KR970011368B1 - 크렉킹 로 - Google Patents

Abstract

요약없슴

Description

크렉킹 로

제1도는 본 발명의 실시예로서 크렉킹로의 단면도.

제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절취한 단면도.

제3도는 제1도의 반응관 유출 헤더 형상도.

제4도는 종래 기술에 따른 크렉킹로의 단면도.

제5도는 제4도(종래 기술)의 V-V선을 따라 화살표 방향으로 절취한 단면도.

제6도는 제4도(종래 기술)내의 반응관의 유출부에 있는 냉각 열교환기-연결부의 단면도.

제7도 내지 제9도는 종래 기술에 따르는 여러 반응관의 형상도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 연소실,7 : 반응관,

10 : 냉각열 교환기,11 : 대류열 전달관,

12 : 사이드 버너,13 : 중앙 버너,

17 : 평형추,19 : 벽버너,

20 : 노변 버너,23 : 연소가스

산업상의 이용분야

본 발명은 탄화수소 및 그와 유사한 유기 원료(organic feedstock), 특히 에틸렌, 프로피렌, 부타디엔으로 석유를 열분해(thermal cracking)하는 크렉킹 로(cracking Furnace), 특별하게는 관형로에 대한 것이다.

종래의 기술

첨부 도면의 제4는 종래 기술에 따른 크렉킹로의 단면도를 도시하고, 제5도는 제4도의 선 V-V의 화살표를 따라 절취한 단면도이고, 제6도는 헤더(hearder)의 매개에 의해 제4도의 반응관(reaction tube)의 유출부와 연결된 냉각 열 교환기의 단면도이다.

상기 장치는 연소실 중앙부에 종방향을 따라, 열을 지어 공급된 굽힘부(8)가 있는 곡류를 형성하는 다수의 반응관(7)과, 반응관(7)의 한쪽 단부에 제공된 유기 원료의 유입부(21)와, 반응관의 다른쪽 단부에 제공된 반응관(7)의 유출부(22)와, 반응관의 유출부(22)로 헤더(9)(제6도)를 매개로 하여 연합된 냉각 열교환기(10)와, 연소실(1) 천장으로부터 현수되고 평형추(17)에 연결된 반응관 현수 피팅(16)과, 연결도관(5)을 매개로 하여 연소실(1)의 상부와 교통하는 대류열 전달부(6)에 제공된 대류 열전달관(11)과, 연소실(1) 바닥부에 수직적으로 제공된 노변 버너(20)(hearth burner)와, 연소실(1)의 벽 표면상에 제공된 벽 버너(19)를 포함한다.

이러한 장치에서, 유기 원료는 수증기로 보통 혼합되고, 대류 열전달부(6)에서 예열되어, 반응관 유입부를 경유하여 반응관(7)내로 주입되고, 열분해 반응을 일으키는 노변 버너(20)와 벽버너(19)로부터의 방열에 의해 가열되고, 헤더(9)를 경유하여 냉각 열 교환기(10)내에 주입되고, 냉각되어, 따라서 분해된 생성물이 과도한 열분해 반응이나 중합 반응을 일으키지 않고 획득한다.

크렉킹로에서, 에틸렌이 나프타(비중 0.70)로부터 30,000t/년 정도로 생성되려면은, 크렉킹로 둘레의 길이가 15m로 만들어져야 하고, 50,000t/년인 경우에는 20m이상의 길이가 요구되는데, 따라서 나프타의 톤수에 대한 용지면적은 더 넓어지게 된다. 부가하여 이러한 장치는 로벽으로부터의 열 손실이 커지제 되는 결점이 생긴다. 부가하여 연소실(1) 내의 연소 가스(23)가 대류열 전달부(6)쪽으로 이동하면, 가스가 연소 가스(23)가 대류열 전달부(6)쪽으로 이동하면, 가스가 반응관 현수 피팅(16)을 횡단해야 하고 따라서 고온의 가스로 인한 손상을 피할 수 없다. 더우기, 연소실(1)을 대류열 전달관(11)에 연결시키는 연결 도관이 너무 짧으므로서 일정치 않은 온도를 가진 연소 가스일 때 충분히 혼합되지 않고, 가스는 4내지 12통로로 보통 구성된 대류열 전달관(11)내로 주입되며, 따라서 각각의 통로에 대응하는 대류열 전달관(11)은 일정치 않게 가열되어, 그 결과로서 대류열 전달관의 유출부에 각각의 통로의 온도가 서로 다르다. 큰 차이에서는 20 내지 50℃정도가 된다.

바람직한 반응관은, 작은 압력 손실 형태로 일정한 유치 시간내에 한정된 온도로 상승시킬 수 있어, 한개의 통로당 원료의 처리를 최대로 수행하며; 반응관의 유출부의 헤더(9)를 경유하는 냉각 열 교환기의 유입부에 대한 반응관의 유출부의 연결 길이가 되도록 짧은 관이 되도록 제조된 것이다.

더불어, 수소의 대용량을 가진 각각의 냉각 열 교환기를 사용한다는 점에서 경제적으로도 바람직하다.

상기 크렉킹로에 따르면, 냉각 열 교환기(10)의 수를 줄이기 위하여, 제8도 및 제9도의 여러 반응관의 배열모습과 같이 수집관을 위한 Y-형 피스의 작은 굽힘 반경 굽힘부 또는 복잡한 굽힘부가 있는 반응관이 설치된다.

따라서, 로내의 유체의 원만한 흐름이 압력 손실이 증가하는 것과 코킹을 일으키는 것을 방지한다. 부가하여, 반응관의 배열이 복잡하게 되면, 고온 상태(750°내지 1,100℃)하에서의 이상 열 응력의 생성으로 인한 손실을 받게되는 결점이 있다. 제5도의 반응관의 배열은 매우 심플하지만, 한개의 통로에 대한 원료의 양이 너무 적어, 다수의 소용량 냉각 열 교환기를 사용해야 하는 결점이 있다. 일예로서, 에틸렌이 나프타로부터 30,000t/년 정도 생성되려면, 16개 이상의 냉각 열 교환기를 제공해야 한다.

발명이 해결하려는 과제

본 발명의 목적은 크렉킹로의 길이를 짧게하고, 크렉킹로의 벽의 표면적과 용지 면적을 줄이고, 냉각 열교환기의 수를 줄여, 콤팩트하고 경량이면서 로 부품의 손실을 감소시킨 장치로 제조되는 크렉킹로를 제공하는 것이다.

과제 해결 수단

본 발명에서는, 유기 원료를 열 분해하는 크렉킹로가, 공동로 몸체, 상기 로 몸체내에 제공되는 연소실, 상기 연소실의 상부에 제공된 천장, 상기 연소실 천장의 중앙부에 수직적으로 제공된 중앙 버너, 각각으로, 상기 중앙 버너의 양 사이드에 수직적으로 제공된 사이드 버너, 상기 중앙 버너와 각각 사이드버너 사이에 수직적으로 정열되고, 상기 연소실의 하부에서의 아치형 굽힘부를 형성하는 열지어선 반응관, 상기 반응관내로 유기 원료를 공급하는 수단, 상기 연소실의 상부에 재공된 냉각 열 교환기, 상기 반응관의 다수 유출부를 상기 냉각 열 교환기로 연결시키는 반응관 유출 헤더, 및 연소실의 바닥부에 제공되고, 연소가스의 유출 도관에 연결된 연소 가스 유도 도관을 포함한다.

작용

본 발명의 반응관은 중앙 버너의 양 사이드상에 제공되고, 연소실의 하부에서 아치 형태의 굽힘부를 매개로하여 합쳐지며, 연소실의 종방향으로 정열되어 있다. 따라서 다수의 반응관을 냉각 열 교환기로 연결시키는 헤더가 심플한 형태(제3도)의 짧은 연결관이 된다. 그러므로 반응관 내측에 생기는 활동성분의 불필요한 반응을 억제가능하다. 주가하여, 설치되는 냉각 열 교환기의 수를 줄일 수 있고, 또한 냉각열 교환기로의 반응관을 적절하게 연결시키므로서 구조적 안정성이 보장되기로 한다.

더불어 본 발명에서, 버너가 연소실 천장에 수직적으로 제공되고, 전달 도관이 연소실의 바닥에서 연소 가스 유도 도관을 매개로 하여 제공됨으로서, 연소 가스와 버너 불꽃이 반응관 현수 피팅과 반응관 출구 헤더에 닿지 않게 된다.

따라서 고온가스로 인한 상기 전술된 부분의 손상을 방지할 수 있다.

더불어, 전술된 연소 가스 유입도관이 연소실의 중앙 바닥부에, 바람직하게는 V-형태의 단면으로 제공되고 따라서, 연소 가스의 통로가 연소 가스 유입도관과 반응관의 아치형 굽힘부사이에 형성된다. 따라서 반응관을 균일하게 가열시킬 수 있으므로서 연소가스의 대부분이 벽 표면과 반응관을 따라 평행흐름을 형성하여 흘러가고, 반면에 연소 가스의 일부는 반응관의 굽힘부사이 하향 방향으로 지나간다. 부가하여, 연소 유입 도관과 연결도관이 연소실과 대류 열전달관을 구비한 유출도관 사이에 제공됨으로서, 일정하지 않은 온도를 가진 연소 가스가 유출 도관으로 주입되기 전에 충분히 혼합되어 대류 열 전달관의 각각의 통로를 균일하게 기열하게 된다.

본 발명을 예를들어 좀 더 상세히 설명한다.

예

제1도 내지 제3도는 크렉킹로의 실시예와 부품을 도시하고 있다. 상기 장치는 공동로 몸체(3)로 몸체내에 제공된 연소실(1) 연소실(1) 천장(1A) 중앙부에 수직적으로 제공된 중앙 버너(13), 중앙 버너(13)의 양 사이드에 제공된 사이드 버너(12)를 포함하고, 개별적으로 반응관(7)은 상기 중앙 버너(13)와 각각의 사이드 버너사이에 수직적으로 배치되어 있고, 상기 연소실의 하부에서 아치형 굽힘부(8)를 형성하며, 로몸체(3)의 종방향(A)(제2도)을 따라 열지어 정열되어 있으며, 반응관(7)의 유입부(7')는 순서에따른 굽힘으로 반응관(7)의 열으로 정열되어 있는 파이프(7A)에 연결되어 있고, 반응관 현수 피팅(16)은 이들로부터 반응관(7)을 현수시키기 위하여 연소실의 천장(1A)에 부착되어 있고, 냉각 열 교환기(10)는 연소실(1)의 상부에 제공되며, 반응관 유출 헤더(9)는 냉각 열 교환기(10)로 반응관(7)(이 경우에는 4개의 관)의 유출부를 연결시키거, V-형 연소 가스 유도 도관(18)은 V-형 연소 가스 유도 도관(18)과 반응관(7)의 아치형 굽힘부(8)사이에 형성된 연소 가스의 통로로써 연소실(1)의 중앙 바닥부에 제공되고, 수직 유도 도관(4)은 연소 가스 유도 도관(18)에 연결되고, 대류 열 전달관(11)은 연결 도관(5)을 매개로 하여 수직 유도 도관(4)에 연결된 연소실(1)의 사이드에 있는 유출 도관(6) 위치에 제공된다.

연소실(1)의 내측벽은 내화성 벽ㄷ(2)으로 덮여진다. 반응관 현수 피팅(16)은 평형추(17)에 연결된다. 부가하여 4개의 반응관(7)의 유출부는 제3도에서와 같이, 반응관 유출 헤더(9)에 의해 대용량의 냉각 열 교환기(10)에 연결된다.

이러한 장치에서 나프타와 같은 원료는, 수중가로 보통 혼합되고, 대류 도관(6)에서 열 전달관(11)을 통과하여 지나가면서 예열되고, 연소실(1)의 바닥부에 제공된 유입 파이프(7A)로부터 반응관(7,7')애 공급되어, 연소실(1)의 천장에 있는 중앙 버너(13)와 연료의 열분해 반응을 일으키는 사이드 버너(12)의 복사열에 의해 가열되며, 반응관 유출 헤더(9)로부터 냉각 열 전달기(10)로 주입되고, 여기서 열분해 가스는 냉각된다.

중앙 버너(13)와 시이드 버너(12)로부터 나오는 연소가스(23)는 반응관 현수 피팅(16)과 반응관 유출 가열기(9)를 횡단하지 않고, 반응관(7)와 평행한 흐름으로 벽표면을 따라 흘러 하향으로서 아치형 굽힘부(8)의 관 사이를 통과하거나 연소실(1)의 바닥부에 V형 유도도관(18)과 아치형 굽힘부(8)사이에 형성된 통로를 따라 흘러가고, 수직도관(4)으로 인도되어, 연결도관(5)을 경유하여 대류 열전달관(11)에 제공된 유출 도관(6)내로 주입된다.

이렇게 하여, 반응관 현수 피팅(16)과 반응관 유출 헤더(9)가 연소 가스(23)에,접하지 않고 그리고 버너(12,13)가 천장에 배열되며, 따라서 피팅과 헤더가 각각의 불꽃(14,15)에 접촉되지 않아 고온으로 인한 부품 손상을 막게된다. 부가하여, 아치형 굽힘부(8)가 순차적 굽힘부와 비교하여 큰 반경의 심플한 형태를 취하므로서, 반응관(7)에서의 압력 손실이 적어지고 코킹이 줄어든다. 부가하여, 연소가스(23)가 유도도관(18), 수직도관(4)의 각각의 통로를 따라 흐르는 원료의 균일가열이 가능하므로, 가스는 균일 온도로 혼합된다. 부가하여 반응관(7)이 연소실(1)의 종방향(A)으로 열(row) 배열되어, 반응관 유출 가열기(9)가 적절하고 심플한 형태로 냉각 열 교환기(10)에 연결가능하고, 또한 헤더(9)의 연결관이 짧으므로서, 반응관 내측에 형성된 활동 성분의 바람직하지 않은 반응을 막을 수 있고, 또한 관의 구조적 안정성을 보장할 수 있다.

표 1은 본 발명(예 1)의 장치와 동일 생산력(예 1과의 비교)의 종래 장치를 크렉킹로의 길이, 크렉킹로의 용지면적, 크렉킹로의 벽 표면적 및 크렉킹로 중량에 대하여 비교 표기한 것이다.

[표 1]

표에서 보는 바와 같이, 본 발명의 장치는 종래 장치와 비교하여 30% 이상의 경량이면서, 보다 더 콤팩트한 크렉킹로로 제작될 수 있다.

본 발명에 따라서, 크렉킹로의 길이를 줄일 수 있어 크렉킹로의 용지면적과 벽의 표면적을 줄일 수 있고, 또한 냉각 열 교환기의 수를 알맞게 줄일 수 있어, 장치를 콤팩트하고 경량하게 제조가능하다, 부가하여 버너가 로의 천장에 수직적으로 제공되고 그리고 V형 유도도관이 로의 바닥에 제공됨으로서, 반응관과 버너의 적절한 배열이 일체로 되어 반응관이 균일하게 가열될 수 있다. 부가하여 반응관의 아치형 굽힘부가 심플한 형태이므로, 압력 손실이 감소되고 또한 굽힘부에서 코킹 불편을 감소시킨다.

Claims (6)

1. 공동로 몸체와, 상기 로 몸체내에 제공된 연소실과, 상기 연소실의 상분에 제공된 천장과, 상기 연소실 천장의 중앙에 수직적으로 제공된 중앙 버너와 , 상기 중앙 버너의 양사이드에 수직적으로 각각 제공된 사이드 버너와, 상기 중앙 버너와 각각의 사이드 버너 사이에 수직적으로 배치되어, 상기 연소실의 하부에 아치형 굽힘부를 형성하고, 로 몸체의 종방향을 따라 열을 지어서 정열된 반응관과, 상기 반응관으로 유기 원료를 공급하는 수단과, 상기 연솔로 상부에 제공된 냉각 열 교환기와, 다수의 상기 반응관의 유출구를 상기 냉각 열 교환기에 연결시키는 반응관 유출 헤더와, 그리고, 연소실의 바닥부에 제공되어 연소 가스의 유출도관에 연결되는 연소 가스 유도 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기원료 열 분해용 크렉킹로.
2. 제1항에 있어서, 상기 연소 가스 유도 도관이 V-형의 단면인 것을 특징으로하는 크렉킹로.
3. 제1항에 있어서, 연소가스의 상기 유출 도관에는 상기 반응관으로 공급되는 유기 원료를 예열시키는 대류 열 전달관이 제공되는 것을 특징으로 하는 크렉킹로.
4. 제1항에 있어서, 상기 반응관이 연소실 천장에 부착되어 피팅으로 현수되는 것을 특징으로 하는 크렉킹로.
5. 제1항에 있어서, 상기 중앙 버너, 사이드 버너 및 반응관의 여러 세트가 로몸체의 종방향을 따라 열을 지어 정열되는 것을 특징으로 하는 크렉킹로.
6. 제1항에 있어서, 상기 유기 원료는 탄화수소인 것을 특징으로 하는 크렉킹로.

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