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    重庆时时彩十位: 采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉.pdf

    关 键 词:
    采用 燃烧 炉管 裂解炉
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510725504.4

    申请日:

    2015.10.29

    公开号:

    CN106635123A

    公开日:

    2017.05.10

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C10G 9/20申请日:20151029|||公开
    IPC分类号: C10G9/20; C07C11/04; C07C11/06; C07C11/08; C07C4/04 主分类号: C10G9/20
    申请人: 中国石油化工股份有限公司; 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院
    发明人: 周丛; 张利军; 王国清; 周先锋; 刘俊杰; 杜志国; 张永刚; 张兆斌
    地址: 100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号
    优先权:
    专利代理机构: 北京聿宏知识产权代理有限公司 11372 代理人: 张少辉;刘华联
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510725504.4

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.11.30|||2017.06.06|||2017.05.10

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供一种采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,包括:用于限定辐射腔的辐射腔炉衬;设置在所述辐射腔内的炉管组件;以及用于向辐射腔内提供热辐射的多个燃烧器;其中所述燃烧器采用富氧空气助燃,并且所述炉管组件采用多程炉管。本发明从炉管设计及采用富氧燃烧两个方面考虑,使竖向进口管比竖向出口管更靠近燃烧器,不仅能够保证热量会优先传递给急需热量的竖向进口管,同时,并排布置的竖向进口管和竖向出口管能节约空间,此外由于富氧空气助燃,使相对远离燃烧器的竖向出口管也能获得足够的热量继续反应,因此本发明能够提高裂解炉的热效率,降低排烟损失,促进裂解炉的节能。

    权利要求书

    1.一种采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,包括:
    用于限定辐射腔的辐射腔炉衬;
    设置在所述辐射腔内的炉管组件;以及
    用于向辐射腔内提供热辐射的多个燃烧器;
    其特征在于:所述燃烧器采用富氧空气助燃,并且所述炉管组件采用多程炉
    管。
    2.根据权利要求1所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其特征在于,
    所述多程炉管为两程炉管,且所述两程炉管包括相连通的竖向进口管和竖向出口
    管,所述竖向进口管比所述竖向出口管更加靠近所述燃烧器。
    3.根据权利要求1或2所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其特征在
    于,所述燃烧器位于辐射腔的底部和/或侧壁上。
    4.根据权利要求1或2所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其特征在
    于,所述富氧空气浓度的体积百分比为25~40%。
    5.根据权利要求1或2所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其特征在
    于,所述富氧空气浓度的体积百分比为27~33%。
    6.根据权利要求1或2所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其特征在
    于,所述竖向进口管与竖向出口管平行布置。
    7.根据权利要求1或2所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其特征在
    于,还包括急冷锅炉,所述竖向出口管设于辐射腔的中央位置并连通所述急冷锅
    炉。
    8.根据权利要求3所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其特征在于,
    设在所述辐射腔底部的燃烧器的数量为2~8个。
    9.根据权利要求8所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其特征在于,
    所述燃烧器对称排列。
    10.根据权利要求1或2所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其特征
    在于,所述富氧空气采用变压吸附或者膜渗透法获得。

    说明书

    采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉

    技术领域

    本发明涉及一种裂解炉,尤其是一种采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉。

    背景技术

    乙烯、丙烯和丁二烯等低碳烯烃是石油化学工业的重要基础原料。目前,生
    产低碳烯烃的方法以管式炉石油烃蒸汽裂解工艺为主。据统计,世界上大约99%
    的乙烯、50%以上的丙烯和90%以上的丁二烯通过该工艺生产。

    管式炉石油烃蒸汽裂解工艺的核心设备是管式裂解炉(以下简称“裂解
    炉”),裂解原料如乙烷、丙烷、石脑油以及加氢尾油在裂解炉中被加热到高温
    时,会发生碳链断裂化学反应,生成低碳烯烃如乙烯、丙烯和丁二烯等。但是,
    热裂解反应过程十分复杂,除了目的产物低碳烯烃外,同时还会发生脱氢、异构
    化、环化、叠合和缩合等副反应,生成其他副产物。因此,如何控制反应条件,
    使反应产物中目的产物低碳烯烃最多是该领域一直研究的课题。

    国内外的长期研究结果表明,原料烃类在高温、短停留时间、低烃分压的条
    件下对生成烯烃是有利的。在反应的初期,从压降方面看,由于反应的转化率较
    低,管内流体体积增大不多,管内流体的线速度也增大不多,较小的管径不会引
    起压降增加太多,不会严重影响平均烃分压增加;从热强度方面看,由于原料急
    剧升温,吸收大量热量,所以要求热强度大,较小的管径可使比表面积增加,从
    而满足要求;从结焦趋势看,由于转化率较低,二次反应尚不能发生,结焦速率
    较低,较小的管径也是允许的。在反应的后期,从压力降方面看,由于此时转化
    率较高,管内流体体积增大较多,同时,流体的线速度也急剧上升,较大管径比
    较适合;从热强度方面看,由于转化率已经较高,热强度开始减小,较大的管径
    不会显著影响传热效果;从结焦趋势方面看,由于转化率较高,二次反应较多,
    结焦速率增加,较大的炉管管径能够保证炉管通畅且不至于造成太大的压降。综
    上所述,一般而言,我们会在设计裂解炉管时在裂解炉管的入口(即反应初期)
    采用较小的管径,在裂解炉管的出口采用较大的管径。

    为了实现“高温、短停留时间和低烃分压”的目标,几乎所有构型的新炉管
    均采用了缩短管长的方法,如lummus公司将管长由八程73m缩短到两程25m左
    右;石伟公司将管长由四程45m改为两程21m;KTI公司将管长由四程46m缩短
    到两程23m,停留时间也随之由0.5s以上降低至0.15~0.25s。

    世界上开发乙烯管式裂解炉技术的专利商有ABB Lummus Global、Technip、
    Stone&Webster、Linde、KBR和Sinopec公司等,并且已经占据乙烯裂解技术的
    主导地位。目前,这些技术专利商都十分注重乙烯裂解炉新型技术的研究与开发,
    辐射段炉管的设计研究就是重要研究方向之一,辐射段盘管的设计是决定裂解选
    择性和提高裂解产品收率的关键步骤,改变辐射盘管的结构和排布,例如不分支
    变径、分支变径、单程等径等不同结构的辐射炉管已经成为炉管优化的重要方向。

    从裂解炉炉管的角度看,在反应的初期,由于原料急剧升温,吸收大量热量,
    所以要求热强度大,较多较小的管径可使比表面积增加,从而满足要求;在反应
    的后期,由于转化率已经较高,热强度开始减小,较少较大的管径不会显著影响
    传热效果。综上所述,一般而言,在设计裂解炉管时在裂解炉管的入口(即反应
    初期)采用较多较小的管径,在裂解炉管的出口采用较少较大(即反应末期)的
    管径。

    从裂解炉的传热角度看,在裂解炉的炉膛内,燃料气(主要是甲烷和氢)燃
    烧提供热量,这些热量通过辐射传热和对流传热进入炉管。通常裂解炉都采用燃
    料气与空气的混合燃烧来提供裂解反应所需的热量。一般而言,燃烧反应是燃料
    中的可燃分子与氧分子之间发生高能碰撞而引起的,所以氧的供给状况决定了燃
    烧过程。

    传统的裂解炉一般采用空气作为助燃气体,由于空气中氧气含量仅有21%,
    大部分为氮气,因此在燃烧过程中,燃料气的燃烧速度较慢,燃烧火焰较长,在
    裂解炉膛的高度方向,炉膛温度呈曲线分布,在炉膛底部供热量少,炉膛中部则
    供热量最多,炉膛上部供热量开始降低。对于多程炉管的裂解炉,由于其停留时
    间较长,炉膛供热与炉管吸热之间的矛盾尚不突出,对于单程炉管,这一矛盾便
    凸显出来,在炉管的入口端,物料继续快速升温,继续大量的热量,然而传统燃
    烧系统的底部供热量较少;而在炉管出口端,物料的结焦速率急剧增加,需要控
    制二次反应的发生,然而传统燃烧系统的中上部供热量开始达到最大。也就是说,
    在燃烧系统和单程炉管之间存在一个匹配的问题。

    如果采用比空气含氧浓度高的富氧空气进行燃烧,相比于空气燃烧而言,具
    有较多优点:一是由于辐射换热是裂解炉传热的主要方式,按照气体辐射的特点,
    只有三原子气体和多原子气体具有辐射能力,双原子气体几乎没有辐射能力,常
    规空气助燃的情况下,无辐射能力的氮气所占比例很高,烟气的黑度很低,影响
    了烟气对炉管管排的辐射传热过程。采用富氧空气助燃,因氮气含量少,空气量
    和烟气量均显著减少,故火焰温度和黑度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著
    提高,进而提高火焰辐射强度和强化辐射传热;二是采用富氧空气助燃,燃烧的
    火焰变短,燃烧强度提高,燃烧速度加快,这样将有助于燃烧反应完全,提高燃
    料的使用效率,进而提高裂解炉的热效率;三是采用富氧空气助燃,可以适当降
    低过??掌凳?,减少排烟体积,减少燃烧后的烟气量,进而降低排烟损失,促
    进裂解炉的节能。

    本发明就是从炉膛燃烧和炉管设计两个方面考虑,发明一种超高选择性的裂
    解炉,其炉膛燃烧的特性与炉管设计特性相匹配,进而发挥出各自的最大优势,
    得到一个具有适当运行周期、选择性高、热效率高、能耗低的新型裂解炉。

    发明内容

    为了解决上述问题,本发明的目的是提供一种能够提高燃烧气的燃烧速度,
    提高裂解炉的热效率,降低排烟损失并使裂解炉更加节能的采用富氧燃烧的多程
    炉管的裂解炉。

    为达上述目的,本发明提供一种采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,包括:

    用于限定辐射腔的辐射腔炉衬;

    设置在所述辐射腔内的炉管组件;以及

    用于向辐射腔内提供热辐射的多个燃烧器;

    其中:所述燃烧器采用富氧空气助燃,并且所述炉管组件采用多程炉管。

    所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其中,所述多程炉管为两程炉管,
    且所述两程炉管包括相连通的竖向进口管和竖向出口管,所述竖向进口管比所述
    竖向出口管更加靠近所述燃烧器。

    所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其中,所述燃烧器位于辐射腔的
    底部和/或侧壁上。

    所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其中,所述富氧空气浓度的体积
    百分比为25~40%。

    所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其中,所述富氧空气浓度的体积
    百分比为27~33%。

    所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其中,所述竖向进口管与竖向出
    口管平行布置。

    所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其中,还包括急冷锅炉,所述竖
    向出口管设于辐射腔的中央位置并连通所述急冷锅炉。

    所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其中,设在所述辐射腔底部的燃
    烧器的数量为2~8个。

    所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其中,所述燃烧器对称排列。

    所述的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉,其中,所述富氧空气采用变压吸
    附或者膜渗透法获得。

    本发明的有益效果是:本发明从炉管设计及采用富氧燃烧两个方面考虑,使
    竖向进口管(一程炉管)比竖向出口管(二程炉管)更为靠近燃烧器,不仅能够
    保证热量会优先传递给急需热量的竖向进口管,同时,并排布置的竖向进口管和
    竖向出口管还能有效节约空间,此外由于富氧空气助燃,可以提高火焰辐射强度
    和强化辐射传热,使相对远离燃烧器的竖向出口管也能获得足够的热量继续反
    应,因此本发明能够提高裂解炉的热效率,降低排烟损失,促进裂解炉的节能。

    附图说明

    在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:

    图1为根据本发明的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉的结构示意图。

    在附图中相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

    具体实施方式

    下面将结合附图对本发明作进一步说明。

    图1为根据本发明的采用富氧燃烧的多程炉管的裂解炉10的结构示意图。
    该裂解炉10主要用于加热天然气、炼厂气、原油及石脑油等各类裂解原料,促
    使裂解原料发生碳链断裂化学反应,生成烃乙烯、丙烯和/或丁二烯等低碳烯及
    各种副产物。

    如图1所示,所述裂解炉10包括:辐射腔2、与辐射腔2相连的且错开式高
    于辐射腔2的对流腔3和设置在辐射腔2内的炉管组件4、位于辐射腔2的顶部
    上方且与炉管组件4连通的急冷锅炉6(属于本领域的常规产品)以及能够为辐
    射腔2提供热量的燃烧器8。

    所述辐射腔2由辐射腔炉衬21限定而成形。容易理解的是,对流腔3也可
    由对流腔炉衬31限定而成形,辐射腔炉衬21与对流腔炉衬31相连通。

    在一个优选的实施例中,炉管组件4是2~4程炉管,优选为2程炉管,其包
    括至少一根竖向进口管(一程炉管)41以及与所述竖向进口管41平行布置并与
    所述竖向进口管41的底部连通的一根竖向出口管(二程炉管)42,其中所述的
    竖向进口管(一程炉管)41比竖向出口管(二程炉管)42更加靠近燃烧器8,而
    所述竖向出口管(二程炉管)42可设于辐射腔2的中央位置并连通所述急冷锅炉
    6。

    所述的炉管组件4可以是1-1型辐射炉管,即竖向进口管(一程炉管)41的
    数量为一根;或者是2-1型辐射炉管,即竖向进口管(一程炉管)41的数量为两
    根且对称布置;或者是4-1型辐射炉管,即竖向进口管(一程炉管)41的数量为
    四根且均匀布置,等等。

    在一个优选的实施例中,在辐射腔炉衬21的底部和/或侧壁上设有用于向辐
    射腔2内提供热辐射的多个燃烧器8。由此,可以提高辐射腔2内的热量。优选
    的是,设在辐射腔2底部上的燃烧器8位于竖向进口管41与辐射腔炉衬21之间,
    这样,热量会优先传递给急需热量的竖向进口管(一程炉管)41,同时,由于富
    氧空气助燃,可以提高火焰辐射强度和强化辐射传热,使相对远离燃烧器的竖向
    出口管(二程炉管)42也能获得足够的热量继续反应。

    所述的炉管组件4的竖向出口管42的内径与所述竖向进口管41的内径之比
    的范围是:1~2.1。

    所述的炉管组件4的竖向进口管41内径的范围是:25mm至60mm。优选
    入口管内径的范围是:35mm至55mm。

    所述的炉管组件4的竖向出口管42内径的范围是:45mm至120mm。优选
    出口端管口内径的范围是:60mm至95mm。

    所述的燃烧系统中,底部燃烧器8的供热比例为60~90%,优选为
    70~85%。

    所述的燃烧系统中,每组辐射段炉管对应的底部燃烧器8的数量为2~8个,
    底部燃烧器8位于炉管组件4的两侧,呈对称排列。

    所述燃烧器8采用燃烧气与富氧空气的混合来提供裂解反应所需的热量。所
    述富氧空气采用变压吸附或者膜渗透法获得,所述富氧空气浓度为25~40%(体
    积百分比,v%),优选为27-33%(体积百分比,v%)。

    采用比空气含氧浓度高的富氧空气进行燃烧,相比于空气燃烧而言,具有较
    多优点:一是由于辐射换热是裂解炉传热的主要方式,按照气体辐射的特点,只
    有三原子气体和多原子气体具有辐射能力,双原子气体几乎没有辐射能力,常规
    空气助燃的情况下,无辐射能力的氮气所占比例很高,烟气的黑度很低,影响了
    烟气对炉管管排的辐射传热过程。采用富氧空气助燃,因氮气含量少,空气量和
    烟气量均显著减少,故火焰温度和黑度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提
    高,进而提高火焰辐射强度和强化辐射传热;二是采用富氧空气助燃,燃烧的火
    焰变短,燃烧强度提高,燃烧速度加快,这样将有助于燃烧反应完全,提高燃料
    的使用效率,进而提高裂解炉的热效率;三是采用富氧空气助燃,可以适当降低
    过??掌凳?,减少排烟体积,减少燃烧后的烟气量,进而降低排烟损失,促进
    裂解炉的节能。

    本发明的工作原理是:在裂解过程中,裂解原料首先经过对流腔3进行汽化
    和预热处理,然后经过辐射腔2中转而进入到炉管组件4内进行裂解反应,当裂
    解原料的流体进入到各个竖向进口管41时,由于竖向进口管41更为靠近燃烧器
    8,因此热量会优选传递给急需热量的竖向进口管41,能够迅速提升各竖向进口
    管41内的温度,提高竖向进口管41内裂解反应的速率。当裂解原料的流体进入
    到竖向出口管42时,由于富氧空气助燃,可以提高火焰辐射强度和强化辐射传
    热,使相对远离燃烧器的竖向出口管42也能获得足够的热量继续反应,竖向出
    口管42能够降低对烃类裂解反应后期的结焦敏感性。裂解之后进入到急冷锅炉6
    内进行冷却处理。

    综上所述,本发明从炉管设计及采用富氧燃烧两个方面考虑,使竖向进口管
    (一程炉管)41比竖向出口管(二程炉管)42更为靠近燃烧器8,不仅能够保证
    热量会优先传递给急需热量的竖向进口管(一程炉管)41,同时,并排布置的竖
    向进口管(一程炉管)41和竖向出口管(二程炉管)42还能有效节约空间,此
    外由于富氧空气助燃,可以提高火焰辐射强度和强化辐射传热,使相对远离燃烧
    器的竖向出口管(二程炉管)42也能获得足够的热量继续反应,因此本发明能够
    提高裂解炉的热效率,降低排烟损失,促进裂解炉的节能。

    虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的
    情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只
    要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起
    来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内
    的所有技术方案。

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