CN103773423B - 一种裂解炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裂解炉，包括：对流段、辐射段和横跨段，横跨段连接对流段和辐射段。所述横跨段为截面是多边形的棱柱结构，所述多边形为一矩形在左上角截去一直角梯形，右下角截去一直角三角形而得，所述多边形由上、中、下三条平行边，左、右两条垂直边、两条斜边组成。本发明采用新的横跨段结构，投资小，操作灵活，对流段传热效果好，满足不同裂解工艺条件同时操作。

Description

一种裂解炉

技术领域

本发明涉及乙烯裂解炉领域，更进一步说，涉及一种新型横跨段结构的裂解炉。

背景技术

乙烯管式裂解炉是当今乙烯生产中占主导地位的装置，近几年，我国乙烯产量持续增加，截止2011年，我国乙烯生产总量已突破1500万吨。“十二五”期间，四川成都80万吨乙烯/年、武汉80万吨乙烯/年、抚顺扩建到100万吨乙烯/年和大庆扩建到120万吨乙烯/年等都将相继投产运行，本领域的技术进步将带来巨大的经济效率和社会效益。近几年，全国乙烯生产企业开展节能降耗工作，对乙烯装置进行节能降耗改造，不断提高操作水平，努力实现长周期稳定运行，使乙烯装置的综合能耗逐步降低，2007年，乙烯装置能耗720万吨大卡/吨乙烯，2008年乙烯装置能耗694万吨大卡/吨乙烯，2009年，乙烯装置能耗664万吨大卡/吨乙烯，乙烯装置的能耗水平逐渐降低。

大型乙烯装置的新建离不开大型裂解炉的建设，大型乙烯裂解炉可以节约10％左右的投资，同时，乙烯装置的裂解炉台数减少，管理和维修方便，占地面积减少。目前，世界上开发乙烯管式裂解炉技术的专利商有ABBLummusGlobal、Technip、Stone&Webster、Linde、KBR和Sinopec公司等，并且已经占据乙烯裂解技术的主导地位，目前，这几家公司都在注重大型乙烯裂解炉技术的研究与开发。

正如本领域技术人员所知，裂解炉的辐射段炉管具有高温、短停留、低烃分压等特点，有利于乙烯生产的高选择性、高能力和长周期运行，中国石油化工股份有限公司在CN201520747、CN101723785和CN101062884分别描述了多程炉管、双排辐射炉管和两程辐射炉管的乙烯裂解炉用来满足上述裂解反应的最佳条件。对流段的各个换热单元采用传热系数高的翅片管，然后利用折直角形式将辐射段和对流段连接起来，见图1和图2。目前工业上广泛使用的乙烯裂解炉采用一个对流段和一个辐射段的形式，单辐射段裂解炉乙烯生产能力已从上世纪80年代的2万吨/年发展到目前的12万吨/年。随着裂解炉的大型化和裂解技术的进步，裂解技术专利供应商大都采用双辐射段和单对流段的裂解炉结构，双辐射段裂解炉的技术越来越成熟，乙烯生产能力范围从6万吨/年至20万吨/年。

在乙烯企业生产过程中，双辐射段乙烯裂解炉的优势是可以安排两个辐射段炉膛进行不同工艺操作。在实际操作过程中，可以分为两种：第一种工艺是分炉膛裂解工况，即一个炉膛进行一种原料的裂解工况，另一个炉膛进行另外一种原料的裂解工况；第二种工艺是分炉膛烧焦工况，即一个炉膛进行一种原料的裂解工况，另外一个炉膛进行烧焦工况。

在分炉膛裂解过程中，双辐射段裂解炉需同时裂解两种不同原料，例如，石脑油、加氢尾油、轻烃和C5原料等，由于不同原料辐射段热负荷和烟气量都不尽相同，对流段的换热也不一样；在分炉膛烧焦过程，两个辐射段的热负荷、烟气量、烟气温度等参数差别比分炉膛裂解大，通常裂解侧的烟气温度比烧焦侧高200度以上，而烧焦侧的物料为稀释蒸汽或者稀释蒸汽与烧焦空气的混合物，热焓值低，容易引起对流段换热管管壁温度超温，因此，裂解炉技术研究工作者通过调整裂解侧投料负荷、在烧焦侧下混合入口设置稀释蒸汽降低烧焦侧物料温度和管壁温度和提高下混合过热段的换热管材质。同时，优化辐射段至对流段的横跨段结构，让横跨段结构影响两个辐射段烟气流动路径和混合方式，改善对流段的烟气温度场分布，满足分炉膛裂解和烧焦的工艺要求。

双辐射段裂解炉的两个辐射段是相对独立的，两个辐射段在进行正常操作时，虽然各自裂解的原料或者工艺参数控制不同，工艺参数如烟气量、烟气横跨段温度、辐射段炉管平均烟气温度等参数都相差很大。尤其在分炉膛烧焦操作时，烧焦侧热负荷只有正常生产1/6-1/5,两个辐射段的烟气流量和烟气横跨段温度都相差很大，烧焦侧空气过剩系数比较大，这种差异会导致裂解炉横跨段的烟气流动状态发生较大的变化，影响对流段烟气的流动和传热，增加裂解炉控制难度，通过设计双辐射段横跨段的结构改变两个辐射段烟气流入对流段的流动形式和混合状态，以及对流段的烟气温度场和速度场。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种裂解炉，采用新的横跨段结构，投资小，操作灵活，对流段传热效果好，满足不同裂解工艺条件同时操作。

本发明的目的是提供一种裂解炉。

包括：对流段、辐射段和横跨段，横跨段连接对流段和辐射段，

辐射段；辐射段底部两侧分布底部燃烧器，中部竖直排列裂解反应炉管，上部两侧分布位于炉壁的侧壁燃烧器；

对流段；裂解原料的换热区域，在该区域水平布置多组原料预热管；

横跨段；辐射段和对流段的连接区域。

所述横跨段为截面是多边形的棱柱结构，

所述多边形为一矩形在左上角截去一直角梯形，右下角截去一直角三角形而得，所述多边形由上、中、下三条水平边，左、右两条垂直边、两条斜边组成。

所述两条斜边与水平边的角度为10-80°，优选为20-60°，两条斜边和水平边的角度可以相同也可以不同；

所述中水平边长度为0.2m-1.0m；下水平边长度为0.2m-2.0m，两条边长度可以不同；

右垂直边为0-1.0m，优选为0.4m-0.6m。

所述的裂解炉包括一个辐射段和一个对流段或者两个辐射段和一个对流段。

当裂解炉包括两个辐射段和一个对流段时，所述横跨段的截面为沿中心线对称的两个所述多边形。

本发明的新型横跨段结构的裂解炉包括：

辐射段：排布在炉膛中央的多组辐射炉管，炉管可采用多种形式，1-1构型二程不等径无分支或者2-1型和4-1型二程分支变径辐射炉管；炉膛底部两侧布置底部燃烧器，炉膛上部两侧布置侧壁燃烧器，补充热量和改变热通量分布曲线。

对流段：水平布置多组对流炉管，便于裂解原料的高效换热，一般多使用各种强化传热技术。

横跨段：辐射段烟气流入对流段的过渡区域，详见图3和图4。

为了解决辐射段烟气流入对流段后换热对流段换热管的受热选择性问题，通过改变横跨段结构，进而改变烟气流动方向，让裂解原料在对流段换热效率提高。

在两个辐射段和一个对流段结构的裂解炉中，此种横跨段结构改变了烟气的流动方向，让两个辐射段烟气在流入对流段中混合强度变小，让对流段两侧管内原料预热不同来满足辐射段入口工艺条件，对流段热效率也将提高；在一个辐射段和一个对流段结构的裂解炉中，此种横跨段结构也将改变了烟气的流动方向，减少横跨段右下角区域的热量滞留区域，提高对流段的传热效果。

本发明的另一个目的在于降低引风机的功率，由于改变的横跨段结构将原来部分烟气横向流动方向改为竖直方向，降低了流动阻力，进而可以降低引风机的功率，节约电能。

附图说明

图1是现有裂解炉示意图

图2是现有裂解炉横跨段局部示意图

图3是本发明的裂解炉示意图

图4是本发明的裂解炉横跨段结构局部示意图

附图标记说明：

1对流段；2对流炉管；3横跨段；4辐射段；5反应炉管；6侧壁燃烧器；7底部燃烧器

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1

如图3所示，一个年产15万吨乙烯裂解炉，包括：一个对流段、两个辐射段和横跨段，横跨段连接对流段和辐射段，两个辐射段以对流段轴对称形式排列。二个辐射段结构完全一样，一个辐射段48组2-1型炉管，分布在炉膛中央，24个底部燃烧器，平均分布在两侧，64个侧壁燃烧器，布置两排分布在炉膛上侧。

所述横跨段为截面是沿对流段中心线对称的两个多边形的棱柱结构，

所述多边形为一矩形在左上角截去一直角梯形，右下角截去一直角三角形而得，所述多边形由上、中、下三条水平边，左、右两条垂直边、两条斜边组成。

所述两条斜边与水平边的角度为30°

所述中水平边和下水平边长度为0.33m

右垂直边长度为0.424m；左垂直边长度为1.548m。

下面以采用分炉膛裂解和烧焦(裂解石脑油和空气、水蒸气烧焦，左侧炉膛为裂解石脑油，右侧炉管为空气、水蒸气烧焦)进行分析比较，截取不同高度z＝15m、16m、17m、18m、20m和23m五个面左侧和右侧的平均烟气温度，分别表示为T_L和T_R。具体数值见表1.

表1

实施例2：

如图3所示，一个年产15万吨乙烯裂解炉，包括：一个对流段、两个辐射段和横跨段，横跨段连接对流段和辐射段，两个辐射段以对流段轴对称形式排列。二个辐射段结构完全一样，一个辐射段48组2-1型炉管，分布在炉膛中央，24个底部燃烧器，平均分布在两侧，64个侧壁燃烧器，布置两排分布在炉膛上侧。

所述横跨段为截面是沿对流段中心线对称的两个多边形的棱柱结构，

所述多边形为一矩形在左上角截去一直角梯形，右下角截去一直角三角形而得，所述多边形由上、中、下三条水平边，左、右两条垂直边、两条斜边组成。

所述两条斜边与水平边的角度为45°

所述中水平边长度为0.70m，下水平边长度为1.15m

右垂直边长度为0.424m；左垂直边长度为1.548m。

下面以采用分炉膛裂解和烧焦(裂解石脑油和空气、水蒸气烧焦，左侧炉膛为裂解石脑油，右侧炉管为空气、水蒸气烧焦)进行分析比较，截取不同高度z＝15m、16m、17m、18m、20m和23m五个面左侧和右侧的平均烟气温度，分别表示为T_L和T_R。具体数值见表2.

表2

在分炉膛裂解和烧焦工艺中，对流段两侧的烟气分别预热原料和空气、水蒸气，由于烧焦侧空气与水蒸气的预热热量较少，因此，在对流段两侧的烟气尽量少混合，两侧的烟气温度差越大，混合程度越低，通过表1和2的数据可以看出，在现有技术中，在对流段底部左侧石脑油原料预热温度始高于烧焦热备温度25℃，而实施本技术，左侧石脑油原料预热温度始高于烧焦热备温度达40-45℃，并且随着对流段高度的上升，温差也大于现有技术。此发明更好地符合分炉膛烧焦工艺条件的要求。

Claims (5)

1.一种裂解炉，包括：对流段、辐射段和横跨段，横跨段连接对流段和辐射段，其特征在于：

所述横跨段为截面是多边形的棱柱结构，

所述多边形为一矩形在左上角截去一直角梯形，右下角截去一直角三角形而得，所述多边形由上、中、下三条水平边，左、右两条垂直边、两条斜边组成；

所述两条斜边与水平边的角度为10-80°；

所述中水平边长度为0.2m-1.0m；下水平边长度为0.2m-2.0m；

所述右垂直边的高度为0-1.0m。

2.如权利要求1所述的裂解炉，其特征在于：

所述两条斜边与水平边的角度为20-60°。

3.如权利要求1所述的裂解炉，其特征在于：

所述右垂直边的高度为0.4m-0.6m。

4.如权利要求1～3之一所述的裂解炉，其特征在于：

所述的裂解炉包括一个辐射段和一个对流段或者两个辐射段和一个对流段。

5.如权利要求4所述的裂解炉，其特征在于：

当裂解炉包括两个辐射段和一个对流段时，所述横跨段的截面为沿中心线对称的两个所述多边形。