CN103992813A - 乙烯裂解炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种乙烯裂解炉，其包括辐射段、对流段、急冷换热器，以及引风机和烟囱，对流段设置在辐射段的上方，对流段设有至少一个对流室，对流室内设有对流盘管；引风机与烟囱设置在对流段的上方，其中，辐射段设有至少一个辐射室，其内设有两排辐射炉管：包括由一排入口管形成的入口管管排和由一排出口管形成的出口管管排，两排辐射炉管两侧布置多个燃烧器；燃烧器被布置为能够不对称地向辐射炉管供热，使得靠近入口管管排的燃烧器的放热量大于靠近出口管管排的燃烧器的放热量。与现有技术相比，本发明裂解炉运行周期长，裂解产品收率高，生产能力大。

Description

乙烯裂解炉

技术领域

本发明涉及一种乙烯裂解炉，尤其涉及一种采用不对称供热的乙烯裂解炉。

背景技术

自上世纪60年代垂直悬吊立管式裂解炉开发成功以来，乙烯裂解炉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大型化、裂解炉选择性改善、产品收率提高、产品能耗降低、运行周期延长、操作安全性提高以及建造成本降低等方面。

当前，绝大多数乙烯裂解炉都采用两程辐射炉管布置，尽管第二程炉管采用更好的材料，但乙烯裂解炉运行周期还是由第二程炉管的表面温度(TMT，Tube Metal Temperature)决定。第二程炉管表面温度如能降低10℃,则裂解炉的运行周期将延长10天左右，如果保持同等的运行周期，则裂解炉生产能力能提高约10％。因此有些裂解炉专利商对如何降低第二程炉管(或出口管)表面温度进行深入的研究。

为了实现裂解炉的大型化，同时降低裂解炉的建造成本，各裂解炉专利商都一致认为辐射炉膛内布置多排辐射炉管是非常有效的解决方案。

专利CN101333147A，描述了一种两程炉管乙烯裂解炉，其辐射炉管采用双排排列，管排两侧布置燃烧器，两侧燃烧器采用对称供热方式(即两侧供热量相等)。在每个管排平面内，第一程管与第二程管交替布置，这样第一程管的吸热量得到增加，在维持相同的裂解气出口温度情况下，第二程管的吸热量将减少，炉管表面温度将降低，从而延长了裂解炉的运行周期，或者能提高裂解炉的生产能力。研究发现，此种布置的裂解炉第二程管表面温度只能降低5℃左右，因此裂解炉运行周期延长并不明显，或者生产能力只有少量的提高。同时由于管排采用了第一程管与第二程管交替的布置方式，且炉管间距不大，因此炉顶辐射炉管的吊挂将非常困难。

专利US20080142411A1，描述了一种多程炉管乙烯裂解炉，其辐射炉管采用三排或更多排排列，辐射炉管出口管位于中间管排，两侧为入口管管排，燃烧器位于所有管排两侧，燃烧器采用对称供热方式。由于出口管管排受到入口管管排的遮蔽效应，其吸热量将减少，炉管表面温度将降低。按该文献叙述，采用该技术的裂解炉，运行周期能延长20天左右，或者裂解炉生产能力提高10％～20％。研究发现，此技术裂解炉辐射炉管构型非常复杂，因此炉顶辐射炉管的布置将极其困难。

发明内容

本发明的目的：提供一种多管程乙烯裂解炉，能实现裂解炉的大型化；在相同生产能力条件下，裂解炉的运行周期更长；在相同运行周期条件下，裂解炉生产能力更大；裂解气停留时间更短，裂解炉选择性更好。

本发明采用的基本技术方案是：

一种乙烯裂解炉，所述乙烯裂解炉包括辐射段、对流段、急冷换热器，以及引风机和烟囱，所述对流段设置在所述辐射段的上方，所述对流段设有至少一个对流室，所述对流室内设有对流盘管；所述引风机与所述烟囱设置在所述对流段的上方，

其中，所述辐射段设有至少一个辐射室，所述至少一个辐射室内设有两排辐射炉管，所述两排辐射炉管包括由一排入口管形成的入口管管排和由一排出口管形成的出口管管排，所述两排辐射炉管的两侧布置有用以加热所述辐射炉管的多个燃烧器；并且

其中，所述多个燃烧器包括底部燃烧器和/或侧壁燃烧器，所述多个燃烧器被布置为能够不对称地向所述两排辐射炉管供热，使得靠近所述入口管管排的燃烧器的放热量大于靠近所述出口管管排的燃烧器的放热量。

本发明与现有技术相比的优点至少在于：

(1)由于采用双排炉管布置，因此可轻易实现裂解炉的大型化；

(2)在相同生产能力条件下，裂解炉运行周期能延长20～30天；

(3)在相同运行周期条件下，裂解炉生产能力提高10％～20％；

(4)在其他运行条件相同情况下，裂解气停留时间能降低到0.2s以下，因此裂解炉的选择性更好，裂解产品收率更高。

附图说明

图1是本发明的乙烯裂解炉结构示意图。

图2A～E是本发明的两程炉管排列的俯视示意图。

图3A～F是本发明的四程炉管排列的俯视示意图。

图4A～H是本发明的六程炉管排列的俯视示意图。

图5A～H是本发明的八程炉管排列的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明的乙烯裂解炉结构示意图。

图2A～E是本发明的两程炉管排列的俯视示意图，其中：

图2A中的炉管是1-1型炉管，也即U型炉管，其中，每个U型炉管的1根入口管11(第一程管)与出口管13(第二程管)相对应，入口管11与出口管13的下方(参见图1)以连接管12相连，形成总体为U型的炉管，本图中的各个入口管11和各个出口管13相互正对地布置；

图2B中的炉管是1-1型炉管，其中的各个入口管11和各个出口管13相互错开地布置；

图2C中的炉管是2-1型炉管，其中，每2根入口管11(第一程管)与1根出口管13(第二程管)相对应；

图2D中的炉管是3-1型炉管，其中，每3根入口管11(第一程管)与1根出口管13(第二程管)相对应；

图2E中的炉管是4-1型炉管，其中，每4根入口管11(第一程管)与1根出口管13(第二程管)相对应；

图3A～F是本发明的四程炉管排列的俯视示意图，其中：

图3A中的炉管是入口管和出口管彼此正对地布置的1-1-1-1型炉管(其中的第一、二、三、四程管均为1根管)；

图3B中的炉管是入口管和出口管彼此交错地布置的1-1-1-1型炉管；

图3C中的炉管是2-2-1-1型炉管(其中，第一、二程管均为2根管，第三、四程管均为1根管)；

图3D中的炉管是另一种1-1-1-1型炉管，其中的入口管和出口管彼此正对地布置；

图3E中的炉管是另一种1-1-1-1型炉管，其中的入口管和出口管彼此交错地布置；

图3F中的炉管是另一种2-2-1-1型炉管。

图4A～H是本发明的六程炉管排列的俯视示意图，其中：

图4A中的炉管是入口管和出口管彼此正对地布置的1-1-1-1-1-1型炉管，其中的第一、二、三、四、五、六程管均为1根管；

图4B中的炉管是入口管和出口管彼此交错地布置的1-1-1-1-1-1型炉管；

图4C中的炉管是一种2-2-2-1-1-1型炉管，其中的第一、二、三程管均为2根管，第四、五、六程管均为1根管；

图4D中的炉管是一种2-2-1-1-1-1型炉管，其中的第一、二程管均为2根管，第三、四、五、六程管均为1根管；

图4E中的炉管是入口管和出口管彼此正对地布置的1-1-1-1-1-1型炉管；

图4F中的炉管是入口管和出口管彼此交错地布置的1-1-1-1-1-1型炉管；

图4G中的炉管是另一种2-2-2-1-1-1型炉管；

图4H中的炉管是一种2-2-1-1-1-1型炉管。

图5A～H是本发明的八程炉管排列的俯视示意图，其中：

图5A中的炉管是入口管和出口管彼此正对地布置的1-1-1-1-1-1-1-1型炉管；

图5B中的炉管是入口管和出口管彼此交错地布置的1-1-1-1-1-1-1-1型炉管；

图5C中的炉管是一种各程管之间彼此正对地布置的2-2-1-1-1-1-1-1型炉管；

图5D中的炉管是一种各程管之间彼此交错地布置的2-2-1-1-1-1-1-1-1型炉管；

图5E中的炉管是另一种入口管和出口管彼此正对地布置的1-1-1-1-1-1-1-1型炉管；

图5F中的炉管是另一种入口管和出口管彼此交错地布置的1-1-1-1-1-1-1-1型炉管；

图5G中的炉管是另一种是入口管和出口管彼此正对地布置的2-2-1-1-1-1-1-1型炉管；

图5H中的炉管是另一种是入口管和出口管彼此交错地布置的2-2-1-1-1-1-1-1型炉管。

图中：1为乙烯裂解炉、2为辐射段、3为对流段、4为引风机、5为烟囱、6为急冷换热器、7为汽包、8为对流盘管、9为高温跨管、10为集合管、11为入口管、12为连接管、13为出口管、14a～b为底部燃烧器、15a～b为侧壁燃烧器、16为下降管、17为上升管。

如各附图所示，本发明提供一种乙烯裂解炉，所述乙烯裂解炉包括辐射段2、对流段3、急冷换热器6，以及引风机4和烟囱5，所述对流段3设置在所述辐射段2的上方，所述对流段3设有至少一个对流室(如图1的上部所示)，所述对流室内设有对流盘管；所述引风机4与所述烟囱5设置在所述对流段3的上方，

其中，所述辐射段2设有至少一个辐射室(如图1的下部所示)，所述至少一个辐射室内设有两排辐射炉管，所述两排辐射炉管包括由一排入口管(11)形成的入口管管排和由一排出口管(13)形成的出口管管排，所述两排辐射炉管的两侧布置有用以加热所述辐射炉管的多个燃烧器；并且

其中，所述多个燃烧器包括底部燃烧器(14a)和/或侧壁燃烧器(15a、15b)，所述多个燃烧器被布置为能够不对称地向所述两排辐射炉管供热，使得靠近所述入口管(11)管排的燃烧器的放热量大于靠近所述出口管(13)管排的燃烧器的放热量。

在本发明的一些实施例中，所述辐射炉管可为两程炉管，采用1-1、2-1、3-1、4-1等炉管构型，所有的第一程炉管布置在同一平面(a)，所有的第二程管布置在另一个平面(b)，靠近平面(b)的燃烧器放热量是靠近平面(a)的燃烧器放热量的50％～90％，优选70％～80％。平面(a)与平面(b)之间间距为300～1000mm，优选400～700mm，更优选500～600mm。相邻辐射炉管间距与对应管外径之比为1.5～6，优选2～4。

在本发明的一些实施例中，所述辐射炉管也可为四程炉管，采用1-1-1-1、2-2-1-1等炉管构型，所有的第一、二程炉管布置在同一平面(a)，所有的三、四程炉管布置在另一个平面(b)，靠近平面(b)的燃烧器放热量是靠近平面(a)的燃烧器放热量的50％～90％，优选70％～80％。平面(a)与平面(b)之间间距为300～1000mm，优选400～700mm，更优选500～600mm。相邻辐射炉管间距与对应管外径之比为1.5～10，优选2～6。

在本发明的一些实施例中，所述辐射炉管也可为六程炉管，采用1-1-1-1-1-1、2-2-2-1-1-1等炉管构型，所有的第一、二、三程炉管布置在同一平面(a)，所有的四、五、六程炉管布置在另一个平面(b)，靠近平面(b)的燃烧器放热量是靠近平面(a)的燃烧器放热量的50％～90％，优选70％～80％。平面(a)与平面(b)之间间距为300～1000mm，优选400～700mm，更优选500～600mm。相邻辐射炉管间距与对应管外径之比为1.5～10，优选2～6。

在本发明的一些实施例中，所述辐射炉管也可为八程炉管，采用1-1-1-1-1-1-1-1、2-2-2-2-1-1-1-1等炉管构型，所有的第一、二、三、四程炉管布置在同一平面(a)，所有的五、六、七、八程炉管布置在另一个平面(b)，靠近平面(b)的燃烧器放热量是靠近平面(a)的燃烧器放热量的50％～90％，优选70％～80％。平面(a)与平面(b)之间间距为300～1000mm，优选400～700mm，更优选500～600mm。相邻辐射炉管间距与对应管外径之比为1.5～12，优选2～8。

在本发明的一些实施例中，实现靠近平面(a)的燃烧器供热量大于靠近平面(b)的燃烧器供热量的措施，可以包括如下各个设置方式中的任一个方式或其组合方式：

1)在(a)侧的燃烧器的数量大于在(b)侧的燃烧器的数量；

2)在(a)侧的燃烧器的燃料供应压力控制为大于在(b)侧的燃烧器的燃料供应压力；

3)在(a)侧额外设置多个炉顶燃烧器。

需要说明的是，本发明的各个附图以及其相关说明仅仅是例示性的，而不是穷举式的或者限定性的。换言之，本领域技术人员可以基于本发明的当前公开内容，在本发明的发明构思框架内，设计出各种变化的方式。本发明的保护范围应以权利要求的精神划定的范围为准。

本发明与现有技术相比的优点至少在于：

(1)由于采用双排炉管布置，因此可轻易实现裂解炉的大型化；

(2)在相同生产能力条件下，裂解炉运行周期能延长20～30天；

(3)在相同运行周期条件下，裂解炉生产能力提高10％～20％；

(4)在其他运行条件相同情况下，裂解气停留时间能降低到0.2s以下，因此裂解炉的选择性更好，裂解产品收率更高。

本发明主要是基于发明人的如下发现：

裂解炉是通过物料出口温度来进行控制的，一般物料出辐射炉管的温度大概在830～850℃，而物料入辐射炉管的温度大概在590～630℃，根据物料的焓差和反应热，可以计算出物料经过辐射炉管所需要的热量。发明人发现：如果采用均匀供热，当辐射炉管的后面几程炉管达到金属材料所能承受的最高温度时，辐射炉管的前几程炉管离最高承受温度还差很多，这正是本发明中要利用到的。当采用不对称供热(即增加辐射炉管前几程炉管的供热)时，相应地后几程炉管的供热就可以减少(因为反应所需的热量是一定的)，因此，后几程炉管的TMT就能降低，而控制裂解炉运行周期的正是TMT，辐射炉管最大TMT(也即炉管能承受的高温度)是根据材料来确定的，故而，会延长裂解炉的运行周期。或者在保持运行周期不变的情况下，会提高裂解炉的生产能力。

实例1(1-1型两程炉管)

一台液体原料裂解炉为单辐射室结构，辐射室内呈2排布置96组1-1型辐射炉管(U型炉管)，排布方式如图2B所示。入口管内径Din＝54mm，所有入口管都布置在管排平面(a)上，出口管内径Dout＝62mm，所有出口管都布置在平面(b)上，管排平面(a)与(b)之间的间距L＝600mm，每一个管排平面上相邻炉管的管心距P1,P2＝200mm。出口管出炉膛后，两两合并进入一个线性急冷锅炉(TLE，Transfer Line Exchanger)。此炉膛净长为21.5m，净宽为3.2m，净高H＝13.5m。原料为石脑油(NAP)，稀释蒸汽比为0.5(WT/WT)，每组炉管内的物料总流量为795kg/h。全炉共有32个底部燃烧器布置在炉管两侧，靠近平面(a)的侧墙上还布置有2排共16个侧壁燃烧器,靠近平面(b)的侧墙上无侧壁燃烧器,靠近平面(b)侧的燃烧器的总供热量是靠近平面(a)侧的80％。此裂解炉的乙烯产能为12万吨/年(120KTA)，运行周期为80天。

实例2(2-2-1-1型四程炉管)

一台气体原料裂解炉为双辐射室结构，每个辐射室内布置16组2-2-1-1型辐射炉管(4分支变径炉管)，炉管为双排布置，排布如图3F所示，全炉共32组2-2-1-1型辐射炉管。第1程两根平行的入口管内径Din＝54mm，第2程两根平行的入口管内径D2＝54mm，第1、2程共4根炉管布置在管排平面(a)上，邻炉管的管心距P1＝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根布置在另一侧的管排平面(b)上，邻炉管的管心距P2＝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，Transfer Line Exchanger)。每个炉膛净长为12m，净宽为3.1m，净高H＝13m。原料为乙烷，稀释蒸汽比为0.3(WT/WT)，每组炉管内的物料总流量为1300kg/h。每个炉膛设置16个底部燃烧器，均匀布置在炉管两侧，每侧8个，全炉共有32个底部燃烧器，实际生产操作中，靠近平面(b)燃烧器的供热负荷为靠近平面(a)燃烧器供热负荷的85％。此裂解炉的乙烯产能为13万吨/年(130KTA)，运行周期为100天。

Claims (18)

1.一种乙烯裂解炉，所述乙烯裂解炉包括辐射段、对流段、急冷换热器，以及引风机和烟囱，所述对流段设置在所述辐射段的上方，所述对流段设有至少一个对流室，所述对流室内设有对流盘管；所述引风机与所述烟囱设置在所述对流段的上方，

其中，所述辐射段设有至少一个辐射室，所述至少一个辐射室内设有两排辐射炉管，所述两排辐射炉管包括由一排入口管形成的入口管管排和由一排出口管形成的出口管管排，所述两排辐射炉管的两侧布置有用以加热所述辐射炉管的多个燃烧器；并且

其中，所述多个燃烧器包括底部燃烧器和/或侧壁燃烧器，所述多个燃烧器被布置为能够不对称地向所述两排辐射炉管供热，使得靠近所述入口管管排的燃烧器的放热量大于靠近所述出口管管排的燃烧器的放热量。

2.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于，所述辐射炉管是炉管构型为1-1型、2-1型、3-1型或4-1型的两程炉管，所有的第一程炉管布置在同一平面(a)，所有的第二程管布置在另一个平面(b)，靠近平面(b)的燃烧器放热量是靠近平面(a)的燃烧器放热量的50％～90％。

3.根据权利要求2所述的裂解炉，其特征在于，相邻辐射炉管间距与对应管外径之比为1.5～6。

4.根据权利要求2所述的裂解炉，其特征在于，相邻辐射炉管间距与对应管外径之比为2～4。

5.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于，所述辐射炉管是炉管构型为1-1-1-1型或2-2-1-1型的四程炉管，所有的第一、二程炉管布置在同一平面(a)，所有的三、四程炉管布置在另一个平面(b)，靠近平面(b)的燃烧器放热量是靠近平面(a)的燃烧器放热量的50％～90％。

6.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于，所述辐射炉管是炉管构型为1-1-1-1-1-1型或2-2-2-1-1-1型的六程炉管，所有的第一、二、三程炉管布置在同一平面(a)，所有的四、五、六程炉管布置在另一个平面(b)，靠近平面(b)的燃烧器放热量是靠近平面(a)的燃烧器放热量的50％～90％。

7.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于，所述辐射炉管是炉管构型为2-2-1-1-1-1型的六程炉管，所有的第一、二程炉管布置在同一平面(a)，所有的三、四、五、六程炉管布置在另一个平面(b)，靠近平面(b)的燃烧器放热量是靠近平面(a)的燃烧器放热量的50％～90％。

8.根据权利要求5、6或7所述的裂解炉，其特征在于，相邻辐射炉管间距与对应管外径之比为1.5～10。

9.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于，所述辐射炉管是炉管构型为1-1-1-1-1-1-1-1型的八程炉管，所有的第一、二、三、四程炉管布置在同一平面(a)，所有的五、六、七、八程炉管布置在另一个平面(b)，靠近平面(b)的燃烧器放热量是靠近平面(a)的燃烧器放热量的50％～90％。

10.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于，所述辐射炉管是炉管构型为2-2-1-1-1-1-1-1型的八程炉管，所有的第一、二、三、程炉管布置在同一平面(a)，所有的四、五、六、七、八程炉管布置在另一个平面(b)，靠近平面(b)的燃烧器放热量是靠近平面(a)的燃烧器放热量的50％～90％。

11.根据权利要求2、5、6、7、9或10所述的裂解炉，其特征在于，靠近平面(b)的燃烧器放热量是靠近平面(a)的燃烧器放热量的70％～80％。

12.根据权利要求2、5、6、7、9或10所述的裂解炉，其特征在于，平面(a)与平面(b)之间间距为300～1000mm。

13.根据权利要求2、5、6、7、9或10所述的裂解炉，其特征在于，平面(a)与平面(b)之间间距为400～700mm。

14.根据权利要求2、5、6、7、9或10所述的裂解炉，其特征在于，平面(a)与平面(b)之间间距为500～600mm。

15.根据权利要求5、6或7所述的裂解炉，其特征在于，相邻辐射炉管间距与对应管外径之比为2～6。

16.根据权利要求9或10所述的裂解炉，其特征在于，相邻辐射炉管间距与对应管外径之比为1.5～12。

17.根据权利要求9或10所述的裂解炉，其特征在于，相邻辐射炉管间距与对应管外径之比为2～8。

18.根据权利要求2、5、6、7、9或10所述的裂解炉，其特征在于，实现靠近平面(a)的燃烧器供热量大于靠近平面(b)的燃烧器供热量的措施包括如下各个设置方式中的任一个方式或其组合方式：

1)在(a)侧的燃烧器的数量大于在(b)侧的燃烧器的数量；

2)在(a)侧的燃烧器的燃料供应压力控制为大于在(b)侧的燃烧器的燃料供应压力；

3)在(a)侧额外设置多个炉顶燃烧器。