CN109486506B - 一种乙烯裂解炉 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油化工领域，提供一种乙烯裂解炉，该裂解炉包括：高压汽包、对流段、辐射段、急冷锅炉和燃烧器；辐射段内排布单程的辐射炉管，辐射炉管包括出口段直管和弯管连接件，弯管连接件由两个S型弯管及介于它们之间的入口直管构成；多个辐射炉管组成一个大组，在辐射段内排布有多个大组；每一大组内的所有辐射炉管通过弯管连接件与一个共用的集合管相连接；在每一大组中，辐射炉管的出口段直管相对于炉底垂直排布；对流段与集合管通过横跨管相连接，且所述横跨管为沿辐射段的炉体长、宽和高三个方向分布的立体∏型结构。本发明横跨管布置方式可以确保横跨管的管线有足够的柔性以吸收炉管受热膨胀的需要，从而避免炉管弯曲。

Description

一种乙烯裂解炉

技术领域

本发明属于石油化工领域，具体涉及一种乙烯裂解炉。

背景技术

在乙烯装置中，裂解炉是核心设备(见图1)。早期裂解炉的辐射段炉管在辐射段内水平布置，随着裂解技术的发展，自1964年第一台辐射段垂直炉管结构的双面辐射短停留时间裂解炉由鲁姆斯公司在德国推出以来，几家从事乙烯技术开发的公司投入了大量的资金和技术力量进行裂解技术的开发。

为了尽可能缩短裂解反应的停留时间，同时又提高裂解深度，裂解炉的辐射盘管(炉管)向短长度、小直径的方向发展，双程盘管被广泛采用，单程辐射管业已用于工业装置。

辐射盘管的设计是决定裂解选择性，提高裂解产品烯烃收率和提高对不同裂解原料适应性的关键。改进辐射盘管的结构，成为管式裂解炉技术发展中最核心的部分。20多年来，相继出现了单排分支变径管、混排分支变径管、不分支变径管、单程等径管等不同结构的辐射盘管。

目前大多数公司均采用两程(18～24m)分支变径或两程变径高选择性炉管，将停留时间控制在0.15～0.25s。第一程采用小直径炉管，利用它比表面积大的特点达到快速升温的目的，第二程采用较大直径的炉管以降低对结焦敏感性的影响。所采用的两程高选择性辐射段炉管有1-1型(U型)、2-1型、4-1型、5-1型、6-1型、8-1型等炉管。高选择性炉管最短停留时间小于0.1s的单程小直径炉管(毫秒炉管)，由于它的比表面积最大，升温速度快，裂解温度最高，因此选择性最高。

乙烯裂解炉的横跨管是指连接对流段管束和辐射段盘管间的管道。横跨管起到纽带作用，横跨管布置方案的优劣直接影响到辐射段盘管的安全运行和使用寿命。横跨管的布置应考虑：相连对流段管口的管架型式；辐射段盘管的结构型式及布置方式；急冷锅炉的型式等多方面因素。

在专利文献US005271809A中，辐射段炉管采用单程变径管结构。在专利CN101062881中，辐射段炉管采用单程变径管结构，且变径管之间采用过渡弯管，但并未介绍横跨管的具体布置。

在专利文献CN101062881中，辐射段炉管采用单程管结构，与集合管连接如图5所示，集合管侧伸出分支管可以弯曲方向为集合管侧，也可以弯曲方向为非集合管侧。但是这种集合管当辐射炉管中有焦落下时，不利于直接进入集合管，从而堵塞辐射炉管。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中乙烯裂解炉存在横跨管柔性不够，两大组之间炉管间距大所引起的受热不均，从而造成炉管过热进而使裂解炉运行周期缩短的问题，提供一种乙烯裂解炉，既可以提供一种辐射炉管结构，也可以提供有足够的柔性的横跨管管线以满足吸收炉管受热膨胀的需要，从而避免炉管弯曲；另外，能够避免炉管堵塞，可提高炉管传热效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种乙烯裂解炉，该裂解炉包括：高压汽包、对流段、辐射段、急冷锅炉和燃烧器；

辐射段内排布有单程的辐射炉管，所述辐射炉管包括出口段直管和弯管连接件，所述弯管连接件由两个S型弯管及介于它们之间的入口直管构成；多个辐射炉管组成一个大组，在所述辐射段内排布有多个大组；每一大组内的所有辐射炉管通过弯管连接件与一个共用的集合管相连接；

在每一大组中，辐射炉管的出口段直管相对于炉底垂直排布，所有入口直管所确定的平面S1与所有出口段直管所确定的平面S2平行，且均与炉底垂直；

集合管位于所述平面S1和所述平面S2之间或者位于辐射炉管的正下方；

对流段与集合管通过横跨管相连接，且所述横跨管为沿辐射段的炉体长、宽和高三个方向分布的立体∏型结构。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，所述的立体∏型结构可以是所述横跨管沿辐射段的炉体长、宽和高三个方向进行一个轮回分布形成的立体∏型结构，也可以是所述横跨管沿辐射段的炉体长、宽和高三个方向进行多个轮回分布形成的立体∏型结构。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，所述集合管与横跨管的连接方式包括：所述横跨管与集合管的中部相连接，或者所述横跨管与集合管的端部相连接。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，所述辐射炉管在辐射段内单排排布，且所有辐射炉管均为下进上出结构。在所述裂解炉中，物料在对流段预热后，经过横跨管进入辐射段发生裂解反应。由于辐射段的辐射炉管为单程炉管，物料从炉管下部进入，从炉管上部出去。横跨管来自裂解炉的对流段，沿着裂解炉炉体向下，从裂解炉底部进入辐射炉管。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，所述横跨管出对流段后竖直向下，在横跨段水平走向外侧墙，越过辐射段后改向竖直沿着裂解炉炉体向下，从裂解炉底部经过集合管分配，进入辐射段炉管。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，所述辐射炉管包括出口段直管和弯管连接件。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，所述集合管顶部开孔，与位于辐射炉管入口的S型弯管相连接。进一步优选地，所述集合管与位于辐射炉管入口的S型弯管通过文丘里分配器直接连接。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，多个大组的辐射炉管沿炉膛长度方向排布，并以炉膛中线为对称；或沿炉膛长度方向布置多排时，以两排底部燃烧器中线为对称。进一步优选地，当所述辐射炉管沿炉膛长度方向布置时，集合管位于辐射炉管的正下方，与辐射炉管处于同一个铅锤面上。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，多个大组的辐射炉管沿炉膛宽度方向排布，并以距两排底部燃烧器相同距离的中线为对称。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，每台裂解炉全部由底部燃烧器供热，或由底部燃烧器与侧壁燃烧器联合供热。

在所述对流段内排布有对流段换热管；对流段换热管为水平排布的换热管束。

所有的辐射段炉管均连接一个或多个急冷锅炉，多个急冷锅炉组成一个急冷锅炉模块；所述裂解炉包括一个或多个急冷锅炉模块。优选地，所述急冷锅炉采用线性急冷锅炉，每一个辐射炉管的出口与一个线性急冷锅炉换热管直接连接。

裂解炉可以是单炉膛结构，即由一个辐射段和一个对流段构成，也可以是双炉膛结构，即由两一个辐射段和一个对流段构成，也可以是多个辐射段结构。

在本发明中，辐射炉管采用单程炉管，即一根管且流动方向是朝一个方向流动，横跨管沿辐射段炉体先水平向外然后向下等方式布置，既满足了横跨管的柔性要求，又可以节省空间，缩短辐射段的长度，减少占地面积。而集合管顶部开孔，与辐射炉管经文丘里分配器直接连接，这种集合管结构，有利于当辐射炉管中有焦落下时，可以直接进入集合管，避免堵塞辐射炉管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明所用单程辐射炉管的下部结构有利于吸收炉管的热膨胀；

(2)本发明所用单程辐射炉管与集合管的连接方式可以防止焦粒在90度弯头处积聚引起的堵塞问题，同时也利于焦粒流入集合管中以方便清扫；

(3)本发明的横跨管布置方式可以确保横跨管的管线有足够的柔性以吸收炉管受热膨胀的需要，从而避免炉管弯曲；

(4)炉管底部入口管的弯管设计偏向燃烧器，可以提高传热效果，有利于入口管内的烃类发生裂解反应，进而提高烯烃收率。

附图说明

图1是现有乙烯裂解炉的结构示意图。

图2是本发明中的辐射炉管结构的主视图。

图3是本发明所述乙烯裂解炉的第一个实施方式。

图4是本发明所述乙烯裂解炉的第二个实施方式。

图5是现有专利文件中公开的单程炉管示意图。

上述图中标号说明如下：

3-高压汽包，4-对流段，5-辐射段，6-急冷锅炉，7-辐射炉管，8-燃烧器，10-集合管，15-炉底，16-横跨管，30-S型弯管，121-入口直管，140-出口段直管。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种乙烯裂解炉，该裂解炉包括：高压汽包3、对流段4、辐射段5、急冷锅炉6和燃烧器8；

辐射段5内排布有单程的辐射炉管7，如图2所示，所述辐射炉管7包括出口段直管140和弯管连接件，所述弯管连接件由两个S型弯管30及介于它们之间的入口直管121构成；多个辐射炉管7组成一个大组，在所述辐射段5内排布有多个大组；每一大组内的所有辐射炉管7通过弯管连接件与一个共用的集合管10相连接；

在每一大组中，辐射炉管7的出口段直管140相对于炉底15垂直排布，所有入口直管121所确定的平面S1与所有出口段直管140所确定的平面S2平行，且均与炉底15垂直；

集合管10位于所述平面S1和所述平面S2之间或者位于辐射炉管7的正下方；

对流段4与集合管10通过横跨管16相连接，且所述横跨管16为沿辐射段5的炉体长、宽和高三个方向分布的立体∏型结构。

图3示出了本发明的第一个实施方式，全炉共有4大组辐射炉管7；其中，2、4组集合管10朝向对流段侧，1、3组集合管10背向对流段侧。与1、3组集合管10连接的横跨管16出对流段4后竖直向下，在横跨段水平走向外侧墙，越过辐射室后改向竖直，到与集合管10等标高后，再走水平管并与集合管10连接；与2、4组集合管10连接的横跨管16，出对流段4后竖直向下，在横跨段水平走向外侧墙，再翻π型至两辐射室中间，竖直走向至与集合管10同标高，再走水平管并与集合管10连接；1、3组横跨管16走向对称于炉中线，2、4组横跨管16走向对称于炉中线，两炉膛横跨管走向对称于对流段中线。

图4示出了本发明的第二个实施方式，全炉共有6大组辐射炉管7；其中，1、3、5组所连接的集合管10朝向相同，2、4、6组所连接的集合管10朝向相同，辐射炉管7沿与炉膛宽度方向排布，并以距两排底部燃烧器相同距离的中线为对称。集合管10位于辐射炉管7的正下方，与辐射炉管处于同一个铅锤面上。与第1、6组的集合管10连接的横跨管16，出对流段4后竖直向下，在横跨段水平走向外侧墙，再翻π型至两个辐射室中间，竖直走向至与集合管10同标高，再走水平管并与集合管10连接；与第2、3、4、5组的集合管10连接的横跨管16，出对流段4后竖直向下，在横跨段水平走向外侧墙，越过辐射室后先水平沿辐射段长度方向到相对应的炉管平面后改向竖直走向，直至与集合管10同标高，再走水平管并与集合管10连接。

作为此实例的延伸，裂解炉为双炉膛结构(如图1、图3所示)，两个辐射段内的炉管排布方式相同，均为辐射炉管7沿与炉膛宽度方向排布，并以距两排底部燃烧器相同距离的中线为对称，横跨管的布置为两个炉膛相互镜面对称。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种乙烯裂解炉，其特征在于，该裂解炉包括：高压汽包(3)、对流段(4)、辐射段(5)、急冷锅炉(6)和燃烧器(8)；

辐射段(5)内排布有单程的辐射炉管(7)，所述辐射炉管(7)包括出口段直管(140)和弯管连接件，所述弯管连接件由两个S型弯管(30)及介于它们之间的入口直管(121)构成；多个辐射炉管(7)组成一个大组，在所述辐射段(5)内排布有多个大组；每一大组内的所有辐射炉管(7)通过弯管连接件与一个共用的集合管(10)相连接；

在每一大组中，辐射炉管(7)的出口段直管(140)相对于炉底(15)垂直排布，所有入口直管(121)所确定的平面S1与所有出口段直管(140)所确定的平面S2平行，且均与炉底(15)垂直；

集合管(10)位于所述平面S1和所述平面S2之间或者位于辐射炉管(7)的正下方；

对流段(4)与集合管(10)通过横跨管(16)相连接，且所述横跨管(16)为沿辐射段(5)的炉体长、宽和高三个方向分布的立体∏型结构。

2.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，所述辐射炉管(7)在辐射段(5)内单排排布，且所有辐射炉管(7)均为下进上出结构。

3.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，所述横跨管(16)出对流段(4)后竖直向下，在横跨段水平走向外侧墙，越过辐射段(5)后改向竖直沿着裂解炉炉体向下，从裂解炉底部经过集合管(10)分配，进入辐射段炉管(7)。

4.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，所述集合管(10)顶部开孔，与位于辐射炉管(7)入口的S型弯管(30)相连接。

5.根据权利要求4所述的乙烯裂解炉，其中，所述集合管(10)与位于辐射炉管(7)入口的S型弯管通过文丘里分配器直接连接。

6.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，多个大组的辐射炉管(7)沿炉膛长度方向排布，并以炉膛中线为对称；或沿炉膛长度方向布置多排时，以两排底部燃烧器中线为对称。

7.根据权利要求6所述的乙烯裂解炉，其中，当所述辐射炉管(7)沿炉膛长度方向布置时，集合管(10)位于辐射炉管(7)的正下方，与辐射炉管(7)处于同一个铅锤面上。

8.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，多个大组的辐射炉管(7)沿炉膛宽度方向排布，并以距两排底部燃烧器相同距离的中线为对称。

9.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，每台裂解炉全部由底部燃烧器供热，或由底部燃烧器与侧壁燃烧器联合供热。

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