PL71262B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Stone & Webster Engineering Corporation, Boston (Sta¬ ny Zjednoczone Ameryki) Urzadzenie do termicznego krakowania weglowodorów Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do termicz¬ nego krakowania weglowodorów, szczególnie do wytwa¬ rzania olefinów.Znane urzadzenia do krakowania weglowodorów za¬ wieraja dlugie przewody rurowe o stosunkowo duzej srednicy, na skutek czego czas (przebywania w nich krakowanych weglowodorów jest bardzo dlugi a po¬ nadto urzadzenie takie charakteryzuje sie duzym spad¬ kiem cisnienia na dlugosci przewodów rurowych.Wada tych znanych urzadzen jest to, ze podczas kra¬ kowania w nich we^owodorów dawaly maly uzysk olefinów. Celem wynalazku jest skonstruowanie urza¬ dzenia pozwalajacego ina osiagniecie z krakowanych weglowodorów wiekszego uzysku olefinów.Cel ten zostal osiagniety przez opracowanie urzadze¬ nia do krakowania weglowodorów, którego istota po¬ lega na tym, ze ma ono sciany z ognioodpornego ma¬ terialu, tworzace komore grzejna, która ma u góry ka¬ nal wylotowy i zawiera wewnatrz urzadzenia do ogrze¬ wania weglowodorów, zawierajace przewody rurowe o dlugosci 18—65 m i o srednicy wewnetrznej 50—80 mm przeznaczone do przechodzenia przez nie ogrzewanych weglowodorów, przy czym przewody te sa usytuowane w komorze grzejnej przynajmniej w jednym rzedzie w przyblizeniu w równych odleglosciach od dwu naprze¬ ciw siebie usytuowanych scian tej komory, a sciany komory grzejnej maja umieszczone na nich palniki pro¬ miennikowe, o zdolnosci dostarczania ciepla równo¬ miernie do obu stron wymienionych przewodów, w ilo- 10 15 20 sci okolo 5,4 Kcal/godz. na cm2 powierzchni przewodu przy temperaturze wylotowej weglowodorów 820°C.Zaleta urzadzenia wedlug wynalazku jest to, ze dzie¬ ki zastosowaniu wielu palników promiennikowych uzy¬ skuje sie dokladne sterowanie dostarczaniem ciepla przez prosta regulacje doplywu paliwa do palników.Urzadzenie wedlug wynalazku jest przykladowo przedstawione na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia urzadzenie w widoku z boku, z pokazaniem jego konstrukcji wewnetrznej, fig. 2 — urzadzenie wedlug wynalazku w widoku z przodu i w czesciowym prze¬ kroju wzdluz linii A—A z fig. 1, a fig. 3 przedstawia urzadzenie do przeprowadzania krakowania weglowo¬ dorów, w sklad którego wchodzi urzadzenie grzewcze wraz z urzadzeniem chlodzacym.Przedstawione na fig. 1 i 2 urzadzenie wedlug wyna¬ lazku zawiera obudowe, skladajaca sie z metalowej oslony zewnetrznej 14 i ze sciany wewnetrznej 16, two¬ rzacej komore grzejna 17, w której umieszczony jest zespól przewodów rurowych 3—6, do którego dostar¬ czany jest wstepnie podgrzany material poddawany re¬ akcji.Pomiedzy oslona zewnetrzna 14 a sciana wewnetrzna )16 z cegly ogniotrwalej usytuowana jest izolacja ciepl¬ na 15. Komora grzejna 17 jest zasadniczo zamknieta z tym, ze u góry ma kanal wylotowy 13 produktów spa¬ lania opuszczajacych komore. W kanale wylotowym 13 umieszczone sa rury 7 podgrzewania wstepnego, które sa polaczone z zespolem przewodów rurowych 3—6. 7126271262 Rury 7 tworza sekcje ogrzewania konwekcyjnego i od¬ zyskuja cieplo, które mogloby byc stracone.Material, który ma byc ogrzewany, jest wprowadza¬ ny w przewód 1, który jest polaczony z rurami 7, na¬ stepnie przeplywa przez rury 7 podgnzewania wstepne- 3 go, to jest przez sekcje podgrzewania konwenkcyjnego, po czym przez przewód rozgalezny 2 wplywa do sekcji ogrzewania przez promieniowanie.Material poddawany ogrzewaniu jest zatem podgrze¬ wany wstepnie do temperatury ponizej temperatury 10 potrzebnej dla reakcji. W procesach krakowanaia we¬ glowodorów para wodna wprowadzana jest do rury 7 przez przewód 54 i/lub 55 (patrz fig. 3), aby wspomóc odparowanie weglowodorów i by móc regulowac cis¬ nienie czastkowe weglowodorów w sekcji ogrzewania 15 przez promieniowanie.W polozonych naprzeciw siebie scianach bocznych komory grzejnej 17 umieszczone sa palniki promienni¬ kowe 18, o zdolnosci dostarczania ciepla równomiernie do zespolów przewodów rurowych 3—6, w ilosci oko- 2o lo 5,4 Kcai/godz. na cm2 powierzchni przewodu przy temperaturze wylotowej weglowodorów okolo 820°C.Palniki 18 sa zasilane w konwencjonalny sposób ga¬ zem ziemnym lub innym gazem palnym lub tez zdys- pergowanymi paliwami plynnymi poprzez glowice, ru- 25 ry rozgalezne lub oddzielne przewody prowadzace do kazdego z palników.Cala konstrukcja urzadzenia jest wsparta na nogach 22. Czlony 20 i 21 konstrukcji tworza rame stalowa, podpierajaca scianypieca. 30 Zastosowane palniki sa znanego dowolnego typu, które cala ilosc ciepla wydzielaja przez promienio¬ wanie.Przewody rurowe 3a, 3b i 3c sa usytuowane w ko¬ morze grzejnej 17 na przyklad pionowo. Przewody te 35 maja w przyblizeniu 7 m dlugosci i sa polaczone w szeregu za pomoca dwóch ksztaltowników rurowych o kacie 180°, aby utworzyc zespól przewodów rurowych o calkowitej dlugosci w przyblizeniu 27 m. Srednica wewnetrzna przewodów rurowych wynosi przykladowo '40 50 m.Przewody rurowe sa zamontowane w piecu w znany sposób. Rurowe przewody wlotowe 3a, 4a, i 5a i 6a kazdego zespolu przewodów rurowych sa polaczone u góry komory grzejnej 17 z przewodem irozgaleznym 2 :45 a rurowe przewody wylotowe 3c, 4c, 5c i 6c sa pola¬ czone z wylotowym przewodem zbiorczym 11 u dolu pieca. Plaszczyzna, w której umieszczone sa przewody rurowe jest równolegla do i równo odlegla od scian bocznych komory grzejnej 17, w których umieszczone 50 sa palniki 18 (patrz fig. 2).Cztery przewody rurowe 3-Hi, polaczone górnym przewodem rozgaleznym 2 i dolnym przewodem zbior¬ czym 11, tworza jeden zespól przewodów rurowych.Ilosc takich zespolów przewodów rurowych zalezy od 55 zadanej wydajnosci pieca. Urzadzenie zawiera 1—20 zespolów przewodów rurowych korzystnie 4—10.Kazdy zespól przewodów rurowych ma swój wlasny przewód rurowy konwekcyjnego podgrzewania wstep¬ nego i swoje wlasne urzadzenie do szybkiego chlodze- ^ nia goracych produktów reakcji. Gazy spalinowe z sek¬ cji ogrzewania konstrukcyjnego przechodza do komina, który jest przykladowo wspólny dla kilku sekcji kon¬ wekcyjnych. Urzadzenie chlodzace musi byc polaczone bezposrednio z przewodem zbiorczym przewodów ru- '?fc rowych, aiby zapewnic szybki spadek temperatury gazo¬ wych produktów reakcji.Urzadzenie wedlug wynalazku zawiera palniki pro¬ miennikowe, które nagrzewaja powierzchnie przewodów rurowych z przecietnym strumieniem cieplnym 57.106—100-106 cai/godz.m2, korzystnie 63*106—8010& cal/godz*m2. Daje to maksymalna temperature przewo¬ dów rurowych do 1065°C. Cisnienie u wylotu do prze¬ wodów rurowych wynosi 2,1—5,25 kG/cm2 a przy wy¬ locie 1,4—3,15 kG/cm2 korzystnie 2,8—3,5 kG/cm2 przy wlocie i 1,75—2,45 kG/cm2 przy wylocie. Spadek cis¬ nienia wzdluz przewodów rurowych jest maly i wyno¬ si 0,7—2,1 kG/cm2, korzystnie 0,7—1,4 kG/cm2. Jedna z zalet urzadzenia wedilug wynalazku jest to, ze pod¬ grzewany material utrzymywany jest w przewodach ru¬ rowych pod stosunkowo malym cisnieniem. Cisnienie czastkowe weglowodorów u wylotu wynosi 0,35—1,4 kG/cm2, korzystnie 0,7—1,0 kG/cm2.Najkorzystniejsze cisnienie u wlotu przewodów ru¬ rowych wynosi 2,8 kG/cm2, a u wylotu 1,75 kG/cm2.Najkorzystniejsze cisnienie czastkowe weglowodorów u wylotu 0,91—0,98 kG/cm2. Przewody rurowe mieszcza¬ ce w sobie ogrzewany material maja dlugosc 18—63 m, przy czym kazdy zespól przewodów rurowych sklada sie z 2—8 przewodów rurowych o dlugosci 6—13,5 m, polaczonych ze soba za pomoca ksztaltowników ruro¬ wych o kacie 180°, a przewody te maja srednice wew¬ netrzna 50—75 mm.Przewody rurowe maja korzystnie dlugosc 27—45 m i sa zlozone z 3—5 rur o dlugosci 9—12 m, polaczo¬ nych ksztaltownikami rurowymi o kacie 180° w zespól usytuowany w plaszczyznie równoleglej do scian urza¬ dzenia i do palników. Przykladowo zespól przewodów rurowych ma dlugosc 27 m i zawiera trzy przewody rurowe o dlugosci 9 m kazdy. Przewody te maja ko¬ rzystnie srednice wewnetrzna 50 mm.Urzadzenie wedlug wynalazku moze miec jeden lub dwa rzedy przewodów rurowych umieszczonych piono¬ wo lub poziomo. Przykladowo opisane urzadzenie ma jednak jeden rzad przewodów rurowych usytuowanych pionowo.W krakingowych przewodach rurowych o duzym spadku cisnienia, calkowite cisnienie w przewodach ru¬ rowych zmniejsza sie bardzo gwaltownie u wylotu prze¬ wodu. Na skutek tego wykres cisnienia czastkowego w przewodzie rurowym ma maksimum blisko wylotu w strefie intensywnego przetwarzania i ta wartosc maksy¬ malna czastkowego cisnienia weglowodorów jest wiek¬ sza niz cisnienie czastkowe u wylotu przewodów ruro¬ wych, w przewodach rurowych o duzym spadku cis¬ nienia. Stosunkowo duze cisnienie czastkowe weglowo¬ dorów wystepuje zatem w tej czesci przewodów ruro¬ wych, gdzie potrzebne jest niskie cisnienie czastkowe jesli ma byc osiagnieta duza selektywnosc przetwarza¬ nia weglowodorów na olefiny.W urzadzeniu wedlug wynalazku przez zastosowanie przewodów rurowych o malym spadku cisnienia, pod¬ czas gdy stosuje sie te same warunki, jesli chodzi o ilosc wprowadzonej pary wodnej i cisnienie wylotowe, jak w przewodach rurowych o duzym spadku cisnienia, maksimum cisnienia czastkowego wystepuje zwykle u wylotu przewodów rurowych, a nie w strefie silnego przetwarzania. W takim przypadku, gdy maksimum cisnienia czastkowego nie wystepuje wewnatrz przewo¬ dów rurowych, nie jest ono znacznie wieksze niz cis-71262 nienie czastkowe u wylotu przewodów rurowych. Aby uzyskac duza selektywnosc przetwarzania na olefiny w strefie silnego przetwarzania potrzebne jest stosunkowo male cisnienie czastkowe weglowodorów. Przy calkowi¬ tym cisnieniu u wylotu urzadzenia wynoszacym 1,75 — 2,1 kG/cm2 cisnienie czastkowe weglowodorów u wy¬ lotu jest okreslone przez ilosc doprowadzonej pary wod¬ nej na jednostke ilosci weglowodorów i przez ciezar czastkowy gazów wylotowych.Stosunek wagowy pary do weglowodorów powinien wynosic 6,3—1,0, korzystnie 0,5. Przy krakowaniu ben¬ zyny ciezkiej w celu uzyskania etylenu, gdy calkowite cisnienie u wylotu wynosi 1,75 kG/cm2, a stosunek pa¬ ry wodnej do weglowodorów wynosi 0,5, cisnienie cza¬ stkowe weglowodorów u wylotu przewodów rurowych wynosi 0,98 kG/cm2.Dzialanie urzadzenia wedlug wynalazku jest wyjas¬ nione ponizej w oparciu o fig. 3. Weglowodory, na przyklad benzyne ciezka wrzaca w temperaturze 32 — 190°C dostarcza sie przez przewód 1 do rur 7 sekcji wstepnego podgrzewania konwekcyjnego, gdzie zostaja one ogrzane od temperatury otoczenia do temperatury 590—650°C. Do rur 7 sekcji podgrzewania wstepnego, w miejscu gdzie weglowodory sa odparowane w przy¬ blizeniu w 90%, wprowadza sie pare wodna w stosun¬ ku 0,4—0,8 pary wodnej do weglowodorów. Wstepnie podgrzana mieszanine weglowodorów i pary wodnej o temperaturze 590—650°C przekazuje sie nastepnie do przewodów rurowych 3—6, gdzie jest ona podgrzewana do temperatury 900°C u wylotu przewodów rurowych.W podanych warunkach cisnienie czastkowe weglo¬ wodorów u wylotu z przewodów rurowych wynosi 0,84—0,98 kG/cm2. Czas przebywania mieszaniny w przewodach rurowych wynosi 0,20—0,25 sek. Predkosc przeplywu mieszaniny w przewodach rurowych wynosi 0,009—0,013 kG/sek na cm2 przekroju przewodów ru¬ rowych. Cisnienie u wlotu do przewodów rurowych wynosi 3,15 kg/cm2 a u wylotu przewodów rurowych 1,75 kG/cm2. Gorace gazy z przewodów rurowych po¬ daje sie poprzez przewód 12 do urzadzenia chlodzacego z predkoscia 240 m/sek. Gorace gazy o temperaturze 900°C sa wprowadzane do urzadzenia chlodzacego (fig. 3) przez jego otwór wlotowy 43.Ochlodzone gazy sa odprowadzane z urzadzenia chlo¬ dzacego przez otwór wylotowy 45, polaczony z prze¬ wodem 107. W urzadzeniu chlodzacym gazy sa gwal¬ townie ochlodzone w ciagu 10—20 m/sek. do tempera¬ tury 650—760°C, po czym sa podawane do konwencjo¬ nalnych (urzadzen chlodzacych w celu dalszego ochlo¬ dzenia i do konwencjonalnych urzadzen do oddziela¬ nia olefinów w celu oddzielenia etylenu. Cisnienie ga¬ zu w przewodzie 107 wynosi 1,75 kG/cm2. 5 Do urzadzenia chlodzacego z walczaka parowego 100 przez przewody 103 i 108 doprowadzana jest woda chlodzaca o temperaturze 315°C pod cisnieniem 112 JcG/cm2. Woda ta wplywa przez przewód 108 do pier¬ scienia rurowego 49 i plynie w góre rurami 61, w któ- 10 rych jest czesciowo zamieniana w pare. Mieszanina pa¬ ry i wody z pierwszej komory pierscieniowej wyplywa otworem wylotowym 75 w przewody 105 i 104 i stad do walczaka parowego 100. Przeplyw wody chlodzacej przez urzadzenie chlodzace odbywa sie samoczynnie, 15 poniewaz woda ma wiekszy ciezar wlasciwy niz mie¬ szanina pary wodnej i wody. Urzadzenie chlodzace re¬ guluje sie samoczynnie w okreslonych granicach i im wyzsza jest temperatura i predkosc doplywu gazów do urzadzenia chlodzacego, tym wieksza jest predkosc cyr- 20 kulacji wody chlodzacej.Nasycona para o temperaturze 315°C i o cisnieniu 112 kG/cm2 jest odprowadzana z walczaka parowego 100 przez przewód 101 w celu odzyskania energii ciepl¬ nej. Zbiornik wody zasilajacej jest przylaczony do wal- 25 czaka parowego 100 przez przewód 102. PL PL PL

Claims (1)

1.