CS257718B1

CS257718B1 - Burner for tube pyrolysis furnace

Info

Publication number: CS257718B1
Application number: CS868989A
Authority: CS
Inventors: Jiri Najemnik; Ludek Dvorak; Vladimir Tichy; Augustin Hruby; Jan Jankovec; Karel Rychtrmoc; Milan Psota
Original assignee: Jiri Najemnik; Ludek Dvorak; Vladimir Tichy; Augustin Hruby; Jan Jankovec; Karel Rychtrmoc; Milan Psota
Priority date: 1986-12-08
Filing date: 1986-12-08
Publication date: 1988-06-15
Also published as: CS898986A1

Abstract

Hořák pro trubkové pyrolýzní pece, který je upraven ve dnu trubkové pece v samostatných hořákových skříních, vybavených kanály s regulačními žaluziemi pro přívod vzduchu je konstruován tak, že boční vzduchové kanály pro přívod vzduchu k hlavě hořáků hořákové skříně jsou opatřeny teplosměnnými registry pro nepřímý ohřev vstupujícího vzduchu, jejichž vnitřní prostor je spojen se zdrojem nízkovyužitelné energie.The burner for tubular pyrolysis furnaces, which is arranged in the bottom of the tubular furnace in separate burner boxes, equipped with channels with regulating louvers for air supply, is designed so that the side air channels for air supply to the burner head of the burner box are equipped with heat exchange registers for indirect heating of the incoming air, the internal space of which is connected to a source of low-utilizable energy.

Description

Vynález se týká hořáku pro trubkové pyrolyzní pece.The invention relates to a burner for tube pyrolysis furnaces.

Pyrolýza uhlovodíků se provádí za účelem získání zejména etylenu a propylenu. Etylen, propylen a další cenné produkty se vyrábí pyrolýzou kapalných a plynných uhlovodíkových surovin, jako jsou např. primární benziny, atmosferické plynové oleje, vakuové déstiláty z hydrorafinačního zpracování mazutu, etan propanbutanová frakce aj., ve složitém technologickém komplexu, nazývaném etylenová jednotka. Etylenové jednotky se skládají z jednotlivých na sebe úzce technologicky navazujících částí a to: pyrolýzních pecí, tepelného dílu, úseku dělení pyrolýzního plynu, skladů a expedičních zařízení a energetického hospodářství.The pyrolysis of the hydrocarbons is carried out to obtain, in particular, ethylene and propylene. Ethylene, propylene and other valuable products are produced by pyrolysis of liquid and gaseous hydrocarbon feedstocks, such as, for example, primary gasolines, atmospheric gas oils, vacuum distillate from the hydrotreating process of a butane, ethane propane butane fraction, etc. in a complex technological complex called an ethylene unit. Ethylene units consist of individual closely related technologically related parts: pyrolysis furnaces, thermal part, pyrolysis gas separation section, warehouses and dispatching facilities and energy management.

V pyrolýzních pecích dochází k termickému štěpení uhlovodíků při teplotách kolem 800 °C a nízkém tlaku do 0,3 MPa v přítomnosti vodní ředicí páry na směs produktů, tzv. pyrolýzního plynu, z kterého se dále v teplém díle postupnou kondenzací odstraňuji složky s nejvyšším bodem varu - pyrolyzní olej, resp. těžký a lehký pyrolyzní olej', pyrolyzní benzin a vodní ředící pára.In pyrolysis furnaces, hydrocarbons are thermally cracked at temperatures of about 800 ° C and low pressure up to 0.3 MPa in the presence of water dilution steam to a mixture of products, the so-called pyrolysis gas, from which the components with the highest point boiling - pyrolysis oil, resp. heavy and light pyrolysis oil, pyrolysis gasoline and water dilution steam.

Potom se pyrolyzní plyn, ochuzený o tyto složky, komprimuje a dále technologicky zpracovává v první fázi alkazidovou a louhovou, resp. pouze louhovou vypírkou kyselých plynů a z takto upraveného pyrolýzního plynu se dále metodou frakční destilace nebo frakční kondenzace získávají jednotlivé složky - vodík, metan, etan, etylén, propylén, propan, a frakce. Metan se používá jako vlastní topný plyn, etan a většinou též hydrogenaci upravený propan se vrací jako recykl na termické štěpení, vodík se používá na hydrogenaci acetylenu z propanové frakce, ostatní složky jsou žádané produkty parolýzy. Sklady a expedice slouží k plynulému zásobování etylenové jednotky surovinami, ke skladování a expedici produktů.Then the pyrolysis gas, depleted of these components, is compressed and further processed in the first phase by alcazide and caustic, respectively. only by the caustic scrubbing of acid gases and the pyrolysis gas treated in this way, the individual components - hydrogen, methane, ethane, ethylene, propylene, propane, and fractions - are obtained by fractional distillation or fractional condensation. Methane is used as its own fuel gas, ethane and mostly also hydrogenated propane is returned as a recycle for thermal cleavage, hydrogen is used for hydrogenation of acetylene from the propane fraction, other components are desirable products of parolysis. Warehouses and dispatches serve for continuous supply of ethylene unit with raw materials, for storage and dispatch of products.

Energetické hospodářství je zdrojem páry vysoké tlakové úrovně obvykle nad 10 MPa, která se používá pro pohon turbokompresorů etylenové jednotky, přičemž výfuková pára tlaku kolem 1,5 MPa tvoří střední stupeň úrovně parního systému. Tato pára střední tlakové úrovně se používá* na pohon turbin na středotlakou páru, výrobu ředicí páry pro pyrolýzu uhlovodíků a další technologické potřeby. Výfuková pára z turbin středotlaké páry je většinou nejnižší úrovní systému, její tlak bývá do 0,6 MPa a používá se jí pro další technologické potřeby v rámci etylenové jednotky, jako je stripování, ohřev ve výměnících, praní, otápění aj. _Λ The energy management is a source of high pressure steam, typically above 10 MPa, which is used to power the steam turbine compressors of the ethylene unit, the exhaust steam of about 1.5 MPa being the intermediate level of the steam system. This medium pressure steam is used * to drive turbines to medium pressure steam, to produce dilution steam for hydrocarbon pyrolysis and other technological needs. Exhaust steam from medium-pressure steam turbines is usually the lowest level of the system, its pressure is up to 0.6 MPa and it is used for other technological needs within the ethylene unit, such as stripping, heat exchangers, washing, heating etc. _Λ

Páry nízké tlakové úrovně je i přes poměrně velké využití v etylenové jednotce trvalý přebytek. Využití nadbytečného množství páry nízké tlakové úrovně je různé, řeší se převodem do jiných objektů, jsou známy případy zhodnocování páry nízké tlakové úrovně tepelnými čerpadly. Tepelná čerpadla mají nízkou účinnost, vysoké pořizovací náklady a jsou náročné na údržbu. Převod nízkotlaké páry je podmíněn dostupností objektu kam se pára převádí a množstevně limitován možností využití této nízkotlaké páry v objektu. Doprava potrubími na dálku jednotek až desítek kilometrů je spojena s energetickými ztrátami a navíc je podmíněna též velkými pořizovacími náklady na potrubí a náklady na údržbu.Despite the relatively high utilization in the ethylene unit, the low pressure level vapor is a permanent excess. Utilization of excess amount of low pressure steam is different, it is solved by transfer to other objects, there are known cases of recovery of low pressure steam by heat pumps. Heat pumps have low efficiency, high purchase costs and are maintenance-intensive. The transfer of low pressure steam is conditioned by the availability of the object where the steam is transferred and limited by the possibility of using this low pressure steam in the object. Transporting pipelines at a distance of up to tens of kilometers is associated with energy losses and is also subject to high pipeline acquisition and maintenance costs.

V některých mezních případech je energie páry nízké tlakové úrovně znehodnocována chlazením za účelem získání kondenzátu, někdy dokonce odpouštěna do atmosféry. Přebytek tepelné energie ve formě prací vody o teplotě 75 až 90 °C je trvale k dispozici v teplém díle etylenové jednotky v úseku vodního praní pyrolýzního plynu. Teplo prací vody je z důvodu nízké teplotní úrovně využíváno pouze částečně a to na ohřevy různých technologických proudů, např. propanová frakce, kapalné a plynné suroviny, demineralizovaná voda, uhlovodíkový kondenzát z úseku komprese pyrolýzního plynu aj. Zbytek tepla prací vody je mařen chlazením ve vzduchových a/nebo vodních chladičích. Transformace tepla prací vody na vyšší úroveň se provádí v ojedinělých případech tepelnými čerpadly. Nevýhody tohoto způsobu byly diskutovány výše.In some limiting cases, the energy of the low pressure steam is degraded by cooling to obtain condensate, sometimes even discharged into the atmosphere. The excess heat energy in the form of scrubbing water at a temperature of 75 to 90 ° C is permanently available in the warm part of the ethylene unit in the water scrubbing section of the pyrolysis gas. Due to the low temperature level, the washing water heat is only partially used for heating of various technological streams, eg propane fraction, liquid and gaseous raw materials, demineralized water, hydrocarbon condensate from the pyrolysis gas compression section. air and / or water coolers. In some cases, the heat transfer of washing water to a higher level is carried out by heat pumps. The disadvantages of this method were discussed above.

Pyrolýza uhlovodíků probíhá v pyrolýzních pecích, jejichž počtem je dána kapacita etylenové jednotky. K vlastnímu štěpení dochází v radiační zóně pece, v konvenční části pece se spalinami předehřívají suroviny, směs suroviny s vodní ředící párou, napájecí voda pro výrobu páry a přehřívá se pára vyrobená ze zjevného tepla pyrolýzního plynu. Teplo je do radiační sekce dodáváno spalováním topného plynu v hořácích, které jsou umístěny na bocích a na spodku pece. Spodní hořáky jsou někdy vybaveny pro alternativní otop topnými oleji. Vzduch je do většiny pyrólyzních pecí nasáván ventilátory z atmosféry otvory primárního a sekundárního vzduchu pro hořáky a tzv. žaluziemi přes registry hořáku na dně pyrolyzní pece. V tomto a i v jiných případech je vzduch do pece nasáván o teplotě okolí, čímž dochází při spalování k energetickým ztrátám. Uvedené nedostatky řeší hořák podle vynálezu. Hořák pro trubkové pyrolyzní pece, který je upraven ve dnu trubkové pece v samostatných hořákových skříních, vybavených kanály s regulačními žaluziemi pro přívod vzduchu je podle vynálezu konstruován tak, že boční vzduchové kanály 2 P^ro přívod vzduchu k hlavě hořáku .8 hořákové skříni 4. jsou opatřeny teplosměnnými registry ]_ P^ro nepřímý ohřev vstupujícího vzduchu, jejichž vnitřní prostor je spojen se zdrojem nízkovyužitelné energie.The pyrolysis of hydrocarbons takes place in pyrolysis furnaces, the number of which determines the capacity of the ethylene unit. The actual cleavage takes place in the radiation zone of the furnace, in the conventional part of the furnace with the flue gas, the raw materials, the raw material mixture with water dilution steam, the feed water for steam production and the steam produced from the apparent heat of the pyrolysis gas. Heat is supplied to the radiation section by combustion of the fuel gas in burners located on the sides and at the bottom of the furnace. Bottom burners are sometimes equipped with alternative heating oils. Air is sucked into most pyrolysis furnaces by fans from the atmosphere through primary and secondary air openings for burners and so-called louvers through burner registers at the bottom of the pyrolysis furnace. In this and other cases, air is sucked into the furnace at ambient temperature, resulting in energy losses during combustion. These drawbacks are solved by the burner according to the invention. Burner for tubular pyrolysis furnace which is provided in the bottom of the furnace tube in a separate burner housings equipped with channels with control louvers for the air intake according to the invention is constructed such that the side air ducts 2 ^F or the air supply to the burner head of the burner housing .8 fourth they are provided with heat transfer registers] _ P ^ro indirect heating of the incoming air, whose interior space is connected to a source of energy nízkovyužitelné.

Tento hořák umožňuje přeměnu nízkovyužitelné tepelné energie, jak je např. tepelná energie prací vody o teplotě 75 až 90 °C nebo nízkotlaké páry o tlaku do 0,6 MPa, na ušlechtilou formu tepelné energie v podmínkách pyrolýzy uhlovodíku formou ohřevu vstupujícího vzduchu pro spalování.This burner enables the conversion of low-energy thermal energy, such as 75 to 90 ° C wash water thermal energy or low pressure steam up to 0.6 MPa, into a noble form of thermal energy under hydrocarbon pyrolysis conditions by heating incoming combustion air.

Vynález tedy spočívá v předehřevu vzduchu pro spalovací účely v radiační zóně pyrolýzní pece parou nízké tlakové úrovně, resp. prací vodou, která je za tímto účelem z technologického procesu odvětvená z místa nejvyšší teplotní úrovně, popř. jiným zdrojem tepla s nízkým stupněm využití. Způsob se vyznačuje téměř 100% účinností transformace tepla a provádí se v zařízení, které je schematicky znázorněno na připojeném výkresu (obr. 1), který znázorňuje průřez hořákovou skříní. Vzduch nasávaný z okolí pece, se vede přes regulační žaluzie do vzduchových kanálů 2 hořákové skříně 4 připevněné na dno pece 2· Na stěnách vzduchových kanálů 2 jsou instalovány protihlukové vložky 2*The invention therefore consists in preheating the air for combustion purposes in the radiation zone of the pyrolysis furnace by a low pressure level resp. washing water, which is for this purpose branched out of the technological process from the place of the highest temperature level, resp. another heat source with a low degree of utilization. The method is characterized by nearly 100% heat transformation efficiency and is carried out in a device, which is schematically shown in the accompanying drawing (FIG. 1), which shows a cross-section of the burner housing. The air sucked from the furnace surroundings is led through the louvers into the air ducts 2 of the burner box 4 fixed to the bottom of the furnace 2.

Mezi protihlukovými vložkami je umístěn topný registr ]_, na kterém dochází k ohřátí vzduchu 2· Ohřátý vzduch dále proudí do prostoru k hlavě hořáku 2' hde se smísí s plynem proudícím z trysky hořáku 2 ^a odhoří. Transformace tepla probíhá v hořákových skříních hořáků umístěných na dně pyrólyzních pecí 2/ přičemž hořákové skříně jsou vybaveny dvěma bočními kanály 2 pro přívod vzduchu k hlavě hořáku 9_. Množství vzduchu je regulováno mechanicky nastavitelnými žaluziemi 2. Vzduchové kanály jsou osazeny teplosměnnými registry'2* např. ze žebrových trubek, jejichž vnitřní prostor je spojen se zdrojem energie nízkého stupně využití, jako je např. prací voda nebo pára nízké tlakové úrovně, pro nepřímý ohřev vstupujícího vzduchu 2· Vzduchové kanály jsou na svém vnitřním povrchu opatřeny protihlukovými vložkami 2·Between the noise inserts there is a heating register 10 on which the air is heated. The heated air continues to flow into the space to the burner head 2 'where it is mixed with the gas flowing from the burner nozzle 2 ^and burns off. The heat transformation takes place in the burner boxes of the burners located at the bottom of the pyrolysis furnaces 2, wherein the burner boxes are equipped with two side channels 2 for supplying air to the burner head 9. The amount of air is regulated by mechanically adjustable louvers 2. The air ducts are fitted with heat exchange registers 2 *, for example of fin pipes, the interior of which is connected to a low-power energy source such as wash water or low pressure steam for indirect incoming air heating 2 · Air ducts are provided with noise barriers on their inner surface 2 ·

Tímto zařízením se dosáhne transformace tepelné energie zdrojů nízké využitelnosti s téměř 100% účinností. Vzduch nasávaný z okolí pece přes regulační žaluzie odnímá ve vzduchových kanálech, vybavených teplosměnnými registry, zdroji tepelné energie nízké využitelnosti teplo, které vstupuje do radiační sekce pyrolyzní pece a které je realizováno formou snížené spotřeby topného plynu, popř. topného oleje pro spalovací proces v pyrolyzní peci. Vzduch lze takto předehřát na teplotu 30 až 150 °C podle použitelného zdroje tepelné energie nízké využitelnosti, vstupní teploty vzduchu a konkrétního strojního řešení. Transformace tepla zdroje nízké využitelnosti na primární ušlechtilý zdroj energie je níže demonstrována na příkladech:This device achieves the transformation of thermal energy of low availability sources with almost 100% efficiency. The air sucked from the furnace surroundings through the control louvers removes heat entering the radiation section of the pyrolysis furnace in air ducts equipped with heat exchange registers, low-energy heat sources, which is realized in the form of reduced fuel gas consumption, respectively. fuel oil for the combustion process in a pyrolysis furnace. The air can thus be preheated to a temperature of 30 to 150 ° C according to the usable heat energy source of low availability, the inlet air temperature and the particular machine solution. The transformation of the low-usability heat source into a primary noble energy source is demonstrated below by examples:

Příklad 1Example 1

Pyrolyzní pec se 12 kusy hořákových skříní je vybavena dle vynálezu dvojicí teplosměnných 2 registrů ze žebrovaných trubek o celkové teplosměnné ploše 16,88 m . Pro názornost je jedna žebrovaná trubka znázorněna na přiloženém výkresu (obr. 2). Její délka ve vzduchovém kanálu je 450 mm. Množství vzduchu na jednu hořákovou skříň, tj. dva registry, je 1 800 kg/h, množství prací vody 2 280 kg/h, vstupní teplota vzduchu je 15 °C, vstupní teplota prací vody je 80 °C. V hořácích se spaluje topný plyn o výhřevnosti 50 GJ/kg. Prací voda předá energii, v množství 52 MJ/h. Vzduch se ohřeje na teplotu 43,7 °C, prací voda ochladí na teplotu 74,5 °C. Spotřeba topného plynu se sníží o 12,5 kg/h na pyrolyzní pec.The pyrolysis furnace with 12 pieces of burner boxes is equipped according to the invention with a pair of heat exchange 2 registers of ribbed tubes with a total heat exchange area of 16.88 m. For clarity, one ribbed tube is shown in the attached drawing (Fig. 2). Its length in the air duct is 450 mm. The amount of air per burner box, ie two registers, is 1,800 kg / h, the amount of wash water is 2,280 kg / h, the inlet air temperature is 15 ° C, the inlet water temperature is 80 ° C. The burners burn fuel gas with a calorific value of 50 GJ / kg. Washing water transfers energy at 52 MJ / h. The air is heated to 43.7 ° C, the wash water is cooled to 74.5 ° C. Fuel gas consumption is reduced by 12.5 kg / h per pyrolysis furnace.

Příklad 2Example 2

Stejné uspořádání jako v příkladě 1, množství prací vody je však 5 160 kg/h. Prací voda předá vzduchu energii 54 MJ/h, teplota vzduchu se zvýší na 44,9 °C, teplota prací vody poklesne na 77,5 °C. Spotřeba topného plynu se sníží o 13,0 kg/h na pyrolyzní pec.The same arrangement as in Example 1, except that the amount of wash water is 5160 kg / h. The wash water gives air energy of 54 MJ / h, the air temperature rises to 44.9 ° C, the wash water temperature drops to 77.5 ° C. Fuel gas consumption is reduced by 13.0 kg / h per pyrolysis furnace.

Příklad 3Example 3

Stejné uspořádání trubek v registru a vstupní parametry vzduchu jako v příkladě 1. Trans formovaným médiem je přehřátá pára tlaku 0,45 MPa o teplotě 210 °C v množství 59,4 kg/h. Přehřátá pára 0,45 MPa předá vzduchu energii v množství 105 MJ/h a vzduch ohřeje na teplotu 73 °C. Spotřeba topného plynu se sníží o 25 kg/h na pec.The same tube arrangement in the register and the air inlet parameters as in Example 1. The transformed medium is superheated steam at a temperature of 210 ° C at a rate of 59.4 kg / h. The superheated steam of 0.45 MPa gives air energy of 105 MJ / h and heats the air to 73 ° C. The fuel gas consumption is reduced by 25 kg / h per kiln.

Příklad 4Example 4

Stejné uspořádání jako v příkladu 3. Uspořádání trubek ve vzduchovém kanálu je šachovni2 cové, celková teplosměnná plocha žebrovaných trubek je 20,5 m . Množství 89,2 kg/h páry 0,45 MPa, 210 °C teplé předá vzduchu teplo v množství 187 MJ/h s efektem úspory 45 kg/h topné ho plynu na pyrolyzní pec při ohřátí vzduchu na teplotu 113 °C.The same arrangement as in Example 3. The arrangement of the tubes in the air duct is chessboard, the total heat exchange surface of the finned tubes is 20.5 m. The amount of 89.2 kg / h of steam of 0.45 MPa, 210 ° C heat transfers air to the air at 187 MJ / h with the effect of saving 45 kg / h of fuel gas on the pyrolysis furnace when the air is heated to 113 ° C.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

A burner for tubular pyrolysis furnaces which is provided in the bottom of a tubular furnace in separate burner cabinets, equipped with ducts with regulating louvers for air supply, characterized in that the lateral air ducts (3) for supplying air to the burner head (8) of the burner housing (4) They are provided with heat exchange registers (7) for indirect heating of the incoming air, the interior of which is connected to the energy source.