CN1029235C - 热裂解炉 - Google Patents

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Abstract

包括水平排列的和竖直排列的辐射管段的热裂解炉。

Description

本发明涉及烃类热裂解炉。更具体地说，本发明涉及裂解烃类用的炉子和方法，其中燃烧完全是靠炉底燃烧器（floor    burners），且由于结焦造成的盘管阻塞降至最低。
很久以前便已知道，热裂解烃可得到烯烃和其它轻质烃产物。
一般来说，热裂解炉是由燃烧室和许多伸入燃烧室的盘管构成。烃进料引入裂解炉中并升到高温，如871℃（1600°F），且急冷到反应温度，以得到一定产率的裂解产物。但是，热裂解方法的性质造成与所需产物一起形成的焦和焦油。从实施热裂解法的初期，因产生焦和焦油造成的盘管阻塞就已经是一严重问题。当盘管被焦和焦油阻塞时，必须停止使用炉子，清洗或更换管子。
轻质烃如乙烷是普通和常常优选的原料。但是，轻质烃原料裂解的高热提出了设计制约，而且因轻质烃原料裂解造成的结焦阻塞特别成问题。
此外，由于热裂解技术的进步，出现深度裂解的趋势，以改进产率或提高所需目的产物的选择性。结果，开发出具有小直径、短长度盘管且沿炉壁对着盘管有一定辐射燃烧器密度的热裂解炉用于深度裂解，以获得较高的烯烃选择性。实践证明，对于深度裂解，结焦问题变得尤为突出。
一个进一步的发展便是热裂解炉的炉底燃烧的应用。尽管炉底燃烧益处较多，但经验表明，有害的局部结焦问题常常是炉底燃烧造成 的。
目前热裂解技术中占优势的传统方法是短的停留时间，深度裂解会获得最高的选择性和烯烃产率。但是，在深度裂解条件下，特别是加上全部炉底燃烧，结焦问题增加，且由此运行作业时间减少，使操作效率下降，设备寿命变短。
与传统方法相反，已发现通过最大程度地利用可得到的辐射热的炉子和方法，在长期运行中，可获得最大的烯烃生产量（定义为裂解循环的平均产率和炉子平均使用率的乘积）。
本发明的一个目的是提供一种炉子，它能最大限度地利用可得到的辐射热，且最大限度地减小热裂解过程中由于焦和焦油的生成而造成的盘管阻塞。
本发明的另一目的是提供一种专用炉底燃烧器燃烧的炉子。
本发明的又一个目的是提供依靠水平和竖直设置的辐射炉盘管的炉子和方法，以便最大限度地利用辐射燃烧室容积。
为了这些目的，已研制出一种炉子，它具有用炉底燃烧器燃烧的辐射区、偏置的对流区和延伸到辐射区和对流区之间的水平烟道区。水平排列的对流盘管从对流区延伸至共用外总管，由该管把预热过的原料分配给下游辐射盘管。辐射盘管组件包括一个由共用进口的总管延伸穿过水平烟道区的水平段和一个装在辐射区、终端在燃烧室外与急冷交换器系统连接处的竖直U-形盘管段。
该方法是将烃原料输送到对流盘管，在盘管中，原料被加热，加热过的原料输送到共用总管中用以平衡温度和压力，之后通过辐射盘管进行高温裂解。
由辐射炉底燃烧器产生的热在炉的辐射区提供辐射热，同时燃烧烟道气给对流管提供对流热。在炉的烟道区，由辐射热和对流热的传递提供热。
参考以下附图可更好地理解本发明。
图1是本发明炉子的立面图;
图2是图1的2-2线剖面图;
图3是图1所示炉子盘管的透射图;以及
图4是图1所示炉子盘管的另一形式的透视图。
本发明的炉子是热裂解烃原料用的炉子。
炉2是由辐射区4、偏离辐射区4的对流区6和水平配置的上部辐射区或连接辐射区4与对流区6的烟道区8构成。
如图1所示，多路对流盘管10水平伸展于对流区6，终止于共同总管12。由水平段16和连接的下游竖直段构成的辐射盘管14从共用总管12伸展到水平烟道区8和辐射区6。辐射盘管14的竖直下游段18与上游段20、U-弯头22和下游段24一起呈U形连接。
炉2具有侧壁26、炉顶28和炉底30。从图2清晰可见，炉子完全靠炉底燃烧器32燃烧，给辐射盘管14的竖直排列段18和烟道区8的水平排列的盘管段16提供辐射热。由炉底燃烧器32产生的烟道气给炉2的对流区6提供了对流热，并给辐射盘管14的水平辐射盘管段16提供适量的对流热。
设置急冷交换器34以急冷炉2中热裂解烃原料产生的流出物。急冷交换器34（单独的或共用的）紧接于各辐射盘管14出口36的下游。
辐射盘管14由不同尺寸的管子组成。实践证明，当辐射盘管14的水平排列段16具有最小的内径，上游竖直盘管段20具有中等内径，而竖直盘管段24具有最大内径时，炉2长时间运行良好，无需对管子脱焦。例如，辐射盘管14的水平排列段16为3-3.8厘米（1.2-1.5）英寸的内径，竖直盘管段20为3.8-6.35（1.5-2.5英寸）的内径，而竖直盘管段24为5.08-7.62厘米（2.0-3.0英寸）的内径。
图3示出了辐射盘管14的一个具体方案，其中四个水平排列的辐 射盘管段16终止于连接件17上，由此伸出单独一个上游竖直盘管段20并继续作为单独一个下游竖直盘管段24。
图4示出了另一具体方案，其中辐射盘管14由两组两个水平排列的辐射盘管段16构成，后者终止于两个连接件17上，由此分别伸出两个上游竖直辐射盘管段20和20a并终止于连接件23。单独一个下游竖直辐射盘管段24从连接件23伸入到急冷交换器34中。
本发明的方法是采用以下步骤，即将烃原料（如乙烷，石脑油等等）输入对流盘管10的进口。在对流区6，原料被加热到538-704℃（1000°F-1300°F）。在把来自全部对流盘管10的原料输送到总管12中平衡温度和压力之后，将烃进料在水平辐射烟道区8中加热到704-788℃（1300°F-1450°F），停留时间0.05-0.075秒。之后，在辐射盘管18的竖直段中，将烃原料加热到816-899℃（1500-1650°F）的最终裂解温度，停留时间为0.175-0.25秒。
炉内产生的热通量为12000-35000BTU/Hr.Ft.。在辐射区4中为每根盘管提供了1.00-1.25MM    BTU/Hr.的辐射热，在水平辐射烟道区8中为每根盘管提供0.45-0.55MM    BTU/Hr.。燃烧气在温度为1038-1093℃（1900-2000°F）到达对流区。
下表说明了本发明的炉2连续操作50天后的设计条件，其中从盘管进口到水平辐射盘管段16末端的尺寸为：内径3.3厘米（1.3英寸），3.96米（13英尺）长有4根盘管，由水平辐射盘管段16的连接处到盘管出口36的尺寸为：内径6.35厘米（2.5英寸），25米（82英尺）长有1根盘管。
运行的操作条件为每根盘管进料每小时499公斤（1100磅）乙烷;盘管出口压力为569KPa（12psig）;每公斤烃0.3公斤蒸汽（每磅烃0.3磅蒸汽）;65%转化率。管子金属部分的最高温度在C和D之间且为1102℃（2015°F）。
表1
位置    盘管    水平段    折回弯头    盘管
进口A    末端B    的底部C    出口D
作业温度    704℃    790℃    828℃    876℃
（1300°F）    （1454°F）    （1522°F）    （1608°F）
管子金属温度（TMT）    909℃    977℃    1043℃    1038℃
（1658°F）    （1790°F）    （1909°F）    （1901°F）
桥壁温度（BWT）    1074℃    1130℃    1179℃    1129℃
（烟道气温度）    （1965°F）    （2066°F）    （2155°F）    （2065°F）

Claims (7)

1、一种热裂解炉，包括：
辐射区；
偏离辐射区的对流区；
延伸到辐射区和对流区之间的水平配置的烟道区；
排布在辐射区内的炉底燃烧器；以及
在水平配置的烟道区和辐射区中延伸的多个辐射盘管，
所述辐射盘管是由延伸至水平烟道区的辐射盘管水平段和延伸至辐射区的辐射盘管竖直段构成，其中辐射盘管水平段的内截面直径小于辐射盘管竖直段的内截面直径，和辐射盘管的竖直段是由上游段和下游段构成，其中辐射盘管竖直段的上游段的内截面直径比辐射盘管水平段的大，和辐射盘管竖直段的下游段的内截面直径比辐射盘管竖直段的上游段的大。
2、如权利要求1所述的热裂解炉，其中炉底燃烧器包括用于热裂解的全部热源。
3、如权利要求1所述的热裂解炉，还包括多个对流盘管和此对流盘管延伸其中的共用总管，和其中多个辐射盘管从共用总管中引出。
4、如权利要求3所述的热裂解炉，还包括一个位于各辐射盘管出口处的急冷交换器。
5、如权利要求1-4所述的热裂解炉，其中辐射盘管水平段的内截面直径为3-3.8厘米（1.2-1.5英寸）;辐射盘管竖直段上游截面的内截面直径为3.8-6.35厘米（1.5-2.5英寸）;和竖直盘管竖直段下游截面的内截面直径为5.08-7.62厘米（2.0-3.0英寸）。
6、如权利要求1-4所述的热裂解炉，包括多个终止于连接件的水平辐射盘管段和单独一个由各所述连接件延伸出来的下流式上游辐射盘管段。
7、如权利要求1-4所述的热裂解炉，包括多个终止于连接件的水平辐射盘管段;多个由许多所述连接件延伸出来的下流式上游辐射盘管段;一个与多个下流式上游辐射盘管段相连的连接件和单独一个与下流式上游辐射盘管段相连的连接件引出的上流式下游竖直的辐射盘管段。
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