CN2816045Y - 新型乙烯裂解炉 - Google Patents

Abstract

一种新型乙烯裂解炉，在其单辐射室或双辐射室的每个辐射室内至少布置一排2－1型辐射炉管或1－1型辐射炉管，该2－1型或1－1型辐射炉管的进口管和出口管在同一平面内，进口管和出口管的底部通过一件对称的U型管连接件相连接，若干辐射炉管的进口管和出口管相互间隔交错排布形成一组，在辐射室内可以布置多组这样的辐射炉管。与现有技术相比，在达到相同的生产能力时，本实用新型裂解炉的占地面积小，可有效避免辐射炉管弯曲变形，延长裂解炉的运行周期和辐射炉管的使用寿命。

Description

新型乙烯裂解炉

技术领域

本实用新型涉及一种由石油馏份生产乙烯、丙烯等烯烃的裂解炉，具体涉及一种石油馏分经高温裂解反应生产乙烯、丙烯等烯烃产品及其它烃类副产品的新型裂解炉。

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，乙烯裂解技术取得了长足的发展。研究人员在缩短停留时间、改善裂解选择性、提高产品收率、降低产品能耗及增强对裂解原料的适应性等方面都进行了大量的研究开发工作。目前，世界乙烯产量的99％都是采用石油馏分热裂解反应生产的，承担这种热裂解反应的设备就是裂解炉。众所周知，乙烯裂解炉是乙烯装置中最关键的设备，裂解炉的投资通常占整个乙烯装置的20～25％左右，因此，对裂解炉的微小改进都会直接影响乙烯装置的能耗及原料消耗水平，对乙烯装置的投资也有重大的影响。另外，乙烯裂解技术标志着一个国家的石油化工技术水平，也因此，世界各大乙烯技术专利商都对乙烯裂解技术的开发、改进及完善投入了巨大的人力及物力。

裂解炉按辐射室的数目可分为单辐射室裂解炉和双辐射室裂解炉，每个辐射室内辐射炉管的排布可以是单排排列、双排排列或单双混排排列。本行业的技术人员都知道，乙烯裂解炉中最关键的设备之一就是辐射炉管。辐射炉管的发展经历了由多程不变径炉管、发展到多程分枝变径炉管到目前的主要以两程分枝变径炉管为主。这使物料在辐射炉管内的停留时间更短，烯烃等目的产品的收率更高。众所周知，辐射炉管的结构型式、排布方式对裂解炉技术起决定性作用，为了改善裂解炉的操作，提高裂解炉的生产能力及操作性能，合理地确定辐射炉管的结构型式及排布方式，具有十分重要的意义，各裂解炉技术专利商都在努力寻找结构及排布方式更合理的辐射炉管，这也是裂解炉技术的进步更多地体现在辐射炉管方面的原因。

目前，典型的两程分枝变径辐射炉管主要有1-1，2-1，4-1等型式，采用1-1型辐射炉管的裂解炉专利商主要有法国的Technip公司及美国的Stone&Webster公司，采用2-1型炉管的裂解炉专利商主要有法国的Technip公司，中国的中国石油化工集团公司及德国的Linde公司，采用4-1型辐射炉管的有美国的Lummus公司。

目前的这些两程分枝变径炉管都不同程度地存在一些缺陷。如法国的Technip公司的GK-VI裂解炉采用1-1型辐射炉管，它在辐射室内采用双排排布方式，从而在辐射室内形成两个平面，两个平面间的距离只有400～700mm，即第一程辐射炉管在一个平面内，第二程辐射炉管在另一个与前一个平面平行的平面内。由于辐射传热的特性，两排分别在两个平面内的辐射炉管互相遮挡，这会使辐射炉管的周向受热不均匀，炉管存在显著的周向温差，这种温差对于温度及热强度均较高的辐射炉管的出口管是不容忽视的，其对裂解炉最显著的影响，是使裂解炉的运行周期缩短，辐射炉管变形严重，辐射炉管的使用寿命缩短。

Stone&Webster公司的USC裂解炉也采用1-1型辐射炉管，其第一程炉管及第二程炉管都在一个平面内，但其第一程炉管与第二程炉管之间的底部连接件采用偏出炉管所在平面的跨接方式，即第一程炉管在距离辐射室炉底一定高度时，由炉管所在平面偏离出去，经过底部连接件再回到炉管所在的平面，这样的排布虽然可以使辐射炉管周向受热均匀，但由于底部连接件不是一个以辐射炉管所在平面为对称的结构，使辐射炉管受到一个额外的力，通过大量的生产实践可以证明，辐射炉管在高温情况下受到微小的应力都容易发生弯曲变形，这将会严重影响辐射炉管的运行周期及使用寿命。

Linde公司的LSCC1-1型裂解炉采用2-1型辐射炉管，但其辐射炉管采用将部分进口管集中排列在一起、将部分出口管集中排列在一起的排列方式。本行业的技术人员都知道，对于两程辐射炉管而言，进口管的管壁温度是比较低的，出口管的管壁温度是比较高的，这种排列方式会造成进口管周围的烟气温度比较低，出口管周围的烟气温度比较高。这样排布的结果，会使进口管的传热效率得不到充分的发挥，出口管的管壁温度处于较高温度状态，这个结果会使裂解炉辐射炉管的运行周期缩短，辐射炉管的使用寿命降低。

采用上述几种辐射炉管结构型式及排列型式的裂解炉，无论是1-1型炉管还是2-1型炉管都存在一个问题，即辐射炉管的进口管及出口管的管壁温度差较大，这会使出口管的结焦更加严重，显著缩短辐射炉管的运行周期，使出口管与进口管间的热膨胀量及蠕变伸长量之差显著增大，这种现象在裂解炉的运行中、末期更加突出。

由此可见，即使是目前各裂解炉专利商正在推广使用的裂解炉，从炉管结构型式及排布方式方面，它们都仍然存在一些问题需要进一步的改进和完善。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种新型乙烯裂解炉，该乙烯裂解炉可在达到现有技术相同的生产能力下，占地面积尽可能地小，且可避免辐射炉管弯曲变形，延长裂解炉的运行周期和辐射炉管的使用寿命。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种新型乙烯裂解炉，它包括辐射段和对流段，辐射段由辐射室、底部燃烧器、侧壁燃烧器和辐射炉管组成，底部燃烧器和侧壁燃烧器分别设在辐射室的底部和侧墙，所述的辐射炉管垂直布置在辐射室内，辐射炉管为由一根进口管及一根出口管组成的每一个1-1型辐射炉管或由两根平行的进口管和一根出口管组成的每一个2-1型辐射炉管；所述的辐射室为单辐射室或双辐射室；辐射室上方设有对流室，对流室上方装有引风机；辐射室上方设有与辐射炉管出口管相连的急冷锅炉。在单辐射室或双辐射室的每个辐射室内至少布置一排2-1型辐射炉管或1-1型辐射炉管，辐射炉管的进口及出口均设在辐射室的顶部；该2-1型或1-1型辐射炉管的进口管和出口管在同一平面内，进口管和出口管的底部通过一件对称的管连接件相连接，若干辐射炉管的的进口管和出口管相互间隔交错排布形成一组，在辐射室内可以布置多组辐射炉管。

所述的进口管和出口管的底部通过一件对称的U型管连接件相连，所述的1-1型辐射炉管的U型管连接件的两个端口分别与辐射炉管的进口管和出口管相连接；所述的2-1型辐射炉管的U型管连接件的一个端口与辐射炉管的出口管相连，该2-1型辐射炉管的两根平行进口管首先通过一个Y型管连接件合并在一起，形成一个出口，该出口与U型管连接件的另一端口相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、在相同的生产能力下，使裂解炉的占地面积尽可能小。

本实用新型裂解炉在单辐射室或双辐射室的每个辐射室内至少布置一排2-1型或1-1型辐射炉管，这些炉管的进口管与出口管在同一平面内，且采取相互间隔交错的排布方式，可以使辐射炉管周向受热更加均匀，使辐射室内烟气分布更加均匀，从而可以减少为降低管壁温度及使炉膛内的温度均匀而加长裂解炉的长度的因素，使本实用新型可在与现有技术相同生产能力下，尽可能地减少裂解炉的占地面积。

2、采用对称的U型管连接件将进口管和出口管相连，避免辐射炉管弯曲变形。

本实用新型裂解炉的辐射炉管底部采用对称的U型管连接件将进口管和出口管相连，能有效地吸收辐射炉管进口管及出口管间由于热膨胀差异所产生的热应力，最大程度避免辐射炉管弯曲变形。

3、采用进口管和出口管间隔排列的方式，可使进口管的传热效率适当增加，可以适当降低出口管的热强度，从而可降低出口管的管壁温度，使进口管与出口管间的管壁温度差更小，炉管周向受热更加均匀，从而延长辐射炉管的使用寿命及裂解炉的运行周期。

4、机械结构简单，出口管与线型急冷锅炉一对一连接，连接简单、方便。

5、裂解炉可以同时裂解两种以上的原料。

附图说明

图1是本实用新型第一个实施例单辐射室乙烯裂解炉的示意图

图2是图1中辐射室的俯视示意图

图3a是本实用新型2-1型辐射炉管第一种排布图

图3b是本实用新型2-1型辐射炉管第二种排布图

图3c是本实用新型2-1型辐射炉管第三种排布图

图4a是图3a的俯视示意图

图4b是图3b的俯视示意图

图4c是图3c的俯视示意图

图5是本实用新型2-1型辐射炉管侧视示意图

图6a是本实用新型1-1型辐射炉管第一种排布图

图6b是本实用新型1-1型辐射炉管第二种排布图

图6c是本实用新型1-1型辐射炉管第三种排布图

图6d是本实用新型1-1型辐射炉管第四种排布图

图7a是图6a的俯视示意图

图7b是图6b的俯视示意图

图7c是图6c的俯视示意图

图7d是图6d的俯视示意图

图8是本实用新型1-1型辐射炉管侧视示意图

图9是本实用新型乙烯裂解炉第三个实施例的示意图

图10是图9中辐射室的俯视示意图

图11是本实用新型乙烯裂解炉第四个实施例的示意图

图12是图11中辐射室的俯视示意图

图中，1.辐射室  2.对流室  3.急冷锅炉  4.引风机  5.底部燃烧器  6.侧壁燃烧器  7.进口管  8.出口管  9.高温横跨管10.U型管连接件

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实用新型乙烯裂解炉包括辐射段和对流段，辐射段由辐射室、底部燃烧器、侧壁燃烧器和辐射炉管组成，底部燃烧器和侧壁燃烧器分别设在辐射室的底部和侧墙，辐射炉管垂直布置在辐射室内，辐射炉管为由一根进口管及一根出口管组成的每一个1-1型辐射炉管或由两根平行的进口管和一根出口管组成的每一个2-1型辐射炉管；辐射室为单辐射室或双辐射室；辐射室上方设有对流室，对流室上方装有引风机；辐射室上方设有与出口管相连的急冷锅炉。在单辐射室或双辐射室的每个辐射室内至少布置一排2-1型辐射炉管或1-1型辐射炉管。本实用新型裂解炉中的2-1型辐射炉管的三种实施例结构及排布方式如图3a、图4a、图3b、图4b、图3c、图4c及图5所示，该2-1型辐射炉管的进口管和出口管在同一平面内，进口管和出口管的底部通过一件对称的U型管连接件相连，该U型管连接件的一个端口与辐射炉管的出口管相连，该2-1型辐射炉管的两根平行进口管首先通过一个Y型管连接件合并在一起，形成一个出口，该出口与U型管连接件的另一端口相连。

本实用新型裂解炉中的1-1型辐射炉管的四种实施例结构及排布方式如图6a、图7a、图6b、图7b、图6c、图7c、图6d、图7d及图8所示，该1-1型辐射炉管的进口管和出口管在同一平面内，进口管和出口管的底部通过一件对称的U型管连接件相连，该U型管连接件的两个端口分别与辐射炉管的进口管和出口管相连接。

本实用新型1-1型和2-1型辐射炉管的进口管和出口管相互间隔交错排布形成一组，在辐射室内可以布置多组这样的辐射炉管。对于图3a、图3b、图3c中的2-1型辐射炉管，通常情况下，进口管7的内径为30～70mm，优选值为40～60mm，更优选值为45～55mm；出口管8的内径为50～90mm，优选值为60～80mm，更优选值为65～75mm；每两根辐射炉管间的管心距与炉管平均外径之比为1.0～3.0，优选值为1.5～2.5，更优选值为1.8～2.2。进口管和出口管的长度(包括底部U型连接件10的当量长度)通常为9～15m，优选值为10～14m，更优选值为11～13m。通常情况下，可以1个2-1型炉管为一组，采用图3a的排列方式；也可以每3个2-1型炉管为一组，采用图3b的排列方式；还可以每5个2-1型炉管为一组，采用图3c的排列方式，根据裂解炉的生产能力的需求，在辐射室内可以布置多组这样的2-1型辐射炉管。

对于图6a、图6b、图6c中的1-1型辐射炉管，通常情况下，进口管7的内径为30～60mm，优选值为35～55mm，更优选值为40～50mm；出口管8的内径为40～80mm，优选值为50～70mm，更优选值为55～65mm；每两根辐射炉管间的管心距与炉管平均外径之比为1.0～3.0，优选值为1.5～2.5，更优选值为1.8～2.2。进口管和出口管的长度(包括底部U型连接件10的当量长度)通常为9～15m，优选值为10～14m，更优选值为11～13m。通常情况下，可以1个1-1型炉管为一组，采用图6a的排列方式；也可以每3个1-1型炉管为一组，采用图6b的排列方式；也可以每5个1-1型炉管为一组，采用图6c的排列方式；也可以每7个1-1型炉管为一组，采用图6d的排列方式，根据裂解炉的生产能力的需求，在辐射室内可以布置多组这样的1-1型辐射炉管。

请参见图1所示的本实用新型乙烯裂解炉的第一个实施例，该裂解炉为年产乙烯6万吨的裂解炉。该裂解炉包括：辐射室1，设在辐射室上方的对流室2、设在辐射室1上方并与出口管8相连的急冷锅炉3、引风机4、垂直布置在辐射室1内的辐射炉管及安装在辐射室1侧壁的侧壁燃烧器6及布置在辐射室1底部的底部燃烧器5。

本实施例裂解炉采用36个本实用新型的2-1型辐射炉管，采用如图3b所示排布方式，2-1型炉管的进口管7与来自裂解炉对流室2的高温横跨管9相连接，烃类裂解原料在对流室2中经过预热后，经高温横跨管9进入本实用新型的2-1型炉管的进口管7，经对称U型管连接件10后进入出口管8，烃类裂解原料在本实用新型的2-1型炉管中发生裂解反应，反应产物经出口管8进入急冷锅炉3。

图1中的裂解炉采用单辐射室结构。如图2所示，其辐射室1内布置一排共36个本实用新型的2-1型辐射炉管，2-1型辐射炉管的进口管7与出口管8之间的底部采用如图5所示的对称U型管连接件10相连接，炉管采用单排排列，每2根进口管7及1根出口管8相互间隔交错的排列，每3个2-1型辐射炉管为一组，共包括12组。两个进口管7的管中心距为110～120mm，与出口管8相邻的进口管7与出口管8间的管中心距为130～150mm；进口管7的内径为45～55mm，长度为12.5～13.5m；出口管8的内径为65～80mm，长度为12.5～13.5m；辐射室1的净宽度为3.0m，辐射室1的净长度为12.0～14.0m，辐射室1的净高度为13.0～14.0m。

本实用新型的第二个实施例为年产乙烯9-10万吨的裂解炉，采用单辐射室结构。辐射室内布置48-54个本实用新型2-1型辐射炉管，采用如图3b所示排布方式。第二个实施例的辐射室1的净长度为16.0～19.0m，其余结构及尺寸均与第一个实施例相同。

上述两个实施例主要针对生产能力为年产乙烯10万吨以下的裂解炉，采用单辐射室的裂解炉。

本实用新型的第三个实施例为图9所示的年产乙烯10-15万吨的裂解炉。该裂解炉包括：辐射室1，设在辐射室上方的对流室2、设在辐射室1上方并与出口管8相连的急冷锅炉3、引风机4、垂直布置在辐射室1内的辐射炉管及安装在辐射室1侧壁的侧壁燃烧器6及布置在辐射室1底部的底部燃烧器5。

本实施例裂解炉采用72个本实用新型的2-1型辐射炉管，采用如图3b所示排布方式，2-1型炉管的进口管7与来自裂解炉对流室2的高温横跨管9相连接，烃类裂解原料在对流室2中经过预热后，经横跨管9进入本实用新型的2-1型炉管的进口管7，经对称U型管连接件10后进入出口管8，烃类裂解原料在本实用新型的2-1型炉管中发生裂解反应，反应产物经出口管8进入急冷锅炉3。

图9中的裂解炉采用双辐射室结构。如图10所示，每个辐射室1内各布置一排36个本实用新型的2-1型辐射炉管，每2根进口管7和1根出口管8相互间隔交错排列，每3个2-1型辐射炉管为一组，每个辐射室内各包括12组。每一个2-1型辐射炉管的进口管7与出口管8之间的底部采用如图5所示的本实用新型的对称U型管连接件10相连接，炉管采用单排排列、进口管7及出口管8相互间隔交错的排列方式，两个进口管7的管中心距为110～120mm，进口管7与出口管8间的管中心距为130～150mm；进口管7的内径为45～55mm，长度为12.5～13.5m；出口管8的内径为65～80mm，长度为12.5～13.5m；辐射室1的净宽度为3.0m，辐射室1的净长度为12.0～14.0m，辐射室1的净高度为13.0～14.0m。

本实用新型的第四个实施例为图11所示的年产乙烯10-15万吨的裂解炉。该裂解炉包括：辐射室1，设在辐射室上方的对流室2、设在辐射室1上方并与出口管8相连的急冷锅炉3、引风机4、垂直布置在辐射室1内的辐射炉管及布置在辐射室1底部的底部燃烧器5。

本实施例裂解炉采用72个本实用新型的2-1型辐射炉管，采用如图3b所示排布方式，2-1型炉管的进口管7与来自裂解炉对流室2的高温横跨管9相连接，烃类裂解原料在对流室2中经过预热后，经横跨管9进入本实用新型的新型2-1型炉管的进口管7及出口管8，烃类裂解原料在本实用新型的新型2-1型炉管中发生裂解反应，反应产物经出口管8进入急冷锅炉3。

本实施例裂解炉采用如图11的结构，对流室2位于辐射室1的正上方。请参见图12所示，辐射室1内平行布置两排共72个本实用新型的2-1型辐射炉管，每排布置36个，每2根进口管7和出口管8相互间隔交错排列，每3个2-1型辐射炉管为一组，共包括24组。两排辐射炉管之间布置两排底部燃烧器，每排辐射炉管与辐射室侧墙之间布置一排底部燃烧器，不设侧壁燃烧器。每一个2-1型辐射炉管的进口管7与出口管8之间的底部采用如图5所示的本实用新型的对称U型管连接件10相连，炉管采用单排排列、进口管7及出口管8相互间隔交错的排列方式，两个进口管7的管中心距为110～120mm，与出口管8相邻的进口管7与出口管8间的管中心距为130～150mm；进口管7的内径为45～55mm，长度为12.5～13.5m；出口管8的内径为65～80mm，长度为12.5～13.5m；辐射室1的净宽度为7.5～8.5m，辐射室1的净长度为12.0～14.0m，辐射室1的净高度为13.0～14.0m。

本实用新型中的急冷锅炉3既可以是线型急冷锅炉，也可以是传统的大型急冷锅炉，这两种急冷锅炉都是本行业技术人员所公知的。采用线型急冷锅炉时，每一台线型急冷锅炉的入口与本实用新型的一个新型2-1或1-1型炉管的出口管直接相连；当采用传统的大型急冷锅炉时，可以将本实用新型的两个以上的新型2-1或1-1型炉管的出口管先集合在一起，形成一个出口管，再与一台传统的大型急冷锅炉相连。

本实用新型的工作过程如下：使用本实用新型时，原料首先在对流室2中进行预热，然后进入辐射室1内的2-1或1-1型辐射炉管，在辐射炉管内发生裂解反应，产生的裂解气进入急冷锅炉3，裂解气被冷却到要求的温度，裂解反应所需要的热量由底部燃烧器5及侧壁燃烧器6提供，燃料在辐射室1内燃烧后产生的烟气进入对流室，烟气的余热在对流室2中通过预热原料及锅炉给水等物料被进一步地回收，最终，烟气通过引风机4排入大气。

Claims (5)

1、一种新型乙烯裂解炉，它包括辐射段和对流段，辐射段由辐射室、底部燃烧器、侧壁燃烧器和辐射炉管组成；底部燃烧器和侧壁燃烧器分别设置在辐射室的底部和侧墙，所述的辐射炉管垂直布置在辐射室内，辐射炉管为由一根进口管及一根出口管组成的每一个1-1型辐射炉管或由两根平行的进口管和一根出口管组成的每一个2-1型辐射炉管；所述的辐射室为单辐射室或双辐射室；辐射室上方设有对流室，对流室上方装有引风机；辐射室上方设有与辐射炉管出口管相连的急冷锅炉，其特征在于：在单辐射室或双辐射室的每个辐射室内至少布置一排2-1型辐射炉管或1-1型辐射炉管，辐射炉管的进口及出口均设在辐射室的顶部；该2-1型或1-1型辐射炉管的进口管和出口管在同一平面内，进口管和出口管的底部通过一件对称的U型管连接件相连接，若干辐射炉管的的进口管和出口管相互间隔交错排布形成一组，在辐射室内可以布置多组辐射炉管。

2、根据权利要求1所述的新型乙烯裂解炉，其特征在于：所述的进口管和出口管的底部通过一件对称的U型管连接件相连，所述的1-1型辐射炉管的U型管连接件的两个端口分别与辐射炉管的进口管和出口管相连接；所述的2-1型辐射炉管的U型管连接件的一个端口与辐射炉管的出口管相连，该2-1型辐射炉管的两根平行进口管首先通过一个Y型管连接件合并在一起，形成一个出口，该出口与U型管连接件的另一端口相连。

3、根据权利要求1所述的新型乙烯裂解炉，其特征在于：所述的乙烯裂解炉为年产6万吨乙烯的裂解炉，在该裂解炉的单辐射室内布置一排共36个2-1型辐射炉管，该36个2-1型辐射炉管每2根进口管和1根出口管相互间隔交错排布，每3个2-1型炉管为一组，共包括12组；每一个2-1型辐射炉管的进口管和出口管通过对称的U型管连接件相连接；在辐射室侧壁装有侧壁燃烧器，在辐射室底部装有两排底部燃烧器。

4、根据权利要求1所述的新型乙烯裂解炉，其特征在于：所述的乙烯裂解炉为年产10-15万吨乙烯的裂解炉，在该裂解炉的双辐射室内共布置72个2-1型辐射炉管，每一个辐射室内布置一排各36个2-1型辐射炉管，每2根进口管和1根出口管相互间隔交错排布，每3个2-1型炉管为一组，每个辐射室内各包括12组，每一个2-1型辐射炉管的进口管和出口管通过对称的U型管连接件相连接；在每个辐射室侧壁装有侧壁燃烧器，底部各装有两排底部燃烧器；该2-1型辐射炉管的进口管与来自裂解炉对流室的高温横跨管相连接。

5、根据权利要求1所述的新型乙烯裂解炉，其特征在于：所述的乙烯裂解炉为年产10-15万吨乙烯的裂解炉，在其辐射室的正上方设有对流室，辐射室内平行布置两排共72个2-1型辐射炉管，每排布置36个，每2根进口管和1根出口管相互间隔交错排布，每3个2-1型炉管为一组，共包括24组；每一个2-1型辐射炉管的进口管和出口管通过对称的U型管连接件相连接；两排辐射炉管之间设立两排底部燃烧器，每排辐射炉管与辐射室侧墙之间各设一排底部燃烧器，不设侧壁燃烧器；该2-1型辐射炉管的进口管与来自裂解炉对流室的高温横跨管相连接。

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