乙烯裂解爐的製作方法

2023-05-03 01:53:11

乙烯裂解爐的製作方法
【專利摘要】一種乙烯裂解爐，主要包括：輻射段(1)、對流段(2)、急冷鍋爐(8)，所述輻射段(1)至少設有一個輻射室(3)，其底部布置有多個燃燒器(9)，所述多個燃燒器(9)布置成相平行並且依次排列的第一、二、三、四排燃燒器；所述輻射室(3)內設有第一組輻射爐管和第二組輻射爐管，所述第一組輻射爐管以及所述第二組輻射爐管都呈雙排排列，從而，在所述輻射室(3)內共設有四排輻射爐管。本發明實現裂解爐的大型化，比同規模的其它裂解爐減少佔地及投資。本發明提供的各種【具體實施方式】還提供了更多的有益技術效果。
【專利說明】乙烯裂解爐
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種裂解爐，具體是用於熱裂解烴及石油餾份以生產乙烯、丙烯等烯烴的裂解爐，屬於烴油裂化設備領域。
【背景技術】
[0002]自上世紀60年代垂直吊掛立管式裂解爐開發成功以來，乙烯裂解技術取得了長足的發展。目前各乙烯裂解爐專利商都把研究重點放在裂解爐的大型化、改善裂解爐的選擇性、提高產品收率、提高裂解爐的運行周期、提高裂解爐操作安全性、降低能耗和降低裂解爐建造成本等方面。
[0003]為了提高單裂解爐的生產能力、降低裂解爐的建造成本，需要在有限的爐膛空間內布置更多的爐管，不同的專利商提出了不同的爐管構型及其在爐膛內的排布方式。
[0004]專利CN101333147A中描述了一種乙烯裂解爐結構及雙排排列的輻射爐管，兩程的輻射爐管包含一根入口管及一根出口管，入口管及出口管通過一個U型彎管連接，多組爐管以雙排排列方式布置於爐膛的中央，兩排爐管的每一排中進口管與出口管均為交錯布置。採用這種爐管排布的裂解爐比相同爐膛爐管採用單排排布的裂解爐在相同操作條件下生產能力及運行周期均有較大提高。同時此種爐管及其排布方式下，爐管有較好的熱應力狀態。
[0005]專利W02005/075607A1中描述了一種在爐膛的兩排底部燃燒器之間呈3排布置的爐管排布方式，每組爐管的出口管都集中於爐膛的中心線上，入口管分布在爐膛中心線兩偵牝與雙排爐管的布置方式相比，這種爐管布置方式可在相同的爐膛中布置更多的爐管，因而能力可進一步提高。根據該專利的描述，由於位於中間排的出口管排(高TMT管排)受到
了位於兩側的入口管排(低TMT---Tube Metal Temperature管排)的遮擋，在相同操作條
件下出口管排的最高管壁金屬溫度(TMT---Tube Metal Temperature)會降低，因而可以延
長裂解爐的運行周期。但是這樣爐管呈3排排布的方式在實際操作中會存在一定的問題，從事裂解爐技術工作的人員都知道，生產操作中由於爐管出口管的管壁金屬溫度大於入口管的管壁金屬溫度，所以一般將出口管的管壁金屬溫度作為裂解爐停爐燒焦的判斷標準，因而對爐管出口管的管壁金屬溫度的測量至關重要，本專利所描述的爐管排布中出口管排位於兩個入口管排之間，由於受到外側兩個入口管排的影響，將無法直接通過爐牆上的觀火孔對每根出口管進行管壁金屬溫度的測量，或不能準確測量。
[0006]專利W098/56872(US2002/0159934A1)中描述了一種兩程U型爐管的排布方式。一個爐膛中共設置有2排爐管，與上述的雙排或三排爐管的排布不同，此專利所描述的爐膛中共有4排底部燃燒器，每兩排燃燒器對應一排爐管，2排爐管中的每I排均位於兩排燃燒器的中間，每組爐管的進口管和出口管位於同一爐管管排中。這樣布置可使所有爐管都得到對稱的雙面輻射，也不存在出管管壁金屬溫度測量困難的問題。但爐膛的體積及底部燃燒器的數量都大約增加一倍，佔地及投資會隨之加大。
[0007]專利EP0519230A1及W003/087268A2中描述了一種4排排布的輻射爐管布置方式，每組輻射爐管為兩程，入口管程為多根平行的相同內徑細管，出口管程為I根大管徑爐管。每兩排燃燒器對應一排爐管，因而爐膛內共有8排底部燒器，4排爐管中的每I排均位於2排燃燒器的中間，每組爐管的進口管和出口管位於同一爐管管排中。這樣布置雖然可使所有爐管都得到對稱的雙面輻射，但爐膛的體積及底部燃燒器的數量都大約增加4倍，佔地及投資會隨之加大，而且無法直接通過爐牆上的觀火孔測量4排爐管中內側兩排(靠近爐膛中心線的兩排)出口管的管壁金屬溫度。

【發明內容】

[0008]本發明提供一種乙烯裂解爐，其主要包括:輻射段(I)、對流段(2)、急冷鍋爐(8)，所述輻射段(I)至少設有一個輻射室(3)，所述輻射室(3)的底部布置有多個燃燒器(9)，所述多個燃燒器(9)布置成相平行並且依次排列的第一排燃燒器、第二排燃燒器、第三排燃燒器以及第四排燃燒器；所述輻射室(3)內設有第一組輻射爐管和第二組輻射爐管，所述第一組輻射爐管布置在所述第一排燃燒器和所述第二排燃燒器之間，所述第二組輻射爐管布置在所述第三排燃燒器和所述第四排燃燒器之間；所述第一組輻射爐管以及所述第二組輻射爐管都呈雙排排列，從而，在所述輻射室(3)內共設有四排輻射爐管。
[0009]當參考附圖閱讀如下對於本發明的具體實施例的描述時，將更為清楚地了解本發明的各個具體實施例的細節及其有益技術效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1A~IB是本發明裂解爐的立體示意圖，其中，為簡明清楚起見，僅示出了第一組輻射爐管以及第二 組輻射爐管中的僅僅一組，另一組被省略，其中，圖1A是裂解爐只有一個輻射室且輻射室在對流段正下方的情況；圖1B是裂解爐有兩個輻射室，分別布置在對流段下方的兩側的情況。
[0011]圖2A~2B是本發明裂解爐應用l-ι型輻射爐管布置的俯視示意圖；
[0012]圖3是本發明裂解爐應用2-1型輻射爐管布置的俯視示意圖；
[0013]圖4A~4B是本發明裂解爐應用3-1型輻射爐管布置的俯視示意圖；
[0014]圖5是本發明裂解爐應用4-1型輻射爐管布置的俯視示意圖；
[0015]圖6A~6B是本發明裂解爐應用1-1-1-1型輻射爐管布置的俯視示意圖；
[0016]圖7是本發明裂解爐應用2-2-1-1型輻射爐管布置的俯視示意圖。
[0017]圖號說明:
[0018]輻射段(I);對流段(2);輻射室(3);集合管(4);分配管(5);入口管(6);出口管
(7);急冷鍋爐⑶；底部燃燒器(9);彎管及其它管件(10);對流盤管(11);觀火孔(12)
【具體實施方式】
[0019]本發明提供一種乙烯裂解爐，主要包括:輻射段(I)、對流段(2)、急冷鍋爐(8)，所述輻射段(I)至少設有一個輻射室(3)，所述輻射室(3)的底部布置有多個燃燒器(9)，所述多個燃燒器(9)布置成相平行並且依次排列的第一排燃燒器、第二排燃燒器、第三排燃燒器以及第四排燃燒器；所述輻射室(3)內設有第一組輻射爐管和第二組輻射爐管，所述第一組輻射爐管布置在所述第一排燃燒器和所述第二排燃燒器之間，所述第二組輻射爐管布置在所述第三排燃燒器和所述第四排燃燒器之間；所述第一組輻射爐管以及所述第二組輻射爐管都呈雙排排列，從而，在所述輻射室(3)內共設有四排輻射爐管。
[0020]在本發明的一些實施例中，烴及石油餾分經過對流盤管(11)預熱後進入集合管
(4)，再經分配管(5)進行流量分配後進入輻射爐管進行裂解，然後裂解氣通過急冷鍋爐
(8)快速冷卻後進入下遊工序。
[0021]在本發明的一些實施例中，所述第一組輻射爐管以及所述第二組輻射爐管的入口管程所在的爐管平面(a)均遠離所述輻射室(3)的爐膛側牆並且靠近所述輻射室(3)的爐膛中心線(C);所述第一組輻射爐管以及所述第二組輻射爐管的出口管程所在的爐管平面(b)均遠離所述輻射室(3)的爐膛中心線(C)並且靠近所述輻射室(3)的爐膛側牆，所述輻射室(3)的爐膛側牆設有多個觀火孔(12)，使得能夠通過所述觀火孔(12)對所有出口管程的管壁金屬溫度進行直接測量。
[0022]在本發明的一些實施例中，所述第一組輻射爐管以及所述第二組輻射爐管的進口管程的爐管平面(a)和出口管程的爐管平面(b)之間的間距L為300~1000mm。
[0023]在本發明的一些實施例中，所述輻射爐管為兩程或多於兩程的多程爐管；所述輻射爐管至少包括一根進口管(6)和一根出口管(7)，所述入口管及所述出口管均為沿豎向布置的直管；當爐管為兩程爐管時，所述入口管和出口管由彎管相連，所述入口管和出口管之間沒有其它沿豎向布置的爐管；當爐管為多程爐管時(例如，如圖6A、6B或圖7所示)，入口管和出口管之間還有其它沿豎向布置的直管爐管，這些沿豎向布置的爐管之間通過彎管以及其它連接件相連，組成一組爐管。
[0024]在本發明的一些實施例中，所述輻射段(3)的爐膛內部淨高度H為8~15m。
[0025]在本發明的一些實施例中，靠近入口管程所在的所述爐管平面(a) —側的燃燒器的供熱量大於靠近出口管程所在的所述爐管平面(b) —側的燃燒器的供熱量。這樣同總供熱量相同的爐膛均勻供熱方式相比，可以降低出口管程的熱強度及TMT，從而延長裂解爐的運行周期。同時可以改善出口管程的TMT的周向不均勻度，有利於改善爐管的熱應力狀態，提高爐管的使用壽命。
[0026]本發明的優點在於:
[0027](I)、輻射爐膛內爐管採用四(4)排布置方式，與相同輻射爐膛體積的其它裂解爐比較，本乙烯裂解爐的生產能力更大、運行周期更長、單位產品的能耗更低；
[0028](2)、輻射爐膛內爐管採用四(4)排布置方式，與相同產能的其它裂解爐相比，佔地更省，投資更少；
[0029](3)、爐管採用獨特的布置方式，使輻射爐管中的所有出口管程TMT (運行周期的控制指標)都可以直接測量，保障了裂解爐的安全操作；
[0030] (4)、燃燒器的供熱可採用分區控制，加大入口管排的供熱負荷，相對減小出口管排的供熱負荷，與均勻供熱相比，可在達到相同裂解深度時降低反應的停留時間，因而可提高反應的選擇性，獲得更高的目的產品收率；可降低出口管的熱強度和金屬壁溫，減少爐管內的結焦，進而可有效延長運行周期；可使出口管的周向溫度分布與均勻供熱雙排爐管的相比，更加均勻，因而出口管的熱應力狀態得以改善，可延長爐管的使用壽命；由於提高了入口爐管的供熱負荷，入口爐管的金屬壁溫隨之提高(通常入口爐管的金屬壁溫低於出口爐管，入口管及出口管膨脹量不同，導致溫差應力)，入口管與出口管的金屬壁溫差減小，溫差應力得到緩解，也有利於爐管使用壽命的提高；
[0031](5)、針對不同的原料工況，在設計中可通過改變爐膛的高度來對爐管長度進行優化，進而優化工藝物料在爐管中的停留時間，以獲得最優化的選擇性及運行周期，最終裂解爐的運行可獲得最大的收益。
[0032]概言之，本發明提供的乙烯裂解爐，其能實現裂解爐的大型化；與相同輻射爐膛體積的其它裂解爐比較，本乙烯裂解爐的生產能力更大、運行周期更長、單位產品的能耗更低；輻射爐膛內爐管採用4排布置方式，與相同產能的其它裂解爐相比，佔地更省，投資更少；爐管採用獨特的布置方式，使輻射爐管中的所有出口管程管金屬溫度(TMT，Tube MetalTemperature，其是運行周期的控制指標)都可以直接測量，保障了裂解爐的安全操作；燃燒器的供熱可採用分區控制，可降低裂解反應的停留時間，提高反應的選擇性，可降低出口管的熱強度，效延長運行周期，並可改善出口爐管的熱應力狀態，延長爐管的使用壽命。
[0033]如圖1A和圖1B所示，乙烯裂解爐除包括輻射段⑴和對流段(2)外，還包括傳統乙烯裂爐的其他必備元素。其輻射段(I)設有至少一個輻射室(3)，輻射室(3)內設有底部燃燒器(9)、由入口管(6)、出口管(7)和其它中間爐管(10)構成的輻射爐管，若干根輻射爐管由彎管及其它管件連接組成一小組，相鄰小組爐管分兩排布置在輻射室內兩排底部燃燒器(9)之間。輻射爐管入口與分配管(5)及集合管(4)相連，出口與急冷鍋爐(8)相連。
[0034]本發明的主要工藝流程為:裂解原料首先進入對流段(2)，通過對流盤管(11)預熱原料，期間可以用稀釋蒸汽與原料混合降低烴分壓。當原料預熱到一定溫度(550°C~700°C)後，通過高溫跨管把原料運送到集合管(4)，再通過流量分配管(5)進入輻射爐管進行熱裂解反應。裂解反應產物裂解氣進入急冷鍋爐(8)進行快速降溫以便阻止裂解氣的二次反應，降溫後的裂解氣經油急冷器進一步降溫便可進入下遊的工藝設備。
[0035]第I實例:
[0036]如圖2A所示，輻射室內布置96組1_1型輻射爐管(U型爐管)，每兩排底部燃燒器間為48組分兩排布置，爐膛內共有四(4)排爐管。入口管內徑Din= 54_，入口管布置在靠近爐膛中心線的管排平面(a)上，出口管內徑Drat = 62mm,出口管布置在靠近爐膛側牆的管排平面(b)上，管排平面(a)與(b)之間的間距L = 500mm，每一個管排平面上相鄰爐管的管心距Pa，b= 196mm。出口管出爐膛後，兩兩合併進入一個線性急冷鍋爐(TLETransferLine Exchanger)。此爐膛淨長為Ilm,淨寬為6.5m,淨高H = 13.5m。原料為石腦油(NAPNaphtha)，稀釋蒸汽比為0.5 (WT/WTWeight/Weight)，每組爐管內的物料總流量為795kg/h。全爐共有32個底部燃燒器分四(4)排布置，實際生產操作中，靠近爐膛中心線的燃燒器的供熱負荷為靠近爐膛側牆的燃燒器供熱負荷的1.2倍。此裂解爐的乙烯產能為12 萬噸 / 年(120KTAKilo Ton Annually)，運行周期為 80 天。
[0037]第2實例:
[0038]如圖7所示，輻射室內布置32組2-2-1-1型輻射爐管(4分支變徑爐管)，每兩排底部燃燒器間為16組分兩排布置，爐膛內共有四(4)排爐管。第I程兩根平行的入口管內徑Din= 54_，第兩程兩根平行的入口管內徑仏=54_，第1、兩程共4根爐管布置在靠近爐膛中心線的管排平面(a)上，鄰爐管的管心距Pa= 160mm。第3程I根爐管內徑D3 = 84mm，第4程為出口管內徑0_ = 84_，第3、4程共2根布置在靠近爐膛側牆的管排平面(b)上，鄰爐管的管心距Pb = 320mm。管排平面(a)與(b)之間的間距L = 600mm。出口管出爐膛後，進入一個線性急冷鍋爐(TLE---Transfer Line Exchanger)。此爐膛淨長為12m,淨寬為
6.5m,淨高H = 13m。原料為乙烷，稀釋蒸汽比為0.3 (WT/WTWeight/Weight)，每組爐管內的物料總流量為1300kg/h。全爐共有32個底部燃燒器分四(4)排布置，實際生產操作中，靠近爐膛中心線的燃燒器的供熱負荷為靠近爐膛側牆的燃燒器供熱負荷的1.3倍。此裂解爐的乙烯產能為13萬噸/年(130KTAKilo Ton Annually)，運行周期為100天。如果採用圖1B所示意的雙爐膛布置方式，全爐共64組2-2-1-1型輻射爐管，則單臺爐的乙烯生產能力 可達26萬噸/年。
【權利要求】
1.一種乙烯裂解爐，主要包括:輻射段(I)、對流段(2)、急冷鍋爐(8)，其特徵在於: 所述輻射段(I)至少設有一個輻射室(3)，所述輻射室(3)的底部布置有多個燃燒器(9)，所述多個燃燒器(9)布置成相平行並且依次排列的第一排燃燒器、第二排燃燒器、第三排燃燒器以及第四排燃燒器； 所述輻射室(3)內設有第一組輻射爐管和第二組輻射爐管，所述第一組輻射爐管布置在所述第一排燃燒器和所述第二排燃燒器之間，所述第二組輻射爐管布置在所述第三排燃燒器和所述第四排燃燒器之間； 所述第一組輻射爐管以及所述第二組輻射爐管都呈雙排排列，從而，在所述輻射室(3)內共設有四排輻射爐管。
2.根據權利要求1所述乙烯裂解爐，其特徵在於: 所述第一組輻射爐管以及所述第二組輻射爐管的入口管程所在的爐管平面(a)均遠離所述輻射室(3)的爐膛側牆並且靠近所述輻射室(3)的爐膛中心線(c)； 所述第一組輻射爐管以及所述第二組輻射爐管的出口管程所在的爐管平面(b)均遠離所述輻射室(3)的爐膛中心線(c)並且靠近所述輻射室(3)的爐膛側牆； 所述輻射室(3)的爐膛側牆設有多個觀火孔(12)，使得能夠通過所述觀火孔(12)對所有出口管程的管壁金屬溫度進行直接測量。
3.根據權利要求2所述乙烯裂解爐，其特徵在於: 所述第一組輻射爐管以及所述第二組輻射爐管的進口管程的爐管平面(a)和出口管程的爐管平面(b)之間的間距L為300~1000mm。
4.根據權利要求1~3中的任一項所述乙烯裂解爐，其特徵在於: 所述輻射爐管為兩程或多於兩程的多程爐管； 所述輻射爐管至少包括一根進口管(6)和一根出口管(7)，所述入口管及所述出口管均為沿豎向布置的直管； 當爐管為兩程爐管時，所述入口管和出口管由彎管相連，所述入口管和出口管之間沒有其它沿豎向布置的爐管； 當爐管為多程爐管時，入口管和出口管之間還有其它沿豎向布置的直管爐管，這些沿豎向布置的爐管之間通過彎管相連，組成一組爐管。
5.根據權利要求1~4中的任一項所述乙烯裂解爐，其特徵在於: 所述輻射段⑶的爐膛內部淨高度H為8~15m。
6.根據權利要求2~5中的任一項所述乙烯裂解爐，其特徵在於: 靠近入口管程所在的所述爐管平面(a) —側的燃燒器的供熱量大於靠近出口管程所在的所述爐管平面(b) —側的燃燒器的供熱量。
【文檔編號】C07C4/04GK103992812SQ201410228915
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】張磊, 李保有, 塗國華, 盧永生, 薄建民 申請人:惠生工程（中國）有限公司