乙烯爐輻射段爐管除焦方法

2023-05-27 08:10:46 3

專利名稱：：乙烯爐輻射段爐管除焦方法
技術領域：
：本發明涉及用於對乙烯裝置的爐子除焦的方法。利用爐管出口溫度的變化量控制除焦方法的開始。在除焦工藝過程中，控制空氣流量、水蒸汽流量和爐管出口溫度，以防止管子損壞、使除焦時間最小化和使結焦物除去最大化。
背景技術：
：乙烯在世界上大量生產，主要用作其它材料用的化學結構單元(buildingblock)。乙烯作為大量的中間體產物出現於19世紀40年代，此時油和化學品生產公司開始從煉油廠廢氣中分離乙烯，或者由從煉油廠副產物流得到的乙垸和由天然氣製備乙烯。大多數乙烯是通過用水蒸汽熱裂解烴製備的。典型的乙烯裂解爐的布置示於圖1中。烴裂解通常發生在爐子的輻射段中的燃燒的管狀反應器中。在對流段，烴流可以通過與來自爐子燃燒器的廢氣熱交換而預熱，並且使用水蒸汽進一步加熱，以將溫度升高至初始的裂解溫度，取決於原料典型地為500-680°C。預熱後，原料流進入到管形式的爐子的輻射段，其在本文中稱作輻射段爐管。應當理解，所述和所要求保護的方法可以在具有任何類型的輻射段爐管的乙烯裂解爐中進行。在輻射段爐管中，將烴流在受控的停留時間、溫度和壓力下短時間地加熱，典型地加熱至約780-895"C的範圍內的溫度。在原料流中的烴裂解成為更小的分子，包括乙烯和其它烯烴。然後使用各種分離或化學處理步驟，將裂解的產物分離成為所需要的產物。在裂解工藝過程中生成各種副產物。在生成的副產物中，有結焦物，所述的結焦物可以沉積在爐子中的管的表面上。輻射段爐管的結焦降低了傳熱和裂解工藝的效率以及增加爐管的壓降。因此，周期性地，達到極限，並且需要對爐管除焦。乙烯爐的除焦典型地隔20至70天進行。由於除焦過程通常難以監測，因此現有的除焦程序是根據經驗通過使空氣和水蒸汽流量以過去可接受的值勻變(ramp)而完成的。使用這些工序，可能難以控制結焦物燃燒速率。還難以檢測需要更慢、更謹慎的除焦程序的條件(空氣流量的更慢勻變)。這可能導致損壞輻射段爐管或者不適宜慢的除焦，從而延長爐子停工時間和減少產量。例如，為了避免損壞輻射段爐管，一些更謹慎的除焦程序在除焦程序開始時利用低的空氣和水蒸汽流量和流量勻變速率，以避免快速結焦物燃燒。這些更謹慎的除焦程序可能導致增加的停工時間和損失產量。另一方面，太快的空氣和水蒸汽流量和流量勻變速率可能引起爐管侵蝕或局部快速燃燒，這可能損壞輻射段爐管。當首先將空氣引入爐子中以開始結焦物的燃燒時，可能發生輻射段爐管的過熱，從而引起爐管壽命降低。初始空氣引入步驟的控制是困難的，原因在於不能獲得結焦物燃燒速率的直接測量。為了避免爐管損壞，此步驟通常非常慢地進行，這可能不必要地延長用於除焦過程的時間。解決此問題的一種嘗試包括使用流出物分析儀，以監測在結焦物燃燒過程中的C02的形成。這些分析儀通常在除焦過程開始時不適用，原因在於相對少量的C02存在。此外，C02分析可能難以說明，原因在於它實際上是消耗的空氣百分比的度量，而不是結焦物的燃燒速率。在除焦前結焦物剝落也是一個問題。結焦物可能由於在即將除焦之前的工藝擾動而從爐管上剝落並且聚集在輻射段爐管中。此材料非常容易燃燒，結果，管子區域可能過熱。目前使用的方法可能難以檢測結焦物剝落，目前採用的方法典型地是視覺檢査，或通過測量爐管壓降。因而，需要有一種用於對乙烯爐除焦的方法，該方法可以改善控制，以減少用於除焦過程的時間和避免或降低對輻射段爐管的損壞。發明概述本發明是一種利用爐管出口溫度(COT)的變化量控制除焦過程的方法。控制到爐子中的輻射段爐管的水蒸汽和空氣流量，以將COT保持在預定的水平。將水蒸汽和空氣流量以及COT在預定的水平保持足以允許在輻射管上的結焦物燃燒的時間。通過監測量平均和單個爐管COT以及水蒸汽和空氣流量，可以實現對結焦物燃燒的更有效控制。控制空氣流量、水蒸汽流量和爐管溫度，直到來自輻射段爐管的流出物氣體中的CO2水平低於0.1體積％，或者低於分析儀或其它分析方法的檢測下限。在本發明方法的優點中有除焦過程更迅速和除焦過程的控制改善，以避免或減少輻射段爐管的損壞。基於下面所述的優選實施方案的描述，所述方法的其它優點對於本領域的技術人員是明顯的。附圖簡述圖1顯示典型的乙烯裂解裝置的示意圖。優選實施方案詳述本發明涉及一種用於對乙烯裂解爐除焦的方法。該方法通常包括將空氣和水蒸汽引入到爐子中的輻射段爐管，並且在監測爐子中爐管的爐管出口溫度(COT)的同時，加熱所述的爐管。利用輻射段爐管的COT的變化量來控制除焦過程改善了對過程的控制，由此減少了除焦時間並且降低或消除了對爐子中的爐管的損壞。該過程的下列描述可以用於任何乙烯裂解爐。具體的流量和溫度參數將由特定爐子的裝置操作者基於操作經驗、運行時長、原料特性、裝置操作的嚴格性和其它可變量確定。用於乙烯爐除焦的典型參數提供於下面的實施例1和2中。通常，本發明的方法包括對乙烯爐中的輻射段爐管提供水蒸汽，並且使用爐子燃燒器加熱輻射段爐管，以達到預定的平均COT。然後，使用熱輸入控制器固定爐子的燃料流量和空氣調節位置，以將平均COT保持在預定的溫度。保持燃燒器燃燒速率恆定和水蒸汽流量恆定，然後對輻射段爐管提供除焦空氣流。將除焦空氣加入到每根爐管中，同時觀察每根爐管的COT。調節除焦空氣流量，以實現一根或多根爐管COT的預定升高。當空氣流動開始時觀察到的COT的升高是爐管中結焦物燃燒開始的結果，因為水蒸汽流量和燃燒器燃燒保持恆定。將輻射段爐管的溫度在預定的溫度保持一定的時間，典型地約1小時。根據需要在保持水蒸汽流量和燃燒器燃燒速率恆定的同時調節空氣流量，以將爐管保持在預定的COT。再次增加到輻射段爐管的空氣流量，並且調節空氣流量，以在輻射段爐管中達到預定更高的COT。將輻射段爐管的COT大致在預定的COT保持預定的時間。然後如上所述將達到在最熱爐管中的更高預定COT所需要的空氣流量與計算的理論最小量比較，以確定在管子中是否存在剝落的結焦物。如果檢測到剝落的結焦物，則通過保持或增大空氣流量，將爐子保持在目前的COT。一旦空氣流量達到理論最小值的約300%，則開始下一步驟。如在下面的實施例1中所述，然後將水蒸汽和空氣流量用來計算通過燃燒結焦物釋放的熱量和單位時間結焦物燃燒量。然後將結焦物燃燒速率與空氣流量比較，以確定實際的空氣流量和在該速率下燃燒結焦物所需要的化學計量最小量之間的關係。然後，將COT控制器與熱負荷控制器串聯安置。然後使空氣以預定的速率勻變，從而根據需要調節水蒸汽流量，以在爐子的爐管中的所有點處保持低於150m/sec的速度。然後各自調節空氣流量和水蒸汽流量，以達到預定的目標並且保持，直到完成除焦。如在下面所示的優選實施方案的詳述中所述，對於本發明方法的示例性實施方案，提供處理時間、速度和COT增量。本領域的技術人員將認識到本文中所述的優選實施方案的描述及提供的溫度變化量反映類似爐子和操作裝置的近似值。在實際的實踐中，操作者可能必須改變流量、溫度或時間以反映各種操作參數的作用，例如延長的運行時長、特殊的原料特性、操作的嚴格性或可能己經發生的工藝擾動。本領域的技術人員可以使用本文中所述的教導，以在需要時調節本文中所述的具體參數的值，從而使用COT達到需要的結果，以監測除焦過程的進展。優選地，本文中描述的方法可以由操作者手動進行，以使操作者能夠在空氣引入的過程中評價初始結焦物燃燒，在此過程中，監測和爐子調節的次數和頻率是最關鍵的。此外，儘管該方法意欲預防和防止極快速結焦物燃燒，但是操作者通常適宜的是在過程中不時在視覺上檢査爐管(高溫計)，以檢測任何熱點。但是，在這點上本發明不受限制，並且適宜時，可以使用自動順序控制器進行該方法。還注意的是，該方法典型地需要在一些步驟的過程中將燃料熱負荷控制器與COT控制器串聯使用，以基於COT控制燃燒。可以使用如本領域中已知的其它控制方法，以控制COT和/或控制燃燒。下面提供的詳細描述對如在典型的乙烯爐中進行的方法進行描述。本領域的技術人員應當理解，需要時可以修改如本文中所述的方法，從而使其在具有各種設計的乙烯爐中進行。實施例1步驟1.當爐子已經準備好除焦時，將燃料熱負荷控制器串聯到平均COT控制器。對爐子以使得管子中的流動速度為100至125m/sec這樣的流量提供稀釋水蒸汽流。應當使平均COT設定值勻變至低於最終除焦溫度的約40'C至6(TC。需要時，由COT控制器調節燃料燃燒速率，以將COT保持在需要的設定值。優選將水蒸汽流量和平均COT溫度如上所述保持約1小時。步驟2.通過斷開燃料熱負荷控制器到平均COT控制器的串聯，將燃料燃燒控制置於熱負荷控制(即，QIC)中。將燃燒熱負荷保持恆定。將水蒸汽流量保持在與步驟1中使用的相同水平。加入除焦空氣，同時觀察每根爐管的COT。如果空氣流量太低以致於不能從流量計中得到讀數，則必須使用除焦空氣閥位來控制空氣流量。因此，適宜的是確保空氣控制閥在每次除焦程序之前被校正。應當調節除焦空氣流量，以在約30分鐘內，將在爐管中COT升高約10至30°C，優選約20°C。在此步驟中發生的COT升高的原因在於爐管中結焦物開始燃燒。如果在爐管COT升高約2(TC之前達到最大空氣流量(如下所述確定的化學計量最小流量的600%)，則立即進行步驟4。在爐管中達到目標COT之後，需要時在保持燃料燃燒和除焦水蒸汽流量恆定的同時調節(即，保持、降低或增加)空氣流量，將爐管中的約85(TC的COT保持約一(l)小時。步驟3.相等地增加到每根爐管的除焦空氣流量(如果需要，再次通過閥位)，直到COT升高約20°C。應當使空氣流量向上勻變，使得在約30分鐘內達到目標COT。此COT是最終的除焦COT並且在程序的餘下時間保持，除非在對流或輻射段中達到管冶金上的極限。然後，如本領域已知的，計算對於COT升高2(TC需要的化學計量最小的空氣流量。然後，將最小空氣流量與實際空氣流量比較。如果空氣流量低於化學計量最小量的300%，則將爐子保持在目前的COT，直到空氣達到最小量的300%。如果在1小時期間的任何時間，最大空氣流量達到化學計量最小量的約600。/。並且COT開始下降，則立即進行步驟4。步驟4.此時，可以通過如下完成除焦使用已經建立並且已知的方法如使空氣和水蒸汽流量勻變，以達到最終的目標值並且保持，直到完成除焦。勻變步驟可以基於時間間隔或基於如本領域技術人員已知的流出物的C02分析的結果來設置。實施例2對於特定的4爐管爐的示例性詳細除焦程序提供在後附的方法描述中和總結於表1中。應當理解，上面所述的示例性方法不意在以任何方式限制本發明，並且僅是為了描述本發明方法的具體實施方案而提供的。雖然上面描述了本發明的具體實施方案，但是本領域的技術人員將認識到，在沒有偏離本發明如後附權利要求所述的範圍的情況下，可以對上述的方法進行大量的變化或改變。tableseeoriginaldocumentpage11tableseeoriginaldocumentpage12權利要求1.一種用於對乙烯爐中的輻射段爐管除焦的方法，該方法包括以下步驟(a)提供水蒸汽流並且使所述爐子中的燃燒器燃燒以加熱所述輻射段爐管，從而達到預定的平均爐管出口溫度；(b)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恆定的同時，將空氣流提供給所述輻射段爐管，並且調節空氣的流量，以達到所述輻射段爐管中爐管出口溫度的第一預定變化量；和(c)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恆定的同時，將空氣流提供給所述輻射段爐管，並且調節空氣的流量，以達到所述輻射段爐管中爐管出口溫度至除焦溫度的第二預定變化量。2.權利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟-(d)確定將爐管出口溫度升高爐管出口溫度的第二預定變化量所需要的化學計量最小空氣量；和(e)將爐管出口溫度升高爐管出口溫度的第二預定變化量所需要的化學計量最小空氣量與實際的空氣流量進行比較，以確定結焦物燃燒速率。3.權利要求1所述的方法，其中所述預定的平均爐管出口溫度為約83(TC，爐管出口溫度的第一預定變化量為約20°C，並且爐管出口溫度的第二預定變化量為約20°C，使得最終的除焦溫度為約870°C。4.權利要求2所述的方法，該方法還包括以下步驟-(g)在確定所述結焦物燃燒速率之後，進一步調節到所述爐管的空氣流量和燃燒器燃燒速率，以調節結焦物燃燒速率。5.權利要求1所述的方法，其中將水蒸汽流量保持在使得所述輻射段爐管中的所述水蒸汽和空氣的總流速在約75至175m/sec之間這樣的流6.權利要求l所述的方法，該方法還包括在步驟(c)之後的以下步驟(i)將用來達到所述爐管中的爐管出口溫度預定變化量的實際空氣流量與計算的理論最小量進行比較，以確定在所述爐管中是否存在剝落的結焦物；和(ii)如果確定存在剝落的結焦物，則調節空氣流量以保持所述爐管中的爐管出口溫度，直到所述實際空氣流量達到所述理論最小量的約200%至400%，之後開始使水蒸汽和空氣勻變。7.權利要求1所述的方法，其中將步驟(a)中的所述預定的平均爐管出口溫度保持約1小時的時間。8.—種用於對乙烯爐中的輻射段爐管除焦的方法，該方法包括以下步驟(a)提供水蒸汽流並且使所述爐子中的燃燒器燃燒以加熱所述輻射段爐管，從而達到預定的平均爐管出口溫度，並且將所述輻射段爐管在所述預定的平均爐管出口溫度保持預定的時間；(b)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恆定的同時，將空氣流提供給所述輻射段爐管，並且調節空氣的流量，以達到所述輻射段爐管中爐管出口溫度的第一預定變化量；(c)將所述輻射段爐管在步驟(b)達到的爐管出口溫度保持預定的時間；禾口(d)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恆定的同時，調節空氣流量，直到在所述輻射段爐管中的爐管出口溫度達到所述輻射段爐管中爐管出口溫度至除焦溫度的第二預定變化量，使得所述除焦溫度比步驟(a)中達到的所述輻射段爐管中的平均爐管出口溫度高約2(TC至8(rC。9.權利要求8所述的方法，其中步驟(a)中的初始預定平均爐管出口溫度為約830。C，步驟(b)之後的爐管出口溫度為約850°C，並且所述除焦溫度為約870°C。10.權利要求8所述的方法，該方法還包括以下步驟(e)在完成步驟(d)並達到所述除焦溫度之後，將爐管出口溫度升高至所述除焦溫度所需要的化學計量最小空氣量與實際需要的空氣流量進行比較，以確定結焦物燃燒速率；和(f)在確定所述結焦物燃燒速率後，進一步調節到所述爐管的空氣流量和燃燒器燃燒速率，以調節結焦物燃燒速率。11.權利要求8所述的方法，其中將水蒸汽流量保持在使得所述輻射段爐管中的水蒸汽和空氣的總流速在約75至175m/sec之間這樣的流量。12.權利要求8所述的方法，該方法還包括在步驟(d)之後的以下步驟(i)將用來達到所述爐管中的所述預定的爐管出口溫度的實際空氣流量與計算的理論最小量進行比較，以確定在所述爐管中是否存在剝落的結焦物；和(ii)如果確定存在剝落的結焦物，則調節空氣流量以保持所述爐管中的爐管出口溫度，直到所述空氣流量達到所述理論最小量的200%至400%，之後開始使所述水蒸汽和空氣勻變。13.權利要求8所述的方法，其中將步驟(a)的所述預定的平均爐管溫度保持約l小時的時間。14.一種用於對乙烯爐中的輻射段爐管除焦的方法，該方法包括以下步驟(a)提供水蒸汽流並且使所述爐子中的燃燒器燃燒以加熱所述輻射段爐管，從而達到約83(TC的平均爐管出口溫度，並且將所述輻射段爐管在約83(TC的平均爐管溫度保持約1小時；(b)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恆定的同時，將空氣流提供給所述輻射段爐管，並且調節空氣的流量，以在所述輻射段爐管中達到約850。C的爐管出口溫度；(c)將所述輻射段爐管中的爐管出口溫度在約85(TC保持約1小時的時間；(d)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恆定的同時，調節空氣流量，直到在所述輻射段爐管中的爐管出口溫度升高至約87(TC;(e)確定將爐管出口溫度升高至87(TC所需要的化學計量最小空氣量，並且將該流量與實際空氣流量進行比較，以確定是否存在剝落的結焦物；禾口(f)利用這種比較，以進一步調節空氣流量和燃燒器燃燒速率。全文摘要本發明提供對在乙烯裂解裝置中的輻射段爐管除焦的方法。該除焦方法通過監測爐管出口溫度以控制在所述輻射段爐管中的結焦物的燃燒速率來控制。在除焦工藝過程中，控制空氣流量、水蒸汽流量和爐管出口溫度，以防止管子損壞、使除焦時間最小化和使結焦物去除最大化。文檔編號C10G9/16GK101679879SQ200880015130公開日2010年3月24日申請日期2008年5月7日優先權日2007年5月7日發明者布賴恩·基恩·蘇利文,弗蘭克·麥克卡西,史蒂芬·德哈恩,查爾斯·艾莫裡·納吉,芭芭拉·斯坦加託申請人:魯姆斯科技公司