延迟焦化塔的内衬制造技术

一种延迟焦化装置，其具有抗热冲击、防腐蚀的内衬以降低焦炭塔的压力边界中的热诱导的机械应力。该内衬有效降低或减小了在焦炭塔的压力边界出现的瞬态热应力，并且降低或最小化了由裙座与外壳的连接处的温差所导致的高热应力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种延长用于重质石油的热处理的延迟焦化焦炭塔的疲劳寿命的方法，并且尤其涉及内衬在延迟焦化焦炭塔中用于延长焦炭塔的疲劳寿命的应用。
技术介绍
延迟焦化是一种用于在石油炼制工业中增加由重质渣油例如减压渣油生产的液体产物的产量的工艺。在延迟焦化中，重油进料在炉中被加热至开始热裂化但足够低以降低炉本身破裂的程度的温度。经加热的进料随后被引入大型塔内，其中，在驻留于塔内的延长期间内裂化继续进行。裂化产生分子量比所述进料低的烃，该烃在塔内的占优势的温度下呈蒸气形式并且上升至塔的顶部，在该顶部蒸气利用其分馏设备进入下游产物回收装置。在塔内发生的进料的热裂化还产生焦炭，所述焦炭在延迟焦化循环内逐渐在塔内累积。当焦炭在塔内达到一定水平时，进料的引入终止，并且塔中剩余的裂化产物通过蒸汽吹扫去除。此后，用水对焦炭进行淬火，为塔减压，打开顶部封头和底部封头，并且之后通过使用高压切焦水系统使焦炭经塔的底部封头排出。然后准备重复裂化循环。典型地，该工艺本身通过将重油进料加热至允许可泵抽条件的范围内的温度来实现，在所述可泵抽条件下，进料被进给至炉内并被加热至380℃至525℃范围内的温度；焦化炉的出口温度通常约为500℃，其中压力为4巴。然后热油被进给至压力保持在通常为1至6巴的范围内——更通常为大约2至3巴——的低值的焦炭塔中，以便帮助释放气态裂化产物。在焦化循环的淬火部分使用到大量的水：一种行业估计为对于直径约为8m且高度约为25m的典型大型焦炭塔来说，淬火需要大约750公吨的水，而在塔被打开和焦炭被排出之后的切焦操作甚至需要更多的水。一种延迟焦化工艺的有用且广泛引用的概述可在线参考“教程：延迟焦化基本原理”，Ellis等人，大湖炭素公司，阿瑟港，德克萨斯州，美国化学工程师学会(AlChE)1998年春季国际会议，新奥尔良，洛杉矶，1998年3月8-12日，第29a页，版权大湖炭素公司。按照惯例，延迟焦化焦炭塔为直径一般至少为4m并且可能大至10m、高度为10至30m甚至更大的大型容器。塔通常两个或三个地运行，其中每个塔相继地经历装载-淬火-卸载循环，被加热的进料在该循环的给料阶段被转移至塔。塔通常由无衬里钢或包层钢制成，其中基体厚度可以在10至30mm厚的范围内变动。内包覆层厚度通常为1-3mm并且用于防止硫化腐蚀。目前普遍的商业做法是将401S包层或非包层CS、C-1/2Mo或低铬塔用于延迟焦化设备。在形式上，塔包括具有椭圆形或半球形的顶部封头和锥形的底部封头的立式筒体。所述底部封头具有凸缘，或者作为替代例如像US 6,843,889(Lah)中所描述的具有机械阀配置。进料口和蒸汽/水接头位于容器的该下锥形部段上。操作包线和检修/维修装置为用于处理该设备上的疲劳破裂的机构。延迟焦化焦炭塔由于主要在淬火/填充工艺期间强加在钢上的热应力而内在地经历压力边界疲劳破裂。塔由于在塔达到稳定状态之前形成的穿壁热应力而趋于热疲劳。此外，在裙座与外壳连接处，压力边界与裙座之间的瞬态温差也造成了可导致焊缝和基体材料破裂的高应力。这是一种瞬态效应，并且数据分析表明其它延迟焦化步骤(例如塔预热、进料引入、焦化、蒸汽输出等等)对压力边界应力造成的影响较小。如同前述Ellis所记载的，冷却水注入的速率至关重要。过快增大水的流量会使直穿焦化装置的主通道“表面硬化”，而不会在径向上冷却整个焦炭床的所有焦炭。焦炭具有低孔隙度，于是允许水从焦炭塔中的主通道流走，造成了塔在冷却期间鼓胀的问题。如果水的流速过高，则高压造成水流到焦炭床的外侧而对焦炭塔的塔壁进行冷却。焦炭具有比钢更大的热膨胀系数(针状焦炭为154cm/cm/℃x 10-7，而钢为120cm/cm/℃x 10-7)。虽然例如美国专利第8,221,591(de Para)号中所描述的塔支承系统可能能够降低由差温致冷所产生的机械应力，但希望能最小化焦炭塔外壳/锥体两者内以及在裙座与外壳连接处的瞬态热应力。
技术实现思路
我们现在提出利用热缓冲系统来在热应力提高时降低或最小化在焦化循环部分的过程中在钢中所出现的瞬态热应力。施加至焦炭塔压力边界的内表面的内衬系统的应用能在工艺运行的过程中——特别是在循环的冷却/淬火部分的过程中有效地降低塔上的应力。用内衬对压力边界的覆盖可以从几米容器高度到整个压力边界不等，这取决于(1)以往存在问题的区域(即，在裙座与外壳的连接处，在底部锥体中，在出口高度附近等)中所需的防护水平，和/或(2)通过缩短淬火阶段、在较低的塔预热温度下引入进料等等来使循环时间最小化的处理力度。根据本专利技术的一个实施例，延迟焦化焦炭塔在塔的内表面上——尤其是在承受压力边界应力的区域具有抗热冲击、防腐蚀的整体式耐火内衬。通过捣打以类似于气硬性的防腐蚀耐火物质的方式施加的整体式内衬通过合适的锚固系统——优选为如下文进一步讨论的单点锚固系统保持就位。这种类型的锚固系统通常用来将防腐蚀耐火内衬锚固在石油加工容器中并且可以用于当前的目的。在本专利技术的另一个实施例中，延迟焦化焦炭塔包括上述相同的锚固系统，但是不包括气硬性的防腐蚀耐火物质。在该实施例中，进给至焦炭塔的焦炭填充锚固系统并且二者在塔的内表面上形成内衬。这允许瞬态热应力跨焦炭层而非跨焦炭塔压力边界消散。在本专利技术的另一个实施例中，延迟焦化焦炭塔包括销板组件。在该组件中，销从焦炭塔的外壁向内延伸地设置。防护板附接至销。所述板布置成使它们产生气隙，该气隙将填充在进给至焦炭塔中的焦炭与塔的内表面之间的防护焦炭层。这允许瞬态热应力跨焦炭和防护板而非跨焦炭塔压力边界消散。所述防护板防止了防护焦炭层在切焦循环期间被去除。附图说明图1为示出了施加内衬的潜在区域的延迟焦化焦炭塔的简化的竖直剖面。图2示出了本专利技术的内衬的代替实施例。图3示出了本专利技术的内衬的代替实施例。具体实施方式图1示出了典型的延迟焦化焦炭塔10的截面，其中，延迟焦化焦炭塔10的带凸缘的蒸气排出口11位于塔顶部的半球形封头上。底部锥形封头13在带凸缘的底部焦炭排出口14处终止。所述塔支承在以15标记的裙座上。进料口未示出，但按惯例其可被设置在突伸至排出口14的底部封头上或锥形部段13上。如果进口安装于锥体上，则多个进料口是优选的，如在US 7,736,470(Chen)中所描述的那样；进料口可以成角度向上倾斜，如在US 2013/0153466(Axness)中所描述的那样。塔中承受压力边界应力的区域在图1中标记为SZ1、SZ2和SZ3。SZ1表示在塔的立式筒状部段中的板交汇和发现环形焊缝、基体金属及堆焊层/焊接包覆层(weld overlay/cladding)的破裂的典型焊接区。在塔就位于塔裙座(塔支承系统中的在主筒状部段的下周缘处焊接至塔的部分)上的SZ2处，易于发生裙座中的裙座连接焊缝和/或栓孔孔口(keyhole slots)的破裂。在塔的主筒状部段中在大约SZ3处，可能发生塔的鼓胀，其中在鼓胀位置处压力边界破裂。除了环形焊缝、焊接热影响区域(HAZ)、基体金属以及内包覆层的破裂以外，还存在纵向焊缝中的破裂和内包覆层剥离的情况。根据本专利技术，延迟焦化焦炭塔具有施加至塔的内表面的抗热冲击性内衬。该内衬具有降低在延迟焦化工艺期间发生——特别是通常在该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种延迟焦化塔，其包括顶部椭圆形或半球形封头、带焦炭产物出口的底部锥形封头，以及立式筒状部段，所述延迟焦化塔带有在顶部的蒸气出口和在底部/底部附近的进料口，带有施加至所述塔的内表面的抗冲击和防腐蚀的内衬。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.12 US 61/951,614;2014.05.13 US 61/992,316;1.一种延迟焦化塔，其包括顶部椭圆形或半球形封头、带焦炭产物出口的底部锥形封头，以及立式筒状部段，所述延迟焦化塔带有在顶部的蒸气出口和在底部/底部附近的进料口，带有施加至所述塔的内表面的抗冲击和防腐蚀的内衬。2.根据权利要求1所述的延迟焦化塔，其中，所述内衬为耐火内衬。3.根据权利要求2所述的延迟焦化塔，其中，所述耐火内衬被施加在所述塔的下部的锥形部段中。4.根据权利要求2所述的延迟焦化塔，其中，所述耐火内衬被施加在所述塔的下筒状部段中。5.根据权利要求4所述的延迟焦化塔，其中，所述耐火内衬被施加在所述塔的上筒状部段中。6.根据权利要求2所述的延迟焦化塔，其中，所述耐火内衬通过捣打施加。7.根据权利要求2所述的延迟焦化塔，其中，所述耐火内衬为包括借助附接至塔的内表面的锚固装置固定的捣制耐火物质的整体式内衬。8.根据权利要求7所述的延迟焦化塔，其中，所述耐火内衬为包括借助附接至塔的内表面的单点锚固系统固定的捣制耐火物质的整体式内衬。9.根据权利要求8所述的延迟焦化塔，其中，所述单点锚固系统借助其中热应变仅跨各焊缝累积的螺柱焊接来附接至塔的内表面。10.根据权利要求2所述的延迟焦化塔，其中，所述抗热冲击和防腐蚀的耐火内衬具有1.9至5cm的厚度。11.根据权利要求2所述的延迟焦化塔，其中，所述抗热冲击和防腐蚀的耐火内衬包括气硬性的捣制耐火物质。12.根据权利要求1所述的延迟焦化塔，其中，所述内衬包括销板组件，所述组件定位成使得该组件形成气隙。13.根据权利要求11所述的延迟焦化塔，其中，所述组件被施加在所述塔的下锥形部段中。14.根据权利要求11所述的延迟焦化塔，其中，所述组件被施加在所述塔的下筒状部段中。15.根据权利要求13所述的延迟焦化塔，其中，所述耐火内衬被施加在所述塔的上筒状部段中。16.一种延迟焦化方法，其中，重油进料在炉中加热至开始热裂化的温度，将加热后的进料引入延迟焦化焦炭塔中，以及使所述加热后的进料在所述塔中焦化以产生热裂化的烃蒸气和焦炭产物，用蒸汽清除塔中剩余的裂化产物，在塔中用水对焦炭进行淬火以及经焦炭出口排出淬火后的焦炭，其中，所述延迟焦化焦炭塔具有顶部椭圆形或半球形封头、带焦炭产物出口的底部锥形封头、以及立式筒状部段，所述延迟焦化焦炭塔带有在顶部的蒸气出口和在底部/底部附近的进料口，带有施加至所述塔的内表面的抗热冲击和防腐蚀的整体式耐火内衬。17.根据权利要求15所述的延迟焦化方法，其中，将重油进料预加热至使油进入可泵抽条件的温度，在所述可泵抽条件下，油被进给至炉。18.根据权利要求15所述的延迟焦化方法，其中，被预加热的重油进料在炉中被加热至380℃至525℃范围内的温度。19.根据权利要求15所述的延迟焦化方法，其中，将重油进料加热至促进在1巴至6巴范围内的压力下在焦炭塔中焦化。20.根据权利要求15所述的延迟焦化方法，其中，包括借助附接至塔的内表...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·S·欣森，C·J·福勒，D·S·辛克莱，A·G·苏松，R·L·安契姆，J·R·彼得森，
申请(专利权)人：埃克森美孚研究工程公司，
类型：发明
国别省市：美国;US