专利名称：焦化装置中焦化塔蒸汽管路的急冷方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及焦化装置组件及它们的运行，特别是在自组件中焦化塔通至分馏塔的蒸汽管路中的急冷。
焦化塔蒸汽管路中的流量受若干因素的影响，包括急冷喷射流量、急冷油的性质、焦化塔的温度、蒸汽流量以及从焦化塔至分馏塔的压力降。在先前的系统中，从蒸汽管路流入焦化装置主要分馏塔的液体实际流量在焦化循环期间发生变化。先前系统造成以下两种不利状态之一(1)过急冷，它减少产量，并可能减少组件的进料流量；或(2)欠急冷，它不给蒸汽管路留下一点彻底冲洗管路的进入主分馏塔的液体，这样，当蒸汽管路焦化时，它将最终使焦化装置熄火。一旦管路焦化至这样的程度，即它引起从焦化塔至主分馏器有足够的压力降，以致所有液体蒸发时，则在焦化装置必须熄火前只留下很短的时间-这是一种代价十分高昂的事故。在先前系统中，急冷一般不能调节，以使它有利于再循环比例。一种先前的方法，即温度增量控制技术可能对再循环比例有利；但是，下游温度指标器(TI)必须位于分馏塔附近的蒸汽管路公共部分，以便它能正确运行。将一个TI放置于这一位置上的问题是，十有八九，它将被污物堵塞，因而变得不精确。如在本发明中描述的，将一台TI放置在进入至分馏塔的焦化塔蒸汽管路的出口上在运行期间是不可理解的，但在滚筒除焦时，容易清洗。先前的急冷技术不考虑焦化塔与分馏塔之间的压差。
本发明是对焦化装置组件中从焦化塔通至主分馏塔的焦化塔蒸汽管路进行急冷的方法和装置。此改进的急冷系统的独特部分是，它既应用压差，又应用组件进料流量以便对给定的急冷油和组件进料的品质进行急冷流量的控制。如果焦化装置进料或急冷油的成分显著改变，则可产生一组新的急冷曲线，以确保焦化塔蒸汽管路的适当急冷。急冷的目的是阻止塔蒸汽管路被碳基沉淀物所堵塞。蒸汽管路的堵塞引起焦化装置组件进料流量的截止，最终导至焦化装置进料流量的严重限制，直至堵塞被排除。为排除蒸汽管路堵塞，要求组件熄火，由于焦化装置组件的逐渐减缓和随后的熄火，这将引起焦化装置生产能力的下降和显著的经济损失。与先前系统中应用的温度、温度增量、不绝缘管路或固定流量的控制技术不同，压差控制技术被应用，以急冷流至分馏塔的塔蒸汽。通过压差进行的蒸汽管路急冷控制阻止焦化塔切换、组件起动或减缓期间蒸汽管路的过急冷，也阻止塔预热期间的欠急冷。这改进了滚筒切换后分馏塔的恢复时间，以及塔循环期间的总液体产品回收量，它可能由于过急冷而减少。这也阻止蒸汽管路在任何时候烤干，一种欠急冷状态，只要急冷油的品质和状态没有显著的改变。
为了克服以上问题，已研制了一种建立在压差和组件进料为基础的新的延迟焦化装置组件和新的方法。这样，本发明涉及如权利要求1所述的一种延迟焦化装置的设计以及如权利要求3所述的一种新方法。
图1是包括本发明的焦化装置组件的示意图。
图2是一张曲线图，它表示对一台典型焦化装置组件和焦化装置进料品质，在最小和最大进料流量时急冷流量随压差而变化的关系。
焦化装置蒸汽管路堵塞的根本原因是蒸汽管路的烤干。特别是，焦化塔预热期间，由于从焦化塔至分馏塔的压降增加，如果急冷流量没有增加以阻止烤干，则蒸汽管路可能烤干。此增加的压降能引起所有液体在蒸汽管路中急骤蒸发掉，这留下一层夹带着焦炭细末的碳渣。为减少蒸汽管路堵塞的风险，已披露的急冷技术根据压降和组件进料流量调节急冷流量。此压力增量急冷控制技术大大减少了蒸汽管路烤干的可能性，并保持从蒸汽管路末端流入分馏塔的流体具有恒定的流量。它将在蒸汽管路堵塞风险大大下降的情况下，相对现有技术的温度增量急冷控制(如果蒸汽管路温度指示器(TI)不是布置在分馏塔附近的话)，或恒定蒸汽温度急冷流量技术，通常可增加产量。后两种现有技术对大多数塔循环依赖过急冷，以便阻止塔预热期间蒸汽管路的烤干。或者，如果TI放置在蒸汽管路的难以接近的部分，TI可能被焦炭所堵塞，产生不可靠的数据，造成欠急冷。如果温度增量急冷控制技术是可靠的，则焦化装置主分馏塔附近的蒸汽管路的温度必须是精确的；但是，在蒸汽管路这一部分的温度指示本来就是不可靠的，因为在蒸汽管路的这一公共部分，蒸汽管路将很可能被堵塞，产生不可靠的温度数据。每当滚筒发生切换，固定急冷流量蒸汽温度控制就可能造成欠急冷和烤干的蒸汽管路，而这会导致蒸汽管路形成堵塞。
本发明克服了现有系统中应用的急冷蒸汽温度控制技术的三个限制(1)焦化塔蒸汽管路烤干的可能性；(2)焦化环境中用以控制急冷流量的温度指示的低可靠性；以及(3)塔预热期间，当压降通常在其最高时，如果输入的急冷合适，则在大多数塔循环期间，必须有本质性的过急冷。还有，在每一塔循环期间，塔压力指示器的精度很容易校验，因为非运行塔向大气开放，因此，如果运行适当的话，压力指示器将读出0磅/英寸2。然而，温度传感器肯定要被焦炭堵塞，以致其精度在塔循环之间不容易校验，因为金属没有时间冷却至循环之间的四周可校验的状态。或者，如果TI放置在蒸汽管路的公共部分，人们将不知道TI是否被堵塞，这样就产生了用以控制急冷流量的不可靠数据。
在下列讨论中，展示和说明了两台焦化塔。显然，一套焦化装置组件可包括多于两台的焦化塔。现参看图1，一套标准焦化装置组件包括两台焦化塔10和20、两台焦化炉30和40、主分馏塔50、轻粗柴油汽提塔60、重粗柴油汽提塔70、可能还有精馏吸收器80，所有这些都是该技术的技术人员所熟知的。在本发明中，还附加要求一台计算机控制器90用以接收来自焦化塔10，20、主分馏塔50和入口进料流量指示器100的输入数据，以及产生控制急冷流量的控制信号，对此将在随后加以说明。每一台焦化塔10、20均分别包含压力传感器11、21，它们一直监视相应塔内的压力，并将这样的数据传输给控制器90。显然，在任何给定时刻，如本技术的技术人员所熟知的，一台焦化塔是“运行”的(在线的)，而另一台则是脱线的，它经受除焦和清理，为下一个循环进行准备。同样，主分馏塔50也包含一台压力传感器51，用于一直监视其中的压力，并将此数据传输给控制器90。
在运行中，诸如6号油的冷进给重油在约82℃(180°F)下通过流量计102和管路104进给至分馏塔50中，即通过管路104a进给至网格盘式/喷头组件59，或通过管路104b进给至分馏塔50的底部。同时，诸如热树脂的热进料在约260℃(500°F)下通过流量计103和管路105进给至分馏塔50的底部中。来自流量计102、103的流量计信号通过数据线106、107分别传输至组件进料流量指示器100。最终的流量信号通过数据线101被传输至控制器90。分馏塔底部的热射流在于33、43分别引射快速蒸汽后，通过管路54进给至焦化炉30、40，在此处它分别通过管道31、41而循环，并加热至约488℃(910°F)。底部沉淀物必须被急剧热解，不然的话，它将不焦化，替而代之，形成沥青。热的分馏塔底部沉淀物在32、42分别在约488℃(910°F)下离开炉的管道31、41，并引向运行的焦化塔，或10或20。运行的焦化塔10或20按通常的方法截住和保留碳物质，而碳氢化合物则蒸发。可以理解，此处说明的装置被称为“延迟焦化装置”，因为它要求滞留时间和温度相结合，用以在焦化塔10、20中形成焦炭。压力传感器11和21将数据分别通过线路11a和21a传输至控制器90。从运行的焦化塔10或20输出的蒸汽通过阀门18、28之一流至焦化塔的高架蒸汽管路29。急冷液体也通过入口12或13、流量计14和阀门17引射进入蒸汽管路29，用以在蒸汽管路29中形成急冷油和蒸汽的混合物。急冷液体12可以是废油，而急冷液体13可以是焦化装置粗柴油。通过蒸汽管路29的急冷液体流量由急冷流量指示器控制器15所设定，该控制器15根据通过控制线路91接收到的来自控制器90的信号调节阀门17，对此下文将加以解释。
蒸汽管路29中的急冷油/蒸汽混合物在分馏塔50的底部于29a处加以喷射，在现有系统中，在此处放置了热电偶，用以检测和传输温度数据，并可能用于控制流量。如已经解释的，此温度趋于不可靠，因为热电偶被焦炭所涂覆，从而变得不精确。主分馏塔50包括重粗柴油泵-围绕交换器53，用于冷却蒸汽和从系统中排走热量。循环回流组件也包含泵-围绕交换器52，用于冷却蒸汽和沿着塔50的上方进一步从系统中排走热量。交换器52通过管路52b接收热的循环回流油，通过管路52a将已冷却的循环回流油送回至分馏塔50。交换器53通过管路53b接收热的未汽提的重粗柴油，部分热的重粗柴油可能通过管路53c流回至喷头59，以便阻止夹带的焦炭细末逃逸进入塔顶部的蒸汽中。来自交换器53的已冷却重粗柴油通过管路53a送回至分馏塔50，在此处它流至作为泵围绕热量排走系统的部分的盘53d上。重粗柴油汽提塔70通过管路74接收来自分馏塔50的未汽提的重粗柴油，而蒸汽通过管路72引射注入，以形成汽提的重粗柴油，它被管路71排出。蒸汽和已汽提完全的重粗柴油通过管路73再循环至分馏塔50，在这里它流在盘53d上。管路53c是用于喷头59的液体的一个替代源，如果应用的话，它将把流动在管路104中的冷进料，通过管路104b与通过管路105的热树脂一起改道至分馏塔50的底部。喷头组件/接触盘59阻止夹带的焦炭细末逃逸进入塔顶部的蒸汽中。
轻粗柴油汽提塔60可用于通过管路64接收未汽提的轻粗柴油，通过管路62接收蒸汽。产生经汽提的轻粗柴油，并通过管路61排出，而留下的蒸汽则通过管路63被送回至分馏塔50。分馏塔50顶部的蒸汽被传送给高架冷凝器54，它排走塔顶部蒸汽中的热量。冷凝的液体传送至收集器55，而湿气压缩机56则压缩诸如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷的湿气体。湿气压缩机56的输出通过管路57转送至精馏吸收器(RA)80，在此处，可燃气体在82抽出、而焦化装置矿物油在84排出，后者被送至加氢处理组件。吸收器80接收贫油输入83，它有助于乙烷从丙烷中分离。管路81包含已经冷凝在高架冷凝器54中的塔顶部液态碳氢化合物。这些液体或作为回流送回至主分馏塔50，或送回至RA80。压力传感器51连续地将分馏塔50内的压力信号通过线路51a传输至控制器90。
如上面指出的，控制器90分别从焦化塔10、20中的压力传感器11、21，以及从分馏塔50中的压力传感器51，甚至从已被除焦的脱线滚筒中接收连续的压力信号。控制器90还从组件进料流量指示器100接收入口进料流量信号101(桶/天)。控制器90测出那台塔10、20是运行的(在线的)，因为脱线塔中的压力低于在线塔中的压力。然后，它计算运行塔(10或20)与由压力传感器51传输的分馏塔50的压力之间的压力差(DP)。此DP被控制器90用于与进料流量101一起计算急冷流量，此急冷流量要求在12、13加以喷射，以便在蒸汽管路29的位置29a保持所选的例如为5体积％的新鲜进料液体流量，在位置29a蒸汽管路29与主分馏塔50相交。应明白这是蒸汽管线的一个十分重要的区域。如果谁不了解液体总量在蒸汽管路这一位置上的影响，则可能潜在地(1)过急冷，即液体太多，它减少液体的回收量，增加焦化装置组件至主分馏塔底部沉淀物的再循环，并可能潜在地减少焦化装置组件的生产率，或(2)欠急冷，即液体太少，造成一条干燥的、不冲洗的蒸汽管路，它将被焦炭所堵塞，并最终使焦化装置组件停产。这些状态中任一个都是不利的。一个信号通过线路91送至急冷流量指示器控制器15，阀门17自动地调节，以保持这一选择的流量。
计算了为在不同蒸汽管路压差下保持湿管路所需的急冷流量和为确保恒定的液体流量从蒸汽管路29流入焦化装置主分馏塔50所需的组件进料流量。由Simulation Sciences有限公司提出的PRO/II通用目的处理和优化软件被用于产生数据(PRO/II是一种商标)。此数据列于下列表1和2中。
表1和2是通过焦化塔蒸汽管路热力学的计算机模拟获得的。根据测得的焦化装置进料产品回收量和急冷液体性质，进行了模拟以确定为产生由焦化塔蒸汽管路流入主分馏塔底部的液体得到组件再循环恒定百分比所需的急冷流量。同时在预先测得的产品回收量和急冷油性质下，蒸汽管路的压力降进行改变以确定为保持有恒定液体流量流入主分馏塔所需的急冷流量。
由表1和2产生了示于图2中的曲线。从运行焦化塔至主分馏塔的分压降(磅/英寸2；1磅/英寸2＝0.0689巴)用作X轴，而急冷流量(bpd)用作Y轴。一旦对特定焦化装置(对给定的一组组件的产量和急冷油性质)获得曲线后，此信息可用于在此后通过计算机控制以控制急冷流量。
表1
表2
现参看图2，图2中将为典型焦化装置组件对最大(28.5MBPD)和最小(14.5MBPD)的进料流量得到的表1和表2以图形形式加以展示。
权利要求
1.一种延迟焦化装置，包括一台运行的焦化塔，它具有压力传感器，用于测量在所述塔内的压力，所述焦化塔适用于接收来自分馏塔的热的分馏塔底部沉淀物，从所述底部沉淀物中截获碳，以及将所述底部沉淀物中的蒸汽传送至蒸汽管路；喷射装置，用于喷射急冷液体进入所述蒸汽管路；分馏塔，适用于接收来自所述蒸汽管路的所述蒸汽，接收进入其中的碳氢化合物进料，以及包括测量其中压力的装置；控制器，用于接收来自所述焦化塔和所述分馏塔的压力信号，并用于计算其间的压差；产生信号的装置，用于产生代表输入至所述分馏塔的进料流量的信号，以及将所述信号输入至所述控制器；和在所述控制器内的装置，用于计算所述压差和所述进料入口流量的数据，以及据此产生一个信号，用于控制喷射至所述蒸汽管路中的急冷液体的所选量。
2.如权利要求1所述的装置，它还包括至少一台与所述运行焦化塔平行的附加焦化塔。
3.在一种延迟焦化装置组件中，该延迟焦化装置组件具有由蒸汽管路进行连接的焦化塔和主分馏塔，一种测量和控制喷射至所述蒸汽管路中的急冷液体流量的方法，包括的步骤有测量所述焦化塔内的压力；测量所述分馏塔内的压力；测量输入至所述分馏塔的液体进料的总流量；将所述测得的压力和所述测得的输入至所述分馏塔的进料液体总流量的信号输入至控制器中；应用焦化塔蒸汽管路热力学计算所述压差和所述进料入口流量的数据之间的关系；根据所述关系，确定必须输入至所述蒸汽管路中的急冷液体量，以便保持通过所述蒸汽管路进入所述分馏塔的液体的所要求的流量；根据所述关系，产生一个信号，用于控制必须喷射至所述蒸汽管路中的急冷液体的所选量，以便通过所述蒸汽管路和进入所述分馏塔中的液体具有所要求的流量；以及控制喷射至所述蒸汽管路中的急冷液体的流量，其方法是将所述产生的信号输给供应阀，用以根据所述产生的信号打开和关闭所述阀。
全文摘要
一种对焦化装置组件中从焦化塔至主分馏塔的焦化塔蒸汽管路进行急冷的方法和装置，从而使急冷液体的量能防止焦化塔蒸汽管路被碳基沉淀物所堵塞。应用了一种压差控制技术以便对输至分馏塔的焦化塔蒸汽进行急冷。通过压差进行的蒸汽管路急冷控制防止蒸汽管路在焦化塔切换、组件起动或减缓期间的过急冷，也能防止焦化塔预热期间的欠急冷。
文档编号C10B55/00GK1469917SQ01817247
公开日2004年1月21日 申请日期2001年9月12日 优先权日2000年9月14日
发明者斯蒂芬·M·黑克, 斯蒂芬 M 黑克 申请人:国际壳牌研究有限公司