CN1274384A - 用于将焦炭沉积抑制剂溶液注入烃裂解管式炉的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石化工业,它可用于乙烯和丙烯的生产厂家,它是通过在旋管中输入抑制剂溶液而防止焦炭沉积。这种措施的目的是消除注入抑制剂溶液的区域中旋管烧损的问题。为此,提供一种输入装置,它包括带有输入原料管道的一个旋管直段、抑制剂喷雾器、将抑制剂输入喷雾器的管子和围绕在喷雾器周围的一根附加管子,上述这些部件都是同心安装的。该输入装置中还包括用于减少在流动方向下游强湍流的涡流闸门,所述涡流闸门在注入抑制剂溶液的区域的旋管直段中是同心安装的。经过11个月的试验后,在抑制剂供入单体的操作过程中没有出现过故障,同时在所述供入装置的安装区域中没有发生旋管烧损的情况。
Description
发明的领域
本发明涉及石化工业，它是供热解(裂解)烃原料法生产乙烯和丙烯的工厂之用。
发明的背景
目前世界上大部分乙烯和丙烯的生产是基于在装有旋管的炉内在蒸汽存在条件下对烃原料进行裂解。在原料乙烷、丙烷-丁烷混合时，使用着轻汽油和轻柴油馏分。裂解炉通常有两个部分：对流部和辐射部。原料通过对流部旋管时蒸发，与蒸汽混合并预热到550-650℃。在随后的辐射部中，这种混合物被加热到750-950℃发生裂解，这样就形成了乙烯、丙烯、丁烯和若干副产物。此过程的主要问题是在辐射部的旋管壁上形成焦炭沉积物并积累起来。在大部分炉中，是用蒸汽和氧气来烧去这些焦炭沉积物的。
在某些管式裂解炉中，可以在过程流中加入诸如含碱金属化合物的抑制剂来防止焦炭沉积。在大部分情况下，这种化合物的水溶液或悬浮液形式的抑制剂通过一个注射装置注入热的原料流中，所述注射装置装在旋管的对流部和辐射部之间边界的附近。在操作过程中，在抑制剂溶液注射区常会发生壁的烧损/穿孔现象。这种烧坏的原因是由于抑制剂溶液液滴撞击到靠近注射点的炽热金属壁上产生温度重复改变，从而导致金属热疲劳以至使炉产生破损。
欧洲专利EP 0617112 A2披露了用于将焦炭抑制剂溶液加到烃裂解管式反应器中的注射装置，该装置包括带有输入原料入口管的一个旋管直段(straight runof a coil)、抑制剂喷雾器、用于将抑制剂送入喷雾器的管子和围绕在喷雾器周围并与其同心的一根附加管子。在这个装置中，围绕喷雾器的那根附加管子起着保护旋管壁免遭液体抑制剂溶液撞击的护套作用。而这根附加管子本身却是受抑制剂溶液液滴撞击的。
欧洲专利EP 0606898 B1披露了一种用于将焦炭抑制剂溶液加到烃裂解管式炉中的装置，该装置包括带有输入原料入口管的一个旋管直段，用于喷射抑制剂的喷嘴和用于将抑制剂输入喷嘴的管子，该管子以平行于气态进料流的方向安装并可沿轴向方向移动。在操作时，将喷嘴轴向移动伸入气态进料流中，移入的距离约到达旋管直段直径1-3倍的地方。
美国专利5435904披露了一种用于将焦炭抑制剂溶液加到烃裂解管式炉中的装置，该装置包括带有输入原料入口管的一个旋管直段、抑制剂喷雾器、用于将抑制剂送入喷雾器的管子和围绕在喷雾器周围并与其同心的一根附加管子。为了通过这种装置分散液体，使用一种压缩气体，该气体通过在内管和外管之间的环形通道送入喷雾器中。
美国专利4708787披露了一个将液体分散在气体流中的装置。这种装置包括装有入口导管(其中插有输入一种气体的文氏管)的一段直管、液体喷雾器和用于将液体输入喷雾器的同心位于直管中的管子，喷雾器同心位于文氏管的颈部。
美国专利3812029披露了将对焦炭形成敏感的液体注入预热到高温的容器的装置。这种装置包括输入被注射液体的内管和围绕在内管周围的加水护套。所述内管和护套的末端是一个喷嘴，要被注射的液体和水在喷嘴中混合，然后喷射到加热的容器中。
苏联发明人证书1661189 A1披露了一种用空气流来冲洗圆柱形支管内表面的装置。这种装置包括输入压缩空气的管子，此管子与该支管同心安装，在此管子上装有一个环形喷嘴，该环形喷嘴就生成空心锥体状的空气流。
苏联发明人证书633892披露了一种将焦炭沉积抑制剂加到烃裂解管式炉中的装置。这种装置包括同心安装的内管和外管。预热的烃原料流过内管。气态焦炭抑制剂则通过内管和外管之间的通道加入到原料流中。
发明的概述
本发明解决了消除旋管在抑制剂溶液注射区的烧损问题。
为了解决这个问题，提供一个将焦炭沉积抑制剂溶液注入烃裂解管式炉的装置，该装置包括带有输入原料的入口管的一个旋管直段、抑制剂喷雾器、将抑制剂输入喷雾器的管子和围绕在喷雾器周围同心安装的一根附加管子，所述装置中有用于减少注射点下游湍流现象的涡流闸门。涡流闸门位于抑制剂溶液注射区中的旋管直段内，并与其同心。
涡流闸门是起着将料流分成平行于旋管轴向若干个料流的栅板作用。在涡流闸门下游与旋管直段的直径有关的一个特定距离内，料流的湍流现象减少，此时抑制剂溶液液滴的径向移动速度也相应地减少。
由于抑制剂溶液液滴从料流中心线朝旋管壁层的径向移动速度下降，液滴在到达壁之前就完全蒸发。这就防止了旋管壁烧损的危险。
较好的喷雾器是涡旋式喷嘴。涡旋式喷嘴的优点是喷出的液体锥呈轴对称形式，能最大程度地减少原料流在涡流闸门出口处所受的干扰。
本发明的这种较好结构还具有下述特征：
-涡流闸门由一些幅片和一些圆柱形环组成；
-幅片对称地连接在附加管子上；
-圆柱形环连接在幅片上，而与附加管同心，形成在原料流方向上分段扩大的内通道；
-涡流闸门包括3-5个圆柱形环，这些环的直径在流动方向上从直段中旋管内径的0.25倍分段增加到其0.9倍；
-从幅片的上游边缘到最近的输入原料入口支管的连接点之间的距离不小于旋管直段内径的两倍。
附图的简要说明
现将本发明参考所图作进一步的说明。图1是注射装置的全视图，图2是涡流闸门的剖面图。
较好实例的描述
注射装置包括带有法兰2的一个旋管直段1，入口支管3、4和插入组合件，该插入组合件包括背法兰5、抑制剂输入管6，附加管7，涡旋式喷嘴8以及由一些幅片9和一些圆柱形环10、11、12、13组成的涡流闸门。通过法兰2和幅片9的凸出部位，该插入组合件装在旋管直段1的中心。圆柱形环10、11、12、13连接在幅片9上，与附加管7同心，形成在流动方向上分段扩大的内通道。
注射装置的运行方式如下。通过支管3和4，原料流从炉的对流部(图中未示)进入炉辐射部的旋管直段1。在压力作用下焦炭沉积抑制剂水溶液从外部来源(图中未示)通过抑制剂输入管6输送到涡旋式喷嘴8，喷射进入原料流中。圆柱形环10、11、12、13和幅片9一起构成了涡流闸门，该涡流闸门将原料流分成与旋管直段轴平行的几个料流。
由于涡流闸门对原料流的影响，在旋管直段直径5-10倍距离内的下游，原料流中的湍流降低。在这个区域中，添加剂的径向移动速度也下降。由于这个原因，抑制剂溶液液滴从原料流的中心线转移到壁上的速度也就下降，这样液滴在它们到达壁之前就完全蒸发掉了。在溶液液滴蒸发后形成的抑制剂颗粒就不会产生与旋管壁接触引起的损害。
涡流闸门包括四个圆柱形环，即10、11、12和13。它们的直径与直段中旋管的内径之比从环10的0.25增加到环13的0.9。环的直径是根据实验数据确定的。基于下述理由选择了环的数目，环数少于3，涡流闸门的有效性就急剧下降，但在注射器操作条件下使用的环数若多于5个，这种涡流闸门就不适用，因为在旋管的流动截面上产生了限制。
较好的是，从幅片9的上游边缘到最近的原料输入管4的连接点之间的距离不小于旋管内径的两倍。具有此距离的注射装置的有效性就很高，因为在抑制剂注入点处的料流湍流强度进一步地减少。
商业应用
本发明可应用于烃裂解管式炉，通过将抑制剂溶液注入到炽热过程流中而防止结焦。
当制造本发明的装置时，必需使用暴露在600-650℃的温度范围内能经得起长时间操作(数万小时)而不会发生热脆的材料。主要必须使用在长时间加热条件下不会发生结构变化的具有稳定奥氏体结构的钢，例如用钛或铌稳定的18-8或18-12型钢。
按本发明制得了12个装置。这些注射装置在6个工业裂解炉中在运行条件下进行了试验，结果非常好。在2年以上的期间，在装有该装置的区域内没有发生一例裂解炉旋管破坏的情况。
Claims (5)
1.一种将焦炭沉积抑制剂溶液注入烃裂解管式炉中的装置，该装置包括带有输入原料的入口管的一个旋管直段、抑制剂喷雾器、将抑制剂输入喷雾器的管子和围绕喷雾器周围同心安装的一根附加管子，为了减少湍流，所述注射装置中有涡流闸门，该涡流闸门位于抑制剂溶液注射区中的旋管直段内，并与其同心。
2.如权利要求1所述的注射装置，其中喷雾器是一个涡旋式喷嘴。
3.如权利要求1所述的注射装置，其中涡流闸门由一些幅片和一些圆柱形环组成，幅片对称地连接在附加管上，而圆柱形环连接在幅片上，与附加管同心，形成在原料流方向上分段扩大的内通道。
4.如权利要求3所述的注射装置，其中所述涡流闸门包括3-5个圆柱形环，这些环的直径在流动方向上从第一个环为直段中旋管内径的0.25倍分段增加到最后一个环为所述内径的0.9倍。
5.如权利要求3所述的注射装置，其中从所述幅片的上游边缘到最近的输入原料入口支管的连接点之间的距离不小于旋管直段内径的两倍。
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