专利名称：气动加热快速升温工艺及该工艺采用的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气动加热快速升温工艺及该工艺采用的设备。
背景技术：
乙烯是通过高温裂解石油烃的方法制取的，乙烯装置已经成为石油化工的中心装置，处于特殊重要地位。目前高温裂解石油烃的装置是竖管式裂解炉，其产率并不高，而且装置复杂，能耗与维护费用均高，尤其是对我国更是如此。从目前乙烯生产的现状看，乙烯制取工艺仍存在着重大突破的前景。目前大部分的乙烯是通过竖管式裂解炉制取的，即由石油烃发生高温裂解、压缩、分离等一系列过程，同时得到丙稀、丁二稀、苯、甲苯和二甲苯等重要副产物。达到裂解反应的高温状态所需热量是从管外向管内传给反应物的，而外部热量是通过燃烧煤或者甲烷等燃料产生的。目前，管式裂解炉是当今乙烯生产中占主导地位的技术。世界上开发管式炉裂解技术的主要有 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)和中国石化集团公司等。其中KBR、`ABB Lummus, S & W, Linde和Technip几家公司占据世界乙烯裂解技术的主导地位。生成乙烯的投资是比较昂贵的，年产每吨乙烯的装置投资超过万元；而且生产费用也比较高。经过几十年多次优化改进，现有的乙烯生产工艺的性能趋近极限。通过分析，现有的乙烯生产工艺具有如下缺点:首先，竖管式裂解炉的反应温度不够高，虽然目前制作炉管的耐高温合金材料能承受1500K的温度，但由于炉管传热强度高，炉管内外温差大于200K，加上管壁边界层温差以及炉管不能长期工作于极限温度，因此炉管内部反应温度仍然不够高，导致乙烯的单程产率较低。其次，竖管式裂解炉对原料气的加热速度慢，反应停留时间过长，也导致乙烯的单程产率较低。从二十世纪五十年代开始，为缩短反应停留时间，曾采用缩小炉管直径的方法来扩大传热面积，以增快对原料气的加热速度。但实践中又发现，炉管直径缩小，流动阻力增力口，管道内结焦现象更为严重，后来又被迫加大炉管直径。由于反应温度与停留时间均偏离裂解高产率乙烯的要求，所以目前乙烯工艺的单程产率均低于理想值。竖管式裂解炉的另一缺点是结焦现象严重。从裂解管道外面对管内原料气加热，热量是通过管内气体边界传递的。由于边界的气体所处温度较管内其他地区的气体温度高，而其流速却较慢，停留时间较长，所以这部分气体会发生二次反应，生成的碳由于靠近管壁，容易聚集在管壁结焦。结焦使管内气体的流动截面积缩小；同时表面粗糙度的增加又使流动阻力上升，要维持恒定的流量就必须提高压力，而压力的升高又会导致裂解生产物的减少。因此，如何提高裂解反应的温度、同时缩短反应停留时间，就成为开创乙烯新工艺的依据和目标。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种气动加热快速升温工艺，该工艺可瞬间提高待加热流体的温度。本发明是这样实现的，一种气动加热快速升温工艺，包括如下步骤:
(1)在同一管道内通入相向流动的高速流体和待加热流体；
(2)在高速流体和待加热流体相遇前，将高速流体加速到声速或超声速；
(3)当高速流体和待加热流体相遇时产生激波，产生激波后高速流体静温迅速升高，然后与待加热流体快速混·合使待加热流体温度迅速升高。优选地，所述高速流体为水蒸汽。优选地，所述待加热流体为石油烃流体。具体地，所述高速流体的温度为30(Γ900Κ，马赫数为f 5。优选地，所述高速流体的温度为700K，马赫数为3。本发明还提供了一种如前所述的气动加热快速升温工艺所采用的设备，包括从左至右依次同轴连接并贯通的喷管、收缩管、扩张管和裂解管，所述喷管的管壁上设有点火器和喷水孔，所述喷管内设有燃气喷头，所述收缩管的横截面从左至右逐渐变小，所述扩张管的横截面从左至右逐渐变大，所述裂解管内设有待加热流体喷头。本发明提供的气动加热快速升温工艺及该工艺采用的设备，利用高速流体和待加热流体相遇时产生激波，产生激波后高速流体静温迅速升高，然后与待加热流体快速混合使待加热流体温度迅速升高。当待加热流体为石油烃流体时，由于瞬间提高了石油烃流体的温度，石油烃流体在裂解区开始裂解并分离出乙烯，反应停留时间短，提高了乙烯的单程产率。另外，本发明的设备也避免了炉内结焦的现象。
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例提供的气动加热快速升温工艺所使用的设备的示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明实施例提供的一种气动加热快速升温工艺，包括如下步骤:
(1)在同一管道内通入相向流动的高速流体和待加热流体；
(2)在高速流体和待加热流体相遇前，将高速流体加速到声速或超声速；
(3)当高速流体和待加热流体相遇时产生激波，产生激波后高速流体静温迅速升高，然后与待加热流体快速混合使待加热流体温度迅速升高。本实施例中，高速流体优选水蒸汽，高速流体的温度具体为30(Γ900Κ (开尔文)，马赫数为f 5，待加热流体优选石油烃流体。当待加热流体优选石油烃流体时，由于瞬间提高了石油烃流体的温度，石油烃流体在裂解区开始裂解并分离出乙烯，反应停留时间短，提高了乙烯的单程产率。另外，通过控制裂解区的长度，使裂解温度与裂解时间对应，可以进一步提高裂解乙烯的产率。例如，当水蒸汽的温度为700K，马赫数为3时，水蒸汽和石油烃流体相遇产生激波后，混合后的水蒸汽和石油烃流体的温度可升至1680K，该温度可以使石油烃流体在裂解区开始裂解并生成乙烯。如图1所示，本发明实施例提供的一种如前所述的气动加热快速升温工艺所采用的设备，该设备包括从左至右依次同轴连接并贯通的喷管1、收缩管2、扩张管3和裂解管4，喷管I的管壁上设有点火器11和喷水孔12，喷管I内设有燃气喷头13，收缩管2的横截面从左至右逐渐变小，扩张管3的横截面从左至右逐渐变大，裂解管4内设有待加热流体喷头41。本发明的设备的工作原理为:可燃气体(氢气、天然气等)与氧气通过燃气喷头13喷入喷管I内，同时点火器11点火，使可燃气体与氧气在喷管I内燃烧并产生高温气流，由于燃烧产生高温气流的温度太高，所以需要通过喷水孔12向喷管I内注水来对高温气流降温，高温气流降温后，水被加热成水蒸汽，水蒸汽与高温气流共同组成高速流体，高速流体通过收缩管2加速到声速或超声速，然后高速流体在扩张管3内与待加热流体喷头41喷出的待加热流体相遇并产生激波5，产生激波5后高速流体静温迅速升高，然后与待加热流体快速混合使待加热流体温度迅速升高。当待加热流体优选石油烃流体时，由于瞬间提高了石油烃流体的温度，石油烃流体在裂解区开始裂解并分离出乙烯，反应停留时间短，提高了乙烯的单程产率。
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进一步地，通过控制裂解管4的长度，使裂解温度与裂解时间对应，可以实现高产率裂解乙烯。石油烃流体裂解完之后，要对裂解后的流体进行快速冷却，避免进一步裂解成不需要的产品。另外，本发明的设备与现有的竖管式裂解炉的工作原理完全不同，因此也避免了炉内结焦的现象。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种气动加热快速升温工艺，其特征在于包括如下步骤: (1)在同一管道内通入相向流动的高速流体和待加热流体； (2)在高速流体和待加热流体相遇前，将高速流体加速到声速或超声速； (3)当高速流体和待加热流体相遇时产生激波，产生激波后高速流体静温迅速升高，然后与待加热流体快速混合使待加热流体温度迅速升高。
2.根据权利要求1所述的气动加热快速升温工艺，其特征在于，所述高速流体为水蒸汽。
3.根据权利要求1所述的气动加热快速升温工艺，其特征在于，所述待加热流体为石油烃流体。
4.根据权利要求广3中任一项所述的气动加热快速升温工艺，其特征在于，所述高速流体的温度为30(Γ900Κ，马赫数为广5。
5.根据权利要求4所述的气动加热快速升温工艺，其特征在于，所述高速流体的温度为700Κ，马赫数为3。
6.一种如权利要求广5中任一项所述的气动加热快速升温工艺所采用的设备，其特征在于，包括从左至右依次同轴连接并贯通的喷管、收缩管、扩张管和裂解管，所述喷管的管壁上设有点火器和喷水孔，所述喷管内设有燃气喷头，所述收缩管的横截面从左至右逐渐变小，所述扩张管的横截面从左至右逐渐变大，所述裂解管内设有待加热流体喷头。
全文摘要
本发明提供了一种气动加热快速升温工艺及该工艺采用的设备，其利用高速流体和待加热流体相遇时产生激波，产生激波后高速流体静温迅速升高，然后与待加热流体快速混合使待加热流体温度迅速升高。当待加热流体为石油烃流体时，由于瞬间提高了石油烃流体的温度，石油烃流体在裂解区开始裂解并分离出乙烯，反应停留时间短，提高了乙烯的单程产率。另外，本发明的设备也避免了炉内结焦的现象。
文档编号C07C4/04GK103087760SQ20121058055
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者邢小月, 单希壮, 杜岳, 方思睿 申请人:深圳市力科气动科技有限公司