氣動加熱快速升溫工藝及該工藝采用的設備制造技術

本發明專利技術提供了一種氣動加熱快速升溫工藝及該工藝采用的設備，其利用高速流體和待加熱流體相遇時產生激波，產生激波后高速流體靜溫迅速升高，然后與待加熱流體快速混合使待加熱流體溫度迅速升高。當待加熱流體為石油烴流體時，由于瞬間提高了石油烴流體的溫度，石油烴流體在裂解區開始裂解并分離出乙烯，反應停留時間短，提高了乙烯的單程產率。另外，本發明專利技術的設備也避免了爐內結焦的現象。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種氣動加熱快速升溫工藝及該工藝采用的設備。
技術介紹
乙烯是通過高溫裂解石油烴的方法制取的，乙烯裝置已經成為石油化工的中心裝置，處于特殊重要地位。目前高溫裂解石油烴的裝置是豎管式裂解爐，其產率并不高，而且裝置復雜，能耗與維護費用均高，尤其是對我國更是如此。從目前乙烯生產的現狀看，乙烯制取工藝仍存在著重大突破的前景。目前大部分的乙烯是通過豎管式裂解爐制取的，即由石油烴發生高溫裂解、壓縮、分離等一系列過程，同時得到丙稀、丁二稀、苯、甲苯和二甲苯等重要副產物。達到裂解反應的高溫狀態所需熱量是從管外向管內傳給反應物的，而外部熱量是通過燃燒煤或者甲烷等燃料產生的。目前，管式裂解爐是當今乙烯生產中占主導地位的技術。世界上開發管式爐裂解技術的主要有 ABB Lummus Global 公司(Lummus)、Technip 公司(KPL / KTI)、Stone&ffebster 公司(S & W)、Linde 公司(Linde, AG)、KBR 公司(Kellogg Brown&Root,KBR)和中國石化集團公司等。其中KBR、`ABB Lummus, S & W, Linde和Technip幾家公司占據世界乙烯裂解技術的主導地位。生成乙烯的投資是比較昂貴的，年產每噸乙烯的裝置投資超過萬元；而且生產費用也比較高。經過幾十年多次優化改進，現有的乙烯生產工藝的性能趨近極限。通過分析，現有的乙烯生產工藝具有如下缺點:首先，豎管式裂解爐的反應溫度不夠高，雖然目前制作爐管的耐高溫合金材料能承受1500K的溫度，但由于爐管傳熱強度高，爐管內外溫差大于200K，加上管壁邊界層溫差以及爐管不能長期工作于極限溫度，因此爐管內部反應溫度仍然不夠高，導致乙烯的單程產率較低。其次，豎管式裂解爐對原料氣的加熱速度慢，反應停留時間過長，也導致乙烯的單程產率較低。從二十世紀五十年代開始，為縮短反應停留時間，曾采用縮小爐管直徑的方法來擴大傳熱面積，以增快對原料氣的加熱速度。但實踐中又發現，爐管直徑縮小，流動阻力增力口，管道內結焦現象更為嚴重，后來又被迫加大爐管直徑。由于反應溫度與停留時間均偏離裂解高產率乙烯的要求，所以目前乙烯工藝的單程產率均低于理想值。豎管式裂解爐的另一缺點是結焦現象嚴重。從裂解管道外面對管內原料氣加熱，熱量是通過管內氣體邊界傳遞的。由于邊界的氣體所處溫度較管內其他地區的氣體溫度高，而其流速卻較慢，停留時間較長，所以這部分氣體會發生二次反應，生成的碳由于靠近管壁，容易聚集在管壁結焦。結焦使管內氣體的流動截面積縮??；同時表面粗糙度的增加又使流動阻力上升，要維持恒定的流量就必須提高壓力，而壓力的升高又會導致裂解生產物的減少。因此，如何提高裂解反應的溫度、同時縮短反應停留時間，就成為開創乙烯新工藝的依據和目標。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種氣動加熱快速升溫工藝，該工藝可瞬間提高待加熱流體的溫度。本專利技術是這樣實現的，一種氣動加熱快速升溫工藝，包括如下步驟: (1)在同一管道內通入相向流動的高速流體和待加熱流體； (2)在高速流體和待加熱流體相遇前，將高速流體加速到聲速或超聲速； (3)當高速流體和待加熱流體相遇時產生激波，產生激波后高速流體靜溫迅速升高，然后與待加熱流體快速混·合使待加熱流體溫度迅速升高。優選地，所述高速流體為水蒸汽。優選地，所述待加熱流體為石油烴流體。具體地，所述高速流體的溫度為30(Γ900Κ，馬赫數為f 5。優選地，所述高速流體的溫度為700K，馬赫數為3。本專利技術還提供了一種如前所述的氣動加熱快速升溫工藝所采用的設備，包括從左至右依次同軸連接并貫通的噴管、收縮管、擴張管和裂解管，所述噴管的管壁上設有點火器和噴水孔，所述噴管內設有燃氣噴頭，所述收縮管的橫截面從左至右逐漸變小，所述擴張管的橫截面從左至右逐漸變大，所述裂解管內設有待加熱流體噴頭。本專利技術提供的氣動加熱快速升溫工藝及該工藝采用的設備，利用高速流體和待加熱流體相遇時產生激波，產生激波后高速流體靜溫迅速升高，然后與待加熱流體快速混合使待加熱流體溫度迅速升高。當待加熱流體為石油烴流體時，由于瞬間提高了石油烴流體的溫度，石油烴流體在裂解區開始裂解并分離出乙烯，反應停留時間短，提高了乙烯的單程產率。另外，本專利技術的設備也避免了爐內結焦的現象。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本專利技術實施例提供的氣動加熱快速升溫工藝所使用的設備的示意圖。具體實施例方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。本專利技術實施例提供的一種氣動加熱快速升溫工藝，包括如下步驟: (1)在同一管道內通入相向流動的高速流體和待加熱流體； (2)在高速流體和待加熱流體相遇前，將高速流體加速到聲速或超聲速； (3)當高速流體和待加熱流體相遇時產生激波，產生激波后高速流體靜溫迅速升高，然后與待加熱流體快速混合使待加熱流體溫度迅速升高。本實施例中，高速流體優選水蒸汽，高速流體的溫度具體為30(Γ900Κ (開爾文)，馬赫數為f 5，待加熱流體優選石油烴流體。當待加熱流體優選石油烴流體時，由于瞬間提高了石油烴流體的溫度，石油烴流體在裂解區開始裂解并分離出乙烯，反應停留時間短，提高了乙烯的單程產率。另外，通過控制裂解區的長度，使裂解溫度與裂解時間對應，可以進一步提高裂解乙烯的產率。例如，當水蒸汽的溫度為700K，馬赫數為3時，水蒸汽和石油烴流體相遇產生激波后，混合后的水蒸汽和石油烴流體的溫度可升至1680K，該溫度可以使石油烴流體在裂解區開始裂解并生成乙烯。如圖1所示，本專利技術實施例提供的一種如前所述的氣動加熱快速升溫工藝所采用的設備，該設備包括從左至右依次同軸連接并貫通的噴管1、收縮管2、擴張管3和裂解管4，噴管I的管壁上設有點火器11和噴水孔12，噴管I內設有燃氣噴頭13，收縮管2的橫截面從左至右逐漸變小，擴張管3的橫截面從左至右逐漸變大，裂解管4內設有待加熱流體噴頭41。本專利技術的設備的工作原理為:可燃氣體(氫氣、天然氣等)與氧氣通過燃氣噴頭13噴入噴管I內，同時點火器11點火，使可燃氣體與氧氣在噴管I內燃燒并產生高溫氣流，由于燃燒產生高溫氣流的溫度太高，所以需要通過噴水孔12向噴管I內注水來對高溫氣流降溫，高溫氣流降溫后，水被加熱成水蒸汽，水蒸汽與高溫氣流共同組成高速流體，高速流體通過收縮管2加速到聲速或超聲速，然后高速流體在擴張管3內與待加熱流體噴頭41噴出的待加熱流體相遇并產生激波5，產生激波5后高速流體靜溫迅速升高，然后與待加熱流體快速混合使待加熱流體溫度迅速升高。當待加熱流體優選石油烴流體時，由于瞬間提高了石油烴流體的溫度，石油烴流體在裂解區開始裂解并分離出乙烯，反應停留時間短，提高了乙烯的單程產率。`進一步地，通過控制裂解管4的長度，使裂解溫度與裂解時間對應，可以實現高產率裂解乙烯。石油烴流體裂解完之后，要對裂解后的流體進行快速冷卻，避免進一步裂解成不需要的產品。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氣動加熱快速升溫工藝，其特征在于包括如下步驟：（1）在同一管道內通入相向流動的高速流體和待加熱流體；（2）在高速流體和待加熱流體相遇前，將高速流體加速到聲速或超聲速；（3）當高速流體和待加熱流體相遇時產生激波，產生激波后高速流體靜溫迅速升高，然后與待加熱流體快速混合使待加熱流體溫度迅速升高。

【技術特征摘要】
1.一種氣動加熱快速升溫工藝，其特征在于包括如下步驟: (1)在同一管道內通入相向流動的高速流體和待加熱流體； (2)在高速流體和待加熱流體相遇前，將高速流體加速到聲速或超聲速； (3)當高速流體和待加熱流體相遇時產生激波，產生激波后高速流體靜溫迅速升高，然后與待加熱流體快速混合使待加熱流體溫度迅速升高。2.根據權利要求1所述的氣動加熱快速升溫工藝，其特征在于，所述高速流體為水蒸汽。3.根據權利要求1所述的氣動加熱快速升溫工藝，其特征在于，所述待加熱流體為石油烴流體。4.根據權利要求廣3中任...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邢小月，單希壯，杜岳，方思睿，
申請(專利權)人：深圳市力科氣動科技有限公司，
類型：發明
國別省市：