一种裂解炉及用其进行热裂解的方法技术

本发明专利技术为新型供热方式的裂解炉及用其进行热裂解的方法。本发明专利技术用炉顶燃烧器和炉底燃烧器；烟道口位于辐射区一侧的中上部；辐射盘管的第一程管和第二程管分别处于两个平行的平面中，每组辐射盘管的二程管投影位于相邻两根一程管投影的中心位置。本发明专利技术供热均匀、效率高，操作控制灵活、简便，设备投资小，可用于石油烃的裂解反应。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
新型供热方式的裂解炉及用其进行热裂解的方法(一)
本专利技术涉及一种裂解炉及用其进行热裂解的方法，尤其涉及用于石油高温裂解反应的新型供热方式的裂解炉及用其进行热裂解的方法。(二)
技术介绍
众所周知，石油裂解反应是生产乙烯、丙烯等极其重要工业原料的主要手段。本领域的哪怕一点点改进，都能够带来巨大的经济效益和社会效益。而裂解炉是进行高温裂解反应的主要设备，因此，世界范围内几乎所有大的石油石化公司都非常重视并且不惜投巨资进行裂解炉的改进。正如本领域技术人员所公知，裂解反应的高温条件是通过裂解炉辐射区的烧嘴供热给辐射盘管来实现的。而根据在辐射区内的安装位置不同，烧嘴可以分为底部烧嘴、侧壁烧嘴和顶部烧嘴。其中底部和顶部烧嘴既可以用来烧气体燃料，也可以烧液体燃料，还可以采用气、液联合烧嘴。而侧壁烧嘴一般只能用于烧气体。目前，辐射盘管的排布方式有单排、双排和混排三种。以上内容可以参见陈滨主编的《乙烯工学》(化学工业出版社，1997年第1版，第4章，引入本专利技术作为参考)、邹仁鋆编著的《石油化工裂解原理与技术》(化学工业出版社，1981年第1版，第6章，引入本专利技术作为参考)以及王松汉等主编的《乙烯装置技术》(中国石化出版社，1994年第1版，第2章，引入本专利技术作为参考)等公开文献。全部采用侧壁烧嘴供热方式的裂解炉具有炉膛温度均匀，炉膛宽度小等特点。但整个裂解炉中烧嘴个数太多，燃料气配管复杂，投资大，在实际生产中操作和维修复杂，同时全侧壁烧嘴只能采用气体燃料，操作弹性较小。日本三井公司在CN1045806中公开了两层顶部烧嘴供热的全顶烧方式。该供热方式投资少，操作维修简单。但采用这种方式辐射区结构不规则，炉膛内烟气流动方式复杂，而且辐射区炉墙有倾斜，在高温操作条件下炉墙内衬保温材料在操作中易损坏，维修量大。另外由于烟气出口在辐射区底部，需要配置大功率引风机来满足辐射区烟气逆向流动，这样炉子造价增高，能耗增大。S&W公司在CN1068587中描述了一种全部由底部烧嘴供热的裂解炉。全-->部采用底部烧嘴的供热方式，优点是投资少，操作维修简单。但由于受底烧火焰高度较低的限制，辐射区炉膛高度较高时，炉膛温度的均匀性难以得到满足。为了达到均匀的炉膛温度，可以用两种方法：一种方法是采用新型的、大能力底部烧嘴，这种烧嘴可以提供较高的火焰长度，但此种烧嘴造价昂贵，而且单个烧嘴能力过大，燃烧中产生的氮氧化物浓度较大，无法满足环保对烟气排放的要求；另一种方法是采用两层或多层底部平台，如日立公司在US5181990专利所提到的双层底部烧嘴，但采用这种方法虽然可以使炉膛均匀性得到提高，但辐射区结构不规则，炉膛内烟气流动方式复杂，而且辐射区炉墙有倾斜，在高温操作条件下炉墙内衬保温材料在操作中易损坏，维修量大。底、侧联合供热方式虽然可以部分弥补全底烧火焰长度短和全侧烧配管复杂、燃料弹性小的缺点，但这种供热方式仍然需要合适的侧底烧比例来满足炉膛温度均匀性，一般侧：底烧比例在1∶9～5∶5之间。而且此种供热方式仍需采用只能用于烧气体的侧壁烧嘴，燃料气配管复杂、投资较大、操作复杂、弹性小、不易维修的问题依然存在。此外，辐射盘管的结构、排布以及其受热均匀与否，也是影响裂解反应效果的另一个因素。传统的立管式裂解炉辐射区盘管为了保证辐射区盘管受热均匀，大多采用单排管，也有部分公司为了在较低投资下获得较大的单炉生产能力采用双排管，以及为了综合两者的特点而采用混排管的形式。以上内容也可以参见陈滨主编的《乙烯工学》(化学工业出版社，1997年第1版，第4章，引入本专利技术作为参考)、邹仁鋆编著的《石油化工裂解原理与技术》(化学工业出版社，1981年第1版，第6章，引入本专利技术作为参考)、王松汉等主编的《乙烯装置技术》(中国石化出版社，1994年第1版，第2章，引入本专利技术作为参考)。采用单排管排布的盘管在辐射区中受到双面辐射，受热均匀传热效果最好，但它的缺点是在同样的区域内所布置辐射盘管根数最少，单位区域生产能力低。在这种单排管排布的情况下要适应裂解炉大型化的要求，就只有延长每根辐射盘管的长度，其后果必然使得辐射区大大增高，对辐射区烧嘴的均匀供热能力就要提出了更苛刻的要求。同时，盘管太长使工程问题复杂。所以，采用单排管排布结构使裂解炉的生产能力受到严重限制。采用双排布置盘管的方式虽然可以使生产能力增大一倍，但双排管正面互相遮挡严重影响炉壁对其辐射传热的效果，使得辐射传热效果最差。同时，辐射盘管受热不均匀会对裂解选择性、操作周期和辐射盘管寿命带来不利的影-->响。采用混排法虽然可以部分提高生产能力和受热均匀性，但为了保证辐射传热的均匀性，一般认为相邻辐射盘管的间距不得低于1.8倍的辐射盘管外径，所节省的区域空间有限。此外，混排法为了避免相邻各小组辐射盘管弯头和集合管在炉膛下部相互交叉，必须使各相邻小组弯头和集合管在炉膛下部时处于不同的高度或不同的平面，这就造成两种副作用：一是对处于不同高度的相邻各组辐射盘管，其各组辐射盘管总长度并不相同，物料在各组中停留时间和裂解深度也不相同，因而使优化操作受到一定的限制；二是弯头和集合管处于不同平面会对整个辐射盘管的应力影响很大，从而易于引起辐射盘管的变形。而且使得辐射盘管弯头及连接管设计复杂，型号规格多、彼此互换性差、安装难度加高、设备投资增大。另外，现有技术的裂解炉总体高度很高，增加了设计和施工难度，并造成基建投资居高不下。为了降低设计和施工难度，减少基建投资，有必要降低裂解炉的总体高度。综上所述，现有技术的裂解炉都有自己的优点，但都存在这样或那样的问题，因此寻求一种能够克服上述缺点、具有优异的综合性能的新型裂解炉实为必要。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型供热方式的裂解炉，该裂解炉具有操作简便、供热、传热效果好，投资小，维修方便，控制灵活的特点。为了达到上述目的，本专利技术人进行了大量深入细致的研究，发现采用前人没有用过的顶烧、底烧联合供热的方式和新型的炉膛结构可以有效地解决上述问题。本专利技术的新型供热方式的裂解炉包括：辐射区；排布在辐射区内的炉底燃烧器；辐射区内垂直排布的多组1-1构型的二程不等径无分枝辐射盘管或2-1、4-1构型的二程不等径分枝辐射盘管；偏离辐射区的对流区；水平配置在对流区的多组对流盘管；辐射区和对流区之间的水平配置的烟道区；本专利技术特别还包括排布在辐射区内的炉顶燃烧器；烟道区位于辐射区一侧的中上部。实施本专利技术的裂解炉，烟道区位置可以由不同裂解炉的顶底烧供热比例值-->R决定。R在1∶9～7∶3范围内变化时，从辐射区一侧的顶部向下计(以烟道区的上沿算，下同)：所述的烟道区位于辐射区一侧总高度的10％-50％位置；优选R在2∶8～6∶4范围内变化，所述的烟道区位于辐射区一侧总高度的10％-40％位置；更优选R在2.5∶7.5～5∶5范围内变化，所述的烟道区位于辐射区一侧总高度的15％-40％位置；特别优选地，R在3∶7～4∶6范围内变化，所述的烟道区位于辐射区一侧总高度的20％-40％位置。本专利技术的另一个目的在于提供一种使用上述的裂解炉进行热裂解烃原料的方法，包括：烟道气由辐射区经位于辐射区一侧的中上部的烟道区[6]进入对流区；在对流区利用从辐射区出来的烟道气预热对流盘管中的烃原料；在辐射区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型供热方式的裂解炉，该裂解炉包括： ａ）辐射区［３］；排布在辐射区［３］内的炉底燃烧器［８］；辐射区［３］内垂直排布的多组１－１构型的二程不等径无分枝辐射盘管［７］或２－１、４－１构型的二程不等径分枝辐射盘管［７］； ｂ）偏离辐射区［３］的对流区［２］；水平配置在对流区［２］的多组对流盘管［１］； ｃ）辐射区［３］和对流区［２］之间的水平配置的烟道区［６］； 其特征在于：所述的裂解炉还包括排布在辐射区［３］内的炉顶燃烧器［９］；所述的烟道区［６］位于辐射区［３］一侧的中上部。

【技术特征摘要】
1.一种新型供热方式的裂解炉，该裂解炉包括：a)辐射区[3]；排布在辐射区[3]内的炉底燃烧器[8]；辐射区[3]内垂直排布的多组1-1构型的二程不等径无分枝辐射盘管[7]或2-1、4-1构型的二程不等径分枝辐射盘管[7]；b)偏离辐射区[3]的对流区[2]；水平配置在对流区[2]的多组对流盘管[1]；c)辐射区[3]和对流区[2]之间的水平配置的烟道区[6]；其特征在于：所述的裂解炉还包括排布在辐射区[3]内的炉顶燃烧器[9]；所述的烟道区[6]位于辐射区[3]一侧的中上部。2.如权利要求1所述的裂解炉，其特征在于：烟道区[6]位置由裂解炉的顶、底燃烧器[9]、[8]供热比例值R决定，R在1∶9～7∶3范围内变化时，从辐射区[3]一侧的顶部向下计、并且以烟道区的上沿算，所述的烟道区[6]位于辐射区[3]一侧总高度的10％-50％位置。3.如权利要求2所述的裂解炉，其特征在于：R在2∶8～6∶4范围内变化时，从辐射区[3]一侧的顶部向下计、并且以烟道区的上沿算，所述的烟道区[6]位于辐射区[3]一侧总高度的10％-40％位置。4.如权利要求3所述的裂解炉，其特征在于：R在2.5∶7.5～5∶5范围内变化时，从辐射区[3]一侧的顶部向下计、并且以烟道区的上沿算，所述的烟道区[6]位于辐射区[3]一侧总高度的15％-40％位置。5.如权利要求4所述的裂解炉，其特征在于：R在3∶7～4∶6范围内变化时，从辐射区[3]一侧的顶部向下计、并且以烟道区的上沿算，所述的烟道区[6]位于辐射区[3]一侧总高度的20％-40％位置。6.如权利要求1所述的裂解炉，其特征在于：所述的炉底燃烧器[8]的数目与炉顶燃烧器[9]的数目相等，底...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾清泉，王国清，许士兴，张兆斌，
申请(专利权)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，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]