СПОСОБ РИФОРМИНГА С УЛУЧШЕННОЙ ИНТЕГРАЦИЕЙ НАГРЕВАТЕЛЯ Российский патент 2019 года по МПК C10G9/36 

Заявление о приоритете

Для настоящего изобретения испрашивается приоритет на основании заявки на патент США № 62/336,349, поданной 13 мая 2016г., содержание которой во всем объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.

Предпосылки создания изобретения

В процессах превращения углеводородов часто используется последовательность реакционных зон, через которые проходят эти углеводороды. Каждая реакционная зона может иметь свои собственные специфические технологические требования, включая требуемую температуру. Соответственно, каждая реакционная зона требует достаточной степени нагрева выше по ходу потока от этой реакционной зоны с целью достижения требуемой температуры для осуществления в этой зоне желаемого превращения углеводородов.

Одним из хорошо известных процессов превращения углеводородов является каталитический риформинг. Каталитический риформинг представляет собой хорошо отработанный процесс превращения углеводородов, используемый в нефтеперерабатывающей промышленности для повышения октанового числа сырьевых потоков углеводородов. Основной продукт каталитического риформинга представляет собой компонент для составления бензиновых смесей или источник ароматических соединений для нефтехимических продуктов. Риформинг можно определить как суммарный эффект, производимый дегидрированием циклогексанов, а также дегидроизомеризацией алкилциклопентанов и C₆-C₇-нафтенов, имеющих высокое содержание углерода, с образованием ароматических соединений; дегидрированием парафинов с образованием олефинов, дегидроциклизацией парафинов и олефинов с образованием ароматических соединений, изомеризацией н-парафинов, изомеризацией алкилциклопарафинов с образованием циклогексанов, изомеризацией замещённых ароматических соединений и гидрокрекингом парафинов. Сырьевой поток риформинга может представлять собой поток продуктов из реактора гидрокрекинга, реактора каталитического крекинга в псевдоожиженном слое (FCC), реактора коксования или прямогонную нафту и может содержать много других компонентов, таких как конденсат нафты или нафта термического крекинга.

Для нагревания технологической текучей среды перед осуществлением реакции в процессах превращения углеводородов, таких как риформинг, часто используют нагреватели или печи. Как правило, огневые нагреватели или печи включают в себя зону излучательного огневого нагрева для нагрева текучей среды, при этом конвекционную секцию используют для другой цели, такой, например, как получение пара. Каждая секция включает в себя трубы, которые заключают в себе технологическую текучую среду, проходящую через нагреватель. Блок огневых нагревателей с U-образными трубами является дорогостоящим базовым элементом для каталитического риформинга. Указанная конструкция объединяет несколько ключевых преимуществ, в том числе: (a) низкий перепад давления в змеевике, (b) гибкость изменения технических условий между камерами, (c) возможность объединять многочисленные камеры с обычной системой рекуперации тепла, и (d) контроль минимально возможной производительности, защищающий следующий далее по ходу потока теплообменник пластинчатого типа от внезапных изменений температуры.

В типичных конструктивных решениях для процесса риформинга разработаны технические условия для множества камер огневых нагревателей с целью обеспечения одинаковой температуры на входе на каждую стадию реакции.

Однако с учётом растущих цен на топливо традиционные схемы страдают от определенных недостатков. Более конкретно, производство пара в конвекционных секциях не является оптимальным, поскольку пар подают на другие участки заводов, перерабатывающих углеводороды. Вместо этого, тепло топлива, сжигаемого в зоне излучательного огневого нагрева, лучше было бы направлять на повышение энтальпии при переработке углеводородов.

Соответственно, были разработаны способы переработки углеводородов с использованием конвекционных секций для нагревания углеводородных потоков. Например, в документе US 9,206,358 описан способ нагрева сырьевого потока в конвекционном блоке. Сырьевой поток подвергают взаимодействию в первой реакционной зоне с образованием первого выходящего потока. Первый выходящий поток нагревают в первой излучательной камере, в которой сжигают топливный газ для нагревания первого выходящего потока и в которой образуется первый отработанный газ. Рассматриваемый способ включает в себя контактирование первого отработанного газа с конвекционным блоком для нагревания сырьевого потока. Однако указанный способ не позволяет эффективно контролировать температуру на выходе из нагревателя сырья, что в результате приводит к недостаточной степени использования продуктивности первого реактора.

С учётом вышесказанного, имеется потребность в способах переработки углеводородов с использованием конвекционных секций для нагревания углеводородных потоков, в которых обеспечивался бы контроль температуры на выходе из нагревателя сырья.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой иллюстрацию одного из вариантов осуществления способа и устройства для нагревания сырьевого потока по настоящему изобретению.

Фиг. 2 представляет собой иллюстрацию схемы протекания потока отработавших газов и дополнительных газов, используемой для регулировки температуры нагретого сырьевого потока на выходе из конвекционного блока.

Сущность изобретения

Один из аспектов настоящего изобретения представляет собой способ переработки углеводородного потока. В одном из вариантов осуществления способ включает в себя нагревание сырьевого потока в конвекционном блоке. Нагретый сырьевой поток подвергают взаимодействию в первой реакционной зоне с образованием первого выходящего потока, и первый выходящий поток нагревают в первой излучательной камере. В первой излучательной камере сжигается топливо для нагревания первого выходящего потока и образуется первый отработанный газ. Осуществляют контактирование первого отработанного газа с конвекционным блоком для нагревания сырьевого потока. Температуру нагретого сырьевого потока на выходе из конвекционного блока регулируют путём введения дополнительного газового потока в конвекционный блок.

Другой аспект данного изобретения представляет собой устройство для переработки углеводородного потока. В одном из вариантов осуществления устройство включает в себя теплообменник, выполненный с возможностью нагревания сырьевого потока. Имеется конвекционный блок, выполненный с возможностью приёма сырьевого потока и дополнительного газового потока. Имеется реакционная зона, выполненная с возможностью приёма нагретого сырьевого потока из конвекционного блока и осуществления реакции нагретого сырьевого потока с образованием выходящего потока. Имеется излучательная камера, выполненная с возможностью приёма и нагревания выходящего потока; в излучательной камере образуется отработанный газ, и она выполнена с возможностью пропускания части отработанного газа в конвекционный блок для нагревания сырьевого потока. Датчик температуры выполнен с возможностью отслеживания температуры нагретого сырьевого потока, выходящего из конвекционного блока. Имеется регулятор расхода, выполненный с возможностью изменения объёма части отработанного газа, поступающей в конвекционный блок, в соответствии с температурой нагретого сырьевого потока, выходящего из конвекционного блока.

Подробное описание изобретения

Можно добиться значительных сокращений стоимости и размера площадки для размещения блока нагревателей, если рассматривать требования по нагрузке на нагреватели в рамках выбора температур катализа на входе. За счёт обеспечения более низкой температуры на входе на первую стадию реакции излучательную камеру нагревателя сырья можно переместить в секцию извлечения тепла блока нагревателей. Контроль температуры на входе в первый реактор достигается путём снижения температуры отходящего газа на входе в систему рекуперации тепла. Эффективность всего процесса повышается, что приводит к снижению потребности в сжигании топлива на величину от 15% до 30% и в результате приводит к уменьшению стоимости блока огневых нагревателей на величину от 10% до 25%.

Настоящее изобретение включает в себя регулировку температуры потока, выходящего из конвекционного блока, путём введения дополнительного газового потока в конвекционный блок. Дополнительный поток может представлять собой свежий газ, часть отработанного газа из конвекционного блока или оба эти газа. Температуру дополнительного газа можно регулировать; при необходимости дополнительный газ можно нагревать или охлаждать. В альтернативном варианте или в дополнение можно менять состав смеси свежего газа и отработанного газа.

Раскрыты способы и устройство для переработки углеводородных потоков, а более конкретно для нагревания углеводородных потоков в конвекционных секциях выше по ходу потока от реакционной зоны. Способы и устройство по изобретению снижают расход топлива для зон излучательного огневого нагрева, так как повышенные количества энергии, производимой в результате сгорания топлива, передаются углеводородным потокам при помощи конвекционных секций. Способы и устройство по изобретению обеспечивают эффективный контроль температуры на выходе из первого реактора.

Используемая в настоящем изобретении фраза «углеводородный поток» включает в себя любой поток, имеющий в своём составе различные углеводородные молекулы, такие как прямоцепочечные, разветвлённые или циклические алканы, алкены, алкадиены и алкины, а также, необязательно, другие вещества, в том числе газы, такие как водород. Углеводородный поток может претерпевать реакции, например реакции риформинга, но его по-прежнему можно называть углеводородным потоком, поскольку по меньшей мере некоторые углеводороды присутствуют в потоке по завершении реакции. Таким образом, углеводородный поток может заключать в себе потоки, подвергнутые одной или нескольким реакциям, например выходящий углеводородный поток, или не подвергнутые осуществлению никаких реакций, например сырьё в виде нафты. Используемый в настоящем изобретении термин «углеводородный поток» также может включать в себя исходный углеводородный сырьевой поток, объединённый сырьевой поток или выходящий поток.

Способы и устройство для нагревания углеводородов с целью их переработки, как они описаны в настоящем документе, особенно хорошо подходят для процессов с использованием по меньшей мере двух реакционных зон, где по меньшей мере часть углеводородного потока проходит последовательно через указанные реакционные зоны. Процессы, имеющие множество реакционных зон, могут включать в себя широкое разнообразие процессов превращения углеводородов, таких как процессы риформинга, гидрирования, гидроочистки, дегидрирования, изомеризации, дегидроизомеризации, дегидроциклизации, крекинга и гидрокрекинга. Множество реакционных зон часто используют в каталитическом риформинге, который будет упоминаться далее в настоящем документе в вариантах осуществления, изображённых на чертежах. Однако заявляемые способы и устройство не ограничиваются процессами каталитического риформинга.

Прилагаемые чертежи иллюстрируют вариант осуществления способа и устройства для переработки углеводородов применительно к процессу каталитического риформинга. Эти чертежи приведены только в целях иллюстрации и не предназначены для ограничения объёма приведенной ниже формулы изобретения. На чертежах показаны только оборудование и линии, необходимые для понимания различных вариантов осуществления в настоящем документе, и не показано оборудование, такое как насосы, компрессоры, теплообменники и клапаны, которые не являются необходимыми для понимания способов и устройства по настоящему изобретению, и которые хорошо известны специалистам в области переработки углеводородов.

Обращаясь к фиг. 1, можно видеть, что на этой фигуре схематически изображено устройство 10 для переработки углеводородного сырьевого потока 12. Приведённое в качестве примера устройство 10 представляет собой установку риформинга, включающую в себя секцию 14 теплообмена, секцию 16 излучательного огневого нагрева, секцию 18 конвекционного нагрева, реакционную секцию 20 и секцию 22 выделения продуктов.

Как показано, углеводородный сырьевой поток 12 поступает в секцию 14 теплообмена выше по ходу потока от секций 16, 18 и 20. Типичный углеводородный сырьевой поток 12 для каталитического риформинга представляет собой нефтяную фракцию, известную как нафта, имеющую начальную температуру кипения 82°C (180°F) и конечную температуру кипения 203°C (400°F). Процесс каталитического риформинга особенно хорошо подходит для обработки прямогонных нафт, содержащих относительно большие концентрации нафтеновых и по существу прямоцепочечных парафиновых углеводородов, которые подвергаются ароматизации по реакциям дегидрирования и/или циклизации. Типичные загрузочные смеси представляют собой нафты, состоящие в основном из нафтенов и парафинов, которые могут кипеть в пределах бензинового диапазона, хотя во многих случаях также могут присутствовать ароматические соединения. Указанный класс нафт охватывает прямогонные бензины, бензины из природного газа, синтетические бензины и тому подобное. В других вариантах осуществления можно загружать бензины термического или каталитического крекинга, либо нафты частичного риформинга. Также с успехом можно использовать смеси прямогонной нафты и нафты крекинга бензинового диапазона. Загрузочная смесь в виде нафты бензинового диапазона может представлять собой бензин, кипящий во всём диапазоне и имеющий начальную температуру кипения от 40°C до 82°C (от 104°F до 180°F) и конечную температуру кипения в пределах диапазона от 160°C до 220°C (от 320°F до 428°F), или его выбранную фракцию, которая, как правило, может являться высококипящей фракцией, обычно называемой тяжёлой нафтой, например нафтой, кипящей в диапазоне от 100°C до 200°C (от 212°F до 392°F). В некоторых случаях также предпочтительно загружать чистые углеводороды или смеси углеводородов, выделенных на установках экстракции, например рафинаты, образующиеся в процессе экстракции ароматических соединений, или прямогонные парафины, которые подлежат превращению в ароматические соединения. В некоторых других случаях сырьевой поток 12 также может заключать в себе лёгкие углеводороды, которые содержат 1-5 атомов углерода, но, поскольку указанные лёгкие углеводороды не могут легко превращаться в ароматические углеводороды, концентрацию указанных лёгких углеводородов, поступающих вместе с сырьевым потоком 12, как правило, сводят к минимуму.

Как это обычно имеет место в случае процессов каталитического риформинга, сырьевой поток 12 смешивают с рециркуляционным потоком 24, содержащим водород, для образования того, что обычно называют объединённым сырьевым потоком 26, перед подачей в теплообменник 30 объединённого сырья секции 14 теплообмена. Как правило, с рециркуляционным потоком 24 подаётся водород в количестве от 1 до 20 моль водорода на моль углеводородного сырьевого потока 12. Например, водород можно подавать для привнесения количества менее 3,5 моль водорода на моль углеводородного сырьевого потока 12. В случае подачи водорода его можно подавать выше по ходу потока от теплообменника 30 объединённого сырья, ниже по ходу потока от теплообменника 30 объединённого сырья или как выше, так и ниже по ходу потока от теплообменника 30 объединённого сырья. В альтернативном варианте можно не подавать никакого водорода. Даже если водород не подают в углеводородный сырьевой поток 12, реакции риформинга нафтенов, которые протекают в реакционной секции 20, могут давать водород в качестве побочного продукта. Указанный побочный продукт, или полученный in situ водород, может становиться доступным в виде водорода ниже по ходу потока от реакционной зоны в реакционной секции 20. Полученный in situ водород в реакционной секции 20 может в итоге составлять от 0,5 до 2 моль водорода на моль углеводородного сырьевого потока 12.

В теплообменнике 30 объединённого сырья объединённый сырьевой поток 26 можно нагревать путём осуществления теплообмена с выходящим потоком 36 продуктов реакционной секции 20. Однако нагревание объединённого сырьевого потока 26, который поступает в теплообменник 30 объединённого сырья, как правило, недостаточно для нагревания объединённого сырьевого потока 26 до желаемой температуры входа в реакционную секцию 20. В типичном процессе каталитического риформинга, если водород не подают вместе углеводородным сырьевым потоком 12, объединённый сырьевой поток 26 или углеводородный сырьевой поток 12 входит в теплообменник 30 объединённого сырья при температуре, как правило, от 38°C до 177°C (от 100°F до 350°F), а чаще от 93°C до 121°C (от 200°F до 250°F). Как правило, в теплообменнике 30 объединённого сырья объединённый сырьевой поток 26 нагревается путём передачи тепла от потока 36 продуктов, выходящего из последней реакционной зоны риформинга в реакционной секции 20, объединённому сырьевому потоку 26. Приведённый в примере теплообменник 30 объединённого сырья является теплообменником косвенного, а не прямого нагрева в целях предохранения ценного риформата, содержащегося в выходящем потоке 36 продуктов, от смешивания с объединённым сырьевым потоком 26 и от возвращения, таким образом, в реакционную секцию 20, в связи с чем качество риформата может снижаться.

В приведённом иллюстративном варианте осуществления схема протекания объединённого сырьевого потока 26 и выходящего потока 36 продуктов внутри теплообменника 30 объединённого сырья является противоточной, хотя она могла бы быть полностью прямоточной, cо встречным, смешанным или поперечным потоками. В противоточной схеме протекания потоков объединённый сырьевой поток 26, находясь при своей наиболее низкой температуре, контактирует с одним концом (т.е. холодным концом) теплообменной поверхности теплообменника 30 объединённого сырья, при этом выходящий поток 36 продуктов контактирует с холодным концом теплообменной поверхности также при своей наиболее низкой температуре. Таким образом, выходящий поток 36 продуктов, находясь при своей наиболее низкой температуре внутри теплообменника, обменивается теплом с объединённым сырьевым потоком, который также находится при своей наиболее низкой температуре внутри теплообменника. На другом конце (т.е. горячем конце) поверхности теплообменника объединённого сырья выходящий поток 36 продуктов и поток объединённого сырья, оба при своих наиболее высоких температурах внутри теплообменника, контактируют с горячим концом теплообменной поверхности и таким образом обмениваются теплом. Между холодным и горячим концами теплообменной поверхности выходящий поток 36 продуктов и объединённый сырьевой поток протекают в целом в противоположных направлениях, так что, в целом, в любой точке вдоль поверхности теплопередачи, чем выше температура выходящего потока 36 продуктов, тем выше температура объединённого сырьевого потока, с которым обменивается теплом выходящий поток 36 продуктов. Приведённый в качестве примера теплообменник 30 объединённого сырья работает при перепаде температуры на горячем конце, обычно представляющем собой разность меньше 56°C (100°F), например меньше 33°C (60°F), например меньше 28°C (50°F).

Хотя в качестве теплообменника 30 объединённого сырья можно использовать теплообменники кожухотрубного типа, в альтернативном варианте можно использовать теплообменники пластинчатого типа. Теплообменники пластинчатого типа хорошо известны и доступны в промышленности в нескольких различных и отличающихся друг от друга формах, например спирального, пластинчатого рамного, паяного пластинчато-ребристого и пластинчатого ребристо-трубчатого типов.

В одном из вариантов осуществления объединённый сырьевой поток 26 покидает теплообменник 30 объединённого сырья как нагретый сырьевой поток 40 при температуре от 399°C до 516°C (от 750°F до 960°F). Поскольку реакции риформинга, которые протекают сначала в реакционной зоне 60, протекают при повышенной температуре и, как правило, являются эндотермическими, нагретый сырьевой поток 40 часто требует дополнительного нагрева после выхода из теплообменника 30 объединённого сырья и перед поступлением в реакционную секцию 20.

В устройстве предшествующего уровня техники указанный дополнительный нагрев осуществляют в излучательной камере, такой как нагреватель сырья, например газопламенный, работающий на жидком топливе или смешанном газо-жидкостном топливе нагреватель, который подогревает нагретый сырьевой поток 40 посредством излучательной или излучательной и конвекционной теплопередачи. Нагретый сырьевой поток 40 обходит зону (зоны) излучательного нагрева и вместо этого нагревается в секции 18 конвекционного нагрева без прохождения через излучательный нагреватель.

В секции 18 конвекционного нагрева нагретый сырьевой поток 40 проходит через блок 50 конвекционного нагрева, как описано дополнительно ниже в отношении фиг. 2. Нагретый сырьевой поток 40 обычно нагревают до температуры от 427°C до 649°C (от 800°F до 1200°F), или от 482°C до 593°C (от 900°F до 1100°F), или от 510°C до 566°C (от 950°F до 1050°F). Как показано, нагретый конвекционным способом поток 54 выходит из секции 18 конвекционного нагрева и поступает в реакционную секцию 20.

В некоторых вариантах осуществления отходящий газ 51 (при температуре от 732°C до 899°C (от 1350°F до 1650°F)) поступает из блока 50 конвекционного нагрева в конвекционный блок 52 производства пара, где отходящий газ используют для производства пара. Отходящий газ 53 выходит из конвекционного блока 52 производства пара при температуре от 149°C до 260°C (от 300°F до 500°F) и по меньшей мере часть 55 отходящего газа 53 возвращают в блок 50 конвекционного нагрева. Рециркуляционную часть 55 отходящего газа можно сжимать перед введением в блок 50 конвекционного нагрева. В других вариантах осуществления отходящий газ можно использовать в других процессах рекуперации тепла или его можно возвращать в блок 50 конвекционного нагрева без какой-либо дополнительной рекуперации тепла.

В альтернативном варианте или в дополнение к этому, в блок 50 конвекционного нагрева вводят поток 56 свежего газа. При необходимости поток 56 свежего газа можно нагревать или охлаждать, а также при желании его можно сжимать. Температура потока 56 свежего газа на входе может составлять от -12°C до 982°C (от 10°F до 1800°F). Подходящие газы включают в себя воздух, азот или другой поток отходящего газа, но не ограничиваются ими.

Индикатор/регулятор 58 температуры сообщается с потоком 54, нагретым конвекционным способом, выше по ходу потока от реакционной секции 20. Индикатор/регулятор 58 температуры отслеживает температуру потока 54, нагретого конвекционным способом. Когда температура превышает заданную максимальную температуру, как например, 566°C (1050°F), или падает ниже заданного минимального значения, как например, 510°C (950°F), индикатор/регулятор 58 температуры регулирует количество рециркуляционной части 55 отходящего газа и/или количество и температуру потока 56 свежего газа, входящего в блок 50 конвекционного нагрева.

Как показано, поток 54, нагретый конвекционным способом, входит в показанную на примере реакционную секцию 20, которая включает в себя четыре реакционные зоны 60, через которые последовательно проходят углеводороды. Реакционные секции, имеющие множественные реакционные зоны 60, как правило, принимают одну из двух форм: форму расположения друг над другом, показанную на фиг. 1, или форму расположения бок о бок. В форме расположения бок о бок множественные и отдельные реакционные сосуды, каждый из которых может включать в себя реакционную зону, могут быть размещены рядом друг с другом. В форме расположения друг над другом один общий реакционный сосуд 62 заключает в себе множественные и отдельные реакционные зоны 60, которые размещены друг на друге. В обеих схемах размещения между реакционными зонами 60 может иметься промежуточное нагревание или охлаждение, в зависимости от того, являются ли данные реакции эндотермическими или экзотермическими.

В приведённом примере способа каталитического риформинга используется реакционная секция 20 с первой реакционной зоной 71, второй реакционной зоной 72, третьей реакционной зоной 73 и четвёртой реакционной зоной 74. Может иметься любое число реакционных зон 60, но обычно число реакционных зон 60 составляет три, четыре или пять. Углеводороды претерпевают реакции превращения в каждой реакционной зоне 60 в присутствии частиц 76 катализатора. В приведённом примере способа риформинга в реакционной зоне 60 используются частицы 76 катализатора в последовательной схеме протекания потока, а частицы 78 отработанного катализатора могут выходить из реакционной секции 20 таким образом, как показано.

В общем виде, первая реакционная зона 71 принимает поток 54, нагретый конвекционным способом, как сырьё первого реактора и образует выходящий поток 81 первого реактора. Эндотермические реакции риформинга, которые протекают в первой реакционной зоне 71, в общем случае обусловливают падение температуры на выходе из первой реакционной зоны 71 не только до значения ниже температуры потока 54, нагретого конвекционным способом, но и до значения ниже желаемой температуры на входе во вторую реакционную зону 72. С учётом вышесказанного, выходящий поток 81 первого реактора подогревают в секции 16 излучательного огневого нагрева до желаемой температуры на входе во вторую реакционную зону 72, как обсуждается ниже, и возвращают в реакционную секцию 20 как сырьё 82 второго реактора. Во второй реакционной зоне 72 сырьё 82 второго реактора подвергается превращению с образованием выходящего потока 83 второго реактора. Опять же, вследствие эндотермических реакций выходящий поток 83 второго реактора требует нагревания для достижения желаемой температуры на входе в третью реакционную зону 73. Выходящий поток 83 второго реактора поступает в секцию 16 излучательного огневого нагрева, подогревается в ней, как обсуждается ниже, и возвращается в реакционную секцию 20 как сырьё 84 третьего реактора. В третьей реакционной зоне 73 сырьё 84 третьего реактора подвергается взаимодействию с образованием выходящего потока 85 третьего реактора. Как описано выше, эндотермические реакции могут обусловливать падение температуры выходящего потока 85 третьего реактора ниже желаемой температуры на входе в четвёртую реакционную зону 74. Выходящий поток 85 третьего реактора поступает в секцию 16 излучательного огневого нагрева, подогревается в ней, как обсуждается ниже, и возвращается в реакционную секцию 20 как сырьё 86 четвёртого реактора. В четвёртой реакционной зоне 74 сырьё 86 четвёртого реактора подвергается взаимодействию с образованием выходящего потока 36 продуктов.

Можно осуществлять работу проиллюстрированной реакционной зоны 60 в условиях риформинга, которые включают в себя диапазон давлений, как правило, от атмосферного давления, равного 0 кПа (изб.), до 6 895 кПа (изб.) (от 0 фунт/кв. дюйм до 1000 фунт/кв. дюйм изб.), причём особенно хорошие результаты достигаются в диапазоне относительно низких давлений от 276 кПа (изб.) до 1379 кПа (изб.) (от 40 фунт/кв. дюйм до 200 фунт/кв. дюйм изб.). Суммарная почасовая объёмная скорость жидкости (LHSV) в расчёте на общий объём катализатора во всех реакционных зонах, как правило, составляет от 0,1 ч^-1 до 10 ч^-1, как например, от 1 ч^-1 до 5 ч^-1, например, от 1,5 ч^-1 до 2,0 ч^-1.

В общем случае реакции риформинга нафтенов, которые являются эндотермическими, протекают в первой реакционной зоне 71, и, таким образом, температура на выходе из первой реакционной зоны 71 может быть ниже температуры на входе в первую реакционную зону 71 и, как правило, составляет от 316°C до 454°C (от 600°F до 850°F). Первая реакционная зона 71 может заключать в себе, как правило, от 5% до 50%, а чаще от 10% до 30% общего объёма катализатора, имеющегося во всех реакционных зонах 60. Следовательно, почасовая объёмная скорость жидкости (LHSV) в первой реакционной зоне 71 в расчёте на объём катализатора в первой реакционной зоне 71, как правило, может составлять 0,2-200 ч^-1, как, например, от 2 ч^-1 до 100 ч^-1, например от 5 ч^-1 до 20 ч^-1. Как правило, частицы катализатора отводят из первой реакционной зоны 71 и пропускают во вторую реакционную зону 72. Частицы, как правило, имеют содержание кокса менее 2 мас.% в расчёте на массу катализатора.

Приведённый в качестве примера процесс каталитического превращения включает в себя частицы 76 катализатора, которые способны перемещаться через реакционную зону 60. Частицы 76 катализатора могут перемещаться через реакционную зону 60 при помощи любого количества двигательных устройств, включая конвейеры или транспортную текучую среду, но чаще всего частицы 76 катализатора перемещаются через реакционную зону 60 под действием гравитации. Частицы 76 катализатора можно отводить из нижней части верхней реакционной зоны и вводить в верхнюю часть нижней реакционной зоны. Частицы 78 отработанного катализатора, отводимые из конечной реакционной зоны, далее можно извлекать из процесса, регенерировать в регенерационной зоне (не показана) процесса или перемещать в другую реакционную зону 60. Аналогичным образом, частицы 76 катализатора, добавляемые в реакционную зону, могут представлять собой катализатор, который вновь добавляют в процесс, катализатор, регенерированный в регенерационной зоне в пределах процесса, или катализатор, который перемещается из другой реакционной зоны 60.

Типичные реакции риформинга обычно осуществляют в присутствии частиц 76 катализатора, состоящего из одного или нескольких благородных металлов VIII группы (IUPAC 8-10) (например, платины, иридия, родия и палладия) и галогена, связанных с пористым носителем, таким как тугоплавкий неорганический оксид. Хотя катализатор может содержать от 0,05 до 2,0 мас.% металла VIII группы, можно использовать менее дорогостоящий катализатор, такой как катализатор, содержащий от 0,05 до 0,5 мас.% металла VIII группы. Типичным благородным металлом является платина. В дополнение к этому, катализатор может содержать индий и/или металл ряда лантанидов, как например, церий. Частицы 76 катализатора также могут содержать от 0,05 до 0,5 мас.% одного или нескольких металлов IVA группы (IUPAC 14) (например, олова, германия и свинца). Типичным галогеном является хлор, а типичным носителем является оксид алюминия. Типичные алюмооксидные материалы представляют собой гамма-, эта- и тета-оксиды алюминия, при этом в выбранных вариантах осуществления, как правило, используют гамма- и эта-оксиды алюминия.

В процессе риформинга можно использовать реакционный сосуд с неподвижным слоем катализатора или движущимся слоем катализатора и регенерационный сосуд с движущимся слоем. В последнем случае частицы 76 регенерированного катализатора, как правило, подают в реакционный сосуд 62, который обычно включает в себя несколько реакционных зон 60, и частицы 76 катализатора перетекают через реакционный сосуд 62 под действием силы тяжести. В ходе реакции риформинга с движущимся слоем катализатора частицы катализатора дезактивируются в результате воздействия таких механизмов, как отложение кокса на частицах; то есть, по истечении определённого периода времени использования способность частиц катализатора активировать реакции риформинга снижается до такого состояния, что катализатор больше не применим. Можно восстанавливать прежние свойства катализатора или регенерировать его перед повторным использованием в процессе риформинга.

Более конкретно, катализатор можно отводить из нижней части реакционного сосуда 62 и транспортировать в регенерационный сосуд. В регенерационном сосуде обычно используют многоступенчатый регенерационный процесс для регенерации катализатора с целью сохранения в полной мере его способности активировать реакции риформинга. Катализатор может перетекать под действием силы тяжести через различные ступени регенерации, а затем отводиться из регенерационного сосуда и перемещаться в реакционный сосуд 62. Как правило, предусмотрены схемные решения для добавления свежего катализатора с целью восполнения объёма и для отведения частиц 78 отработанного катализатора из процесса. Передвижение катализатора через реакционные и регенерационные сосуды часто называют непрерывным, хотя на практике оно является полунепрерывным. При полунепрерывном передвижении относительно малые количества катализатора подвергаются повторяющемуся во времени переносу на близко разнесённые в пространстве интервалы. Например, каждые двадцать минут можно отводить одну партию из нижней части реакционного сосуда 62, и отведение может занимать пять минут, то есть катализатор может перетекать в течение пяти минут. Если суммарное количество катализатора в сосуде относительно велико по сравнению с указанным объёмом партии, слой катализатора в сосуде можно считать непрерывно движущимся. Система с движущимся слоем может обладать преимуществом, заключающимся в поддержании производственного процесса во время удаления или замены катализатора. Как правило, скорость передвижения катализатора через свои слои может находиться в диапазоне всего от 45,5 кг (100 фунтов) в час до 2 722 кг (6 000 фунтов) в час или больше.

Как показано на фиг. 1, далее по ходу потока от первой реакционной зоны 71 углеводороды проходят между реакционной зоной 60 и излучательными камерами 90 в секции 16 излучательного огневого нагрева. Например, выходящий поток 81 первого реактора выходит из реакционной секции 20 и поступает в первую излучательную камеру 91, где он подогревается и образует сырьё 82 второго реактора. Выходящий поток 83 второго реактора выходит из реакционной секции 20 и поступает во вторую излучательную камеру 92, где он подогревается и образует сырьё 84 третьего реактора. Аналогичным образом, выходящий поток 85 третьего реактора выходит из реакционной секции 20 и поступает в третью излучательную камеру 93, где он подогревается и образует сырьё 86 четвёртого реактора.

Протекание выходящего потока между реакционными зонами и излучательными камерами обычно может происходить при плоском температурном профиле для входов в реакционные зоны, т.е. нагретый выходящий поток находится при одной той же температуре на входах во все реакционные зоны. В альтернативном варианте протеканием выходящего потока можно управлять при помощи постепенно изменяющегося температурного профиля. В обоих случаях каждая излучательная камера 90 (обычно называемая промежуточным нагревателем, если она расположена между двумя реакционными зонами 60) нагревается за счёт сгорания топливного газа 94, избирательно подаваемого в излучательную камеру 90 при помощи клапана 95 для нагревания соответствующего выходящего потока до той же температуры.

Как и в первой реакционной зоне 71, эндотермические реакции могут вызывать ещё одно снижение температуры во второй реакционной зоне 72. Однако в большинстве случаев снижение температуры во второй реакционной зоне 72 меньше снижения температуры в первой реакционной зоне 71, поскольку реакции, которые протекают во второй реакционной зоне 72, как правило, менее эндотермичны, чем реакции, протекающие в первой реакционной зоне 71. Несмотря на несколько меньшее снижение температуры во второй реакционной зоне 72, выходящий поток 83 второго реактора, тем не менее, всё же находится при температуре, которая ниже желаемой температуры входа в третью реакционную зону 73. Таким образом, второй выходящий поток подогревается во второй излучательной камере 92 для получения сырья 84 третьего реактора.

Вторая реакционная зона 72, как правило, заключает в себе от 10% до 60%, а чаще от 15% до 40% общего объёма катализатора, имеющегося во всех реакционных зонах 60. Следовательно, почасовая объёмная скорость жидкости (LHSV) во второй реакционной зоне 72 в расчёте на объём катализатора во второй реакционной зоне, как правило, составляет от 0,13 ч^-1 до 134 ч^-1, например от 1,3 ч^-1 до 67 ч^-1, например от 3,3 ч^-1 до 13,4 ч^-1.

В третьей реакционной зоне 73 эндотермические реакции могут обусловливать ещё одно снижение температуры, хотя обычно оно меньше снижения температуры в первой реакционной зоне 71, поскольку реакции в третьей реакционной зоне 73, как правило, менее эндотермичны. Третья реакционная зона 73 заключает в себе, как правило, от 25% до 75%, а чаще от 30% до 50% общего объёма катализатора, имеющегося во всех реакционных зонах 60. С целью повышения температуры выходящего потока 85 третьего реактора его подогревают в третьей излучательной камере 93.

В приведённом примере варианта осуществления выходящий поток 81, 83 и 85 каждого реактора входит и выходит в верхней части каждой излучательной камеры 91, 92 и 93 через U-образные трубы. В альтернативном варианте выходящий поток 81, 83, 85 каждого реактора может входить и выходить в нижней части каждой излучательной камеры через трубы в виде перевернутой U или входить в верхнюю часть, где температура в излучательной камере является наиболее низкой, а выходить внизу, где температура в излучательной камере является наиболее высокой, или, наоборот, входить внизу, а выходить вверху. Разумеется, несмотря на то, что проиллюстрированы U-образные трубы, имеется много конфигураций или компоновок змеевиков излучательных камер, которые можно использовать для излучательного нагрева выходящего потока.

После нагревания в третьей излучательной камере 93 сырьё 86 четвёртого реактора подают в четвёртую реакционную зону 74. Четвёртая реакционная зона 74 заключает в себе, как правило, от 30% до 80%, а чаще от 40% до 50% общего объёма катализатора, имеющегося во всех реакционных зонах 60. Температуры на входе в третью, четвёртую и последующие реакционные зоны обычно составляют от 482°C до 560°C (от 900°F до 1040°F), как например, от 493°C до 549°C (от 920°F до 1020°F).

Вследствие того, что реакции риформинга, которые протекают во второй и последующих (т.е. третьей и четвёртой) реакционных зонах 60, как правило, являются менее эндотермичными, чем реакции, имеющие место в первой реакционной зоне 71, падение температуры, которое происходит в следующей далее реакционной зоне 60, как правило, менее значительно, чем то, что имеет место в первой реакционной зоне 71. Таким образом, температура на выходе из последней реакционной зоны 74 может быть на 11°C (20°F) ниже или меньше по сравнению с температурой входа в реакционную зону 74, а в действительности, вполне вероятно, может быть выше температуры на входе в последнюю реакционную зону 74. Кроме того, для описанных выше реакционных зон 60 можно использовать любые профили температур на входе. Профили температур на входе могут быть плоскими или наклонными, например восходящими, нисходящими, выпуклыми или вогнутыми. Желательно, чтобы профиль температур на входе в реакционные зоны 60 был плоским.

Как показано, выходящий поток 36 продуктов охлаждается в теплообменнике 30 объединённого сырья за счёт передачи тепла объединённому сырьевому потоку 26. После выхода из теплообменника 30 объединённого сырья охлаждённый выходящий поток 96 продуктов проходит в секцию 22 выделения продуктов. Подходящие секции 22 выделения продуктов хорошо известны. Приведённая в примере секция 22 выделения продуктов может заключать в себе газо-жидкостной сепаратор для отделения водорода и C₁-C₃-углеводородных газов от выходящего потока 36 продуктов и колонну фракционирования для отделения по меньшей мере части лёгких C₄-C₅-углеводородов от остальной части риформата. В дополнение к этому, риформат можно разделять на лёгкую фракцию риформата и тяжёлую фракцию риформата дистилляцией. В результате осуществления процессов выделения продуктов образуется поток 98 продуктов или образуется множество потоков 98 продуктов, заключающие в себе желаемые вещества.

Обращаясь теперь к фиг. 2, можно видеть, как поясняется теплопередача между секцией 16 излучательного огневого нагрева и секцией 18 конвекционного нагрева. Как показано, каждая излучательная камера 91, 92, 93 включает в себя излучательную трубу 102, имеющую впускной патрубок 104 и выпускной патрубок 106, и она может являться отчасти U-образной и направленной вверх. Хотя в случае каждой излучательной камеры 91, 92, 93 изображена только одна излучательная труба, следует понимать, что, как правило, каждая излучательная камера 91, 92, 93 может заключать в себе впускной коллектор, ряд труб и выпускной коллектор. Ряд излучательных труб 102 может быть скомпонован в параллельной конфигурации, а может быть пакетирован в конфигурации «голова к хвосту». Излучательные камеры 91, 92, 93 могут разделяться противопожарными перегородками 112 и включают в себя, соответственно по меньшей мере одну горелку 122.

По мере того, как выходящие потоки проходят через каждую соответственную излучательную камеру 90, топливный газ 94 сжигается в горелке 122 и образует отходящий газ 130A-C. Отходящий газ 130A-C, поднимающийся из излучательных камер 91, 92, 93, может входить в блок 50 конвекционного нагрева в секции 18 конвекционного нагрева через впускной патрубок или патрубки 132 и выходить через выводную трубу 134. Блок 50 конвекционного нагрева, как правило, включает в себя несколько конвекционных труб 138 в параллельной конфигурации. Каждая конвекционная труба 138 имеет входное отверстие 142 и выходное отверстие 144 и может быть отчасти U-образной и направленной вбок. В случае множества конвекционных труб 138 конвекционные трубы 138 могут быть пакетированы рядами в конфигурации «голова к хвосту». Хотя конвекционные трубы 138 могут быть ориентированы рядом одна с другой, следует понимать, что возможны и другие ориентации, такие как плоское ориентирование U-образных труб и вертикальное пакетирование нескольких конвекционных труб 138 рядами.

Нагретый сырьевой поток 40, входящий в секцию 18 конвекционного нагрева, поступает во входное отверстие 142 конвекционной трубы 138 и подогревается конвекционным способом за счёт передачи тепла от отходящего газа 130A-C через конвекционную трубу 138. Хотя входное отверстие 142 показано выше выходного отверстия 144, так что нагретый сырьевой поток 40 входит в верхнюю часть, где температура является наиболее низкой в секции 18 конвекционного нагрева, и выходит в нижней части, где температура является наиболее высокой в секции 18 конвекционного нагрева, через ориентированные в боковом направлении U-образные конвекционные трубы 138, предусмотрены также и другие конфигурации. Например, нагретый сырьевой поток 40 может входить и выходить из верхней или нижней части блока 50 конвекционного нагрева, или входить внизу, а выходить вверху.

Рециркуляционную часть 55 отходящего газа и/или поток 56 свежего газа используют для регулировки температуры потока 54, нагреваемого конвекционным способом. Путём регулировки (повышения или снижения) температуры или объёма рециркуляционной части 55 отходящего газа и/или потока 56 свежего газа, либо обеих этих величин, можно контролировать температуру потока 54, нагреваемого конвекционным способом. Рециркуляционную часть 55 отходящего газа и/или поток 56 свежего газа можно вводить в блок 50 конвекционного нагрева по отдельности, или при желании их можно сначала объединять. При желании их можно вводить непосредственно в блок 50 конвекционного нагрева. В альтернативном варианте или в дополнение к этому, любой или оба из потоков можно вводить в отходящий газ 130A-C между выпускными патрубками излучательных камер 91, 92, 93 и входом в блок 50 конвекционного нагрева в одной или нескольких излучательных камерах 91, 92, 93.

Используемый в настоящем документе термин подразумевает значение в пределах 10% от величины или в пределах 5%, или в пределах 1%.

Как описано в настоящем документе, раскрываются устройство и способ для нагревания углеводородного потока с целью переработки. В приведённых иллюстративных вариантах осуществления устройство и способ описаны для процессов каталитического риформинга, хотя процесс нагревания, раскрытый в настоящем документе, можно использовать для любого подходящего устройства и способа переработки углеводородов. Хотя обсуждаемые выше варианты осуществления могут быть разработаны в применении к новому устройству, предназначенному для переработки углеводородов, следует понимать, что раскрытые признаки можно использовать и при реконструкции существующего устройства.

Хотя в изложенном выше подробном описании представлен по меньшей мере один приведённый в качестве примера вариант осуществления, следует принимать во внимание, что существует большое количество вариантов осуществления изобретения. Следует также учитывать, что приведённый в качестве примера вариант осуществления или приведённые в качестве примеров варианты осуществления являются лишь примерами и никоим образом не предназначены для ограничения объёма, применимости или конфигурации заявляемого объекта изобретения. Скорее, изложенное выше подробное описание обеспечит специалистов в данной области техники удобной схемой последовательности операций для воплощения типичного варианта или вариантов осуществления. Подразумевается, что возможны различные изменения в функционировании и схеме размещения элементов, описанных в типичном варианте осуществления, без отступления от объёма, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Конкретные варианты осуществления изобретения

Несмотря на то, что нижеследующее описано в сочетании с конкретными вариантами осуществления, очевидно, что данное описание предназначено для иллюстрации, а не для ограничения объёма предшествующего описания и прилагаемой формулы изобретения.

Первый вариант осуществления данного изобретения представляет собой способ переработки углеводородного потока, включающий в себя нагревание сырьевого потока в конвекционном блоке; осуществление реакции нагретого сырьевого потока в первой реакционной зоне с образованием первого выходящего потока; нагревание первого выходящего потока в первой излучательной камере, при этом в первой излучательной камере сжигается топливо для нагревания первого выходящего потока и образуется первый отработанный газ; контактирование первого отработанного газа с конвекционным блоком для нагревания сырьевого потока; и регулирование температуры нагретого сырьевого потока на выходе из конвекционного блока путём введения дополнительного газового потока в конвекционный блок. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых дополнительный газовый поток содержит свежий газ, рецикловую часть первого отработанного газа или их комбинацию. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых дополнительный газовый поток содержит свежий газ и в которых температуру свежего газа или количество свежего газа, или обе величины регулируют на основе температуры нагретого сырьевого потока на выходе. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых повышают температуру свежего газа. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых дополнительный газовый поток содержит свежий газ и в которых температура свежего газа находится в диапазоне от -12°C до 982°C. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых дополнительный газовый поток содержит свежий газ и в которых свежий газ сжимают. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых дополнительный газовый поток содержит рецикловую часть первого отработанного газа и в которых рецикловую часть первого отработанного газа сжимают перед введением в конвекционный блок. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых дополнительный газовый поток содержит рецикловую часть первого отработанного газа и в которых температура рецикловой части первого отработанного газа находится в диапазоне от 149°C до 260°C. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых дополнительный газовый поток содержит рецикловую часть первого отработанного газа и в которых температуру рецикловой части первого отработанного газа или объём рецикловой части первого отработанного газа, или обе величины регулируют на основе температуры нагретого сырьевого потока на выходе. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых регулирование температуры нагретого сырьевого потока на выходе из конвекционного блока включает в себя осуществление контроля температуры нагретого сырьевого потока на выходе; и регулирование объёма дополнительного газового потока, вводимого в конвекционный блок, или регулирование температуры дополнительного газового потока, вводимого в конвекционный блок, или регулирование обеих величин на основе температуры нагретого сырьевого потока на выходе. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых температура дополнительного газового потока находится в диапазоне от 149°C до 260°C. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, дополнительно включающие в себя осуществление реакции нагретого первого выходящего потока во второй реакционной зоне с образованием второго выходящего потока; нагревание второго выходящего потока во второй излучательной камере, при этом во второй излучательной камере сжигается топливо для излучательного нагревания второго выходящего потока и сгоревшее топливо образует второй отработанный газ; контактирование второго отработанного газа с конвекционным блоком для нагревания сырьевого потока; осуществление реакции нагретого второго выходящего потока в третьей реакционной зоне с образованием третьего выходящего потока; нагревание третьего выходящего потока в третьей излучательной камере, при этом в третьей излучательной камере сжигается топливо для излучательного нагревания третьего выходящего потока и сгоревшее топливо образует третий отработанный газ; контактирование третьего отработанного газа с конвекционным блоком для нагревания сырьевого потока; и осуществление реакции нагретого третьего выходящего потока в четвёртой реакционной зоне с образованием выходящего потока продуктов. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, дополнительно включающие в себя пропускание выходящего потока продуктов через теплообменник; и нагревание сырьевого потока в теплообменнике перед нагреванием сырьевого потока в конвекционном блоке. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, дополнительно включающие в себя конденсирование выходящего потока продуктов с образованием потока продуктов. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, дополнительно включающие в себя добавление газового потока, содержащего водород, к сырьевому потоку перед нагреванием сырьевого потока в конвекционном блоке.

Второй вариант осуществления данного изобретения представляет собой способ переработки углеводородного потока, включающий в себя нагревание сырьевого потока в конвекционном блоке; осуществление реакции нагретого сырьевого потока в первой реакционной зоне с образованием первого выходящего потока; нагревание первого выходящего потока в первой излучательной камере, при этом в первой излучательной камере сжигается топливо для нагревания первого выходящего потока и образуется первый отработанный газ; контактирование первого отработанного газа с конвекционным блоком для нагревания сырьевого потока; отслеживание температуры нагретого сырьевого потока на выходе из конвекционного блока; и регулирование температуры на выходе нагретого сырьевого потока путём введения дополнительного газового потока в конвекционный блок, при этом дополнительный газовый поток содержит свежий газ, рецикловую часть первого отработанного газа или их комбинацию. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная со второго варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых дополнительный газовый поток содержит свежий газ и в которых температуру свежего газа или количество свежего газа, или обе эти величины регулируют на основе температуры нагретого сырьевого потока на выходе; или в которых дополнительный газовый поток содержит рецикловую часть первого отработанного газа и при этом температуру рецикловой части первого отработанного газа или объём рецикловой части первого отработанного газа, или обе эти величины регулируют на основе температуры нагретого сырьевого потока на выходе. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная со второго варианта осуществления, описанного в данном абзаце, дополнительно включающие в себя осуществление реакции нагретого первого выходящего потока во второй реакционной зоне с образованием второго выходящего потока; нагревание второго выходящего потока во второй излучательной камере, при этом во второй излучательной камере сжигается топливо для излучательного нагревания второго выходящего потока и сгоревшее топливо образует второй отработанный газ; контактирование второго отработанного газа с конвекционным блоком для нагревания сырьевого потока; осуществление реакции второго выходящего потока в третьей реакционной зоне с образованием третьего выходящего потока; нагревание третьего выходящего потока в третьей излучательной камере, при этом в третьей излучательной камере сжигается топливо для нагревания третьего выходящего потока и сгоревшее топливо образует третий отработанный газ; контактирование третьего отработанного газа с конвекционным блоком для нагревания сырьевого потока; и осуществление реакции третьего выходящего потока в четвёртой реакционной зоне с образованием выходящего потока продуктов. Вариантом осуществления данного изобретения является один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная со второго варианта осуществления, описанного в данном абзаце, дополнительно включающие в себя пропускание выходящего потока продуктов через теплообменник; и нагревание сырьевого потока в теплообменнике перед нагреванием сырьевого потока в конвекционном блоке.

Третий вариант осуществления данного изобретения представляет собой устройство для переработки углеводородного потока, включающее в себя теплообменник, выполненный с возможностью нагревания сырьевого потока; конвекционный блок, выполненный с возможностью приёма нагретого сырьевого потока и дополнительного газового потока; реакционную зону, выполненную с возможностью приёма нагретого сырьевого потока из конвекционного блока и осуществления реакции нагретого сырьевого потока с образованием выходящего потока; излучательную камеру, выполненную с возможностью приёма и нагревания выходящего потока, при этом в излучательной камере образуется отработанный газ и излучательная камера выполнена с возможностью пропускания части отработанного газа в конвекционный блок для нагревания сырьевого потока; датчик температуры, выполненный с возможностью отслеживания температуры нагретого сырьевого потока, выходящего из конвекционного блока; и регулятор расхода, выполненный с возможностью изменения количества дополнительного газа, проходящего в конвекционный блок, в соответствии с температурой нагретого сырьевого потока, выходящего из конвекционного блока.

Без дополнительной проработки предполагается, что с использованием предшествующего описания специалист в данной области техники может в наиболее полной степени и с лёгкостью определить существенные признаки данного изобретения для реализации различных изменений и модификаций данного изобретения, а также адаптации его к различным вариантам применения и условиям без отступления от его существа и объёма. Следовательно, предшествующие предпочтительные конкретные варианты осуществления следует толковать лишь в качестве иллюстративных, а не ограничивающих остальную часть раскрытия каким бы то ни было образом, и изобретение предназначено для охвата разнообразных модификаций и эквивалентных схем размещения, включённых в пределы объёма прилагаемой формулы изобретения.

В вышеизложенном описании все температуры приведены в градусах Цельсия, а все части и проценты являются массовыми, если не указано иное.

Изобретение относится к способу для переработки углеводородного потока. Способ включает в себя нагревание сырьевого потока в конвекционном блоке. Нагретый сырьевой поток подвергают взаимодействию в первой реакционной зоне для образования первого выходящего потока, который нагревают в первой излучательной камере. В первой излучательной камере сжигается топливо для нагревания первого выходящего потока и образуется первый отработанный газ. Первый отработанный газ подвергают контактированию с конвекционным блоком для нагревания сырьевого потока. Температуру нагретого сырьевого потока на выходе из конвекционного блока регулируют путём введения дополнительного газового потока в конвекционный блок. Могут присутствовать дополнительные реакционная зона и излучательные нагреватели. Изобретение касается также устройства для переработки углеводородного потока. Технический результат - снижение расхода топлива для зон излучательного огневого нагрева и эффективный контроль температуры на выходе первого реактора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ переработки углеводородного потока, включающий в себя следующее:

нагревают сырьевой поток (40) в конвекционном блоке (50);

осуществляют реакцию нагретого сырьевого потока (54) в первой реакционной зоне (71) с образованием первого выходящего потока (81);

нагревают первый выходящий поток (81) в первой излучательной камере (91), при этом в первой излучательной камере (91) сжигается топливо (94) для нагревания первого выходящего потока (81) и образуется первый отработанный газ (130A);

осуществляют контактирование первого отработанного газа (130) с конвекционным блоком (50) для нагревания сырьевого потока (40) и

регулируют температуру нагретого сырьевого потока (54) на выходе из конвекционного блока (50) путём введения дополнительного газового потока (55, 56) в конвекционный блок (50).

2. Способ по п. 1, в котором дополнительный газовый поток (55, 56) содержит свежий газ (56), рецикловую часть (55) первого отработанного газа (130A) или их комбинацию.

3. Способ по п. 2, в котором дополнительный газовый поток (55, 56) содержит свежий газ (56) и в котором температуру свежего газа (56) или количество свежего газа (56), или обе эти величины регулируют на основе температуры нагретого сырьевого потока (54) на выходе.

4. Способ по п. 2, в котором дополнительный газовый поток (55, 56) содержит свежий газ (56) и в котором температура свежего газа (56) находится в диапазоне от -12°C до 982°C.

5. Способ по п. 2, в котором дополнительный газовый поток (55, 56) содержит рецикловую часть (55) первого отработанного газа (130) и в котором рецикловую часть (55) первого отработанного газа (130) сжимают перед введением в конвекционный блок (50).

6. Способ по п. 2, в котором дополнительный газовый поток (55, 56) содержит рецикловую часть (55) первого отработанного газа (130) и в котором температура рецикловой части (55) первого отработанного газа (130) находится в диапазоне от 149°C до 260°C.

7. Способ по п. 2, в котором дополнительный газовый поток (55, 56) содержит рецикловую часть (55) первого отработанного газа (130) и в котором температуру рецикловой части (55) первого отработанного газа (130) или объём рецикловой части (55) первого отработанного газа (130), или обе эти величины регулируют на основе температуры нагретого сырьевого потока (54) на выходе.

8. Способ по любому из пп. 1, 2, в котором регулировка температуры нагретого сырьевого потока (54) на выходе из конвекционного блока (50) включает в себя следующее:

отслеживают температуру нагретого сырьевого потока (54) на выходе и

регулируют объём дополнительного газового потока (55, 56), вводимого в конвекционный блок (50), или регулируют температуру дополнительного газового потока (55, 56), вводимого в конвекционный блок (50), или регулируют обе эти величины на основе температуры нагретого сырьевого потока (54) на выходе.

9. Способ по любому из пп. 1, 2, дополнительно включающий в себя следующее:

осуществляют реакцию нагретого первого выходящего потока (81) во второй реакционной зоне (72) с образованием второго выходящего потока (83);

нагревают второй выходящий поток (83) во второй излучательной камере (92), при этом во второй излучательной камере (92) сжигается топливо (94) для излучательного нагревания второго выходящего потока (83), и сгоревшее топливо образует второй отработанный газ (130B);

осуществляют контактирование второго отработанного газа (130B) с конвекционным блоком (50) для нагревания сырьевого потока (40);

осуществляют реакцию нагретого второго выходящего потока (83) в третьей реакционной зоне с образованием третьего выходящего потока (84);

нагревают третий выходящий поток (84) в третьей излучательной камере (93), при этом в третьей излучательной камере (93) сжигается топливо (94) для излучательного нагревания третьего выходящего потока (84), и сгоревшее топливо образует третий отработанный газ (130C);

осуществляют контактирование третьего отработанного газа (130C) с конвекционным блоком (130) для нагревания сырьевого потока (40) и

осуществляют реакцию третьего выходящего потока (84) в четвёртой реакционной зоне (74) с образованием выходящего потока (36) продуктов.

10. Устройство для переработки углеводородного потока, включающее в себя:

теплообменник (30), выполненный с возможностью нагревания сырьевого потока (12);

конвекционный блок (50), выполненный с возможностью приёма нагретого сырьевого потока (40) и дополнительного газового потока (55, 56);

реакционную зону (60), выполненную с возможностью приёма нагретого сырьевого потока (54) из конвекционного блока (50) и осуществления реакции нагретого сырьевого потока (54) с образованием выходящего потока (81);

излучательную камеру (90), выполненную с возможностью приёма и нагревания выходящего потока (81), при этом в излучательной камере (90) образуется отработанный газ (130), и при этом излучательная камера (90) выполнена с возможностью пропускания части отработанного газа (130) в конвекционный блок (50) для нагревания сырьевого потока;

датчик температуры, выполненный с возможностью отслеживания температуры нагретого сырьевого потока (54), выходящего из конвекционного блока (50), и

регулятор расхода, выполненный с возможностью изменения количества дополнительного газа (55), проходящего в конвекционный блок (50), в соответствии с температурой нагретого сырьевого потока (54), выходящего из конвекционного блока (50).