CS266821B1

CS266821B1 - Furnace for hydrocarbons' thermal cracking process

Info

Publication number: CS266821B1
Application number: CS877564A
Authority: CS
Inventors: Petr Ing Vesely; Lubomir Ing Fiedler; Vit Ing Fridrich; Radomir Ing Pospisil
Original assignee: Vesely Petr; Lubomir Ing Fiedler; Vit Ing Fridrich; Radomir Ing Pospisil
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1990-01-12
Also published as: CS756487A1

Abstract

Pec sestává z alespoň jedné radiační komory a ze společné konvekční komory. V radiační komoře je umístěna řada svislých procesních trubek vytvořených jako souosé dvoutrubky, horní částí vyvedené z radiační komory. Vnitřní trubky procesních trubek jsou prostřednictvím alespoň jednoho výstupního kolektoru napojeny na jeden nebo několik výměníků odpadního tepla. Vnější trubky jsou přes alespoň jeden vstupní kolektor spojeny s příslušným konvekčním trubkovým svazkem, sloužícím k předehřevu směsi uhlovodíkové suroviny s ředicí párou. V nejnižší části procesních trubek je vytvořen směŠovač, do něhož ústí alespoň jedna přívodní trubka pomocného teplonosného média, kupř. páry. SměŠovač je situován v úrovni dna radiační komory či pod ním. V případě, kdy je do směšovače jedné procesní trubky zaústěn větší počet přívodních trubek, je možno kombinovat odlišná teplonosná média. Při použití jediného teplonosného média je naopak možno použít jediné přívodní trubky pro alespoň dvě sousední procesní trubky. Účelné je zejména uspořádání, při němž jsou přívodní trubky teplonosného média či médií za účelem ohřevu vedeny radiační komorou. K částečnému předehřevu teplonosného média či médií může kromě toho sloužit alespoň jeden trubkový svazek umístěný ve výstupním kolektoru pyroplynu. Teplonosné médium může však být v tomto případě nahrazeno či kombinováno s jiným chladicím médiem.The furnace consists of at least one radiation chamber and from a common convection chamber. In radiation There are a number of vertical process bars placed in the chamber pipes made as coaxial pipes, upper part of the radiation chamber. Process tube inner tubes are through at least one output collector connected to one or more waste heat exchangers. The outer tubes are connected through at least one input collector with the appropriate convection tube bundle for preheating the hydrocarbon mixture raw material with dilution steam. In the lowest part process tubes are created by a mixer, into with at least one inlet pipe auxiliary heat transfer medium, e.g. steam. The mixer is situated at the level of the bottom of the radiation or below it. In case he is in the mixer one process tube is larger number of supply pipes, can be combined different heat transfer media. When using only one Conversely, a heat transfer medium can be used a single supply pipe for at least two adjacent pipes process tubes. Especially useful an arrangement in which the supply pipes are heat transfer medium or media for heating through the radiation chamber. For partial preheating heat transfer medium or media can to serve at least one tube bundle located in the pyroply outlet collector. However, the heat transfer medium may be in this case replaced or combined with other refrigerant medium.

Description

Vynález se týká pece pro tepelné štěpení uhlovodíků, za normální teploty kapalných či plynných, za účelem výroby nižších olefinů, zejména etylénu.The invention relates to a furnace for the thermal cracking of hydrocarbons, at normal liquid or gaseous temperatures, in order to produce lower olefins, in particular ethylene.

Olefiny se v průmyslovém měřítku vyrábějí většinou tepelným štěpením a dehydrogenací alkánů a jejich směsí (pyrolýzou). Tyto reakce probíhají zpravidla při teplotách 600 až 1 000 °C a jsou endotermní. Výtěžek užitečných olefinů závisí jednak na složení suroviny vstupující do reakce, jednak na reakčních podmínkách ovlivňujících rovnováhu. K nim patří především teplota, parciální tlak uhlovodíků zúčastněných a reakci a zdržná doba suroviny v reakčním prostoru.Olefins are mostly produced on an industrial scale by thermal cleavage and dehydrogenation of alkanes and their mixtures (pyrolysis). These reactions generally take place at temperatures of 600 to 1000 ° C and are endothermic. The yield of useful olefins depends both on the composition of the feedstock entering the reaction and on the reaction conditions affecting the equilibrium. These include in particular the temperature, the partial pressure of the hydrocarbons involved and the reaction and the residence time of the feedstock in the reaction space.

Tlak ovlivňuje tvorbu olefinů negativně, nebot podporuje průběh nežádoucích polymeračních a polykondenzačních reakcí. Podobně ovlivňuje negativně výtěžnost olefinů i zdržná doba, zatímco teplota působí na tvorbu olefinů pozitivně, nebot podporuje průběh žádoucích endotermních reakcí se selektivitou na nejnižší olefiny. Pro optimální průběh pyrolýzy a potlačení nežádoucích vedlejších reakcí je proto vhodný strmý nárůst reakční teploty a rychlé snížení teploty ihned poté, jakmile potřebné štěpné procesy proběhnou.The pressure has a negative effect on the formation of olefins, as it promotes the course of undesired polymerization and polycondensation reactions. Similarly, the residence time of olefins is negatively affected by the residence time, while temperature has a positive effect on the formation of olefins, as it promotes the course of desirable endothermic reactions with selectivity to the lowest olefins. Therefore, a sharp rise in the reaction temperature and a rapid decrease in temperature as soon as the necessary cleavage processes take place are suitable for the optimal course of pyrolysis and suppression of undesired side reactions.

V současné době se pro výrobu užitečných olefinů užívají nejčastěji trubkové pece, v jejichž radiační komoře či komorách jsou umístěny svislé či vodorovné trubkové hady. Trubkovými hady, vyhřívanými spalinami z bezplamenných hořáků, prochází uhlovodíková surovina, zředěná za účelem snížení parciálního tlaku uhlovodíků parou. Obvyklé množství páry se pohybuje v rozmezí 0,3 až 1,0 hmot, dílů páry na 1,0 hmot, díl suroviny. Zdržná doba činí při obvyklých rozměrech trubkového hadu (vnitřní průměr 75 až 160 mm, celková délka hadu 42 až 120 m) 0,3 až 0,6 sec. Reakční teplota se udržuje v rozmezí 760 až 860 °C.At present, tube furnaces are most often used for the production of useful olefins, in the radiation chamber or chambers of which vertical or horizontal tube coils are located. The hydrocarbon feedstock, diluted to reduce the partial pressure of hydrocarbons by steam, passes through the tube coils heated by the flue gases from the flameless burners. The usual amount of steam is in the range of 0.3 to 1.0 wt.% Of steam to 1.0 wt.% Of raw material. The residence time for the usual dimensions of a tubular snake (inner diameter 75 to 160 mm, total length of the snake 42 to 120 m) is 0.3 to 0.6 sec. The reaction temperature is maintained between 760 and 860 ° C.

Jsou známa rovněž řešení, při nichž se pro pyrolýzu uhlovodíků využívají reakční prvky typu trubka v trubce. V tomto případě se směs předehřáté suroviny s párou vede do horní části mezikruhového prostoru mezi vnější a vnitřní trubkou dvoutrubky. Při průchodu tímto prostorem je směsi dodáváno potřebné množství tepla jak pro ohřev suroviny, tak i pro průběh štěpné reakce, a to jednak vnější stěnou dvoutrubky, jednak stěnou vnitřní trubky, kterou v protiproudu postupuje teplejší pyroplyn. Při přestupu z vnější do vnitřní trubky je přitom z větší části již zreagovaná směs usměrněna obracečem umístěným v nejnižší části dvoutrubky.Solutions are also known in which tube-in-tube reaction elements are used for the pyrolysis of hydrocarbons. In this case, the mixture of preheated raw material with steam is fed to the upper part of the annular space between the outer and inner tube of the two-tube. When passing through this space, the required amount of heat is supplied to the mixture both for heating the raw material and for the course of the fission reaction, both by the outer wall of the two-pipe and the wall of the inner pipe, through which warmer pyro gas proceeds in countercurrent. During the transfer from the outer to the inner tube, the already reacted mixture is for the most part directed by a turner located in the lowest part of the two-tube.

Zreagovaný pyroplyn, který byl již v radiačním prostoru pece částečně ochlazen v nepřímém styku s v protiproudu do reakce vedenou relativně chladnou čerstvou směsí, opouští vnitřní trubku její výstupní částí, která se nachází mimo radiační komoru a v níž je tudíž vystaven chladicímu účinku okolního prostředí. Odtud je částečně ochlazený pyroplyn veden bud přímo, anebo přes jeden či několik výstupních kolektorů do jednoho nebo několika vysokotlakých výměníků.The reacted pyro gas, which has already been partially cooled in the radiant space of the furnace in indirect contact with the relatively cold fresh mixture fed to the reaction, leaves the inner tube through its outlet part, which is located outside the radiation chamber and is therefore exposed to ambient cooling. From there, the partially cooled pyro gas is fed either directly or via one or more outlet collectors to one or more high-pressure exchangers.

Při shora uvedeném postupu se zdržná doba suroviny v reakční zóně sníží pod 0,1 sec. a reakční teplota se zvýší na 820 až 920 °C. Poměr uhlovodíkové suroviny k ředicí páře zůstává přitom stejný jako při klasické trubkové pyrolýze. Intenzívní ohřev suroviny, vedené do reakce mezitrubkovým prostorem dvoutrubky, z povrchu obou trubek zajišťuje podstatně strmější nárůst teploty než u klasické pyrolýzy, což přispívá ke zvýšení hnacích sil reakce. Předností tohoto postupu je i relativně nízká teplota pyroplynu na výstupu z reakčního prostoru, která obvykle odpovídá 750 °C. Nevýhodou této metody je naopak skutečnost, že v oblasti extrémně vysokých teplot reakční směsi, tj. teplot přesahujících 880 °C, dochází i při vysoké rychlosti proudění k průběhu nežádoucích sekundárních reakcí, provázených tvorbou nerozpustných vysokomolekulárních sloučenin s nízkým obsahem vodíku a tvorbou koksu. Současně se projeví i místní přehřívání stěn reakčního prvku se všemi negativními důsledky, tj. zvýšenou difúzí uhlíku ze suroviny do materiálu stěny, následným snížením nosnosti stěny a rizikem creepového poškození.In the above procedure, the residence time of the feedstock in the reaction zone is reduced below 0.1 sec. and the reaction temperature is raised to 820 to 920 ° C. The ratio of hydrocarbon feedstock to dilution steam remains the same as in conventional tubular pyrolysis. Intensive heating of the raw material, led to the reaction by the inter-tube space of the two-tube, from the surface of both tubes ensures a significantly steeper temperature rise than in conventional pyrolysis, which contributes to increasing the driving forces of the reaction. The advantage of this process is also the relatively low temperature of the gas gas at the outlet of the reaction space, which usually corresponds to 750 ° C. On the contrary, the disadvantage of this method is the fact that in the region of extremely high temperatures of the reaction mixture, i.e. temperatures exceeding 880 ° C, undesired secondary reactions accompanied by the formation of insoluble high molecular weight compounds with low hydrogen content and coke formation occur even at high flow rates. At the same time, local overheating of the walls of the reaction element will manifest itself with all the negative consequences, ie increased diffusion of carbon from the raw material into the wall material, consequent reduction of the wall load-bearing capacity and risk of creep damage.

Je rovněž známo uspořádání, při němž se zkrácení zdržné doby suroviny v reakční zóně dosahuje tím, že vnitřní trubkou reakčního prvku ve tvaru dvoutrubky proudí ve směru shora·An arrangement is also known in which the residence time of the raw material in the reaction zone is shortened by flowing in the upper direction through the inner tube of the two-tube-shaped reaction element.

CS 266 821 Bl dolů část ředicí páry, vstupující do reakbe jako pára sytá či v různé míře přehřátá, zatímco uhlovodíková surovina se zbytkem ředicí páry se přivádí do spodní části mezitrubkového prostoru, kde se mísí s podílem páry vedené středovou trubkou. Jestliže se teplota páry postupující vnitřní trubkou obvykle volí v rozmezí 900 až 1 000 °C, pak teplota pyroplynu . na výstupu z mezitrubkového prostoru činí cca 800 až 900 °C. Pyroplyn se pak obvyklým způsobem prudce ochladí na teplotu 350 až 450 °C. .CS 266 821 B1 downwards a part of the diluting steam entering the reaction as saturated or superheated steam to varying degrees, while the hydrocarbon feedstock with the remainder of the diluting steam is fed to the lower part of the inter-tube space, where it mixes with the steam portion passed through the central tube. If the temperature of the steam passing through the inner tube is usually chosen in the range of 900 to 1000 ° C, then the temperature of the gas gas. at the outlet of the inter-tube space is approx. 800 to 900 ° C. The pyro gas is then quenched to 350-450 ° C in the usual manner. .

K přednostem popsaného postupu patří krátká zdržná doba, strmý nárůst teploty reakční směsi a nízký parciální tlak uhlovodíků. Za nevýhodu je možno považovat nežádoucí snížení teploty přehřáté páry při průchodu vnitřní trubkou před jejím smísením s reakční směsí a následujícím opětovným ohřevem při průchodu výsledné směsi mezitrubkovým prostorem. Důsledkem této skutečnosti je nízké využití teplosměnné plochy vnitřní trubky k přestupu tepla. Dalším nepříznivým jevem je vysoká výstupní teplota pyroplynu, která je prakticky totožná s reakční teplotou pyrolýzy. Nevýhodou je rovněž malý rozdíl mezi teplotou přehřáté páry vstupující do reakčního systému a teplotou při níž pára tento systém opouští. Nízká hodnota tohoto rozdílu, pohybující se kolem cca 100 °C, ukazuje na malé množství tepla dodaného párou do reakce. Reakční prvek pracující popsaným způsobem přechází již z typu trubka v trubce spíše na typ reaktoru s jádrem.The advantages of the described process include a short residence time, a sharp rise in the temperature of the reaction mixture and a low partial pressure of hydrocarbons. A disadvantage is the undesired reduction in the temperature of the superheated steam as it passes through the inner tube before it is mixed with the reaction mixture and subsequently reheated as the resulting mixture passes through the inter-tube space. The consequence of this fact is the low utilization of the heat exchange surface of the inner tube for heat transfer. Another unfavorable phenomenon is the high outlet temperature of the gas gas, which is practically identical to the reaction temperature of pyrolysis. A disadvantage is also the small difference between the temperature of the superheated steam entering the reaction system and the temperature at which the steam leaves the system. The low value of this difference, around 100 ° C, indicates a small amount of heat supplied by the steam to the reaction. The reaction element operating in the described manner changes from the tube-in-tube type to the core reactor type.

Nevýhody posledně popsaného postupu byly potlačeny u způsobu tepelného štěpení uhlovodíků, při němž se čerstvá uhlovodíková surovina mísí s ředicí parou v poměru 0,1 až 1,0 hmot, dílu páry na 1,0 hmot, díl suroviny, načež se výsledná směs, předehřátá na teplotu 560 až 650 °C, vede do reakčního prvku ve tvaru dvoutrubky, kde protéká sestupně vnějším prostorem prvku a vzestupně jeho vnitřním prostorem, přičemž na přechodu z vnějšího do vnitřního prostoru se k surovině zahřáté na 860 až 900 °C přivádí další podíl páry přehřáté na teplotu kolem 1 000 °C, a to v množství 0,2 až 1,0 hmot, díl suroviny.The disadvantages of the latter process have been overcome in a hydrocarbon thermal cracking process in which fresh hydrocarbon feedstock is mixed with diluting steam in a ratio of 0.1 to 1.0 wt.%, Steam portion to 1.0 wt.% Feedstock, and the resulting mixture is preheated. to a temperature of 560 to 650 ° C, leads to a reaction element in the form of a two-tube, where it flows downwards through the outer space of the element and upwards through its inner space, while at the transition from outer to inner space another steam is supplied superheated to a temperature of about 1000 ° C, in an amount of 0.2 to 1.0 wt.% of raw material.

Charakteristickým znakem posledně popsaného postupu je výhodnější průběh teplot a tlaků spolu se skutečností, že v zájmu zvýšení kapacity reakčního systému se štěpení suroviny přesouvá převážně do prostoru vnitřní trubky. Smísením částečně zreagované směsi na vstupu do prostoru vnitřní trubky s přehřátou parou dochází k prudkému nárůstů teploty směsi až na cca 950 °C, provázeného uvolněním vodíkových iontů, a současně o ke snížení parciálního tlaku uhlovodíků přibližně na polovinu. Reakční podmínky se takto přiblíží optimálním podmínkám radikálových reakcí a dosáhne se maximalizace vzdálenosti od rovnovážného stavu a tedy velké hnací síly reakcí.A characteristic feature of the latter process is the more advantageous course of temperatures and pressures, together with the fact that in order to increase the capacity of the reaction system, the cleavage of the raw material is moved mainly into the space of the inner tube. By mixing the partially reacted mixture at the inlet to the inner tube space with superheated steam, the temperature of the mixture rises sharply to about 950 ° C, accompanied by the release of hydrogen ions, and at the same time reduces the partial pressure of hydrocarbons by about half. The reaction conditions thus approach the optimal conditions of the radical reactions and the maximization of the distance from the equilibrium state and thus a large driving force of the reactions is achieved.

Důsledkem snížení parciálního tlaku uhlovodíků je i omezení tvorby koksu a zanášení povrchu teplosměnných stěn uhlíkatými úsadami. Velký teplotní rozdíl mezi relativně chladnou směsí vedenou do reakce prostorem mezi oběma trubkami a horkým pyroplynem proudícím vnitřní trubkou podporuje intenzívní přestup tepla stěnou vnitřní trubky. Výsledkem tohoto vnitřního recyklu tepla je pak nižší výstupní teplota pyroplynu, lepší využití tepla ředicí páry a nižší tepelné zatížení vnější trubky, které vyplývá ze skutečnosti, že část tepla potřebného k ohřevu suroviny se dodává parou přehřátou na vysokou teplotu mimo vlastní reakční systém. K výhodám nového postupu patří posléze i možnost regulovat prostřednictvím regulace množství dodané uhlovodíkové suroviny v širokém rozmezí složení výsledného pyroplynu.The consequence of the reduction of the partial pressure of hydrocarbons is also the reduction of the formation of coke and the clogging of the surface of the heat exchange walls by carbon deposits. The large temperature difference between the relatively cold mixture fed to the space between the two tubes and the hot pyrogen gas flowing through the inner tube promotes intense heat transfer through the inner tube wall. The result of this internal heat recycling is a lower pyrogen gas outlet temperature, better utilization of the heat of the dilution steam and lower heat load of the outer tube, which results from the fact that part of the heat needed to heat the feedstock is supplied by high superheated steam outside the reaction system. The advantages of the new process include the possibility of regulating by regulating the amount of supplied hydrocarbon feedstock in a wide range of the composition of the resulting gas gas.

Vynález rozvíjí dále princip, na němž je založen posledně popsaný postup tepelného štěpení uhlovodíkových surovin, a řeší konstrukční provedení pece, umožňující přívod přídavného množství přehřáté páry či jiného pomocného teplonosného média k surovině vedené do reakce. Pec určená k realizaci tohoto postupu sestává z alespoň jedné radiační komory obsahující řadu svislých procesních trubek, horní částí vyvedených z radiační komory a napojených na -nejméně jeden výměník odpadního tepla, a dále z konvekční komory napojené na odvod spalin z radiační komory či komor, kde procesní trubky jsou vytvořeny jako souosé dvoutrubky, jejichž vnitřní trubky jsou na příslušný výměník napojeny prostřednictvím alespoň jednoho výstupního kolektoru, zatímco vnější trubky jsou prostřednictvím vstupního potrubí napojenyThe invention further develops the principle on which the latter process of thermal cracking of hydrocarbon feedstocks is based and solves the design of the furnace, allowing the supply of an additional amount of superheated steam or other auxiliary heat transfer medium to the feedstock fed to the reaction. The furnace for carrying out this process consists of at least one radiation chamber containing a series of vertical process tubes, upper parts led out of the radiation chamber and connected to at least one waste heat exchanger, and a convection chamber connected to the flue gas outlet of the radiation chamber or chambers, where the process tubes are formed as coaxial double tubes, the inner tubes of which are connected to the respective exchanger via at least one outlet collector, while the outer tubes are connected via an inlet pipe

CS 266 821 Bl na nejméně jeden vstupní kolektor, který je spojen s výstupem příslušného konvekčního svazku. Podstata vynálezu spočívá přitom v tom, že v nejnižší části procesních trubek, resp. dvoutrubek je vytvořen směšovač, do něhož je zaústěn alespoň jeden přívod pomocného teplonosného média, kupříkladu páry. Teplonosným médiem však může být kupříkladu i dusík, vodík, etan, atp. Ve zvláštním případě, kdy jsou do směšovače jednotlivých dvoutrubek zaústěny dva přívody pomocného teplonosného média, je možno volit i kombinaci dvou rozdílných médií.CS 266 821 B1 to at least one inlet collector which is connected to the outlet of the respective convection beam. The essence of the invention lies in the fact that in the lowest part of the process tubes, resp. A two-tube mixer is formed, into which at least one supply of an auxiliary heat-transfer medium, for example steam, opens. However, the heat transfer medium can also be, for example, nitrogen, hydrogen, ethane, etc. In the special case where two mixers of auxiliary heat transfer medium open into the mixer of the individual two-pipe, it is also possible to select a combination of two different media.

Přívod pomocného teplonosného média je v nejjednodušším případě tvořen jednoduchou trubkou vedenou radiační komorou souběžně se svazkem procesních trubek, s výhodou v rovině proložené tímto svazkem. Toto uspořádání je výhodné nejen z hlediska konstrukčního provedení alé i z hlediska provozní ekonomiky. K předehřevu teplonosného média před jeho smísením se surovinou vedenou do reakce se takto využije tepla spalin v radiační komoře.The supply of the auxiliary heat transfer medium is in the simplest case formed by a simple tube guided by a radiation chamber parallel to the bundle of process tubes, preferably in a plane interposed by this bundle. This arrangement is advantageous not only in terms of design but also in terms of operating economy. The heat of the flue gases in the radiation chamber is thus used to preheat the heat transfer medium before it is mixed with the raw material fed to the reaction.

Jako optimální pro přívod jediného teplonosného média se dále z konstrukčního hlediska jeví uspořádání, při němž každá z přívodních trubek je společná pro alespoň dvě sousední procesní trubky.' Všechny přívodní trubky jsou přitom vstupním koncem zaústěny do nejméně jednoho společného kolektoru, přičemž jsou v zájmu kompenzace ohybového momentu zavěšeny na nosném ramenu uchyceném prostřednictvím pružného závěsu, popřípadě kluzné opěrky k ocelové konstrukci pece. V zájmu snížení tepelného namáhání je dále účelné uspořádání, při němž je spojení trubky pro přívod pomocného teplonosného média se směšovačem procesní trubky provedeno mimo prostor radiační komory. 'Furthermore, an arrangement in which each of the supply pipes is common to at least two adjacent process pipes appears to be optimal for the supply of a single heat transfer medium. All supply pipes open into the at least one common collector through the inlet end, and are suspended on a support arm fastened to the steel structure of the furnace in order to compensate for the bending moment. In order to reduce the thermal stress, an arrangement is also expedient in which the connection of the tube for the supply of the auxiliary heat-transfer medium to the process tube mixer is made outside the space of the radiation chamber. '

V zájmu optimalizace tepelného recyklu a docílení tepelně-energetické nezávislosti pece je posléze výhodné uspořádání, při němž je v nejméně jednom výstupním kolektoru procesních trubek umístěn alespoň jeden trubkový svazek, napojený na přívod pomocného teplonosného média a/nebo dalšího chladicího média. Teplonosné či chladicí médium se takto v trubkovém svazku před vstupem do společného kolektoru a rozdělením do jednotlivých přívodních trubek předehřeje v nepřímém styku s pyroplynem opouštějícím reakční systém, přičemž se pyroplyn současně před výstupem ochladí. Alternativně anebo souběžně s teplonosným médiem je pak možno zavádět do trubkových svazků i další chladicí médium, kupříkladu proud uhlovodíků.In order to optimize thermal recycling and to achieve thermal-energy independence of the furnace, an arrangement is then preferred in which at least one tube bundle is connected in at least one process tube outlet collector, connected to the supply of auxiliary heat transfer medium and / or further cooling medium. The heat transfer or cooling medium is thus preheated in the tube bundle before entering the common collector and dividing into individual feed pipes in indirect contact with the pyro-gas leaving the reaction system, the pyro-gas being cooled at the same time before the outlet. Alternatively or in parallel with the heat transfer medium, another cooling medium, for example a hydrocarbon stream, can then be introduced into the tube bundles.

Příkladné provedení pece pro tepelné štěpení uhlovodíků podle vynálezu je dále blíže znázorněno na připojeném výkrese, kde obr. 1 představuje v axonometrickém pohledu část svazku procesních trubek s trubkami pro přívod pomocného teplonosného média a příslušnými kolektory, obr. 2 ve svislém řezu a v detailu provedení jedné procesní trubky s trubkou pro přívod pomocného teplonosného média, zatímco na obr. 3 je schematicky znázorněn způsob uchycení přívodní trubky pro pomocné teplonosné médium prostřednictvím nosného ramene a pružného závěsu k ocelové konstrukci pece a obr. 4 představuje řez částí výstupního kolektoru s vestavěným trubkovým svazkem.An exemplary embodiment of a furnace for thermal cracking of hydrocarbons according to the invention is further illustrated in the accompanying drawing, in which Fig. 1 represents in axonometric view part of a process tube bundle with auxiliary heat transfer medium supply tubes and respective collectors, Fig. 2 in vertical section and detail one process pipe with a pipe for supplying the auxiliary heat transfer medium, while Fig. 3 schematically shows a method of attaching the supply pipe for the auxiliary heat transfer medium by means of a support arm and a flexible hinge to the steel structure of the furnace and Fig. 4 shows a section of parts .

Pec znázorněná na obr. 1 sestává z radiační komory 2/ v níž jsou v jedné svislé řadě ve střídavém uspořádání umístěny jednak procesní trubky 2, jednak trubky 2 P^ro přívod pomocného teplonosného média. V bočních stěnách radiační komory 1, které jsou stejně jako zbývající stěny a dno 2 i strop 2 komory ,1 na vnitřní straně opatřeny vrstvou ohnivzdorného materiálu 12, jsou nad sebou umístěny stěnové hořáky 13 pro bezplamenné spalování plynného či kapalného paliva. Spaliny z hořáků 13, které předaly část tepla jednak procesním trubkám 2, jednak přívodním trubkám 2 P^ro pomocné teplonosné médium, odcházejí do konvekční komory 11. ^v konvekční komoře 11 jsou umístěny běžné konvekční trubkové svazky, které na výkrese pro jednoduchost nejsou znázorněny. V konvekčních trubkových svazcích se kupříkladu uskuteční ohřev napájecí vody pro vysokotlaký výměník odpadního tepla 18, ohřev uhlovodíkové suroviny a ohřev předehřáté suroviny s ředicí parou. Předehřátá směs suroviny s vodní parou, vystupující z konvekčního trubkového svazku, se pak Vede do jednoho či několika výstupních kolektorů 4, z nichž se pomocí vstupních potrubí 10 rozděluje do jednotlivých procesních trubek 2. Pyroplyn opouštějící procesní trubky 2 vytéká do výstupního kolektoru 5, z něhož je přestupným hrdlem s přírubou 6 veden do výměníku odpadního tepla 2®.· Pomocné teplonosné médium se přivádí z vnějšího zdroje do společného kolektoru 2, odkud se rozděluje do jednotlivýchThe furnace shown in FIG. 1 comprises a radiation chamber 2 / which are in a vertical row positioned in a staggered arrangement, first, the process tube 2, the tube 2, first P ^ro supply auxiliary heat transfer medium. In the side walls of the radiation chamber 1, which like the remaining walls and the bottom 2 and the ceiling 2 of the chamber 1 are provided on the inside with a layer of refractory material 12, wall burners 13 for flameless combustion of gaseous or liquid fuel are placed one above the other. Gas from the burner 13, which transmit part of the heat pipes 2, second process, first, the supply tubes 2 P ^ro auxiliary heat transfer medium leaving a convection chamber 11. The convection ⁱⁿ chamber 11 are conventional convection tube bundles, which in the drawing for simplicity are not shown. In the convection tube bundles, for example, the feed water for the high-pressure waste heat exchanger 18, the heating of the hydrocarbon feedstock and the heating of the preheated feedstock with dilution steam take place. The preheated mixture of raw material with water vapor emerging from the convection tube bundle is then fed to one or more outlet collectors 4, from which it is divided into individual process pipes 2 by means of inlet pipes 10. · The auxiliary heat transfer medium is fed from an external source to a common collector 2, from where it is divided into individual heat exchangers.

CS 266 821 Bl. 5 přívodních trubek _3· V obr. 1 je naznačeno uspořádání, při němž je jedna přívodní trubka 3 společná pro dvě sousední procesní trubky 2·CS 266 821 Bl. 5 of the supply pipes 3, FIG. 1 shows an arrangement in which one supply pipe 3 is common to two adjacent process pipes 2;

Procesní trubka 2, znázorněná v detailu na obr. 2, sestává ze dvou souose v sobě umístěných trubek - vnější trubky 14 a vnitřní trubky 16. Mezi oběma trubkami 14 a 16 je vytvořen mezitrubkový prostor 1.5, do jehož horní části se Vstupním potrubím 10 ze vstupního kolektoru 2 přivádí směs uhlovodíkové suroviny s ředicí parou, předehřátá v příslušném trubkovém svazku konvekční sekce. Směs postupující mezitrubkovým prostorem 15 směrem dolů se dále ohřívá přes stěnu vnější trubky 14 spalinami ze stěnových hořáků 13 a přes stěnu vnitřní trubky 16 pyroplynem postupujícím vzestupně touto trubkou. Po dosažení nejnižšího bodu mezitrubkového prostoru 15 se předehřátá směs ve směšovači 17 mísí s pomocným teplonosným médiem vedeným přívodní trubkou 2 ^z kolektoru 2· Směšovač je umístěn v úrovni dna 2 radiační komory 2^ takže jeho spojení s přívodní trubkou 5 í^e situováno mimo radiační komoru i·The process pipe 2, shown in detail in FIG. of the inlet collector 2 is fed a mixture of hydrocarbon feedstock with diluting steam, preheated in the respective tube bundle of the convection section. The mixture advancing downwards through the inter-tube space 15 is further heated through the wall of the outer tube 14 by the flue gases from the wall burners 13 and through the wall of the inner tube 16 by the pyro-gas advancing upwards through this tube. After reaching the lowest point of the inter-tube space 15 is preheated mixture in the mixer 17 is mixed with the auxiliary heat transfer medium is guided supply tube 2 ^from the collector 2 · mixer is located at the level of the bottom two radiation chamber 2 ^ so that its connection with the feed pipe 5 ^te situated outside the radiation chamber and·

Pomocné teplonosné médium se při průchodu radiační komorou 2 v nepřímém styku se spalinami ohřívá na teplotu blízkou reakční teplotě. Takto získané teplo pak při smísení předává surovině přiváděné mezitrubkovým prostorem 15. Výsledná směs postupuje vnitřní trubkou 16 zdola nahoru, přičemž část svého tepla předává stěnou vnitřní trubky 16 čerstvé směsi vedené meziprostorem 15.· Plynný produkt reakce vystupuje z vnitřní trubky 16 do výstupního kolektoru 5, spojeného přírubou s výměníkem odpadního tepla 18.The auxiliary heat transfer medium is heated to a temperature close to the reaction temperature as it passes through the radiation chamber 2 in indirect contact with the flue gases. During mixing, the heat thus obtained is transferred to the raw material supplied by the inter-tube space 15. The resulting mixture passes through the inner tube 16 from bottom to top, , connected by a flange to a waste heat exchanger 18.

Na obr. 3 je schematicky znázorněn způsob uchycení přívodní trubky 2 prostřednictvím nosného ramene 19 a pružného závěsu 20 k ocelové konstrukci pece. Pružný závěs může být nahrazen pochopitelně i jiným kompenzačním opěrným či závěsným členem, jako kupříkladu kluznou opěrkou. Toto uspořádání slouží ke kompenzaci ohybového momentu přenášeného ze zavěšení kolektoru 2 pomocného teplonosného média do přívodních trubek 2·Fig. 3 schematically shows a method of attaching the supply pipe 2 by means of a support arm 19 and a resilient hinge 20 to the steel structure of the furnace. The resilient hinge can, of course, also be replaced by another compensating support or suspension member, such as a sliding support. This arrangement serves to compensate for the bending moment transmitted from the suspension of the collector 2 of the auxiliary heat transfer medium to the supply pipes 2 ·

Z obr. 4 je patrno umístění trubkového svazku 21 ve výstupním kolektoru 2 horkého pyroplynu. Trubkový svazek 21 je vstupním koncem napojen na zdroj či přívod chladicího média. Výhodné je zejména uspořádání, při němž funkci chladicího média plní pomocné teplonosné médium, které se takto v trubkovém svazku 21 před vstupem do kolektoru 2 ^a přívodních trubek 2 při současném chlazení vystupujícího pyroplynu předehřívá.Fig. 4 shows the location of the tube bundle 21 in the outlet collector 2 of the hot pyrogas. The tube bundle 21 is connected at the inlet end to a source or supply of cooling medium. An arrangement is particularly advantageous in which the function of the cooling medium is ^{performed by an auxiliary heat transfer medium, which is thus preheated in the tube bundle 21 before entering the collector 2 and the} supply pipes 2 while cooling the exiting pyrogen gas.

Pyrolyzní pec podle vynálezu není ovšem omezena jen na provedení znázorněné na výkrese. Obměňovat je především možno poměr počtu přívodních trubek 2 P^ro pomocné teplonosné médium k počtu procesních trubek 2. To znamená, že jedna přívodní trubka 2 může být společná i pro více než dvě procesní trubky 2 anebo naopak mohou být do směšovače 17 jedné procesní trubky 2 zaústěny kupříkladu dvě přívodní trubky 2r jimiž je vedeno shodné nebo odlišné teplonosné médium.However, the pyrolysis furnace according to the invention is not limited to the embodiment shown in the drawing. Vary primarily be the ratio of the lances 2 P ^ro auxiliary heat transfer medium to the number of process tube 2. This means that a single feed pipe 2 may be common for more than two process pipes 2 or vice versa, may be incorporated into one processing mixer 17 of the tube 2 for example, two supply pipes 2r are led through which the same or different heat transfer medium is led.

Podobně může být obměňován i počet výměníků odpadního tepla 18. Jiným způsobem může být proveden také trubkový svazek 21 umístěný ve výstupním kolektoru 2 pyroplynu. Jediný svazek 21 prosazený celým kolektorem 2 může být kupříkladu nahrazen dvěma svazky, které jsou protékány shodným anebo odlišným chladicím médiem.Similarly, the number of waste heat exchangers 18 can be varied. In another way, the tube bundle 21 located in the outlet gas collector 2 can also be designed. For example, a single bundle 21 through the entire collector 2 can be replaced by two bundles which flow through the same or different cooling medium.

Vstupní kolektor 2 P^ro pomocné teplonosné médium nemusí být nezbytně umístěn nad stropem 2 radiační komory 2· Alternativně je možno jej umístit i pode dnem 2 radiační komory anebo uvnitř této komory. Přímé přívodní trubky 2 nemusí být rovněž nezbytně umístěny ve stejné rovině jako procesní trubky 2, třebaže je toto provedení z hlediska konstrukčního i z hlediska tepelné izolace nejvýhodnější. V některých případech je dokonce možno provést přívodní trubku 2 jako U-trubku či trubkový had, zavedený za účelem ohřevu teplonosného média do radiační komory 2 ^a zaústěny volným koncem do směšovače 17 jedné či několika procesních trubek 2. Stejně tak může být předehřev páry či jiného pomocného teplonosného média uskutečněn nejen v radiační komoře ale i v konvekci či mimo pec. Měnit se může pochopitelně i celková koncepce pece, tj. počet radiačních komor, umístění konvekce, hořáků, atp., aniž by tím byla ovlivněna hlavní myšlenka vynálezu.Input collector 2 P ^ro auxiliary heat transfer medium is not necessarily located above the ceiling 2 of the radiation chamber 2 · Alternatively it can be placed under the bottom 2 and the radiation chamber or inside the chamber. Also, the straight supply pipes 2 do not necessarily have to be located in the same plane as the process pipes 2, although this embodiment is the most advantageous from the point of view of construction and from the point of view of thermal insulation. In some cases it is even possible to make the supply pipe 2 as a U-pipe or a tube coil, introduced for heating the heat transfer medium into the radiation chamber 2 ^and opening at the free end into the mixer 17 of one or more process pipes 2. Likewise, steam or other auxiliary heat transfer medium carried out not only in the radiation chamber but also in the convection or outside the furnace. Of course, the overall concept of the furnace, i.e. the number of radiation chambers, the location of the convection, the burners, etc., can also be varied without affecting the main idea of the invention.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

A furnace for the thermal cracking of hydrocarbons and their mixtures, at normal liquid or gas temperatures, consisting of at least one radiation chamber comprising a series of vertical process tubes, an upper part discharged from the radiation chamber and connected to at least one waste heat exchanger, and a convection chamber. connected to the exhaust gas from the radiation chamber or chambers where the process tubes are constructed as coaxial double pipes, the inner tubes are the respective heat exchanger connected by at least J ^<7 he output of the collector, while the outer pipe, via an inlet pipe connected to at least one inlet collector, which is connected to the outlet of the respective convection tube bundle, characterized in that a mixer (17) is formed in the lowest part of the process tubes (2), into which at least one supply of an auxiliary heat transfer medium, for example steam, opens.

2. Furnace according to claim 1, characterized in that the supply of auxiliary heat transfer medium is formed by at least one tube (3) guided by the radiation chamber (1) parallel to the process tube bundle (2), preferably in a plane interposed by this bundle,

3. Furnace according to items 1 and 2, characterized in that the tube (3) for the supply of the auxiliary heat transfer medium is common to at least two adjacent process tubes (2).

4. Furnace according to items 1 to 3, characterized in that the pipes (3) for the supply of the auxiliary heat transfer medium open into the at least one common collector (7) at the inlet end.

5. Furnace according to items 1 to 4, characterized in that the tubes (3) for the supply of the auxiliary heat transfer medium are suspended on a support arm (19) anchored by means of a resilient hinge (20) or a sliding support in the steel structure of the furnace.

6. Furnace according to items 1 to 5, characterized in that the connection of the supply tube (3) of the auxiliary heat transfer medium to the mixer (17) of the process tube (2) is made outside the space of the radiation chamber (1).

7. Furnace according to items 1 to 6, characterized in that at least one tube bundle (21) is arranged in the at least one outlet collector (5) of the process tubes (2) connected to the supply of auxiliary heat transfer medium and / or cooling medium.