采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐制造技術

本發明專利技術提供一種采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，包括：用于限定輻射腔的輻射腔爐襯；設置在所述輻射腔內的爐管組件；以及用于向輻射腔內提供熱輻射的多個燃燒器；其中所述燃燒器采用富氧空氣助燃，并且所述爐管組件采用多程爐管。本發明專利技術從爐管設計及采用富氧燃燒兩個方面考慮，使豎向進口管比豎向出口管更靠近燃燒器，不僅能夠保證熱量會優先傳遞給急需熱量的豎向進口管，同時，并排布置的豎向進口管和豎向出口管能節約空間，此外由于富氧空氣助燃，使相對遠離燃燒器的豎向出口管也能獲得足夠的熱量繼續反應，因此本發明專利技術能夠提高裂解爐的熱效率，降低排煙損失，促進裂解爐的節能。

Cracking furnace using oxygen enriched combustion multi pass furnace tube

The invention provides a cracking furnace, multi process furnace using oxygen enriched combustion tube includes a radiation cavity lining for limited radiation cavity; component is arranged in the radiation chamber of the furnace tube; and a plurality of burners for radiation into the radiation cavity is provided with heat; wherein the burner using oxygen enriched combustion air, and said furnace tube assembly with multi pass tube. The design and application of oxygen enriched air two aspects from the combustion furnace, the vertical inlet tube than vertical outlet pipe closer to the burner, can not only ensure the heat will transfer to import needed priority vertical heat pipe, at the same time, the vertical inlet tube and the outlet tube of the vertical side-by-side layout can save space, because the oxygen enriched air combustion. The vertical exit is relatively far away from the burner tube can get enough heat to the reaction, so the invention can improve the thermal efficiency of cracking furnace, reduce exhaust gas loss, promote energy-saving cracking furnace.

【技術實現步驟摘要】
采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐
本專利技術涉及一種裂解爐，尤其是一種采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐。
技術介紹
乙烯、丙烯和丁二烯等低碳烯烴是石油化學工業的重要基礎原料。目前，生產低碳烯烴的方法以管式爐石油烴蒸汽裂解工藝為主。據統計，世界上大約99％的乙烯、50％以上的丙烯和90％以上的丁二烯通過該工藝生產。管式爐石油烴蒸汽裂解工藝的核心設備是管式裂解爐(以下簡稱“裂解爐”)，裂解原料如乙烷、丙烷、石腦油以及加氫尾油在裂解爐中被加熱到高溫時，會發生碳鏈斷裂化學反應，生成低碳烯烴如乙烯、丙烯和丁二烯等。但是，熱裂解反應過程十分復雜，除了目的產物低碳烯烴外，同時還會發生脫氫、異構化、環化、疊合和縮合等副反應，生成其他副產物。因此，如何控制反應條件，使反應產物中目的產物低碳烯烴最多是該領域一直研究的課題。國內外的長期研究結果表明，原料烴類在高溫、短停留時間、低烴分壓的條件下對生成烯烴是有利的。在反應的初期，從壓降方面看，由于反應的轉化率較低，管內流體體積增大不多，管內流體的線速度也增大不多，較小的管徑不會引起壓降增加太多，不會嚴重影響平均烴分壓增加；從熱強度方面看，由于原料急劇升溫，吸收大量熱量，所以要求熱強度大，較小的管徑可使比表面積增加，從而滿足要求；從結焦趨勢看，由于轉化率較低，二次反應尚不能發生，結焦速率較低，較小的管徑也是允許的。在反應的后期，從壓力降方面看，由于此時轉化率較高，管內流體體積增大較多，同時，流體的線速度也急劇上升，較大管徑比較適合；從熱強度方面看，由于轉化率已經較高，熱強度開始減小，較大的管徑不會顯著影響傳熱效果；從結焦趨勢方面看，由于轉化率較高，二次反應較多，結焦速率增加，較大的爐管管徑能夠保證爐管通暢且不至于造成太大的壓降。綜上所述，一般而言，我們會在設計裂解爐管時在裂解爐管的入口(即反應初期)采用較小的管徑，在裂解爐管的出口采用較大的管徑。為了實現“高溫、短停留時間和低烴分壓”的目標，幾乎所有構型的新爐管均采用了縮短管長的方法，如lummus公司將管長由八程73m縮短到兩程25m左右；石偉公司將管長由四程45m改為兩程21m；KTI公司將管長由四程46m縮短到兩程23m，停留時間也隨之由0.5s以上降低至0.15～0.25s。世界上開發乙烯管式裂解爐技術的專利商有ABBLummusGlobal、Technip、Stone&Webster、Linde、KBR和Sinopec公司等，并且已經占據乙烯裂解技術的主導地位。目前，這些技術專利商都十分注重乙烯裂解爐新型技術的研究與開發，輻射段爐管的設計研究就是重要研究方向之一，輻射段盤管的設計是決定裂解選擇性和提高裂解產品收率的關鍵步驟，改變輻射盤管的結構和排布，例如不分支變徑、分支變徑、單程等徑等不同結構的輻射爐管已經成為爐管優化的重要方向。從裂解爐爐管的角度看，在反應的初期，由于原料急劇升溫，吸收大量熱量，所以要求熱強度大，較多較小的管徑可使比表面積增加，從而滿足要求；在反應的后期，由于轉化率已經較高，熱強度開始減小，較少較大的管徑不會顯著影響傳熱效果。綜上所述，一般而言，在設計裂解爐管時在裂解爐管的入口(即反應初期)采用較多較小的管徑，在裂解爐管的出口采用較少較大(即反應末期)的管徑。從裂解爐的傳熱角度看，在裂解爐的爐膛內，燃料氣(主要是甲烷和氫)燃燒提供熱量，這些熱量通過輻射傳熱和對流傳熱進入爐管。通常裂解爐都采用燃料氣與空氣的混合燃燒來提供裂解反應所需的熱量。一般而言，燃燒反應是燃料中的可燃分子與氧分子之間發生高能碰撞而引起的，所以氧的供給狀況決定了燃燒過程。傳統的裂解爐一般采用空氣作為助燃氣體，由于空氣中氧氣含量僅有21％，大部分為氮氣，因此在燃燒過程中，燃料氣的燃燒速度較慢，燃燒火焰較長，在裂解爐膛的高度方向，爐膛溫度呈曲線分布，在爐膛底部供熱量少，爐膛中部則供熱量最多，爐膛上部供熱量開始降低。對于多程爐管的裂解爐，由于其停留時間較長，爐膛供熱與爐管吸熱之間的矛盾尚不突出，對于單程爐管，這一矛盾便凸顯出來，在爐管的入口端，物料繼續快速升溫，繼續大量的熱量，然而傳統燃燒系統的底部供熱量較少；而在爐管出口端，物料的結焦速率急劇增加，需要控制二次反應的發生，然而傳統燃燒系統的中上部供熱量開始達到最大。也就是說，在燃燒系統和單程爐管之間存在一個匹配的問題。如果采用比空氣含氧濃度高的富氧空氣進行燃燒，相比于空氣燃燒而言，具有較多優點：一是由于輻射換熱是裂解爐傳熱的主要方式，按照氣體輻射的特點，只有三原子氣體和多原子氣體具有輻射能力，雙原子氣體幾乎沒有輻射能力，常規空氣助燃的情況下，無輻射能力的氮氣所占比例很高，煙氣的黑度很低，影響了煙氣對爐管管排的輻射傳熱過程。采用富氧空氣助燃，因氮氣含量少，空氣量和煙氣量均顯著減少，故火焰溫度和黑度隨著燃燒空氣中氧氣比例的增加而顯著提高，進而提高火焰輻射強度和強化輻射傳熱；二是采用富氧空氣助燃，燃燒的火焰變短，燃燒強度提高，燃燒速度加快，這樣將有助于燃燒反應完全，提高燃料的使用效率，進而提高裂解爐的熱效率；三是采用富氧空氣助燃，可以適當降低過剩空氣系數，減少排煙體積，減少燃燒后的煙氣量，進而降低排煙損失，促進裂解爐的節能。本專利技術就是從爐膛燃燒和爐管設計兩個方面考慮，專利技術一種超高選擇性的裂解爐，其爐膛燃燒的特性與爐管設計特性相匹配，進而發揮出各自的最大優勢，得到一個具有適當運行周期、選擇性高、熱效率高、能耗低的新型裂解爐。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術的目的是提供一種能夠提高燃燒氣的燃燒速度，提高裂解爐的熱效率，降低排煙損失并使裂解爐更加節能的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐。為達上述目的，本專利技術提供一種采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，包括：用于限定輻射腔的輻射腔爐襯；設置在所述輻射腔內的爐管組件；以及用于向輻射腔內提供熱輻射的多個燃燒器；其中：所述燃燒器采用富氧空氣助燃，并且所述爐管組件采用多程爐管。所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其中，所述多程爐管為兩程爐管，且所述兩程爐管包括相連通的豎向進口管和豎向出口管，所述豎向進口管比所述豎向出口管更加靠近所述燃燒器。所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其中，所述燃燒器位于輻射腔的底部和/或側壁上。所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其中，所述富氧空氣濃度的體積百分比為25～40％。所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其中，所述富氧空氣濃度的體積百分比為27～33％。所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其中，所述豎向進口管與豎向出口管平行布置。所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其中，還包括急冷鍋爐，所述豎向出口管設于輻射腔的中央位置并連通所述急冷鍋爐。所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其中，設在所述輻射腔底部的燃燒器的數量為2～8個。所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其中，所述燃燒器對稱排列。所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其中，所述富氧空氣采用變壓吸附或者膜滲透法獲得。本專利技術的有益效果是：本專利技術從爐管設計及采用富氧燃燒兩個方面考慮，使豎向進口管(一程爐管)比豎向出口管(二程爐管)更為靠近燃燒器，不僅能夠保證熱量會優先傳遞給急需熱量的豎向進口管，同時，并排布置的豎向進口管和豎向出口管還能本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，包括：用于限定輻射腔的輻射腔爐襯；設置在所述輻射腔內的爐管組件；以及用于向輻射腔內提供熱輻射的多個燃燒器；其特征在于：所述燃燒器采用富氧空氣助燃，并且所述爐管組件采用多程爐管。

【技術特征摘要】
1.一種采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，包括：用于限定輻射腔的輻射腔爐襯；設置在所述輻射腔內的爐管組件；以及用于向輻射腔內提供熱輻射的多個燃燒器；其特征在于：所述燃燒器采用富氧空氣助燃，并且所述爐管組件采用多程爐管。2.根據權利要求1所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其特征在于，所述多程爐管為兩程爐管，且所述兩程爐管包括相連通的豎向進口管和豎向出口管，所述豎向進口管比所述豎向出口管更加靠近所述燃燒器。3.根據權利要求1或2所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其特征在于，所述燃燒器位于輻射腔的底部和/或側壁上。4.根據權利要求1或2所述的采用富氧燃燒的多程爐管的裂解爐，其特征在于，所述富氧空氣濃度的體積百分比為25～40％。5.根據權利要求1或2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周叢，張利軍，王國清，周先鋒，劉俊杰，杜志國，張永剛，張兆斌，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司北京化工研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11