TWI373519B - Cracking furnace - Google Patents

Description

1373519 .· ⑴ 九、發明說明 . 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種裂解爐，其用於在存有蒸氣之環境中 (熱）裂解一於蒸汽相中之碳氫化合物餵料。本發明進— 步有關一種用於在存有稀釋氣體、特別是蒸氣之環境中（ 熱）裂解一於蒸汽相中之碳氫化合物餵料的方法。 φ 【先前技術】 裂解爐是一乙嫌工廠之最重要部份。於這些裂解爐中 ’包含一或多種碳氫化合物型式之餵料藉著碳氫化合物之 裂解被轉換成一裂解產物氣體。碳氫化合物餵料之典型範 例是乙院、丙院、丁院、石油腦、煤油及大氣及真空氣體 油料。 ' 用於在較高溫度下轉換碳氫化合物之製程已知達數十 年。於1939年發表之美國專利第2,182,586號敘述一種流 φ 體碳氫化合物油之熱解轉換用之反應器及方法。其使用一 水平配置之單一反應器管子（該公告專利提及“各管子” ，但這些管子係以串聯流動之連接方式連接及如此事實上 形成單一管子），並導致相當長之停留時間，該等長停留 - 時間是液體碳氫化合物油之熱裂解製程中所常見者，以改 - 善汽車燃料品質、諸如減黏裂解製程。用於像蒸氣裂解之 一製程或用於像蒸氣餵料之裂解，未論及所敘述之電熱器 之使用。反之，避免過度之裂解及過度之氣體形成。 1 943年發表之美國專利第2,3 24,5 5 3號顯示用於碳氫 -5- (2) (2)1373519 化合物之熱解轉換的另一加熱器，其中該反應器導管係由 水平地定位在該加熱器中之串聯連接"管子”所形成。於 所述製程中，油係通過該管子至一低於活性裂解溫度之溫 度β WO 97/2 8 23 2敘述一裂解爐，其用於在一螺旋管中熱 裂解一液體碳氫化合物餵料。該裂解爐據說用於焦炭形成 具有一減少之敏感性及一增加之液體停留時間。其未揭示 使用蒸氣裂解之裝置。 在存有蒸氣之環境中，蒸氣裂解係碳氫化合物之熱裂 解的一特定形式，並具有特定之製程動力學及其他製程特 徵。在其中，該碳氫化合物餵料是在存有蒸氣之環境中於 該蒸汽相中熱裂解。該裂解係在比應用於液體碳氫化合物 油之溫和裂解遠高嚴格之條件下進行，以改善流體品質。 蒸氣裂解爐包含至少一爐膛（亦已知爲一放射區段），其 包含若干用於加熱該內部之燃燒器。若干反應器管子（已 知爲裂解管或裂解盤管）係設置穿過該爐膛，而該餵料能 通過該管子。該管子中之蒸汽餵料被加熱至一高溫，致使 發生分子之快速分解’並產生想要之輕烯烴，諸如乙烯及 丙烯。碳氫化合物餵料及蒸氣之混合物典型進入該反應器 管子’如一在大約攝氏600度之蒸汽。於這些管子中，該 混合物通常藉著由該等燃燒器中之點燃燃料所釋放之熱量 被加熱至大約攝氏850度。該等碳氫化合物在該加熱管中 反應及被轉換成一氣體產物，並富含主要烯烴，諸如乙烯 及丙烯。 -6 - (3) (3)1373519 於·裂解爐Φ ’該反應器管子可在一或更多通道中呈垂 直地配置。於該技藝中，亦使用裂解盤管一詞。可提供一 或多個可爲完全相同或不完全相同之裂解盤管，以形成一 爐腔之總輻射反應器區段。傳統上，乙烯裂解管被配置在 —流道之爐膛中’其中該流道藉著燃燒器被由兩側面加熱 〇 itb —流道可爲於一所謂直列式配置，藉此所有該反應 器管子本質上被配置於相同之垂直平面中。可替代的是， 於此一流道中之管子可爲所謂交錯式配置，藉此該等管子 被配置於二本質上垂直之平行平面中，藉此該等管子被朝 向彼此地配置於一三角形間距中。此一三角形可爲設有等 邊（亦即等邊三角形間距）或設有被稱爲一延伸間距之不 等邊。 此一延伸間距架構之範例是等腰三角形間距、直角三 角形間距、及任何其他非等邊之三角形間距。此一具有延 伸間距的裂解爐之範例係GK6TM (看圖1 )，其特色爲一 於雙重流道盤管配置中之等腰非等邊三角形間距。於該 GK6裂解爐中，二流道之套組係藉著位於該底部及/或側 壁中之燃燒器5由兩側加熱。該入口區段（延伸自入口 4 )及出口區段（延伸自出口 3)本質上藉著該等燃燒器5 同樣地加熱。 吾人已發現這導致較少之最佳裂解條件。吾人認爲這 是由於一項不是如此有利之熱量分佈。該裂解製程係一吸 熱製程，且需要將熱量輸入該餵料。對於該裂解製程之性 (4) 1373519 能（選擇性），其想要的是最大化至該裂解盤管（管子） 之入口區段的熱量輸入。因此，該等本發明家尋找一方式 ，以變更熱量之輸入該裂解管。 此外，吾人已發現一習知裂解爐之使用，其用於在存 有蒸氣之環境中（熱）裂解一碳氫化合物蒸汽，藉此形成 乙烯、丙烯及/或一或多個其他烯屬烴（亦稱爲烯烴）， 導致用於該裂解盤管總成之機械式穩定之更少有利條件。 Φ 該等本發明家體認到由於該入口區段在該交錯式流道 之一側面比在該交錯式流道之另一邊的出口部分區段具有 不同溫度條件及熱分佈狀態之事實，不同之熱應力及熱蠕 變狀態存在於該入口區段及該出口區段之間。蠕變係不可 逆之膨脹，並發生在加熱一金屬時。蠕變係由於在該金屬 內側加熱的熱應力之結果。當加熱任何材料時，熱應力（ 藉著熱膨脹所造成）係可逆之現象。‘兩種現象在該盤管之 設計中必需留意，且於該裂解.盤管機械規劃中造成上面論 φ 及之限制。 因此，此交錯式盤管配置通常被視爲較不適於蒸氣裂 解爐，以轉換諸如乙烷之輕碳氫化合物氣體。於乙烷之蒸 氣裂解中，由於在該盤管內側之碳沈積的頑強本質，熱應 ♦ 力及熱蠕變中之過份不均衡可造成管子彎曲或甚至盤管裂 • 開。然而，甚至以一傳統上應用在乙烷裂解技藝中之直列 式配置，此一配置需要一在該入口、出口及底部之複雜的 盤管支撐系統，而爲補償該熱應力及熱蠕變所需。於裂解 較重之蒸汽碳氫化合物中亦是如此，在此一具有可變調整 -8- 1373519 參數之適當設計盤管支撐系統的充分延伸交錯式配置可爲 適當的。然而，需要持續之操作員注意，以萬一有不同操 作條件及於該反應器爐之運轉壽命期間調整支撐系統設定 ，因盤管尺寸及強度隨著時間流逝而蠕變之結果所改變。 在用於（蒸氣）裂解一碳氫化合物之方法中，吾人已 發現熱量之輸入能以特定之方式藉著設計該裂解盤管之入 口及出口區段被變更。 再者，.吾人已發現該盤管之熱穩定性可藉著設計該裂 解爐以特定之方式所改善，尤其該裂解爐之爐膛中之裂解 盤管的入口及出口區段。 【發明內容】 因此，本發明有關一種用於裂解碳氫化合物餵料之方 法，其包括使包含碳氫化合物及稀釋氣體、特別是蒸氣之 餵料在裂解條件之下通過爐膛中之至少一裂解盤管（於該 優先權申請案中亦稱爲裂解管），其中每一該盤管之出口 區段係比該盤管之入口區段有更多熱屏蔽。 於根據本發明之蒸氣裂解方法中，包含蒸氣及碳氫化 合物之餵料通常被當作一蒸汽或氣體餵至該盤管。除非另 外指定，否則分別在此所使用之“蒸汽”、“像蒸汽”一 詞分別包含“氣體”、“像氣體”。 此外，本發明有關一新穎之裂解爐，其適於裂解碳氫 化合物，特別是於一根據本發明之方法中。 因此，本發明進一步有關一裂解爐（用於蒸氣裂解一

(6)1373519 碳氫化合物餵料>，其包含至少一設有複數裂解盤 膛，該盤管包含至少一入口區段及至少一出口區段 膛包含該裂解盤管之出口區段之至少一流道、該裂 之入口區段之至少二流道、及燃燒器之至少二流道 出口區段之至少一流道係位於入口區段之至少二流 ，且入口區段之流道位於燃燒器之至少二流道之間 燃燒器之流道通常本質上是彼此平行。該等燃 常被安裝在該爐膛之底部及/或側壁及/或頂點中 合適之裂解盤管（亦稱爲裂解管）大致上係已 等盤管可由一或多支圓柱形管狀導管所形成，較佳 有一圓形或橢圓形剖面。該等導管可藉著連接裝置 ，諸如、但不限於連接管及彎頭，以提供若干通道 在圖3B及圖6B中所示。一裂解盤管可由複數接合 之管狀導管所形成，譬如具有一“像m之形狀”或 之形狀”，其中該外側腿部代表安裝在單一出口區 入口區段’並藉著該w/m之中心腿部所表示。於 及於圖8(W形）中顯示特別合適之範例，其中管 合在一起，以形成一裂解盤管。於該技藝中，此裂 一般係已知爲“分流盤管”設計。 每一該等盤管大致上具有至少一入口及至少一 該盤管之入口係一導管，於使用期間，該餵料經由 進入該裂解盤管及通常藉此進入該爐膛；該出口係 ，於使用期間，該產物經由該導管離開該裂解盤管 常藉此離開該爐膛。該出口可與另一處理設備連接 管之爐 ，該爐 解盤管 ，其中 道之間 〇 燒器通 〇 知。該 地是具 所連接 ，例如 在一起 “像W 段中之 ，圖 5 D 子被接 解盤管 出口。 該導管 該導管 ，且通 ，諸如 -10 - (7)1373519 、但不限於熱交換器及/或猝滅器。 一盤管之入口區段係該盤管之第一部份（於該縱向中 )，其位在該爐膛內側，並由該盤管之入口開始進入該爐 膛。其可向上延伸至該出口區段之開頭處。特別地是，其 係比該出口區段更少熱屏蔽之部份。於一較佳具體實施例 中，該入口區段是該盤管之一部份，其當操作該裂解爐時 熱屏蔽該盤管之出口區段。

一盤管之出口區段係該爐膛內側盤管之最後部份（於 該縱向中），並終止在該盤管離開該爐膛之出口。特別地 是’其係比該入口區段更多熱屏蔽之部份。其可向上延伸 至k入口區段之端部或至一連接入口區段及出口區段之中 介區段（諸如U形彎頭，如下文將討論者）。

通常，複數裂解管係彼此連接，以形成一用於該餵料 之平行的流動路徑。如此，與一設計成對比，其中該等“ 管子”係以串聯方式連接’且其中該餵料進入第―“管子 且被局部轉換’及此後進入一隨後之“管子”，對於每 一管子’本設計允許在每一管子入口之饌料流的成份本質 上是相同的。這允許短停留時間及藉此有高產量。於使用 期間’如果想要，複數裂解管可如此由分成若干餵料流之 單—容器或導管餵入’餵入至一裂解管之入口及的每—裂 解管/或經由該出口離開該複數管子之產物流可再次結合 進入單~~導管或容器。 —實體（諸如盤管區段）被“熱屏蔽”〜詞在此係定 義爲阻止熱量被傳送進入該實體。此名詞係特別在此用於 -11 - (8) 1373519 指示於裂解爐之操作期間阻止該燃燒器所產生之熱量被傳 送進入該屏蔽實體之程度。於燃燒器之操作期間，與一盤 管架構作比較，關於比該等盤管之入口區段更多熱屏蔽之 盤管出口區段，這特別意指在該盤管之出口區段傳送進入 該裂解盤管之熱量比在該盤管之入口區段傳送進入該裂解 盤管之熱量轉移更有利，藉以使此屏蔽不會發生或更少發 生。 φ 本質上直立一詞在此被用於指示一實體（諸如一盤管 /管子或其一部份、一流道、一壁面等）於使用期間至少 係在一與水平表面（通常爲該爐膛之地板）呈超過45度 之角度、特別是在超過80度之角度、較佳地是在大約90 度之角度。 本質上水平一詞在此被用於指示一實體（諸如一盤管 /管子或其一部份、一流道、一壁面等）於使用期間至少 係在一與水平表面（通常爲該爐膛之地板）呈少於45度 φ 之角度、特別是在少於度之角度、較佳地是在大約0 度之角度。 本質上平行一詞（用於幾何學之意義）在此被用於指 示一實體（諸如一管子或其一部份、一流道、一壁面等） 於使用期間至少係在一與另一實體呈少於45度之角度、 特別是在少於I 〇度之角度、較佳地是在大約0度之角度 ，該實體被稱爲本質上平行於另一實體。 如在此所使用者，“大約”等一詞係特別界定爲包含 高達百分之10的偏差、更特別是高達百分之5。 -12- (9) (9)1373519 根據本發明之方法及本發明之一裂解爐分別可提供數 個優點。 一盤管之出口區段被特別藉著該入口區段由該等燃燒 器熱屏蔽，這是有利的，其理由將在在下面詳細討論。由 於對該入口區段之熱工作效率增加，並以支付一裂解盤管 之出口區段之的熱工作效率爲代價所發生，需要更少之停 留時間，以抵達某一餵料轉換。當分析一應用本發明之裂 解爐時，這將允許該裂解爐設計家應用一較短之停留盤管 設計。由於較短之停留時間，以形成不想要之副產物爲代 價，該反應動力學有利於該想要產物之形成，諸如乙烯。 因此，需要更少之餵料數量，以產生想要產物之一給定數 量，例如乙烯。 該屏蔽作用可利於在該盤管之出口區段減少焦炭之形 成，這焦炭形成是裂解爐連續開工時間中之一項限制因素 〇 由此，在其需要停止該裂解爐之裂解操作以便能夠讓 該裂解爐淸焦之前，該裂解爐能運轉較長時間。可替代的 是，取代延長裂解爐之操作，該裂解爐之容量能增加。 【實施方式】 該等發明家已經體認到藉著該入口區段屏蔽該出口區 段，並視情況與其他因素（如下文所討論者）結合，將有 利於該盤管之一改善機械穩定性，這亦在升高之溫度下， 特別當在普通用於蒸氣裂解之條件下使用時，諸如該盤管

-13- 1373519 do) 之加熱至大約攝氏850度或更高之溫度（亦即在盤管壁面 之外部表面的溫度）。該溫度甚至可上昇至大約攝氏110〇 度或更高’特別是當該裂解爐正接近該運轉狀態之末端及 一裂解爐淸焦操作變得需要時。該等盤管之此一高溫通常 相當接近（由諸如高合金鎳鉻材料）所製成盤管材料之熔 點。特別在此高溫條件之下，由熱應力所造成之蠕變變成 一重要因素，並使一傳統裂解爐中之堅固盤管總成之設計 φ 複雜化。在此極高之升起溫度下，小到攝氏10度之金屬 溫度變化業已是重要之設計參數。 不受理論所限制，吾人認爲既然該入口區段接近該等 燃燒器，在該入口區段之盤管壁面溫度將增加。以較高溫 度之入口區段’該入口區段之蠕變以及熱膨脹增加，且將 較接近至該盤管出口區段之蠕變及熱膨脹（其中該壁面溫 度係大致上比該入口區段中之溫度較高）。由於該入口區 段及該出口區段間之蠕變及/或熱膨脹中之差異，減少該 Φ 輻射狀盤管於操作期間之變形。 較佳地是，該等盤管之入口區段的流道、該等盤管之 出口區段、及該爐膛中之燃燒器在幾何學上係本質上彼此 平行地定位》 較佳地是，該管子之出口區段及入口區段在幾何學上 係本質上彼此平行地定位，且至少於使用期間本質上直立 地定位。 應了解特別是連接入口區段及出口區段之盤管的中間 區段（諸如U形彎頭8，看圖8 C )(之部份）可本質上非 -14- (11) 1373519 直立地定位。 較佳地是，該裂解盤管係以交錯式架構配置，特別是 一非延伸式或延伸交錯式架構。 燃燒器之流道通常本質上是彼此平行。該等燃燒器通 常被安裝在該爐膛之底部及/或側壁及/或頂部。如此， 所有燃燒器可定位於該底部、該側壁或該頂部中之任一處 ，或燃燒器可安置在底部及側壁、在底部及頂部、在側壁 φ 及頂部，或燃燒器可安置在該側壁、在該底部、及在該頂 部。 於一較佳之裂解爐中，至少若干該等燃燒器是定位在 該地板及/或在該頂部上。 該裂解盤管可適當地配置於交錯式或延伸交錯式配置 中，使得吾人能於該盤管規劃中獲得高度對稱性。 除了改善之屏蔽性及/或改善之熱穩定性以外，由於 能減少該等管子、及該三或更多流道架構間之空間，其可 • 能使每爐膛體積實現更多之裂解能力。與一傳統設計之裂 解爐作比較，特別可預見的是於相同之爐膛體積中能獲得 百分之10至20的容量增加。 再者’已發現基於本發明之一裂解爐亦當暴露至大溫 度變化時能顯示良好之機械穩定性。其結果是，需要遠較 簡單及較不易受操作員影響之管子支架，以將該等管子固 定至一爐膛壁面。 特別地是，一裂解爐可設有不須分別在該底部（當該 入口/出口是在或接近該爐膛之屋頂時）或在該頂部（當 -15- (12) (12)1373519 該入口/出口是在或接近該爐膛之底部時）以引導輔助器 支撐之裂解盤管，其中該入口區段本質上係相對該對應之 出口區段對稱地定位。如此，該爐膛中之盤管可分別很適 當地獨自懸垂或獨自站立。 用於良好之機械對稱性（及藉此有改善之熱穩定性） · ’該爐膛較佳地是包含所謂分流盤管之裂解盤管，亦即裂 _ 解盤管在每出口區段包含數個入口區段，其中該入口區段 係相對該出口區段（大約）對稱地定位。 此分流盤管較佳地是選自每出口區段包含一偶數區段 之盤管，其中該出口區段之一部份（較佳地是半邊）形成 該出口區段之第一流道，且該出口區段之另一部分（較佳 地是另一半）形成該出口區段之第二流道，該等流道位在 入口區段之流道的相向兩側。 分流盤管之較佳範例係包含2入口區段及1出口區段 (2-1配置（諸如大槪m形/ W形盤管））之裂解盤管， 及包含4入口區段及1出口區段（4-1配置）之裂解盤管 〇 於應用本發明之分流盤管設計中，減少該等盤管由於 -入口區段及出口區段間之膨脹差異及蠕變所造成之彎曲， 這局部因爲之前所述之屏蔽效應，局部因爲該盤管所造成 機械設計之侷限，因此對於每一個別之盤管，該入口端係 安置在該二外部流道中，且該盤管之出口區段被安置在該 內部流道中，並導致一高度對稱之盤管設計。因此，此系 統能夠被很好地操作，而不需一用於該裂解盤管之引導系(J) -16- (13) 統，在該技藝中，該引導系統通常被用於引導 至該地板（如果入口/出口是在或接近該屋頂 (如果入口/出口是在或接近該地板）。 較佳地是設計該分流盤管，使得至少二入 上被平均地設在每一出口區段之相向兩側上， 本質上對稱之盤管設計（諸如圖8A及8B之任 ’其將在下文詳細地討論）。 本發明係極適合在存有蒸氣之環境中用於 物餵料之裂解，亦即蒸氣裂解。 藉著混合該碳氫化合物餵料與蒸氣及引導 過上面論及裂解爐中之管子，可很適當地進行 之方法。 如爲所要，則在比於一習知裂解爐中較高 ’按照本發明已發現碳氫化合物饌料可很好地 地是，本發明用在乙烯之生產係很有利的，並 丁二嫌及/或芳香族當作可能之副產物。 待裂解之碳氫化合物餵料可爲任何氣體、 體之碳氫化合物餵料或其一組合餵料。合適之 含乙烷、丙烷、丁烷、石油腦、煤油、大氣式 真空氣體油料、重蒸餾液、氫化氣體油料、氣 及任何這些餵料之混合物。本發明特別適合裂 烷、丙烷及氣體碳氫化合物之混合物的氣體。 適合裂解已汽化之較重餵料，諸如液化石油氣 輕油（Naphta)及氣體油料。 該裂解盤管 )或該屋頂 口區段本質 藉此實現一 —圖面所示 一碳氫化合 該混合物經 根據本發明 之熱密度下 裂解。特別 具有丙烯、 像蒸氣、液 餵料範例包 氣體油料、 體濃縮物、 解一選自乙 本發明亦很 (LPG )、 -17 - (14) (14)1373519 相對一用於該技藝中習知之蒸氣裂解的裂解爐，其已 進一步發現一裂解爐可根據本發明在一遠較高之熱密度下 運轉。對於相同容量所採用之資金成本，這是特別有利的 ，因爐膛尺寸能減少，或可替代的是，用於相同之尺寸， 能獲得遠較高之乙烯生產（或另一產物），藉此減少給一 世界級蒸氣裂解爐工廠餵料所需之裂解爐之數目。譬如， 其可預見的是在基於具有一千四百萬公噸之年度乙烯最大 生產量的石油腦原料之世界級蒸氣裂解爐工廠中，使用傳 統技藝（諸如GK 6 )之裂解爐數目將是至少9個（8個運 轉，一個備用）。其可預見的是根據本發明之7個裂解爐 足夠用於相同之年度乙烯最大生產量（6個操作中，一個 備用）。其已發現根據本發明之裂解爐能以橫越該出口區 段之相當低的溫差操作，且如此具有一相當高之等溫性。 於一傳統裂解爐之傳統製程中，於一裂解製程中，橫越該 盤管出口區段之最後管子的氣體上昇溫度典型是約攝氏 60-90度，反之，於一根據本發明之裂解爐中進行的類似 製程中，該溫度上昇通常較少，典型約攝氏50_80度。如 此，本發明允許在溫度上昇中減少大約攝氏I 0度，這在 能量上係有利的。 如此，相較於一類似沒有屏蔽出口區段之裂解爐，該 平均製程溫度可爲相當高，並允許一相當短之停留時間， 以產生一特定之餵料轉換。例如，用於GK6TM裂解爐之停 留時間典型是0.20-0.25秒，反之在一用於本發明裂解爐 中之類似製程中，該停留時間可減少至約0.17-0.22秒。 -18- (15)1373519 如此，比起一 GK6TM裂解爐，本發明允許停留時間減少大 約百分之15，以達成一特別之轉換。 其亦已發現於根據本發明之一裂解爐中，分別以一根 據本發明之方法，一非常好之反應選擇性係合理的，並顯 示一相當低之形成不想要副產物的趨勢。 一 GK6TMS解爐之典型熱流量分佈圖及一在類似情況 下用於根據本發明裂解爐的分佈圖係顯示在圖2A中（由 SPYRO®所模擬，一常用於該乙烯工業中供模擬裂解爐之 模擬工具）。按照本發明，當在相同之裂解程度或轉換下 裂解全範圍石油腦時，其已計算出在此範例（比起GK6tm )中該盤管能力於產量中增加約百分之10-15、於運轉長 度中增加百分之40、及/或於烯烴選擇性中增加百分之 再者，相較於一些習知裂解爐，已發現根據本發明之 一裂解爐能在該裂解盤管內側以低趨勢之焦炭形成運轉， 尤其在該裂解盤管之出口端。如此，本發明允許該裂解爐 有一高度可利用性，因可增加移除焦炭之隨後維修時期間 之間隔。 於根據本發明之一裂解爐中，該盤管之出口區段被有 利地定位在至少一流道之爐膛中，而至少一流道係在燃燒 器之第一流道及燃燒器之第二流道之間。爲實用故，該等 流道較佳地是本質上平行。

如上面所示，很合適的是一種裂解爐，其中該盤管之 入口區段具有用於該出口區段之熱屏蔽及/或機械穩定器 -19- (16) (16)1373519 之作用，諸如於一裂解爐中’其中該入口區段定位在該出 口區段及該燃燒器之間。關於熱分佈、對稱性、及/或遍 及該盤管之長度達成一想要之熱分佈圖，已發現此架構很 有效率。 因此，於一很有利之具體實施例中，本發明有關一包 含爐膛之裂解爐，其中提供該盤管之出口區段之至少一流 道、該盤管之入口區段之至少二流道、及燃燒器之至少二 流道，並在爐膛中，出口區段之至少一流道（〇)係安置 於入口區段之至少二流道（I)之間，且入口區段之各流 道係安置（該等入口區段於裂解期間具有一熱屏蔽之作用 )於出口區段之至少一流道及該燃燒器（B)之至少二流 道之間。如此，由該爐膛之頂部或底部觀看，該架構能被 表示爲一 Β-Ι-0-Ι-Β架構。 極合適具體實施例之範例係顯示在圖3,4,5,6,7及8 中。這些範例全部顯示一種在或接近該屋頂具有盤管之入 口及出口之架構，且燃燒器設置在該等管子之入口 /出口 端之相向兩側、在該地板及/或該側壁。應注意其亦可能 操作一相對所示架構轉動之裂解爐，特別是一種反應器爐 ，其中該管子之入口 /出口端是在或接近該裂解爐之底部 。在該種情況下，該地板燃燒器較佳地是藉著定位在或接 近該屋頂之燃燒器所替代。 出口區段及入口區段之配置可有利地被架構在一像人 字形配置中。以此一具體實施例，已發現可施行一很有效 之屏蔽及機械對稱性。 -20- (17)1373519

圖3顯示一具有像人字形結構之裂解爐。於此圖中， 每一該裂解盤管包含一入口（4,圖3A)及一出口（3,圖 3A)。在一三流道總成中，該裂解盤管本質上被架構成直 立式。該各個面對面地入口 /出口區段係彼此配置在一等 腰三角形間距中。可替代的是，該各個入口 /出口可能配 置在一等邊三角形間距、或可替代的是配置在一直角三角 形間距（圖4)、或可替代的是一不等邊三角形或非不等 邊三角形間距之任何形式。於圖3中，燃燒器5係顯示在 該地板（地板燃燒器5a)及該側壁（側壁燃燒器5b)， 雖然燃燒器可僅只放置在該地板12或僅只放置在該側壁9 。大致上，如果側邊燃燒器是出現在本發明之裂解爐中， 如果該入口及出口是在或接近該屋頂，這些燃燒器較佳地 是被定位在該側壁之頂部半邊中，且如果該入口及出口是 在或接近該地板，則定位於該側壁之底部半邊中》

於圖3中（其中圖3A顯示一俯視圖交叉剖面，且圖 3B顯示一正視圖交叉剖面），裂解盤管2使其入口 4及 出口 3位在或接近該爐膛1之屋頂11。該盤管入口區段（ 6, 圖3B )典型在該入口開始，且於此具體實施例中延伸直 至該盤管部份，在此盤管部份該入口區段係連接至一 U形 彎頭（8,圖3B)，並離開藉著該入口區段所形成之平面， 遠離該等燃燒器而朝向該裂解爐之中心線。該出口區段（

7, 圖3B )典型在該U形彎頭（8,圖3B )之末端開始。原 則上，該出口區段能延伸至該入口區段終止之位置。更特 別地是，該出口區段被視爲該盤管之一部份，其位在該盤 -21 - (18) (18)1373519 管出口及該盤管彎出由該盤管出口端部所形成平面之部份 之間。 由於藉著該裂解盤管區段、該入口區段及出口區段所 形成之三或更多流道的（幾何學上）平行之流道配置比設 有一或雙重流道配置者更等溫之事實，可獲得一更好之機 械穩定性。 圖4顯示與圖3相同之盤管型式及盤管總成之一可替 代的配置，但於該個別之盤管區段之間具有一直角三角形 間距。與圖3之主要差異係該盤管之配置，每一盤管現在 本質上是垂直於設有燃燒器之直線。 圖5顯示又另一極有利之設計，比較於圖3及4之主 要差異是該盤管之設計，其現在是一種雙通分流盤管配置 。該等盤管具有二入口 4(分流）及一出口 3。圖5A顯示 此裂解爐之一俯視圖。圖5B顯示此一裂解爐中之單一盤 管的立體視圖。圖5 C及5 D分別顯示單一盤管之側視圖及 正面圖。於正面圖（圖5D)中，該管子（盤管）之外觀 係多少像m形或像w形。若像m形，該等燃燒器較佳地 是放置在該等側邊（之下半邊）及/或該屋頂，並取代在 該地板。 圖6顯示一具有4通盤管之裂解爐。在此處，藉著一 較高階等溫性之獲得更好之熱穩定性，及特別藉著該盤管 之由a至d部份實現屏蔽作用’且該被屏蔽區段特別包含 該盤管之由ci至g部份。例如在圖6中所示，一具有4通 盤管之裂解爐已被發現特別適於裂解一需要相當長停留時 -22- (19) (19)1373519 間供實現特定轉換之原料，例如用於乙烷之裂解。 於應用本發明之三流道配置中，高對稱4-1盤管規劃 之二範例被顯示在圖8中（其中圖8Α及8Β顯示二具體實 施例之一俯視圖橫斷剖面，及圖8C顯示一正面圖橫斷剖 面，並適用於圖8Α及8Β之二具體實施例）。於圖8Α中 ，該盤管之各個面對面區段是彼此定位在一等腰三角形中 ，藉此該入口區段不只相對該出口區段對稱地定位，同時 也相對該中心線定位（經過出口區段之流道）。圖8Β給 與相同之4-1盤管配置，但於各個管子之間具有不等邊三 角形間距。 於圖8中，裂解盤管2具有四入口 4及一出口 3(在 或接近該爐膛1之屋頂11)。每一盤管之入口區段典型在 該入口開始，且於此具體實施例中延伸直至該盤管部份， 在此盤管部份該盤管係連接至一 U形彎頭，遠離該等燃燒 器而朝向該裂解爐之中心線，該彎頭彎曲離開藉著該入口 管子所形成之平面。 該出口區段（7,圖8C)典型在該U形彎頭之末端開 始。 原則上，該出口區段能延伸至該入口區段終止之位置 。更特別地是，該出口區段被視爲該盤管之一部份，其位 在該盤管出口及該U形彎頭之末端之間.。 出口區段及入口區段間之區段係然後被稱爲該U形彎 頭8。 於圖8C中，該入口區段6是定位於燃燒器5及出口 -23- (20) (20)1373519 區段7之間，藉此局部地熱屏蔽該出口區段7。 在該出口區段之相向兩側上，入口區段之一（主要） 對稱分佈已發現關於頂抗該管子之有害變形是有益的，此 變形是熱應力之結果，並可延長該盤管之使用壽命。 其結果是，可於該爐膛中提供該裂解盤管，而不需分 別對該底部（如果該入口及出口未設在該底部中，但經過 該屋頂或接近該屋頂離開該爐膛）、或對該屋頂（如果該 入口及出口設在該底部中或接近該底部）作支撐（引導） 。如此，該等盤管可分別在該爐膛中獨自懸垂或獨自站立 ，而不需分別藉著一底部導引件或一屋頂導引件繫緊。 基於在此之教導及普通之見聞，熟諳此技藝者將得知 如何以合適之尺寸製成一裝置》 原則上，當設計一裂解爐時，本發明之裝置設計可基 於一般使用之標準。此標準之範例是盤管間之距離、燃燒 器間之距離、及燃燒器與盤管間之距離、盤管入口 /出口 、用於廢氣之出口、該爐膛之設計、燃燒器及其他零件。 使氣體燃料點火之燃燒器是特別合適的。 於沿著該地板及/或側壁中，該等燃燒器可定位在該 爐膛內側之任何位置。 以此一裂解爐已達成非常好之結果，其中該等燃燒器 是定位在該爐膛之地板，且該盤管出口區段穿過該爐膛之 屋頂或至少經過一接近該屋頂之側壁。選擇性地，額外之 燃燒器是設在該側壁、較佳地是至少於該頂部半邊中。 其進一步已發現有利的是燃燒器係（徑向地）提供在 -24 - (21) 1373519 包含位於該爐膛中之盤管出口區段的二外部流道之每一相 向側面。 這遍及每一盤管之長度導致一更等溫之溫度分佈。 用於遍及該爐膛之寬度的一對稱點火樣式，其進一步 較佳的是於一根據本發明之裂解爐中，在裂解期間，該等 燃燒器之每一相向流道產生大約相同之熱量。類似於本發 明之一方法，其較佳的是於裂解期間，燃燒器之每一相向 φ 流道或對面流道組具有相同或類似之機械及製程設計特性 〇 當作裂解盤管（裂解管），熟諳此技藝者能使用該裂 解盤管。視該原料品質及每盤管之通道數目而定，譬如在 25-120毫米之範圍中選擇一合適之內徑。較佳地是，該裂 解盤管本質上直立地設置在該爐膛中（亦即較佳地是設置 該等盤管，使得經過該管子之平面本質上垂直於該爐膛之 地板）。該等盤管可設有部件，諸如、但不限於延伸之內 ^ 部表面，其增強該內部之熱傳係數。此等部件之範例在該 技藝中已習知及有市售者。 用於該餵料進入該盤管之入口較佳地是包含一分佈集 流管及/或一臨界流動流量計。其合適之範例及採用它們 之合適方式在該技藝中已習知。 該出口區段可適當地配置在一直列式架構中（例如看 圖3、4、5及6)或一交錯式架構（例如圖7)，其中該 等出口是沿著該爐膛之單一直線（典型沿著或平行於該爐 膛之中心線）。該交錯式架構可爲一充分交錯式架構（亦 -25- (22) (22)1373519 即其中三個隨後之出口區段設置成一三角形圖案，並具有 等邊（aj及c之長度完全相同；例如看圖7)，亦已知爲 等邊三角形間距或一延伸交錯式架構（亦即其中該出□區 段設置在一由側邊a，b及c所形成之等腰三角形間距中（ 如圖7所示），其中側邊c不同於側邊a及b，且其中側 邊a及b是相等的’或由側邊a，b，c形成一不等邊三角形 圖樣（如圖7所示），其中該延伸三角形之每一側邊 a，b,c (如圖7所示）的長度不同於另外兩邊。 用於該出口區段之一很有效的屏蔽性，一直列式架構 已被發現很合適的。 於根據本發明之一裂解爐中，該間距/外徑比較佳地 是在1_5至10之範圍中作選擇、更佳地是於2至6之範 圍中作選擇。就此情況而言，間距係相同平面中之二鄰接 管子之中心線間之距離（圖7中之“ c ” ）。 根據本發明之一裂解製程通常在無觸媒下進行。因此 ’大致上根據本發明之裂解爐中之裂解管是無觸媒材料（ 諸如一觸媒床）。 該裂解盤管中之操作壓力係大致上相當低，特別是少 於10巴’較佳地是少於3巴。在該出口之壓力較佳地是 於1.1-3巴之範圍中，更佳地是於ι5_25巴之範圍中。在 該入口之壓力係高於在該出口者’且由壓差所決定。該裂 解管之入口及出口間之壓差係〇】至5巴，較佳地是05 _ 1.6 巴。 該碳m化合物饌料通常與蒸氣混合。視所用餵料而定 -26 - (23) (23)1373519 ，可在廣泛之限制內選擇該蒸氣重量對碳氫化合物餵料重 量之比率。實際上，該比率通常至少大約0.2，特別於大 約〇·2及大約1.5之間》用於乙烷之裂解，少於大約〇.5 之値係較佳的（特別是大約0.4 )。用於較重之碳氫化合 物餵料，通常採用一較高之比率。特別較隹者是：用於輕 油有大約0.6之比率 '用於AGO (大氣式氣體油）及用於 HVGO (氫化真空氣體油）有大約0.8之比率、及用於 V GO (真空氣體油）有大約1之比率。 典型與稀釋蒸氣混合之碳氫化合物餵料較佳地是在加 熱至超過攝氏500度之溫度、更佳地是至攝氏580-700度 之溫度、甚至更佳地是於攝氏590-680度範圍中之溫度之 後被餵入至該盤管。如果使用一（至少局部）液體餵料， 此預先加熱大致上導致該液相之汽化。 於該裂解盤管中，較佳地是加熱餵料，使得在該出口 之溫度係高達攝氏950度、更佳地是至攝氏800-900度範 圍中之出口溫度。於該裂解管中，碳氫化合物係裂解，以 產生一富含不飽和化合物之氣體，諸如乙烯、丙烯、其他 稀烴化合物及/或芳香族化合物。該已裂解之產物經由該 出口離開該爐膛，且接著被引導至該熱交換器，並在其中 例如被冷卻至少於攝氏600度之溫度，典型於攝氏450-550度之範圍中。當作一副產物，可在自然之循環之下以 一汽鼓產生該冷卻之蒸氣。 範例 -27- (24) 1373519 一裂解製程被模擬用於根據本發明之一裂解爐及一使 用SPYRO® (看表1，用於各種條件）之GK6裂解爐。圖 2 A-2C顯示該熱流量分佈圖、沿著該盤管之製程溫度、及 沿著該盤管之管壁溫度。 應用本發明，其中根據本發明之裂解爐的盤管尺寸是 與GK6裂解爐之尺寸相同，並藉此諸如流速、裂解強度 等之所有製程參數係保持相同，運轉時間長度（最長操作 φ 時間，而不需要關掉該裝置供維修）係由60天延長至80 天。其結果是製表顯示於“相等”欄中。保持相同之盤管 尺寸及應用本發明，藉此除了容量以外，所有製程參數係 保持相同’且藉此容量係增加至維持與GK6相同之運轉 長度’導致容量由40公噸增加至45公噸，如此比以GK6 多百分之I2· 5的乙烯產量。其結果是製表顯示於“容量 ”欄中。所有皆與GK6作比較，應用本發明至包含被設 計成可處理相同餵料量、在相同強度下操作、及在該操作 φ 下設計用於相同之運轉長度的盤管之裂解爐，導致在碳氫 化合物餵料上之乙烯產量由27.7重量百分比增加至28.1 重量百分比’如此對於相同數量之主要產物乙烯及丙烯節 省百分之I·4的原料。

-28- (25) 1373519 表 1 本發明 GK-6 相等 容量 選擇性 總流量 噸/小時 .4 0 40 45 40 運轉結束之壁面 溫度 °C 1 1 00 1100 1 100 1100 運轉結束 天 60 80 60 60 CH4產量 乾燥重量％ 15.7 15.7 15.7 15.6 C2H4產量 乾燥重量％ 27.7 27.7 27.7 28,1 C3 H6產量 乾燥重量％ 14.1 14.1 14.1 14.3 相對運轉長度 % 1 0 0 % + 13% 1 0 0 % 1 0 0 % 相對容量 % 1 0 0 % 1 0 0 % + 13% 1 0 0 % 相對選擇性 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % + 1.4% 【圖式簡單說明】

圖1槪要地顯示一傳統之裂解爐（GK6TM)。 圖2A顯示一GK6TM裂解爐之典型熱流量分佈圖，及 在類似情況下用於一根據本發明之裂解爐的分佈圖（由 SPYRO®所模擬）。 圖2B顯示沿著一GK6TM裂解爐之盤管的製程溫度， 及一在類似情況下用於根據本發明之裂解爐的分佈圖（由 SPYRO®所模擬）〇 圖2C顯示沿著該盤管長度之盤管壁面溫度。 圓1 3A顯示一根據本發明具有像人字形結構之裂解爐 -29- (26)1373519 的俯視圖橫斷剖面。 圖3B顯示圖3A裂解爐之一正面圖橫斷剖面。 圖4顯示一與圖3相同之盤管型式及盤管總成的可替 代配置’但於各個盤管區段之間具有一直角三角形間距。 圖5A顯示根據本發明之裂解爐的俯視圖，其中該等 盤管具有雙通分流盤管配置。 圖5B顯示如於圖5A裂解爐中之單一盤管的立體視圖 〇 圖5 C顯示圖5 B之單一盤管的側視圖。 圖5D顯示圖5B之盤管的正面圖。 圖6A顯示一具有4通盤管之裂解爐。 圖6B顯示一如於圖6A裂解爐中之盤管。 圖7顯示一根據本發明之裂解爐’其中該出口區段是 於交錯式架構中·> 圖8 A於俯視圖橫斷剖面中顯示一根據本發明之裂解 爐，並具有一於三流道中高度對稱之4-1盤管配置。 圖8B顯示另一裂解爐’其具有一對稱之4-1盤管配 置（俯視圖橫斷剖面）。 圖8C顯示一根據圖8A及8B之裂解爐的正面圖橫斷 剖面。 【主要元件符號說明】 1 爐膛 2 盤管 -30- (27)1373519 3 出口 4 入口 5 燃燒器 5 a 燃燒器 5b 燃燒器 6 入口區段 7 出口區段 8 彎頭 9 側壁 11 屋頂 12 地板

-31 -

Claims (1)

1373519 ▼ 1 厂 0/年/月Q曰修正本 附件3A :第094103062號申請專利^修正:J 民國101年1月12日修正 十、申請專利範圍 ' 1. 一種用於裂解碳氫化合物餵料之方法，該餵料包含 碳氫化合物及稀釋氣體，該方法包含使該餵料在裂解條件 下通過爐膛中之裂解盤管，其中該盤管包含至少一出口區 段及至少一入口區段，且其中該盤管之出口區段係比該盤 φ 管之入口區段有更多熱屏蔽。 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中該爐膛包含該 盤管之出口區段之至少一流道、該盤管之入口區段之至少 二流道、及燃燒器之至少二流道’其中出口區段之至少一 流道係位於入口區段之至少二流道之間，且入口區段之流 道係位於燃燒器之至少二流道之間。 ' 3.如申請專利範圍第2項之方法，其中該等盤管本質 上係配置成約直立的，且約彼此平行。 • 4.如申請專利範圍第1項之方法，其中該等盤管係配 置成約直立的，且約彼此平行。 5_如申請專利範圍第1項之方法，其中該餵料係在該 等盤管之至少一部份中以平行之流動通過該等盤管。 6. 如申請專利範圍第1項之方法’其中於進入該裂解 盤管之前或於該裂解盤管中，該包含稀釋氣體之碳氫化合 物餵料被加熱至汽化溫度以上之一溫度。 7. 如申請專利範圍第1項之方法’其中該餵料包含一 碳氫化合物，其選自由乙烷、丙烷、丁烷、石油腦、煤油 1373519 、大氣式氣體油料、真空氣體油料、重蒸餾液、氫化氣體 油料、氣體濃縮物、及其混合物所組成之族群* 8.如申請專利範圍第1項之方法，其中所形成之至少 —產物包括由乙烯、丙烯及丁二烯所組成之族群的材料。 9·如申請專利範圍第1項之方法，其中該爐膛被包含 於一裂解爐中。 10·如申請專利範圍第1項之方法，其中該稀釋氣體 包含蒸氣。 11· —種用於蒸氣裂解碳氫化合物餵料之裂解爐，該 裂解爐包含一爐膛，該爐膛包含複數具有入口區段與出口 區段的裂解盤管及燃燒器的至少二流道，該等盤管的出口 區段係定位於至少一流道以及該等盤管的入口區段係定位 於至少二流道，其中出口區段之至少一流道係位於入口區 段之至少二流道之間，且入口區段之流道係位於燃燒器之 至少二流道之間》 I2·如申請專利範圍第11項之裂解爐，其中該等流道 係約彼此平行。 13.如申請專利範圍第12項之裂解爐，其中該等出口 區段及該等入口區段至少於使用期間係約直立地定位。 14·如申請專利範圍第11項之裂解爐，其中該等出口 區段及該等入口區段於使用期間係約直立地定位。 15·如申請專利範圍第11項之裂解爐，其中該至少二 流道的每_流道中之該等入口區段及該至少一流道中之該 等出口區段係安排於直列式配置或交錯式配置中，以及該 -2 - 1373519 Ψ % 至少二流道的每—流道中之該等入口區段係定位於相對位 _ 於相鄰流道之出口區段的交錯式架構中》 16. 如申請專利範圍第15項之裂解爐，其中該等區段 之配置係呈一等邊三角形間距、一等腰三角形間距、一直 角三角形間距、或一不等邊三角形間距》 17. 如申請專利範圍第16項之裂解爐，其中該等管子 未被引導至該爐膛的底部。 Φ is·如申請專利範圍第11項之裂解爐，其中至少若干 燃燒器被定位在該爐膛之地板及/或屋頂及/或該爐膛之 側壁’且其中該等盤管之出口穿過該爐膛之屋頂。 19.如申請專利範圍第11項之裂解爐，其中該複數裂 解盤管的至少部份盤管被安排在架構用於使用期間使該餵 料平行地流經該至少部份盤管的每一盤管之配置中。 • 20.如申請專利範圍第11項之裂解爐，其中該複數盤 管由至少一組以下構件所組成： • 一盤管，其包含配置成於使用期間允許平行流動之二 入口區段，及一與該等入口區段流體相通之出口區段；及 一盤管，其包含配置成於使用期間允許平行流動之四 入口區段’及一與該等入口區段流體相通之出口區段。 21. 如申請專利範圍第11項之裂解爐，其中該等出口 區段被配置在一直列式架構或交錯式架構中，且其中間距 /外徑比係於1.5至10之範圍中。 22. 如申請專利範圍第21項之裂解爐，其中間距/外 徑比係於2至6之範圍中。 -3-