SU127352A1 - Способ нагрева жидких и газообразных продуктов - Google Patents

Description

В нефт ной промышленности широкое распространение получили такие процессы переработки нефт ного сырь  в псевдоожиженном слое как непрерывное коксование нефт ных остатков в псевдоожиженном слое коксового теплоносител , каталитический крекинг, каталитический риформинг и другие.

Системы с псевдоожиженным слоем характеризуютс  высокой эффективностью теплопередачи от сло  к погруженной в него поверхности нагрева. В зависимости от скорости газа в псевдоожиженном слое, физических свойств и размера частиц величина коэффициента теплоотдачи от сло  к стенке поверхности нагрева может достигать до 600 ккал1м час°С, г по некоторым данным и 1000 ккал1м час°С.

Высока  эффективность теплопередачи от псевдоожиженного сло  к стенке используетс  в р де процессов переработки нефт ного сырь , например, дл  отвода избыточного количества тепла из зоны регенерации установках каталитического крекинга и в других процессах химической технологии с псевдоожих енном слоем. Однако теплопередача от исевдоожиженного сло  к стенке еше не получила широкого применени  в промышленных масштабах, хот  дл  этого имеютс  большие возможности .

В описываемом изобретении предлагаетс  использование теплопередачи от псевдоожиженного сло  к стенке поверхности дл  нагрева различных видов жидкого и газообразного сырь  в трубчатых печах.

Перспективы получени  больших количеств порошкообразного нефт ного кокса в процессе коксовани  нефт ных остатков нар ду со зна№ 127352-2-

чительными ресурсами угольной мелочи, образующейс  при добыче угл , а также высока  эффективность теплопередачи от псевдоожиженного сло  к степке поверхности нагрева привод т к целесообразности разработки различных конструкций нагревателей с псевдоожиженным слоем сжигаемого пороц1кообразного топлива дл  нагрева жидких и газообразных продуктов (нефти, дестиллатных и остаточных нефтепродуктов , продуктов химических производств, нефт ного газа, пара, воздуха и др.) и проведени  химических реакций.

Предлагаемые нагреватели с псевдоожиженным слоем сжигаемого порошкообразного твердого топлива в зависимости от назначени  и производительности могут иметь различное конструктивное оформление и их можно подразделить на два основных типа: 1) нагреватели с горизонтальным расположением труб, 2) нагреватели с вертикальным расположением труб.

Нагреватели этих типов могут быть как с одной, так и с несколькими секци ми псевдоожиженного сло , различающимс  по тепловому режиму. Нагреватели первого типа могут иметь как параллельное, так и последовательное секционирование сло , а в нагревате.т х второго типа целесообразно лищь параллельное секционирование сло . В цел х эффективного использовани  теплы дымовых газов, покидающих псевдоожиженный слой сжигаемого топлива, нагреватели могут иметь камеру конвекции с высокими скорост ми отход щих дымовых газов. При значительном содержании в отход щих дымовых газах окиси углерода должен быть, осуществлен дожиг ее в двуокись углерода.

Ниже рассматриваютс  варианты конструктивного оформлени  нагревателей с псевдоожиженным слоем сжигаемого нефт ного кокса на примере нагрева нефти.

1. Нагреватели с горизонтальным расположением труб На фиг. 1 представлена принципиальна  конструкци  односекционного нагревател  с камерой конвекции. Нагреватель представл ет собой аппарат пр моугольного поперечного сечени , выложенный внутри огнеупорным кирпичом. Наружна  кладка нагревател  выполнена из изол ционного кирпича. Снаружи нагреватель облицован листовой сталью. Порошкообразный нефт ной кокс лежит на металлической решетке или на днище, выложенном из пористого кирпича, под которое подаетс  идущий на горение и псевдоожижение кокса воздух. Пройд  через отверсти  днища, воздух входит в псевдоожиженный слой. Кислород воздуха вступает в реакцию окислени  с коксом, а выход щие из сло  дымовые газы, пройд  через камеру конвекции, выбрасываютс  в атмосферу. Дл  улавливани  и возврата в нагревате.чь уносимой с дымовыми газами коксовой пыли может быть использована циклонна  система пылеулавливани . Подача в нагреватель новых порций кокса взамен сгоревшего производитс  по нескольким трубам, расположенным по периферии, и регулируетс  автоматически, например, по перепаду давлени  в псевдоожиженном слое.

Нагреваема  нефть поступает в трубы конвекционной секции, а из них -в трубы, расположенные в псевдоожиженном слое. Проход  по трубам , нефть нагреваетс  до заданной температуры и выходит из нагревател .

На фиг. 2 показана принципиальна  конструкци  многосекционного нагревател  с параллельным секционированием сло . Отличие этого нагревател  от представленного на фиг. I состоит лишь в том, что он разделен перегородками на несколько параллельных секций. Перегородки имеют высоту, несколько большую высоты псевдоожиженного сло . В перегородках имеютс  перетоки, по которым кокс из одной секции

перетекает в другую секцию. Расход возуха в каждой секции нагревател  устанавливаетс  и регулируетс  независимо от его расхода в других секци х. Благодар  этому тепловой и гидродинамический режим, а следовательно и теплова  производительность каждой секции не зависит от режима работы других секций. Подобного типа нагрева1ель может быть рекомендован дл  нагрева как одного, так и нескольких независимых потоков жидкости или газа.

На фиг. 3 представлена принципиальна  конструкци  многосекционного нагревател  с последовательным секционированием сло . Несколькими горизонтальными перегородками из пористого кирпича или металлическими решетками нагреватель разделен на несколько секций, расположенных одна над другой. Порошкообразный нефт ной кокс пост пает в верхнюю секцию и по переточным устройствам перетекает в нижележаш .ие секции. Воздух, идуш,ий на горение и псевдоожижение кокса , поступает под решетку нижней секции и проходит последовательно через все секции. Дополнительный воздух подаетс  во все другие секции . Высота псевдоожиженного сло  во всех секци х, включа  и верхнюю , поддерживаетс  посто нной при помош,и саморегулируюпд,ихс  переточных устройств. Таким образом, подача кокса на верхнюю секцию автоматически устанавливаетс  равной количеству сгорающего в нагревателе кокса.

Переточные устройства представл ют собой трубу с установленным на определенном рассто нии от ее обреза диском. При правильном выборе геометрических размеров трубы и диска уровень псевдоолсиженного сло  поддерживаетс  на уровне обреза трубы в достаточно большом диапазоне изменени  расхода кокса с данной секции. Работа таких саморегулируюш,ихс  переточных устройств в достаточной степени изучена и они с успехом примен ютс  в реакторах и регенераторах каталитического крекинга.

Благодар  движению порошкообразного топлива сверху вниз и его горению, более интенсивному в нижней секции, средний размер час1иц в секци х уменьшаетс  по направлению сверху вниз. В нижней секции наход тс  самые мелкие частицы топлива, которые постепенно сгорают полностью, а взамен их с вышележащей секции поступают более крупные частицы. В св зи с тем, что в верхней секции нагревател  наход тс  самые крупные частицы, их унос при наличии циклонной системы пылеулавливани  практически отсутствует.

Регулировка тепловой производительности каждой секции нагревател  осуществл етс  изменением расхода воздуха, поступающего под нижнюю секцию и под каждую выщележащую секцию. Благодар  достаточно широкому диапазон} скоростей, обеспечивающих достаточную степень псевдоожил ени , и возрастанию размера частиц снизу вверх теплова  производительность нагревател  и каждой его секции может измен тьс  в 5 и даже более раз. В цел х повыщени  к. п. д. нагревател  представл етс  целесообразным в верхней секции избегать сжигани  порошкообразного топлива и дл  нагрева продукта в этой секции использовать тепло псевдоожиженного сло , нагретого отход щими с нижележащей секции дымовыми газами, практически не содержащими кислорода. В этом случае к. н.д. нагревател  будет значительно выше, чем у нагревател  с обычной конвекционной камерой. Предлагаемый нагреватель может быть использован как дл  нагрева одного потока жидкости или газа, поступающего в верхнюю секцию и выход щего из нижней секции, так и дл  нагрева нескольких независимых потоков продукта . Последнее представл етс  возможным благодар  полунезависимой регулировке теплового режима в каждой секции.

-3-№ 127352

№ 127352-4-

2. Нагреватели с вертикальным расположением труб.

Одна из возможных конструкций односекционного нагревател  с вертикальным расположением труб представлена на фиг. 4. В данном нагревателе соединение труб глухое. Нагреватели с вертикальным расположением труб могут быть многосекционными, с параллельным расположением секций.

Регулировка тепловой производительности всех типов нагревателен с псевдоож женным слоем сжигаемого топлива, производитс  путем изменени  расхода воздуха на горение. При этом нар ду с гидродинамическим режимом в псевдоожиженном слое может измен тьс  и температурный режим. Как уже отмечалось, подобный метод регулировки позвол ет измен ть тепловую производительность нагревателей в довольно широких пределах (в.5 п более раз). Кроме того, во всех нагревател х , кроме многосекциопных с последовательным секционированием сло , теплова  производительность может регулироватьс  также и изменением поверхности погруженных в псевдоожиженный слой труб, т. е. изменением высоты псевдоожиженного сло .

Пуск нагревателей с псевдоожиженным слоем гор щего топлива осуш,ествл етс  путем прогрева сло  гор чими дымовыми газами, обрззуюпдимис  в пусковых газовых печах, с последующим переходом па воздущпое дутье. Подобный метод разжига псевдоожиженного сло  топлива в нефт ной промышленности освоен и примен етс  в регенераторах .промыщленных установок каталитического крекинга и коксонагревател х установок непрерывного коксовани .

Основными достоинствами печей предлагаемого типа  вл ютс :

1)высокий коэффициент теплопередачи и, как следствие этого, высока  теплонапр жепность поверхности нагрева при сравнительно невысоко разности температур между псевдоожиженным слоем гор щего порошкообразного топлива и нагреваемым продуктом; при средней разности температур 200°С теплонапр женность поверхности нагрева может достигать величины более 100000 ккал/м -час, что примерно в 2 раз  превьщает теплонапр женность поверхности н грева оадиантных труб современных трубчатых печей дл  нагрева нефтепродуктов г; в 4-6 паз превышает среднюю теплонапр женность труб этих печей:

2)небольша  величина поверхности нагрева и более низкий расход металла по сравнению с современ-ными трубчатыми печами; 3) компактность; 4) использование менее п,енного твердого топлива; 5) более низкие температуры теплопередаюшей среды, а следовательно, более высока  продолжительность срока службы труб.

Предмет изобретени 

Способ нагрева жидких и газообразных продуктов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  теплопередачи и увеличени  производительности нагревательных печей, нагрев продукта осуществл ют через поверхность нагрева, погруженную в псевдоожиженный слой сжигаемого порошкообразного топлива.

вход измельченного топлива токс

Выход дымобык газоё

Вход нагребаепого продукта

Вход изпельченного топ/шва iHOKCi

Выход . npodt/кта

о оооо

о ооооо|

оо ооо

Вход изкеаьченноео топаиоа (кокса)

о о оооо

О/.6; о оло ;

.ci. .6;. .р .. о.--р-. ;.-.р.-.р.--о -а- . ;. Q;.;Q--P: :о.-.: .о jo: OI-.-O--Q. . oi.--:о.. О;.о.. р ...;-6.-.о:-.р ...p-io. .о: Ъ;... ; 6;-;-р.-р-.-.о.,);V .. о o--o--6-:Q

Ч1ХХЧ-ХЛХ XI

У у   Х ЧУчР У члз ч.

Выход ЗщпоВьа газод

Вкод продукта

ООООО (х о оооо о оооо

Фиг. 2

Вход иэнелма .. топпиби IKOKCI

Выход дымобых гааоо

Вход простата

й-vp.-r.o; .О-.Ь.-б-:/qi .;. о: о . . о; -.о. . р; с( :

-вход доздука

.о/. ;.&: Ъ: у.о; vq;,-;o.; о; .; а;-о :-.b ;-cj;:;-Q-..

;o;;.Q-;.:Q: o-;o p-,

ВымЗ npoSu rrs ;;vq ; D;;vO Vb-:-b.;-.-i4i:

vTИ «VSУ S XГ йS T w

Фиг.

Вход гахо апельчеююео

топлиВа

ЯрО&АИЛГ

(кокса)

Выход дыновьа

o ooccfcr - Вход

Выход проЛ/ктаВход баздут