Установка для замедленного коксования и способ для измерения расхода потока охлаждающей жидкости в ней

1 Настоящее изобретение относится к блокам установок для коксования и к их работе, в частности, к охлаждению паропровода, проходящего от коксовых барабанов к фракционирующей колонне в блоке установки для коксования. На расход потока в паропроводе коксового барабана влияют несколько факторов, включая подачу охлаждающего дистиллята, свойства охлаждающего дистиллята, температуру коксового барабана, скорость пара и падение давления от коксовых барабанов к фракционирующей колонне. В системах известного уровня техники действительная скорость жидкости, поступающей из паропровода в основную фракционирующую колонну установки для коксования,изменяется в течение цикла коксования. В системах известного уровня техники образуются два нежелательных состояния: (1) переохлаждение, при котором снижается выход продукта и,возможно, снижается скорость подачи сырья в блок или (2) недостаточное охлаждение, при котором в паропроводе не остается жидкости для промывки паропровода с выходом в основную фракционирующую колонну, и при котором установка для коксования в конце концов может отключиться из-за осадка, образующегося в паропроводе. Когда в паропроводе образуется осадок, приводящий к достаточному падению давления от коксовых барабанов к основной фракционирующей колонне, чтобы вся жидкость испарялась, остается мало времени до момента остановки установки для коксования,которая связана со значительными затратами. В системах известного уровня техники подачу охлаждающего дистиллята обычно нельзя регулировать с целью изменения его влияния на скорость рециркуляции. В одном из способов известного уровня техники, в котором используется технология управления дельтатемпературой, возможно осуществлять управление влиянием на скорость рециркуляции, однако, при этом выходной индикатор температуры (ИТ)(TI) должен быть установлен в общей части паропровода вблизи к фракционирующей колонне для того, чтобы он мог правильно работать. Проблема установки ИТ в этом месте состоит в том, что, по всей вероятности, это приведет к его загрязнению, и он станет неточным. Как описано в настоящем описании, ИТ, установленный в выходном отверстии паропровода коксового барабана в фракционирующую колонну, является недоступным в течение работы, но его легко очищать при очистке барабана от кокса. В технологиях охлаждения известного уровня техники не учитывается разность давления между коксовым барабаном и фракционирующей колонной. Настоящее изобретение относится к установке для замедленного коксования и способу для измерения расхода потока охлаждающей жидкости подаваемой в паропровод коксового барабана, который проходит от коксового бара 004619 2 бана к основной фракционирующей колонне в блоке установки для коксования. Уникальная часть такой усовершенствованной системы охлаждения состоит в том, что в ней используется как разность давления, так и скорость потока блока для управления скоростью охлаждения для заданного охлаждающего дистиллята, а также качество подачи сырья в блок. При существенном изменении состава подаваемого сырья установки для коксования или охлаждающего дистиллята может быть сгенерирован новый набор кривых охлаждения для обеспечения требуемого охлаждения паропровода коксового барабана. Назначение охлаждения состоит в предотвращении закупоривания паропровода барабана отложениями на основе углерода. Закупорка паропровода приводит к ограничению подачи потока блока установки для коксования и, в конце концов, приводит к значительному уменьшению подачи потока сырья в блок установки для коксования до тех пор, пока закупорка паропровода не будет устранена. Для устранения закупорки паропровода требуется останавливать блок, что приводит к потерям производительности установки для коксования, из-за постепенного снижения и последующей остановки блока установки для коксования, что связано с существенными экономическими потерями. Технология управления на основе перепада давления используется для охлаждения паров барабана, проходящих в фракционирующую колонну, в отличие от использования температуры, дельта-температуры, неизолированного паропровода или технологии контроля фиксированного расхода потока, который используется в системах известного уровня техники. Управление охлаждением паропровода по перепаду давления позволяет предотвратить переохлаждение паропровода при переключении режимов коксового барабана, при включении блока или при снижении его производительности, а также используется для предотвращения недостаточного охлаждения при разогреве барабана. Управление охлаждением улучшает время восстановления фракционирующей колонны после переключения режимов барабана и повышает общий выход жидкого продукта в течение цикла барабана, который может быть понижен при переохлаждении. Оно также предотвращает высыхание паропровода в любое время, исключает состояние недостаточного охлаждения при условии, что качество и состояние охлаждающего дистиллята изменяются не существенно. Для преодоления вышеуказанных проблем были разработаны новый блок установки для замедленного коксования и новый способ, основанный на перепаде давления и подаче сырья в блок. Таким образом, настоящее изобретение относится к установке для замедленного коксования, как описано в п.1 формулы изобретения,и к новому способу, который описан в п.3 формулы изобретения. 3 На фиг. 1 схематично показан чертеж блока установки для коксования, в которой используется настоящее изобретение. На фиг. 2 представлен график зависимости потока охлаждающего дистиллята от перепада давления для минимальной и максимальной подачи сырья для типичного блока установки для коксования и качества подаваемого сырья установки для коксования. Основная причина закупорки паропровода установки для коксования состоит в высыхании паропровода. В частности, во время разогрева коксового барабана паропровод может высыхать из-за повышенного перепада давления от коксового барабана к фракционирующей колонне, если не будет повышена скорость охлаждения для предотвращения высыхания. Такое дополнительное падение давления может привести к тому, что вся жидкость внутри паропровода испарится, в результате чего останется слой углеродного осадка с захваченными мелкими частицами кокса. Для снижения риска закупорки паропровода описанная здесь технология охлаждения позволяет регулировать скорость охлаждения на основе перепада давления и величины подачи сырья в блок. Такая технология управления охлаждением на основе перепада давления существенно снижает вероятность высыхания паропровода и поддерживает постоянный поток жидкости, поступающей через концевую часть паропровода во фракционирующую колонну. Она, в общем, позволяет повысить выход продукта по сравнению с управлением охлаждением на основе дельтатемпературы известного уровня техники (если индикатор температуры (ИТ) паропровода не будет установлен вблизи к фракционирующей колонне), или технологией управления потоком охлаждающего дистиллята на основе поддержания постоянной температуры пара, при значительно сниженном риске закупорки паропровода. Две последние технологии известного уровня техники основаны на переохлаждении в течение большей части рабочего цикла барабана для предотвращения высыхания паропровода во время разогрева. Или, если ИТ установлен в недоступной части паропровода, он может засоряться коксом, в результате чего будут получены ненадежные данные, что приведет к недостаточному охлаждению. Если техника контроля охлаждения на основе разности температур должна быть надежной, необходимо знать точное значение температуры в паропроводе вблизи к основной фракционирующей колонне установки для коксования; однако показания температуры в этой части паропровода обязательно будут неточными, поскольку в этой общей части паропровод, вероятно, будет загрязнен, что приведет к получению неточных данных по температуре. Контроль на основе температуры пара с фиксированной скоростью охлаждения может привести к недостаточному охлаждению и вы 004619 4 сыханию паропровода при переключении режимов барабана, и в результате может образоваться закупорка паропровода. В настоящем изобретении преодолены эти три ограничения технологии контроля температуры охлаждаемого пара, используемой в системах известного уровня техники: (1) возможность высыхания паропровода коксового барабана; (2) низкая точность показаний температуры в коксующей среде для управления степенью охлаждения, и (3) необходимость существенного переохлаждения в течение большей части рабочего цикла барабана, если требуется обеспечить адекватное охлаждение в течение разогрева барабана, когда обычно наибольший перепад давления. Кроме того, точность показаний давления барабана легко проверяется в течение каждого цикла барабана, поскольку неработающий барабан открыт в атмосферу, поэтому показания давления при правильной работе будут составлять ноль фунтов на квадратный дюйм. Однако преобразователь температуры, вероятно, может быть загрязнен коксом, так, что его точность сложно проверить между рабочими циклами барабана, поскольку не будет обеспечено достаточно времени для охлаждения металла до температуры окружающей среды. Или,если ИТ расположен в общей части паропровода, невозможно определить степень его загрязнения, и, таким образом, будут получены ненадежные данные для управления скоростью охлаждения. В приведенном ниже описании представлены и описаны два коксовых барабана. Следует понимать, что блок установки для коксования может содержать более двух коксовых барабанов. На фиг. 1 показан типичный блок установки для коксования, содержащий два коксовых барабана 10 и 20, две коксовых печи 30 и 40,основную фракционирующую колонну 50, отпарную колонну 60 легкого газойля, отпарную колонну 70 тяжелого газойля и, возможно, ректифицируемый поглотитель 80, все эти элементы известны специалистам в данной области техники. В настоящем изобретении дополнительно требуется компьютерный контроллер 90 для приема входных данных из коксовых барабанов 10, 20, фракционирующей колонны 50 и с индикатора 100 величины подачи сырья, для вырабатывания сигналов управления для управления скоростью потока охлаждающего дистиллята, как будет описано ниже. Каждый из коксовых барабанов 10, 20 содержит преобразователи 11, 21 давления, соответственно, которые постоянно отслеживают давление внутри соответствующих барабанов и передают эти данные в контроллер 90. Предпочтительно, чтобы в любой заданный момент времени один из коксовых барабанов был "работающим" (включенным в линию), и другой был отключен от линии с тем, чтобы в нем можно было проводить очистку от кокса при подготовке к следующему цик 5 лу, как хорошо известно специалистам в данной области техники. Аналогично, основная фракционирующая колонна 50 также содержит преобразователь 51 давления для постоянного отслеживания давления в ней и передачи этих данных на контроллер 90. При работе сырье - холодная тяжелая нефть, такая как шестая фракция нефти при температуре приблизительно 82 С (180F) поступает через измеритель 102 расхода потока и трубопровод 104 во фракционирующую колонну 50, по трубопроводу 104 а на решетчатую тарелку/блок распыления 59 или через трубопровод 104b в донную часть фракционирующей колонны 50. Одновременно горячее сырье, такое как горячий пек при температуре приблизительно 260 С (500F) поступает через измеритель 103 расхода потока по трубопроводу 105 в донную часть фракционирующей колонны 50. Сигналы измеренного расхода потока от измерителей 102, 103 расхода потока передаются по линиям 106, 107 передачи данных, соответственно, на блок индикатора 100 подачи сырья. Результирующий сигнал потока передается по линии 101 передачи данных на контроллер 90. Горячий поток из донной части фракционирующей колонны поступает по линии 54 в печи 30, 40, после подвода скоростного потока в точках 33, 43,соответственно, где он циркулирует по трубам 31, 41, соответственно, и нагревается до температуры приблизительно 488 С (910F). Кубовой продукт должен подвергаться сильному термическому крекингу, иначе он не будет коксоваться, и вместо этого будет формироваться смола. Горячий кубовой продукт фракционирующей колонны выходит по трубам 31, 41 печи в точках 32, 42, соответственно, при температуре приблизительно 488 С (910F) и направляется в работающий коксовый барабан 10 или 20. Обычным образом в работающем коксовом барабане 10 или 20 производится захват и удержание углеродистого вещества, в то время, как углеводороды испаряются. Предпочтительно называть описанное, таким образом, устройство"установкой для замедленного коксования", поскольку в нем для формирования кокса в коксовых барабанах 10, 20 требуется использовать комбинацию времени нахождения и температуры. Преобразователи 11 и 21 давления передают данные по линиям 11 а и 21 а, соответственно, в контроллер 90. Пар из активного коксового барабана 10 или 20 поступает через один из клапанов 18, 28 в верхний паропровод 29 коксового барабана. Кроме того, охлаждающий дистиллят вводят в паропровод 29 через ввод 12 или 13,измеритель 14 расхода потока и клапан 17 для формирования в паропроводе 29 смеси охлаждающего дистиллята и пара. Охлаждающая жидкость, поступающая через ввод 12, может представлять собой жидкую нефть, в то время как охлаждающая жидкость поступающая через 6 ввод 13 может представлять собой газойль установки для коксования. Расход потока охлаждающей жидкости через паропровод 29 устанавливается контроллером 15 индикатора потока охлаждающей жидкости, который регулирует клапан 17 в соответствии с сигналом, принимаемым от контроллера 90 по линии 91 управления, как будет описано ниже. Смесь охлаждающего дистиллята/пара в паропроводе 29 подают в донную часть фракционирующей колонны 50 в точке 29 а, где в системах известного уровня техники может быть установлена термопара для определения и передачи данных по температуре и, которые,возможно, могут использоваться для управления расходом потока. Как пояснялось выше,такие данные о температуре имеют тенденцию низкой надежности, поскольку термопара покрывается коксом, и ее точность падает. Основная фракционирующая колонна 50 включает теплообменник 53 прокачки тяжелого газойля,предназначенный для охлаждения паров и отбора тепла из системы. Блок циркуляции орошения также включает теплообменник 52 прокачки, предназначенный для дополнительного охлаждения паров и отбора тепла из системы в верхней части колонны 50. В теплообменник 52 поступает горячая циркулирующая нефть орошения по трубопроводу 52b, и из него выходит охлажденная циркулирующая нефть орошения,поступающая обратно во фракционирующую колонну 50 по трубе 52 а. В теплообменник 53 поступает горячий неочищенный тяжелый газойль по трубопроводу 53b, и часть горячего тяжелого газойля, возможно, может поступать обратно на разбрызгиватель 59 через трубопровод 53 с, для предотвращения попадания захваченных мелких частиц кокса в собирающийся в верхней части колонны пар. Охлажденный тяжелый газойль из теплообменника 53 поступает обратно во фракционирующую колонну 50 по линии 53 а, где он протекает на тарелку 53d, как часть зоны всасывания системы отбора тепла. В очиститель 70 тяжелого газойля поступает неочищенный тяжелый газойль из фракционирующей колонны 50 по трубопроводу 74 и через трубопровод 72 подают пар для формирования очищенного тяжелого газойля, который выводится по трубопроводу 71. Пар и очищенный тяжелый газойль возвращают во фракционирующую колонну 50 через трубопровод 73, где он поступает на тарелку 53d. Трубопровод 53 с представляет собой альтернативный источник жидкости для разбрызгивателя 59, который при использовании перенаправляет холодный поток сырья, поступающий по трубопроводу 104, в донную часть фракционирующей колонны 50 через трубопровод 104b вместе с горячим пеком по трубопроводу 105. Блок разбрызгивателя 59/контактирующие тарелки предотвращают попадание захваченных частиц кокса в пар, собирающийся в верхней части колонны. 7 Очиститель 60 легкого газойля может использоваться для подачи в него легкого неочищенного газойля по трубопроводу 64 и пара по трубопроводу 62. В результате получают легкий очищенный газойль, который отводится по трубопроводу 61, в то время как остающиеся пары направляются обратно во фракционирующую колонну 50 по трубопроводу 63. Пары, собирающиеся в верхней части фракционирующей колонны 50, поступают в конденсатор 54, подключенный к верхней части, который отбирает тепло от паров, собирающихся в верхней части колонны. Конденсируемая жидкость поступает в аккумулятор 55, и компрессор 56 влажного газа сжимает влажные газы, такие, как метан,этан, пропан и бутан. Выход компрессора 56 влажного газа поступает по трубопроводу 57 в ректифицируемый поглотитель (РП) (RA) 80,где топливный газ отводится в точке 82, и коксовый лигроин отводится в точке 84, причем последний направляют в блок гидроочистки. На вход 83 поглотителя 80 поступает регенерированное абсорбционное масло, с помощью которого отделяют этан от пропана. В трубопроводе 81 содержатся жидкие углеводороды из верхней части колонны, которые были конденсированы в конденсаторе 54 верхней части колонны. Эти жидкости либо направляют обратно в основную фракционирующую колонну 50 в качестве жидкости орошения или в РП 80. Преобразователь 51 давления постоянно передает значение давления внутри фракционирующей колонны 50 на контроллер 90 по линии 51 а. Как указано выше, контроллер 90 принимает непрерывно поступающие сигналы давления от преобразователей 11, 21 давления в коксовых барабанах 10, 20, соответственно, и от преобразователя 51 давления во фракционирующей колонне 50, даже из отключенного от линии барабана, в котором производится очистка от кокса. Контроллер 90 также по линии 101 передачи данных принимает сигнал величины подачи сырья на входе (в баррелях в сутки) от блока индикатора 100 подачи сырья. Контроллер 90 определяет, какой из барабанов 10, 20 является рабочим (подключен к линии), поскольку давление в барабане, отключенном от линии, ниже, чем давление в барабане, подключенном к линии. Затем он вычисляет падение давления (ПД) (DP) между рабочим барабаном (10 или 20) и давлением во фракционирующей колонне 50, значение которого передается от преобразователя 51 давления. Это значение ПД используется контроллером 90, вместе с величиной подачи сырья, полученной по линии 101 передачи данных для вычисления скорости потока охлаждающего дистиллята, с которой требуется подавать через вводы 12, 13 для поддержания заданного процентного отношения потока жидкости свежего подаваемого сырья, например 5 объемных %, в паропроводе 29 в точке 29 а, где паропровод 29 входит в ос 004619 8 новную фракционирующую колонну 50. Это область трубопровода является очень важной для понимания. Если не понимать, что влияет на количество жидкости в паропроводе в этой точке, потенциально можно создать условие (1) переохлаждения, то есть, подачи слишком большого количества жидкости, что приведет к уменьшению выхода жидкости и повысит рециркуляцию кубовых остатков основной фракционирующей колонны блока установки для коксования и потенциально может снизить пропускную способность блока установки для коксования или (2) недостаточного охлаждения, то есть, подачи слишком малого количества жидкости, что приведет к образованию сухого, неорошаемого паропровода, который загрязнится коксом и, в конце концов, приведет к необходимости остановки блока установки для коксования. Ни одно из этих условий не является приемлемым. Сигнал поступает по линии 91 на контроллер 15 индикатора потока охлаждающего дистиллята, и осуществляется автоматическое регулирование клапана 17 для поддержания заданного расхода потока. Вычисляют расход потока охлаждаемого дистиллята, требуемый для поддержания трубопровода во влажном состоянии при различных значениях перепада давления в паропроводе, и величины подачи сырья в блок, необходимой для обеспечения постоянной скорости жидкости, поступающей из паропровода 29 в основную фракционирующую колонну 50 установки для коксования. Для генерирования данных используется программное обеспечение процесса и оптимизации PRO/II общего назначения компании Simulation Sciences, Inc. (PRO/II - товарный знак). Эти данные представлены в табл. 1 и 2, приведенных ниже. Таблицы 1 и 2 были составлены с помощью компьютерного моделирования термодинамических условий в трубопроводе коксового барабана. Основываясь на измеренной производительности подачи сырья в установку для коксования и свойствах охлаждающей жидкости,было проведено моделирование для определения требуемой скорости охлаждающей жидкости для получения постоянного процентного соотношения рециркуляции в блоке от жидкости, поступающей из паропровода коксового барабана в донную часть основной фракционирующей колонны. Перепад давления в паропроводе изменялся для определения требуемой скорости подачи охлаждающей жидкости для поддержания постоянного потока жидкости в основную фракционирующую колонну, при измеренной производительности продукта и свойств охлаждающего дистиллята. По табл. 1 и 2 были построены кривые, показанные на фиг. 2. Дифференциальный перепад давления (в фунтах на квадратный дюйм; 1 фунт на квадратный дюйм = 0,0689 бар) между работающим коксовым барабаном в основной фрак 9 ционирующей колоне обозначен по оси X, и скорость охлаждающей жидкости (в баррелях в сутки) отложена по оси Y. После, получения кривых для конкретной установки для коксования (для заданного набора выходных значений блока и свойств охлаждающего дистиллята),такая информация затем используется для управления потоком охлаждающей жидкости при компьютерном управлении. Таблица 1 Вычисление потока охлаждающей жидкости для рециркуляции 5% объемных на основе подачи свежего сырья 28500 бареллей в сутки ПДПоток Конденсат Температура Давление в перепад охлаж(жидкость,охлаждаю- барабане,давления, дающей поступающая щей жидко- фунтов на фунтов на жидкости, из паропровода сти в основ- квадратный квадрат- баррелей в основную ной фракдюйм ный дюйм в сутки фракциониционирую(кг/см 2) рующую ко- щей колонне лонну, барре-F (С) лей в сутки 0 1200 1425 811 (433) 25 (1,76) 5 1633 1425 811 (433) 30(2,11) 10 2025 1425 811 (433) 35 (2,46) 15 2383 1425 811 (433) 40 (2,81) 20 2714 1425 811 (433) 45 (3,16) 30 3307 1425 811 (433) 55 (3,87) 40 3831 1425 811 (433) 65 (4,57) Таблица 2 Вычисление потока охлаждающей жидкости для рециркуляции 5% объемных на основе подачи свежего сырья 28500 бареллей в сутки ПДПоток Конденсат Темпера- Давление перепад охлаж(жидкость,тура охла- в барабадавления, дающей поступающая ждающей не, фунтов фунтов на жидкости, из паропрово- жидкости в на квадквадрат- баррелей да в основную основной ратный ный дюйм в сутки фракционифракциодюйм рующую ко- нирующей (кг/см 2) лонну, барреколонне лей в суткиF (C) 0 602 725 810 (432) 25 (1,76) 5 818 725 810 (432) 30(2,11) 10 1014 725 810 (432) 35 (2,46) 15 1193 725 810 (432) 40 (2,81) 20 1356 725 810 (432) 45 (3,16) 30 1656 725 810 (432) 55 (3,87) 40 1918 725 810 (432) 65 (4,57) Примечание: Температура охлаждающего дистиллята принята равной 100-150F в диапазоне кипения углеводородов легкого газойля. При существенном отличии доступного охлаждающего дистиллята, потребуется составить другой набор таблиц. Как показано на фиг. 2, на основе данных табл. 1 и 2 были построены графики для получения максимальной (28,5 тысяч баррелей в сутки) и минимальной (14,5 тысяч баррелей в сутки) подачи потока подаваемого сырья для типичного блока установки для коксования. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Установка для замедленного коксования, содержащая рабочий коксовый барабан, снабженный преобразователем давления для измерения давления внутри указанного барабана, причем указанный коксовый барабан выполнен с возмож 10 ностью подачи в него горячего кубового остатка из фракционирующей колонны и предназначен для улавливания углерода из указанного кубового остатка и для передачи паров указанного кубового остатка в паропровод; средство для ввода охлаждающей жидкости в указанный паропровод; фракционирующую колонну, выполненную с возможностью подачи в нее паров из паропровода для приема углеводородного материала-сырья и оснащенную средством для измерения давления внутри колонны; контроллер, предназначенный для приема сигналов давления из указанного коксового барабана и указанной фракционирующей колонны, и для вычисления падения давления между ними; средство для генерирования сигнала, характеризующего подачу сырья во фракционирующую колонну и передачи указанного сигнала на контроллер; и средство в контроллере, предназначенное для оценки падения давления и данных подачи входного потока сырья, и генерирования, в соответствии с ними, сигнала для управления выбранным количеством охлаждающей жидкости для ввода в паропровод. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что содержит по меньшей мере один дополнительный коксовый барабан, установленный параллельно рабочему коксовому барабану. 3. Способ измерения расхода потока охлаждающей жидкости, подаваемой в паропровод,и управления им в блоке установки для замедленного коксования, содержащем коксовый барабан и фракционирующую колонну, соединенные с помощью паропровода, содержащий следующие этапы: измерение давления внутри коксового барабана; измерение давления внутри фракционирующей колонны; измерение общего расхода потока подаваемого жидкого сырья во фракционирующую колонну; подача на контроллер измеренных значений давления и измеренного значения общего расхода потока жидкого сырья, подаваемого во фракционирующую колонну; оценка взаимозависимости между указанным перепадом давления и входными данными указанного расхода потока подаваемого сырья; определение по указанной взаимозависимости количества охлаждающей жидкости, которое требуется подавать в указанный паропровод для поддержания требуемого расхода потока жидкости через паропровод во фракционирующую колонну; генерирование, в соответствии с указанной взаимозависимостью, сигнала для управления выбранным количеством охлаждающей жидкости, которое требуется подавать в паропровод для получения требуемой скорости потока жидкости через паропровод во фракционирующую колонну; и управление величиной подачи потока охлаждающей жидкости в паропровод, посредст Фиг. 1 12 вом подачи указанного генерируемого сигнала на клапан подачи для открывания и закрывания указанного клапана в соответствии с генерируемым сигналом.