CN217120208U - 一种蒸汽裂解反应管用除碳器及利用电供能的蒸汽裂解反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种蒸汽裂解反应管用除碳器及利用电供能的蒸汽裂解反应系统。该蒸汽裂解反应管用除碳器包括：除碳环、往复机构、连杆、存储罐；所述除碳环设于反应管内部，其直径与所述反应管的内径适配，用于脱除反应管内壁上的积碳；其中，所述往复机构通过所述连杆与所述除碳环连接，能够带动所述除碳环在反应管内进行往复运动；所述存储罐设置于反应管的底部，用于收集脱除的积碳。该蒸汽裂解反应管用除碳器能够定期脱除反应管内的积碳，从而避免传统蒸汽裂解装置因燃气供能只能定期停产清理反应管内的积碳，或在原料中加助剂延缓原料在反应管内壁积碳。

Description

一种蒸汽裂解反应管用除碳器及利用电供能的蒸汽裂解反应 系统

技术领域

本实用新型涉及一种蒸汽裂解反应管用除碳器及利用电供能的蒸汽裂解反应系统，属于蒸汽裂解技术领域。

背景技术

随着传统的炼化产业降碳减排以及绿电成本的下降，以绿电供能蒸汽裂解生产越来越具经济性，特别是石油直接进行蒸汽裂解生产三烯三苯，省掉了常减压，并可后续与催化裂化或焦化整合，使得新流程的炼化一体化更加节能减排。

利用电供能蒸汽裂解石油的方法，使得传统的炼化一体化工艺和传统的炼油厂和烯烃厂获得重构，可省掉高能耗的常减压，以石油直接蒸汽裂解，裂解产物冷却分离后，液相产物可直接进后续焦化或焦化裂化进一步加工，重构了传统流程，使物料从高到低依次加工，消除了传统流程中的多次升降温弊病，更加节能减排。使传统的催化裂化加工量大幅下降，从而减少烧焦量，CO₂排放大幅下降。

传统的炼化一体化主要采用轻质石油经过简单蒸馏后进入蒸汽裂解生产三烯三苯，但对重质石油因蒸汽裂解管积碳严重而难以实施。由于现有设备的限制，无法实时进行除碳，因此，目前通常的思路都是在考虑如何避免积碳，但是现有的方法都存在各种问题，难以实际应用。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种能够实时除碳的蒸汽裂解反应管用除碳器，该除碳器设于反应管(尤其蒸汽裂解反应管)的一端，可以实现对反应管内部的积碳的实时脱除。

本实用新型还提供了一种采用上述反应管除碳器的利用电供能的蒸汽裂解反应系统。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种蒸汽裂解反应管用除碳器，其中，该蒸汽裂解反应管用除碳器包括：除碳环、往复机构、连杆、存储罐；

在使用状态下，所述除碳环设于反应管内部，其直径与所述反应管的内径适配，用于脱除所述反应管内壁上的积碳；所述除碳环为耐热合金材质或耐热陶瓷材质；

其中，所述往复机构通过所述连杆与所述除碳环连接，能够带动所述除碳环在所述反应管内进行往复运动；

所述存储罐设置于所述反应管的底部，用于收集脱除的积碳。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述反应管为蒸汽裂解管，或称蒸汽裂解反应管。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述除碳环设有通孔。该通孔是用于使被脱除的碳能够顺利下落，以进入存储罐。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述除碳环为内部中空的圆柱状。除碳环可以采用任何耐高温的材质制成。

根据本实用新型的具体实施方案，所述往复机构可以有不同的结构，具体可以包括：

第一种结构：所述往复机构为套筒，该套筒设有往复部件；所述连杆的一端与所述往复部件连接，另一端与所述除碳环连接；所述往复部件设于所述套筒的内部，能够通过所述连杆带动所述除碳环进行往复运动；

第二种结构：所述往复机构包括支架、活塞、两个滑轮，并且，所述两个滑轮分别设置于所述支架的上下两端，所述两个滑轮通过皮带或链条与所述活塞连接，用于带动所述活塞进行往复运动，滑轮可以通过电机驱动。

根据本实用新型的具体实施方案，套筒内的往复部件可以根据需要选择适当的形式，只要能够实现往复运动即可。优选地，所述往复部件为活塞，所述套筒的两端分别设有第一气体进出口和第二气体进出口，用于通过气体带动所述活塞进行往复运动；此时，所述套筒为气动套筒，在使用过程中，一端进气、另一端出气，气动推动往复部件在套筒内部往复运动，进而带动连杆、除碳环进行往复运动，在运动的过程中，除碳环与反应管内壁接触，将内壁上的积碳刮除；或者，所述往复部件为滑块，所述套筒内部设有滑动轨道，所述滑块能够在电力驱动下沿着所述滑动轨道进行往复运动。

根据本实用新型的具体实施方案，如果反应管处于开放式环境，所述往复机构可以采用开放式的第二种结构，只要将连杆进入反应管处进行密封，保证反应管内的气体不会泄漏到大气中即可。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述连杆采用绝热性能好的材质，由此通过连杆传出的反应热量很少。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述存储罐的上端设有排气口，下端设有卸料口。存储罐内的积碳积累到一定量时可以从卸料口卸出，存储罐内产生的气体可以排气口排出。

根据本实用新型的具体实施方案，所述存储罐可以为圆柱状，其材质可以为玻璃，存储罐的外部可以使用金属材质圆柱支架支撑。

根据本实用新型的具体实施方案，除碳器的往复机构可以设置在反应管的顶部，也可以设置在反应管的底部。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，在使用状态下，所述往复机构设于所述反应管的顶部，所述存储罐设于所述反应管的底部。这种情况下，往复机构通过连杆带动除碳环进行上下运动，将反应管内壁上的积碳脱除，积碳沿着反应管落下，进入存储罐之中。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，在使用状态下，所述存储罐设于所述反应管的底部，所述往复机构设于所述存储罐的底部，所述连杆穿过所述存储罐进入所述反应管内部。这种情况下，在存储罐的中间设有供连杆穿过的通道，往复机构通过连杆带动除碳环进行上下运动，将反应管内壁上的积碳脱除，积碳沿着反应管落下，进入存储罐之中。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，该蒸汽裂解反应管用除碳器还包括换热器，该换热器设于所述反应管与所述往复机构之间。该换热器能够降低从反应管进入往复机构内的气体温度，保护连杆与反应管之间的密封材料不会因高温而失效。换热器的具体形状可以为外部设置散热片，内部为中空。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，当蒸汽裂解反应管用除碳器还包括换热器时，在使用状态下，所述换热器设于所述反应管的顶部，所述往复机构设于所述换热器的顶部，所述连杆穿过所述换热器进入所述反应管内部，所述存储罐设于所述反应管的底部。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，往复机构与反应管之间、往复机构与换热器之间、换热器与反应管之间通过法兰或丝扣进行密封连接。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，反应管与存储罐之间的连接方式为快开接头式连接，该连接需要确保一定的密封性。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，该蒸汽裂解反应管用除碳器设有相应的PLC(可编程逻辑控制器)，通过PLC来控制除碳器的运行，其运行速度和运行频率均可视工艺条件自行调节，以确保反应过程中产生的积碳能被迅速除去，从而使得蒸汽裂解反应管能够得以长周期运行。

本实用新型还提供了一种利用电供能的蒸汽裂解反应系统，其中，该利用电供能的蒸汽裂解反应系统包括蒸汽裂解反应装置、供电设备、反应管、本实用新型所提供的蒸汽裂解反应管用除碳器；其中：

所述反应管设于所述蒸汽裂解反应装置内部，并且安装有所述蒸汽裂解反应管用除碳器；

所述供电设备包括电源、电容和感应线圈，所述感应线圈缠绕于所述反应管的外部。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述反应管内部设有防积碳层。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述防积碳层为结晶膜，更优选地，所述结晶膜的材料为硅或含硅的物质。该结晶膜可以是将硅或含硅的物质通过喷涂的方式形成的。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述防积碳层的材料为碳质材料。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述利用电供能是通过感应线圈对蒸汽裂解反应管进行加热，通过反应管为裂解原料供热。在感应线圈通电之后，蒸汽裂解反应管与感应线圈之间产生电磁感应，蒸汽裂解反应管生热，从而实现对于蒸汽裂解反应管内部的裂解原料的加热。其中，所述感应线圈优选是缠绕在蒸汽裂解反应管外部，二者之间可以以保温材料(例如水泥、防火材料等)填充。常规的蒸汽裂解装置是通过燃油、燃气的燃烧提供热量，然后通过与反应管换热实现对于反应管的加热，进而加热反应管中的裂解原料，然而这种换热往往都不均匀，热量会在局部区域集中，导致裂解反应也不均匀。而本实用新型通过感应线圈对反应管进行加热，加热效率高，而且感应线圈在反应管均匀分布，能够使反应管均匀地产生电磁感应，实现对于裂解原料的均匀加热。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述电源为中频电源或高频电源，即输入所述感应线圈的电流的频率为中频或高频，以满足电磁感应以及控制反应温度的需要，在实施过程中，可以根据所需要的反应温度来选择控制电流的频率。其中，所述高频为5-20KHz。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述感应线圈与所述电源连接形成回路，并且，所述电源与所述电容并联。输入所述感应线圈的电流的频率可以通过电源和电容调节。

本实用新型所采用的电源可以是常用的工业电源，例如中频电源、高频电源。电源的功率等规格参数可以根据需要调节到的频率进行选择，所述电源的额定功率优选为100-1000KW，更优选为200-500KW。电容的规格也可以根据需要进行选择，能够与电源配套，满足频率控制要求即可。

根据本实用新型的具体实施方案，优选地，所述感应线圈选自铁氧体线圈、铁芯线圈、空心线圈、铜芯线圈等中的一种或两种以上的组合。

根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的利用电供能的蒸汽裂解反应系统所采用的裂解原料可以包括环烷烃和/或环烯烃；优选地，所述环烷烃为C4-C8的环烷烃，更优选为环己烷；所述环烯烃为C4-C8的环烯烃，更优选为环己烯。

根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的利用电供能的蒸汽裂解反应系统中的蒸汽裂解反应的反应温度优选控制为500-1200℃，更优选为700-900℃，进一步优选为750-850℃。

根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的利用电供能的蒸汽裂解反应系统中的蒸汽裂解反应的水油比优选为0.3-0.7，更优选为0.4-0.5。

根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型所采用蒸汽裂解反应管的尺寸可以根据需要进行选择，其中，所述蒸汽裂解反应管的内径可以为50-250mm，长度可以根据反应需要进行选择。

根据本实用新型的具体实施方案，蒸汽裂解反应管的材质可以为金属或合金，包括但不限于通常用于蒸汽裂解反应管的材料。所述金属或合金优选为能够耐受1000℃温度的金属或合金，更优选为能够耐受1200℃温度的金属或合金。本实用新型的蒸汽裂解反应管的材质可以选自316L不锈钢、304S不锈钢、HK40高温炉管材料、HP40高温炉管材料、HPMicro Alloy微合金钢或ManauriteXTM蒸汽裂解炉用材料等。

随着对传统产业低碳化要求越来越高及绿电成本的下降，利用绿电代替传统的蒸汽裂解炉供能成为可能，特别是利用电磁耦合供能蒸汽裂解炉管，使得传统的蒸汽裂解炉管获得更大的空间自由度，每根蒸汽裂解炉管就是一个独立的反应系统，与传统的裂解炉供能，多管裂解炉管是在一个炉腔内相比，电磁供能的每根蒸汽裂解炉管周边空间是自由的，通过给每根反应管的两端或一端配备本实用新型所提供的蒸汽裂解反应管用除碳器，能够实时脱除反应管内的积碳，从而避免传统蒸汽裂解装置因燃气供能只能定期停产清理反应管内的积碳，或在原料中加助剂延缓原料在反应管内壁积碳。

附图说明

图1为实施例1的蒸汽裂解反应管用除碳器的结构示意图。

图2为实施例2的蒸汽裂解反应管用除碳器的结构示意图。

图3为实施例2的蒸汽裂解反应管用除碳器的使用状态示意图。

图4为实施例3的蒸汽裂解反应管用除碳器的结构示意图。

图5为实施例4的蒸汽裂解反应管用除碳器的结构示意图。

附图标号说明：

套筒1、第一气体进出口11、第二气体进出口12、连杆2、除碳环3、存储罐4、排气口41、卸料口42、反应管5、原料入口51、产物出口52、换热器6、支架7、活塞71、滑轮72、皮带73、皮带轮74

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本实用新型的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种蒸汽裂解反应管用除碳器，其结构如图1所示。该蒸汽裂解反应管用除碳器包括套筒1、连杆2、除碳环3、存储罐4；其中：

连杆2的一端与套筒1内部的往复部件连接、另一端与除碳环3连接；

套筒1的两端分别设有第一气体进出口11、第二气体进出口12，用于输入气体带动往复部件进行上下往复运动；

存储罐4为玻璃材质的圆柱状，外部使用金属材质圆柱支架支撑，并且，存储罐4的上端设有排气口41，下端设有卸料口42；

除碳环3为耐热合金或耐热陶瓷制成的。

在使用状态下，套筒1设于反应管的上端并且二者的连接处通过法兰进行密封；除碳环3设于反应管内部，并且能够在往复部件和连杆2的带动下进行往复运动，并在运动过程中将反应管内壁上的积碳脱除，积碳沿着反应管落下，进入存储罐4之中。

实施例2

本实施例提供了一种蒸汽裂解反应管用除碳器，其结构如图2所示。该蒸汽裂解反应管用除碳器包括套筒1、连杆2、除碳环3、存储罐4、换热器6；其中：

连杆2的一端与套筒1内部的往复部件连接、另一端与除碳环3连接；

套筒1的两端分别设有第一气体进出口11、第二气体进出口12，用于输入气体带动往复部件进行上下往复运动；

存储罐4为玻璃材质的圆柱状，外部使用金属材质圆柱支架支撑，并且，存储罐4的上端设有排气口41，下端设有卸料口42；

换热器6的中部外侧设有换热片，内部为中空状态；

除碳环3为耐热合金或耐热陶瓷制成的。

在使用状态下(如图3所示)，套筒1设于换热器6的上端，二者为可拆卸式连接，连接方式设置为法兰连接，具有密封性；

换热器6的底端与反应管5顶端为可拆卸式丝扣连接，具有密封性；

连杆2穿过换热器6进入反应管5内部并与设于反应管5内的除碳环3连接；

反应管5设有原料入口51和产物出口52，分别用于输入蒸汽裂解原料、输出蒸汽裂解产物。

实施例3

本实施例提供了一种蒸汽裂解反应管用除碳器，其结构如图4所示。该蒸汽裂解反应管用除碳器包括往复机构、连杆2、除碳环3、存储罐4；其中：

往复机构包括支架7、活塞71、两个滑轮72、皮带73、皮带轮74，其中，两个滑轮72分别固定于支架7的上下两端，并且通过皮带73、皮带轮74与活塞71连接，两个滑轮72中的一个连接有电机；

存储罐4为玻璃材质的圆柱状，外部使用金属材质圆柱支架支撑，并且，存储罐4的上端设有排气口41，下端设有卸料口42；

连杆2的一端与活塞71连接、另一端与除碳环3连接；

除碳环3为耐热合金或耐热陶瓷制成的。

在使用状态下，支架7设于反应管5的顶端；

连杆2穿过换热器6进入反应管5内部并与设于反应管5内的除碳环3连接；电机带动滑轮72转动，从而使活塞71进行上下往复运动，进而通过连杆2带动除碳环3进行上下往复运动；

反应管5设有原料入口51和产物出口52，分别用于输入蒸汽裂解原料、输出蒸汽裂解产物。

实施例4

本实施例提供了一种蒸汽裂解反应管用除碳器，其结构如图5所示。该蒸汽裂解反应管用除碳器包括往复机构、连杆2、除碳环3、换热器6；其中：

往复机构包括支架7、活塞71、两个滑轮72、皮带73、皮带轮74，其中，两个滑轮72分别固定于支架7的上下两端，并且通过皮带73、皮带轮74与活塞71连接，两个滑轮72中的一个连接有电机；

连杆2的一端与活塞71连接、另一端与除碳环3连接；

存储罐4为玻璃材质的圆柱状，外部使用金属材质圆柱支架支撑，并且，存储罐4的上端设有排气口41，下端设有卸料口42；

换热器6的中部外侧设有换热片，内部为中空状态；

除碳环3为耐热合金或耐热陶瓷制成的。

在使用状态下，支架7设于反应管5的顶端；

连杆2设于换热器6的上端；

换热器6的底端与反应管5顶端为可拆卸式丝扣连接，具有密封性；

连杆2穿过换热器6进入反应管5内部并与设于反应管5内的除碳环3连接；

反应管5设有原料入口51和产物出口52，分别用于输入蒸汽裂解原料、输出蒸汽裂解产物。

实施例5

本实施例提供了一种利用电供能的蒸汽裂解反应系统，其中，该利用电供能的蒸汽裂解反应系统包括蒸汽裂解反应装置、供电设备、反应管、蒸汽裂解反应管用除碳器、PLC；其中：

蒸汽裂解反应管用除碳器为实施例1-4提供的蒸汽裂解反应管用除碳器；

反应管的材质为金属材质，形状为壁厚均匀、内部中空的圆柱体，反应管设于蒸汽裂解反应装置内部，并且安装有蒸汽裂解反应管用除碳器；

供电设备包括电源、电容和感应线圈，感应线圈缠绕于反应管的外部；

PLC与供电设备、蒸汽裂解反应管用除碳器连接，同时还与设置于反应管内的热电偶、反应管入口和出口处的探测器等连接，以监视蒸汽裂解反应的进行状态，以确定适当的除碳时机。

在采用本实施例的利用电供能的蒸汽裂解反应系统进行蒸汽裂解反应时，可以根据需要实时进行除碳工作，可以由PLC进行控制，其运行速度和运行频率均可视工艺条件自行调节，以确保反应过程中产生的积碳能被迅速除去，从而使得蒸汽裂解反应管能够得以长周期运行。

实施例6

本实施例提供了一种利用电供能的蒸汽裂解反应系统，其中，反应管内壁设有防腐蚀防积碳材料制成的结晶膜，主要成分为硅，其他结构同实施例5。

实施例7

本实施例提供了一种利用电供能的蒸汽裂解反应系统，其中，反应管内壁设有防腐蚀防积碳材料制成的保护层，主要成分为碳质材料，其他结构同实施例5。

Claims (10)

1.一种蒸汽裂解反应管用除碳器，其特征在于，该蒸汽裂解反应管用除碳器包括：除碳环、往复机构、连杆、存储罐；

在使用状态下，所述除碳环设于反应管内部，其直径与所述反应管的内径适配，用于脱除所述反应管内壁上的积碳；所述除碳环为耐热合金材质或耐热陶瓷材质；

其中，所述往复机构通过所述连杆与所述除碳环连接，能够带动所述除碳环在所述反应管内进行往复运动；

所述存储罐设置于所述反应管的底部，用于收集脱除的积碳。

2.根据权利要求1所述的蒸汽裂解反应管用除碳器，其特征在于，所述往复机构为套筒，该套筒设有往复部件；

所述连杆的一端与所述往复部件连接，另一端与所述除碳环连接；

所述往复部件设于所述套筒的内部，能够通过所述连杆带动所述除碳环进行往复运动。

3.根据权利要求2所述的蒸汽裂解反应管用除碳器，其特征在于，所述往复部件为活塞，所述套筒的两端分别设有第一气体进出口和第二气体进出口，用于通过气体带动所述活塞进行往复运动；或者，所述往复部件为滑块，所述套筒内部设有滑动轨道，所述滑块能够在电力驱动下沿着所述滑动轨道进行往复运动。

4.根据权利要求1所述的蒸汽裂解反应管用除碳器，其特征在于，所述往复机构包括支架、活塞、两个滑轮，并且，所述两个滑轮分别设置于所述支架的上下两端，所述两个滑轮通过皮带或链条与所述活塞连接，用于带动所述活塞进行往复运动。

5.根据权利要求1所述的蒸汽裂解反应管用除碳器，其特征在于，所述存储罐的上端设有排气口，下端设有卸料口。

6.根据权利要求1所述的蒸汽裂解反应管用除碳器，其特征在于，在使用状态下，所述往复机构设于所述反应管的顶部，所述存储罐设于所述反应管的底部；

或者，在使用状态下，所述存储罐设于所述反应管的底部，所述往复机构设于所述存储罐的底部，所述连杆穿过所述存储罐进入所述反应管内部。

7.根据权利要求1所述的蒸汽裂解反应管用除碳器，其特征在于，该蒸汽裂解反应管用除碳器还包括换热器，该换热器设于所述反应管与所述往复机构之间。

8.根据权利要求7所述的蒸汽裂解反应管用除碳器，其特征在于，在使用状态下，所述换热器设于所述反应管的顶部，所述往复机构设于所述换热器的顶部，所述连杆穿过所述换热器进入所述反应管内部，所述存储罐设于所述反应管的底部。

9.根据权利要求7所述的蒸汽裂解反应管用除碳器，其特征在于，所述往复机构与所述反应管之间、所述往复机构与所述换热器之间、所述换热器与所述反应管之间通过法兰或丝扣进行密封连接。

10.一种利用电供能的蒸汽裂解反应系统，其特征在于，该利用电供能的蒸汽裂解反应系统包括蒸汽裂解反应装置、供电设备、反应管、权利要求1-9任一项所述的蒸汽裂解反应管用除碳器；其中：

所述反应管设于所述蒸汽裂解反应装置内部，并且安装有所述蒸汽裂解反应管用除碳器；

所述供电设备包括电源、电容和感应线圈，所述感应线圈缠绕于所述反应管的外部；所述感应线圈与所述电源连接形成回路，并且，所述电源与所述电容并联。

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