CN103992812B - 乙烯裂解炉 - Google Patents

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Abstract

一种乙烯裂解炉，主要包括：辐射段(1)、对流段(2)、急冷锅炉(8)，所述辐射段(1)至少设有一个辐射室(3)，其底部布置有多个燃烧器(9)，所述多个燃烧器(9)布置成相平行并且依次排列的第一、二、三、四排燃烧器；所述辐射室(3)内设有第一组辐射炉管和第二组辐射炉管，所述第一组辐射炉管以及所述第二组辐射炉管都呈双排排列，从而，在所述辐射室(3)内共设有四排辐射炉管。本发明实现裂解炉的大型化，比同规模的其它裂解炉减少占地及投资。本发明提供的各种具体实施方式还提供了更多的有益技术效果。

Description

乙烯裂解炉
技术领域
本发明涉及一种裂解炉，具体是用于热裂解烃及石油馏份以生产乙烯、丙烯等烯烃的裂解炉，属于烃油裂化设备领域。
背景技术
自上世纪60年代垂直吊挂立管式裂解炉开发成功以来，乙烯裂解技术取得了长足的发展。目前各乙烯裂解炉专利商都把研究重点放在裂解炉的大型化、改善裂解炉的选择性、提高产品收率、提高裂解炉的运行周期、提高裂解炉操作安全性、降低能耗和降低裂解炉建造成本等方面。
为了提高单裂解炉的生产能力、降低裂解炉的建造成本，需要在有限的炉膛空间内布置更多的炉管，不同的专利商提出了不同的炉管构型及其在炉膛内的排布方式。
专利CN101333147A中描述了一种乙烯裂解炉结构及双排排列的辐射炉管，两程的辐射炉管包含一根入口管及一根出口管，入口管及出口管通过一个U型弯管连接，多组炉管以双排排列方式布置于炉膛的中央，两排炉管的每一排中进口管与出口管均为交错布置。采用这种炉管排布的裂解炉比相同炉膛炉管采用单排排布的裂解炉在相同操作条件下生产能力及运行周期均有较大提高。同时此种炉管及其排布方式下，炉管有较好的热应力状态。
专利WO2005/075607A1中描述了一种在炉膛的两排底部燃烧器之间呈3排布置的炉管排布方式，每组炉管的出口管都集中于炉膛的中心线上，入口管分布在炉膛中心线两侧，与双排炉管的布置方式相比，这种炉管布置方式可在相同的炉膛中布置更多的炉管，因而能力可进一步提高。根据该专利的描述，由于位于中间排的出口管排(高TMT管排)受到了位于两侧的入口管排(低TMT---TubeMetalTemperature管排)的遮挡，在相同操作条件下出口管排的最高管壁金属温度(TMT---TubeMetalTemperature)会降低，因而可以延长裂解炉的运行周期。但是这样炉管呈3排排布的方式在实际操作中会存在一定的问题，从事裂解炉技术工作的人员都知道，生产操作中由于炉管出口管的管壁金属温度大于入口管的管壁金属温度，所以一般将出口管的管壁金属温度作为裂解炉停炉烧焦的判断标准，因而对炉管出口管的管壁金属温度的测量至关重要，本专利所描述的炉管排布中出口管排位于两个入口管排之间，由于受到外侧两个入口管排的影响，将无法直接通过炉墙上的观火孔对每根出口管进行管壁金属温度的测量，或不能准确测量。
专利WO98/56872(US2002/0159934A1)中描述了一种两程U型炉管的排布方式。一个炉膛中共设置有2排炉管，与上述的双排或三排炉管的排布不同，此专利所描述的炉膛中共有4排底部燃烧器，每两排燃烧器对应一排炉管，2排炉管中的每1排均位于两排燃烧器的中间，每组炉管的进口管和出口管位于同一炉管管排中。这样布置可使所有炉管都得到对称的双面辐射，也不存在出管管壁金属温度测量困难的问题。但炉膛的体积及底部燃烧器的数量都大约增加一倍，占地及投资会随之加大。
专利EP0519230A1及WO03/087268A2中描述了一种4排排布的辐射炉管布置方式，每组辐射炉管为两程，入口管程为多根平行的相同内径细管，出口管程为1根大管径炉管。每两排燃烧器对应一排炉管，因而炉膛内共有8排底部烧器，4排炉管中的每1排均位于2排燃烧器的中间，每组炉管的进口管和出口管位于同一炉管管排中。这样布置虽然可使所有炉管都得到对称的双面辐射，但炉膛的体积及底部燃烧器的数量都大约增加4倍，占地及投资会随之加大，而且无法直接通过炉墙上的观火孔测量4排炉管中内侧两排(靠近炉膛中心线的两排)出口管的管壁金属温度。
发明内容
本发明提供一种乙烯裂解炉，其主要包括：辐射段(1)、对流段(2)、急冷锅炉(8)，所述辐射段(1)至少设有一个辐射室(3)，所述辐射室(3)的底部布置有多个燃烧器(9)，所述多个燃烧器(9)布置成相平行并且依次排列的第一排燃烧器、第二排燃烧器、第三排燃烧器以及第四排燃烧器；所述辐射室(3)内设有第一组辐射炉管和第二组辐射炉管，所述第一组辐射炉管布置在所述第一排燃烧器和所述第二排燃烧器之间，所述第二组辐射炉管布置在所述第三排燃烧器和所述第四排燃烧器之间；所述第一组辐射炉管以及所述第二组辐射炉管都呈双排排列，从而，在所述辐射室(3)内共设有四排辐射炉管。
当参考附图阅读如下对于本发明的具体实施例的描述时，将更为清楚地了解本发明的各个具体实施例的细节及其有益技术效果。
附图说明
图1A～1B是本发明裂解炉的立体示意图，其中，为简明清楚起见，仅示出了第一组辐射炉管以及第二组辐射炉管中的仅仅一组，另一组被省略，其中，图1A是裂解炉只有一个辐射室且辐射室在对流段正下方的情况；图1B是裂解炉有两个辐射室，分别布置在对流段下方的两侧的情况。
图2A～2B是本发明裂解炉应用1-1型辐射炉管布置的俯视示意图；
图3是本发明裂解炉应用2-1型辐射炉管布置的俯视示意图；
图4A～4B是本发明裂解炉应用3-1型辐射炉管布置的俯视示意图；
图5是本发明裂解炉应用4-1型辐射炉管布置的俯视示意图；
图6A～6B是本发明裂解炉应用1-1-1-1型辐射炉管布置的俯视示意图；
图7是本发明裂解炉应用2-2-1-1型辐射炉管布置的俯视示意图。
图号说明：
辐射段(1)；对流段(2)；辐射室(3)；集合管(4)；分配管(5)；入口管(6)；出口管(7)；急冷锅炉(8)；底部燃烧器(9)；弯管及其它管件(10)；对流盘管(11)；观火孔(12)
具体实施方式
本发明提供一种乙烯裂解炉，主要包括：辐射段(1)、对流段(2)、急冷锅炉(8)，所述辐射段(1)至少设有一个辐射室(3)，所述辐射室(3)的底部布置有多个燃烧器(9)，所述多个燃烧器(9)布置成相平行并且依次排列的第一排燃烧器、第二排燃烧器、第三排燃烧器以及第四排燃烧器；所述辐射室(3)内设有第一组辐射炉管和第二组辐射炉管，所述第一组辐射炉管布置在所述第一排燃烧器和所述第二排燃烧器之间，所述第二组辐射炉管布置在所述第三排燃烧器和所述第四排燃烧器之间；所述第一组辐射炉管以及所述第二组辐射炉管都呈双排排列，从而，在所述辐射室(3)内共设有四排辐射炉管。
在本发明的一些实施例中，烃及石油馏分经过对流盘管(11)预热后进入集合管(4)，再经分配管(5)进行流量分配后进入辐射炉管进行裂解，然后裂解气通过急冷锅炉(8)快速冷却后进入下游工序。
在本发明的一些实施例中，所述第一组辐射炉管以及所述第二组辐射炉管的入口管程所在的炉管平面(a)均远离所述辐射室(3)的炉膛侧墙并且靠近所述辐射室(3)的炉膛中心线(c)；所述第一组辐射炉管以及所述第二组辐射炉管的出口管程所在的炉管平面(b)均远离所述辐射室(3)的炉膛中心线(c)并且靠近所述辐射室(3)的炉膛侧墙，所述辐射室(3)的炉膛侧墙设有多个观火孔(12)，使得能够通过所述观火孔(12)对所有出口管程的管壁金属温度进行直接测量。
在本发明的一些实施例中，所述第一组辐射炉管以及所述第二组辐射炉管的进口管程的炉管平面(a)和出口管程的炉管平面(b)之间的间距L为300～1000mm。
在本发明的一些实施例中，所述辐射炉管为两程或多于两程的多程炉管；所述辐射炉管至少包括一根进口管(6)和一根出口管(7)，所述入口管及所述出口管均为沿竖向布置的直管；当炉管为两程炉管时，所述入口管和出口管由弯管相连，所述入口管和出口管之间没有其它沿竖向布置的炉管；当炉管为多程炉管时(例如，如图6A、6B或图7所示)，入口管和出口管之间还有其它沿竖向布置的直管炉管，这些沿竖向布置的炉管之间通过弯管以及其它连接件相连，组成一组炉管。
在本发明的一些实施例中，所述辐射段(3)的炉膛内部净高度H为8～15m。
在本发明的一些实施例中，靠近入口管程所在的所述炉管平面(a)一侧的燃烧器的供热量大于靠近出口管程所在的所述炉管平面(b)一侧的燃烧器的供热量。这样同总供热量相同的炉膛均匀供热方式相比，可以降低出口管程的热强度及TMT，从而延长裂解炉的运行周期。同时可以改善出口管程的TMT的周向不均匀度，有利于改善炉管的热应力状态，提高炉管的使用寿命。
本发明的优点在于：
(1)、辐射炉膛内炉管采用四(4)排布置方式，与相同辐射炉膛体积的其它裂解炉比较，本乙烯裂解炉的生产能力更大、运行周期更长、单位产品的能耗更低；
(2)、辐射炉膛内炉管采用四(4)排布置方式，与相同产能的其它裂解炉相比，占地更省，投资更少；
(3)、炉管采用独特的布置方式，使辐射炉管中的所有出口管程TMT(运行周期的控制指标)都可以直接测量，保障了裂解炉的安全操作；
(4)、燃烧器的供热可采用分区控制，加大入口管排的供热负荷，相对减小出口管排的供热负荷，与均匀供热相比，可在达到相同裂解深度时降低反应的停留时间，因而可提高反应的选择性，获得更高的目的产品收率；可降低出口管的热强度和金属壁温，减少炉管内的结焦，进而可有效延长运行周期；可使出口管的周向温度分布与均匀供热双排炉管的相比，更加均匀，因而出口管的热应力状态得以改善，可延长炉管的使用寿命；由于提高了入口炉管的供热负荷，入口炉管的金属壁温随之提高(通常入口炉管的金属壁温低于出口炉管，入口管及出口管膨胀量不同，导致温差应力)，入口管与出口管的金属壁温差减小，温差应力得到缓解，也有利于炉管使用寿命的提高；
(5)、针对不同的原料工况，在设计中可通过改变炉膛的高度来对炉管长度进行优化，进而优化工艺物料在炉管中的停留时间，以获得最优化的选择性及运行周期，最终裂解炉的运行可获得最大的收益。
概言之，本发明提供的乙烯裂解炉，其能实现裂解炉的大型化；与相同辐射炉膛体积的其它裂解炉比较，本乙烯裂解炉的生产能力更大、运行周期更长、单位产品的能耗更低；辐射炉膛内炉管采用4排布置方式，与相同产能的其它裂解炉相比，占地更省，投资更少；炉管采用独特的布置方式，使辐射炉管中的所有出口管程管金属温度(TMT,TubeMetalTemperature，其是运行周期的控制指标)都可以直接测量，保障了裂解炉的安全操作；燃烧器的供热可采用分区控制，可降低裂解反应的停留时间，提高反应的选择性，可降低出口管的热强度，效延长运行周期，并可改善出口炉管的热应力状态，延长炉管的使用寿命。
如图1A和图1B所示，乙烯裂解炉除包括辐射段(1)和对流段(2)外，还包括传统乙烯裂炉的其他必备元素。其辐射段(1)设有至少一个辐射室(3)，辐射室(3)内设有底部燃烧器(9)、由入口管(6)、出口管(7)和其它中间炉管(10)构成的辐射炉管，若干根辐射炉管由弯管及其它管件连接组成一小组，相邻小组炉管分两排布置在辐射室内两排底部燃烧器(9)之间。辐射炉管入口与分配管(5)及集合管(4)相连，出口与急冷锅炉(8)相连。
本发明的主要工艺流程为：裂解原料首先进入对流段(2)，通过对流盘管(11)预热原料，期间可以用稀释蒸汽与原料混合降低烃分压。当原料预热到一定温度(550℃～700℃)后，通过高温跨管把原料运送到集合管(4)，再通过流量分配管(5)进入辐射炉管进行热裂解反应。裂解反应产物裂解气进入急冷锅炉(8)进行快速降温以便阻止裂解气的二次反应，降温后的裂解气经油急冷器进一步降温便可进入下游的工艺设备。
第1实例：
如图2A所示，辐射室内布置96组1-1型辐射炉管(U型炉管)，每两排底部燃烧器间为48组分两排布置，炉膛内共有四(4)排炉管。入口管内径Din＝54mm，入口管布置在靠近炉膛中心线的管排平面(a)上，出口管内径Dout＝62mm，出口管布置在靠近炉膛侧墙的管排平面(b)上，管排平面(a)与(b)之间的间距L＝500mm，每一个管排平面上相邻炉管的管心距Pa,b＝196mm。出口管出炉膛后，两两合并进入一个线性急冷锅炉(TLE---TransferLineExchanger)。此炉膛净长为11m，净宽为6.5m，净高H＝13.5m。原料为石脑油(NAP---Naphtha)，稀释蒸汽比为0.5(WT/WT---Weight/Weight)，每组炉管内的物料总流量为795kg/h。全炉共有32个底部燃烧器分四(4)排布置，实际生产操作中，靠近炉膛中心线的燃烧器的供热负荷为靠近炉膛侧墙的燃烧器供热负荷的1.2倍。此裂解炉的乙烯产能为12万吨/年(120KTA---KiloTonAnnually)，运行周期为80天。
第2实例：
如图7所示，辐射室内布置32组2-2-1-1型辐射炉管(4分支变径炉管)，每两排底部燃烧器间为16组分两排布置，炉膛内共有四(4)排炉管。第1程两根平行的入口管内径Din＝54mm，第两程两根平行的入口管内径D2＝54mm，第1、两程共4根炉管布置在靠近炉膛中心线的管排平面(a)上，邻炉管的管心距Pa＝160mm。第3程1根炉管内径D3＝84mm，第4程为出口管内径Dout＝84mm，第3、4程共2根布置在靠近炉膛侧墙的管排平面(b)上，邻炉管的管心距Pb＝320mm。管排平面(a)与(b)之间的间距L＝600mm。出口管出炉膛后，进入一个线性急冷锅炉(TLE---TransferLineExchanger)。此炉膛净长为12m，净宽为6.5m，净高H＝13m。原料为乙烷，稀释蒸汽比为0.3(WT/WT---Weight/Weight)，每组炉管内的物料总流量为1300kg/h。全炉共有32个底部燃烧器分四(4)排布置，实际生产操作中，靠近炉膛中心线的燃烧器的供热负荷为靠近炉膛侧墙的燃烧器供热负荷的1.3倍。此裂解炉的乙烯产能为13万吨/年(130KTA---KiloTonAnnually)，运行周期为100天。如果采用图1B所示意的双炉膛布置方式，全炉共64组2-2-1-1型辐射炉管，则单台炉的乙烯生产能力可达26万吨/年。

Claims (3)

1.一种乙烯裂解炉，主要包括：辐射段(1)、对流段(2)、急冷锅炉(8)，
所述辐射段(1)至少设有一个辐射室(3)，所述辐射室(3)的底部布置有多个燃烧器(9)，所述多个燃烧器(9)布置成相平行并且依次排列的第一排燃烧器、第二排燃烧器、第三排燃烧器以及第四排燃烧器；
所述辐射室(3)内设有第一组辐射炉管和第二组辐射炉管，所述第一组辐射炉管布置在所述第一排燃烧器和所述第二排燃烧器之间，所述第二组辐射炉管布置在所述第三排燃烧器和所述第四排燃烧器之间；
其特征在于：
所述第一组辐射炉管以及所述第二组辐射炉管都呈双排排列，从而，在所述辐射室(3)内共设有四排辐射炉管，
所述第一组辐射炉管以及所述第二组辐射炉管的入口管程所在的炉管平面a均远离所述辐射室(3)的炉膛侧墙并且靠近所述辐射室(3)的炉膛中心线；
所述第一组辐射炉管以及所述第二组辐射炉管的出口管程所在的炉管平面b均远离所述辐射室(3)的炉膛中心线并且靠近所述辐射室(3)的炉膛侧墙；
所述第一组辐射炉管以及所述第二组辐射炉管为两程炉管或多于两程的多程炉管；并且
所述第一组辐射炉管以及所述第二组辐射炉管的入口管程的炉管平面a和出口管程的炉管平面b之间的间距L为300～1000mm；
靠近入口管程所在的所述炉管平面a一侧的燃烧器的供热量大于靠近出口管程所在的所述炉管平面b一侧的燃烧器的供热量；并且
所述辐射室(3)的炉膛侧墙设有多个观火孔(12)，使得能够通过所述观火孔(12)对所有出口管程的管壁金属温度进行直接测量。
2.根据权利要求1所述乙烯裂解炉，其特征在于：
所述辐射炉管至少包括一根入口管(6)和一根出口管(7)，所述入口管及所述出口管均为沿竖向布置的直管；
当炉管为两程炉管时，所述入口管和出口管由弯管相连，所述入口管和出口管之间没有其它沿竖向布置的炉管；
当炉管为多于两程的多程炉管时，入口管和出口管之间还有其它沿竖向布置的直管炉管，这些沿竖向布置的直管炉管之间通过弯管相连，组成一组炉管。
3.根据权利要求1～2中的任一项所述乙烯裂解炉，其特征在于：
所述辐射室(3)的炉膛内部净高度H为8～15m。
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