管具有高于尾管的流体流量，则尾管将在第一管达到上限之前达到管壁温度的上限。另外，有时转化单元在停机期间被整修以增加单元的容量。高燃烧式加热器管壁温度会限制用于转化单元如重整单元的潜在的供料速率增加或重整油辛烷值增加。这种管壁温度限制会导致安装大且昂贵的燃烧式加热器单元。这种燃烧式加热器单元可以是转化单元如重整单元的预计成本的20%到25%。当设计用于新工艺的燃烧式加热器时，歧管的尺寸、加热器管的直径和其它设计变量被选择为最佳地适合着手设计的工艺。但是，在整修期间，设定了许多设计变量，或改变所述变量将引起大量的开支。例如，在整修时改变歧管尺寸和管直径是昂贵的。此外，当今的分析技术可揭示以前未发现的问题。例如，如果跨加热器管的压降与跨歧管的压降的比例高于特定值，则普遍的工程实践是假设在这些状态下实现了均勻分布。但是，当今的分析表明实际情况并非如此，尤其在整修的情况下。已发现，很久以来的工程假设并非一直充分并且可能需要作出调整以实现跨加热器管的均勻流量分配。某些调整例如扩大歧管的尺寸可能相当昂贵。但是，一旦发现跨加热器管的流动分配不均的问题，申请人便发现了不昂贵的修正设计更改——包括将限流孔板安放在至少一个选择的加热器管的入口附近。有可能地，限流孔板可安放在多个选定的管或甚至所有管的入口附近。限流孔板可被安放在一个更精选的加热器管的出口附近以实现相同结果。在整修期间，限流孔板可被安放在入口歧管与通向加热器管的入口之间。其它实施例包括将限流孔板安装在通向加热器的入口内，或入口歧管或出口歧管的开口内，或入口歧管或出口歧管本身内，或其任何组合。在本发明的另一实施例中，限流孔板可被安放在选定的加热器管的入口处以利用燃烧式加热器内的热点。这种情况下，不均勻的流动分布是希望的和有意的。例如，朝燃烧式加热器中间定位的加热器管可接收来自两组加热器的热量并且能够比其它加热管更快地加热流体。因此，通过这些选择管的流体的流速相对于其余加热器管可以提高，而获得的流体仍达到期望温度。在此实施例中，未位于热点内的那些管可具有被安放在加热器管的入口处的限流孔板以使通过位于加热器的热点内的那些加热器管的流速更大。因此，希望在不招致至少一部分上述缺点和成本的情况下增加通过转化单元的供料且不超过最高管壁温度。使用至少一个限流孔板修正分配不均可帮助增加通过燃烧式加热器的流体而不超过管壁温度限制。
发明内容
一种燃烧式加热器，包括至少一个辐射区段、歧管、具有与该歧管流体连通的入口和出口的一组加热器管、邻近至少一个加热器管入口并位于从歧管到该入口的流体流动路径中的至少一个限流孔板、以及至少一个燃烧器。该燃烧式加热器可包括多个辐射区段，每个区段都具有以上列出的构件。每个辐射区段都可由防火墙隔离。该燃烧式加热器可用于烃转化工艺中。该工艺包括使烃流通过至少一个加热器， 该加热器包括至少一个燃烧器、辐射区段和任选的对流区段。一般而言，所述流通过所述任选的对流区段，然后在离开加热器之前通过辐射区段。该辐射区段包括入口歧管和出口歧管、具有与所述歧管流体连通的入口和出口的一组加热器管、位于从所述入口歧管到加热器管入口的流体流动路径中的至少一个限流孔板、以及至少一个燃烧器。 另一示例性的重整工艺可包括操作重整单元并使包含烃的流通过所述辐射区段， 接下来通过所述任选的对流区段，然后来到反应区的入口。一般而言，重整单元包括至少一个加热器，该加热器包括至少一个燃烧器、辐射区段和任选的对流区段，以及包括反应区的重整反应器。所述辐射区段包括入口歧管和出口歧管、具有与所述歧管流体连通的入口和出口的一组加热器管、位于从所述入口歧管到加热器管入口的流体流动路径中的至少一个限流孔板、以及至少一个燃烧器。一种示例性的精炼或石化生产设备可包括重整单元，该重整单元又可包括加热器，该加热器包括燃烧器、辐射区段和任选的对流区段；以及重整反应器。所述辐射区段可包括用于接收进入加热器的烃流的具有入口和出口的第一管，所述入口装备有限流板，并且任选的对流区段可包括用于接收离开辐射区段的第一管的烃流的具有入口和出口的第二管。所述重整反应器可具有反应区，该反应区可接收来自所述第二管的出口的烃流。本发明对于转化单元如重整单元而言可通过使用选择性地安放的限流孔板修正流体跨一个或更多个燃烧式加热器单元中的燃烧式加热器管的分布不均而允许现有重整单元的经济设计或扩展。在现有的加热器单元中，这种修改能以对现有加热器构件的最少更改来完成，从而既降低设备的资金成本，又减少停机时间。因此，本发明可特别好地适合于翻修受最高管壁温度限制的现有加热器，所述最高管壁温度一般低于640°C (1，184°F )， 优选不超过635°C (1，175 T )。所获得的较低的燃烧式加热器管壁温度还可降低燃烧式加热器管内金属催化式焦化的可能性，这可增加后续的反应区的可靠性并避免一部分与如上所述的其它焦化解决方案相关的缺点。本发明还可用于当例如燃烧式加热器已呈现出增加或减少的热输入区域时有意地形成流体跨一组燃烧式加热器管的有利分配。
图1是可包括本发明的脱硫单元和重整单元的示例性的精炼装置的示意图。图2是本发明的示例性的重整单元的至少一部分的示意图。图3是本发明的带有任选的共用对流区段和多个辐射区段的示例性的加热器的示意性的双截面图。图4是本发明的入口歧管、限流孔板和加热器管入口的示意性的截面图。图5是本发明的位于入口歧管内的限流孔板和加热器管入口的示意性的截面图。定义如本文所用的，术语“烃流”可以是包括各种烃分子的流，例如直链、支链或循环烷烃、烯烃、二烯烃和炔烃，以及任选的其它物质如气体，例如氢气，或杂质，如重金属。烃流可经历反应例如重整反应，但仍可称为烃流，只要在反应之后流内存在至少一些烃。因此，烃流可包括经历过一个或更多个反应的烃流，例如烃流流出物，或未经历过一个或更多个反应的烃流，例如石脑油供料。如本文所用的，烃流还可包括原质烃给料、烃给料、供料、供料流、混合供料流或流出物。此外，烃分子可被简写为Ci、C2、(V·· Cn，其中“η”代表烃分子中的碳原子数。 如本文所用的，术语“辐射区段” 一般指的是加热器的这样一个区段，该区段主要通过辐射传热且其次通过对流传热来接收例如通过加热器所燃烧的燃气释放的热量的 35%到65% (对于明显结垢的管)或45%到65% (对于相对清洁的管)。如本文所用的，术语“对流区段” 一般指的是加热器的这样一个区段，该区段主要通过对流传热且其次通过辐射传热(例如通过烟道气)来接收例如通过加热器所燃烧的燃气释放的热量的10%到45%。通常，热量的7%到15%经烟道损失，因此燃料所释放的热量通常不超过93 %被用于辐射区段和对流区段中。如本文所用的，术语“加热器”可包括例如炉、充料加热器(charge heater，进料加热器)或中间加热器。加热器可包括至少一个燃烧器并且可包括至少一个辐射区段、至少一个对流区段或至少一个辐射区段和至少一个对流区段的组合。
具体实施例方式一般而言，含烃反应剂流在反应系统中的催化转化具有至少两个反应区，其中反应剂流连续流经所述反应区。具有多个区的反应系统一般采取以下两种形式中的一种并排形式和堆叠形式。在并排形式中，多个单独的反应容器——其均可包括反应区——可被并排安放。在堆叠形式中，一个共用的反应容器可包含可被彼此上下安放的多个单独的反应区。在两种反应系统中，反应区之间可存在中间加热或冷却——取决于所述反应是吸热反应还是放热反应。尽管反应区可包括任何数量用于烃流动的布置，例如向下流动、向上流动和交叉流动，但本发明适用的最普通的反应区可以是径向流动。径向流动反应区一般包括具有竖直并同轴地设置以形成反应区的不同名义截面积的筒形区段。简而言之，径向流动反应区通常包括筒形反应容器，该反应容器容纳两者都同轴地设置在反应容器内的筒形外催化剂保持筛网和筒形内催化剂保持筛网。内筛网可具有小于外筛网的名义内截面积，外筛网可具有小于反应容器的名义内截面积。一般而言，反应剂流被引入反应容器的内侧壁与外筛网的外侧表面之间的环形空间。反应剂流可通过外筛网，径向流经外筛网与内筛网之间的环形空间，并通过内筛网。可被收集在内筛网内的筒形空间内的流可从反应容器抽吸。尽管反应容器、外筛网和内筛网可以是筒形的，但它们也可呈任何适当的形状，例如三角形、正方形、椭圆形、或菱形，取决于诸多设计、制造和技术考虑因素。例如，一般而言，夕卜筛网普遍不是连续筒形筛网，而是可排列在反应容器的内侧壁的圆周周围的、称为“凹口 (scallops) ”的单独的椭圆形、管状筛网的布置。内筛网普遍是可在其外周周围被覆盖有筛网的穿孔中心管道。优选地，所述催化转化工艺包括催化剂，该催化剂可包括可移动通过反应区的粒子。催化剂粒子可通过任何数量的运动装置(包括输送带)或输送流体移动通过反应区，但最普遍地，催化剂粒子在重力作用下移动通过反应区。通常，在径向流动反应区内，催化剂粒子可填充内筛网与外筛网之间的环形空间，可将该环形空间称为催化剂床。催化剂粒子可从反应区的底部被抽吸，并且催化剂粒子可被引入反应区的顶部。从最终反应区抽吸的催化剂粒子随后可从工艺被回收，在工艺的再生区内再生，或被转移到另一反应区。同样， 添加到反应区的催化剂粒子可以是新添加到工艺的催化剂，已在工艺内的再生区内再生的催化剂，或从另一反应区转移来的催化剂。US 3，706，536和US 5，130，106中公开了具有堆叠反应区的示例性的反应容器， 通过引用将所述专利的教导整体并入本申请。一般而言，通过催化剂转移导管实现在重力作用下流动的催化剂粒子从一个反应区到另一反应区的转移、新鲜催化剂粒子的引导和用过的催化剂粒子的抽吸。通过这些工艺转化的给料可包括来自一定范围的原油的各种馏分。通过这些工艺转化的一种示例性的给料一般包括流，该流可以是石脑油，其基于流内的烃的总重量的重量百分数或份数如下表中所公开
权利要求
1.一种燃烧式加热器，包括辐射区段；入口歧管；出口歧管；具有入口和出口的至少一个加热器管，其中所述入口与所述入口歧管流体连通；位于通向加热器管的入口的所述入口歧管的流体流动路径内的至少一个限流孔板；以及至少一个燃烧器。
2.根据权利要求1所述的燃烧式加热器，其特征在于，所述限流孔板位于所述入口歧管与加热器管入口之间或邻近加热器管的入口位于所述入口歧管内。
3.根据权利要求1所述的燃烧式加热器，还包括一组N个加热器管，每个加热器管都具有入口和出口，其中每个入口都与所述入口歧管流体连通；一组从1到N个限流孔板，每个限流孔板都邻近加热器管的入口位于所述入口歧管内或位于所述入口歧管与加热器管的入口之间。
4.根据权利要求1所述的燃烧式加热器，其特征在于，特定加热器管被选择成具有限流孔板，所述限流孔板邻近加热器管的入口位于所述入口歧管内或位于所述加热器管的入口与所述入口歧管之间以使得流体跨所有加热器管均勻分配。
5.根据权利要求1所述的燃烧式加热器，其特征在于，特定加热器管被选择成具有限流孔板，所述限流孔板邻近加热器管的入口位于所述入口歧管内或位于所述加热器管的入口与所述入口歧管之间以使得至少一组加热器管具有第一流体流速且第二组管具有第二流体流速。
6.根据权利要求1所述的燃烧式加热器，其特征在于，对于每个限流孔板，孔口的直径相同或不同。
7.根据权利要求1所述的燃烧式加热器，还包括至少一个对流区段和至少另外一组第二辐射区段；第二入口歧管；具有入口和出口的至少一个加热器管，其中所述入口与所述第二入口歧管流体连通；至少一个第二燃烧器；以及定位在所述燃烧器与所述第二燃烧器之间的防火墙。
8.一种烃转化工艺，包括在使烃流来到至少一个反应区之前使所述烃流通过至少一个燃烧式加热器，所述加热器包括辐射区段；入口歧管；出口歧管；具有入口和出口的至少一个加热器管，其中所述入口与所述入口歧管流体连通；邻近加热器管的入口位于所述入口歧管内或位于所述入口歧管与加热器管的入口之间的至少一个限流孔板；以及至少一个燃烧器。
9.根据权利要求8所述的烃转化工艺，其特征在于，所述至少一个燃烧式加热器还包括多个中间加热器，其中每个中间加热器都包括至少一个燃烧器、辐射区段、歧管、具有入口和出口的至少一个加热器管，其中所述入口与所述入口歧管流体连通；或邻近加热器管的入口位于所述入口歧管内或位于所述入口歧管与加热器管的入口之间的至少一个限流孔板，并且所述工艺还包括使来自第一反应区的流出物来到第一中间加热器，其中来自所述第一反应区的所述流出物在离开第一中间加热器以进入第二反应区之前通过所述第一中间加热器。
10.根据权利要求9所述的烃转化工艺，其特征在于，所述烃转化工艺包括重整、烷基化、脱烷基化、氢化、氢化处理、脱氢化、异构化、脱氢异构化、脱氢环化、裂化或氢化裂化。
全文摘要
本发明的一个示例性的实施例可以是用于烃转化工艺的燃烧式加热器。该燃烧式加热器包括入口和出口集管或歧管；一组加热器管，每个加热器管都具有入口和出口；邻近至少一个加热器管的入口的至少一个限流孔板。该限流孔板可在入口歧管内并邻近加热器管的入口，或在入口歧管与通向加热器管的入口之间。一种工艺可包括在操作烃转化工艺的过程中使烃流通过本文所述的燃烧式加热器。
文档编号B01J8/12GK102448601SQ201080023497
公开日2012年5月9日 申请日期2010年3月23日 优先权日2009年3月31日
发明者K·D·彼得斯 申请人:环球油品公司