专利名称：新型多辐射区裂解炉及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种裂解炉及其用途，更具体地说，涉及用于石油高温裂解反应的新型多辐射区裂解炉及其用途。
背景技术：
众所周知，石油馏分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。
裂解反应是在高温条件下发生的，传统的高温条件是通过裂解炉辐射段的烧嘴供热给辐射段炉管来实现的。具体地说，就是通过烧嘴燃烧燃料油或燃料气来获取炉膛温度分布较均匀的烟气气氛，在炉膛温度分布较均匀的烟气气氛下辐射段炉墙达到一个很高的、并且均匀的温度、一般在1000℃左右，辐射段炉管通过吸收炉墙发出的辐射热来达到裂解反应所需的高温条件。
正如本领域技术人员所公知，辐射段炉管的布置和受热均匀性是影响裂解反应效果的一个重要因素。传统的立管式裂解炉辐射段为了保证辐射段炉管受热均匀，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。以上内容可以参见王松汉等主编的《乙烯装置技术》(中国石化出版社，1994年第1版，第2章)。
伴随着石油化工行业的发展，裂解炉的单炉年生产能力已经由五、六十年代的三万吨左右发展至最大单炉生产能力在二十万吨左右。生产能力的大型化使得裂解炉辐射段炉膛在一定的占地面积下要求尽可能多的排布辐射段炉管。现有的大型裂解炉有单辐射段和双辐射段结构，每个辐射段内采用单排、双排或多排的方法来布置辐射段炉管，但裂解炉的单炉生产能力都受到影响，最大约20万吨。采用单排管受辐射传热的特殊性所影响，炉管间距适中则裂解炉太长，工程建设和裂解炉炉膛的温度均匀性问题难以解决，因此限制了能力的扩大；间距过小影响炉管供热均匀性，影响裂解选择性和运转周期，增加燃料用量。采用双排布置炉管的方式来提高生产能力时双排管存在正面互相遮挡，造成两侧炉壁对炉管两侧辐射传热的不均匀，从而造成辐射段炉管受热不均匀，对裂解选择性、燃料用量、操作周期和辐射炉管寿命带来不利的影响。为解决这个问题，各大石油或石化公司或者通过提高单个烧嘴供热能力，或者通过在双排炉管之间增加烧嘴来提高裂解炉膛烟气温度，使裂解炉炉墙温度升高，强化裂解炉辐射段炉墙对炉管的辐射传热和炉膛烟气对裂解炉炉管的对流吸热来达到裂解反应的高温条件，但并未从根本上解决问题。
ABB.鲁姆斯克勒斯特公司在CN1067669A中公开了一种热解加热炉，包括一个辐射段，一个对流段；其辐射段中装有至少两列垂直管，各列垂直管处在一个垂直于通过加热炉对流段纵轴线的平面的平面上彼此平行；多个辐射烧嘴，位于辐射段底板上与各管平行排成多列，各列管的各侧有一列烧嘴。日本三井公司在US4999089中公开了一种由顶部燃烧器供热的裂解炉。该裂解炉入口管和出口管平行排列，分别处于两个平面，在入口管和出口管中心线处增加一排中心烧嘴，入口管或出口管与炉墙之间有烧嘴供热。采用这种裂解炉虽然可以缩短裂解炉长度、减小占地面积，但同一根炉管在面对炉墙和背对炉墙时，炉管两侧受热不同，炉管存在周向温差，这种温差造成炉管两侧裂解深度不同、结焦不同、热应力不同等问题，不但影响裂解炉的运行周期和产品收率，而且影响炉管的使用寿命。
为了解决裂解炉的大型化后占地面积大和上面所提到的双排或多排炉管受热不均的缺点，一些乙烯专利承包商，分别提出了新型裂解炉结构。
附图1是KBR公司推广的SC型裂解炉，该裂解炉采用双辐射段结构，全部由底部供热，每个辐射段炉管采用单排排列。此种裂解炉虽然占地面积小，但没有解决各排炉管周相受热不均匀的缺点，而且在两个辐射段裂解不同的原料时，由于不同的原料工艺操作条件差别较大，因而无法正常操作。
KELLOGG公司在US5878699和ABB LUMMUS在US4342642专利中分别公开了一种双炉膛的裂解炉，双炉膛上方共用同一个对流区，此种裂解炉每个炉膛中炉管单排排列，各炉管受双面辐射，受热均匀。但此种裂解炉所节省的占地面积有限，而且两个炉膛裂解不同原料或同一种原料在不同工况下，由于工艺操作条件差别较大，因而无法达到优化操作。
此外，对于现有的大型裂解炉，因原料用量大，必须考虑到原料变化的可能性，因此裂解炉应有同时裂解多种原料的适应性。当一台裂解炉同时裂解两种或两种以上的原料时，由于裂解原料特性不同，所需的裂解条件也不同，如辐射炉管出口温度、稀释比、停留时间及所需热量、烟气温度等均会有较大差别，这种不同会使整个裂解炉操作控制比较复杂，使整台裂解炉难以达到各种原料均在最佳化条件操作，从而降低了裂解选择性、裂解炉使用寿命和裂解炉的运行周期及产品收率，增加了原料消耗、能耗及生产成本。
综上所述，现有技术的裂解炉仍存在一些问题，因此寻求一种能够克服上述缺点的新型裂解炉实为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的多辐射区裂解炉，该裂解炉能够在一定的占地面积下最大限度的布置尽可能多的炉管，从而有最大的生产能力。
本发明的另一个目的是提供一种新型的裂解炉辐射段炉膛结构，以便最大限度的利用可得到的辐射热，每个辐射区炉管受热均匀。
为达到上述目的，本发明人进行了大量深入细致的研究，发现采用前人没有用过的在多排辐射段炉管之间增加炉墙的新型炉膛结构的裂解炉可以有效地解决上述问题。
本发明的新型裂解炉包括辐射段；排布在辐射段内的炉底燃烧器；在辐射段内垂直排布的多组辐射段炉管；位于辐射段上部的对流段；所述的辐射段包括由炉墙分隔成的n个辐射区，n为大于1的正整数，优选n为偶数；n个辐射区共用一个对流段。
优选本发明的裂解炉具有2个、4个或8个辐射区。
实施本发明的裂解炉，优选裂解炉长轴相炉墙两侧对称排布炉底燃烧器。
优选所述的裂解炉的n个辐射区之间由炉墙分隔，从辐射区底部向上计，炉墙高度为整个辐射段高度的1/3～3/4，优选炉墙高度为整个辐射段高度的1/2～3/4，更优选炉墙高度为整个辐射段高度的1/2～2/3。
本发明还提供一种简便易行的调整裂解炉的生产能力的方法。使用本发明的裂解炉，由于每个辐射区由炉墙分隔，可以分别调节各辐射区的加热量，不同辐射区裂解不同的原料时工艺参数易于控制。
实施本发明的裂解炉，所用的炉底燃烧器可以采用本领域技术人员公知的各种烧嘴。
本发明的另一个目的在于提供使用上述的裂解炉进行烃原料热裂解的用途，包括对流段利用从辐射段出来的烟道气预热对流段炉管中的烃原料；在辐射段利用炉底燃烧器提供的热能热裂解辐射段炉管中的经预热的烃原料。
本发明的裂解炉具有以下优点1、可以用改变辐射区的数量或炉管组数来控制单台炉的乙烯生产能力，可将单炉生产能力从目前的20万吨/年提高到40万吨/年。
2、可同时裂解1～8种原料，具有广泛的原料适应性；而且各原料均可在各自的优化条件下裂解，因而裂解的选择性高。
3、裂解炉受热均匀，传热效果好，操作控制容易，运转周期长，炉子在线率高。
4、裂解炉结构紧凑、占地面积小、投资低。
图1是双辐射段的纯底烧供热裂解炉结构示意图。
图2是具有四个辐射区的新型裂解炉立面示意图。
图3是具有四个辐射区的新型裂解炉辐射段立面示意图。
图4是具有四个辐射区的新型裂解炉辐射段俯视示意图。
如图2所示，本发明的新型裂解炉结构包括由隔墙8分隔成的4个辐射区的辐射段3；长轴相炉墙两侧对称排布在辐射段3内的一列炉底燃烧器6；在辐射段3内垂直排布的多组辐射段炉管7；位于辐射段3上部的对流段2；4个辐射区共用一个对流段2。
裂解物料从对流段炉管1经裂解炉集合管5进入辐射段炉管7入口管，然后经过由辐射段炉管7出口管送至急冷换热器4。
所述的辐射段炉管可以采用不等径无分枝管或不等径分枝管，特别优选2-1型的不等径分枝管。
由于辐射段3由炉墙分隔成多个辐射区，各辐射区炉膛温度分布比较均匀，在实际操作中针对不同的裂解物料炉管出口温度的不同，可对底部烧嘴供热能力进行调节来满足不同原料的裂解条件，使得实际操作中灵活性大大提高。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明，但这些实施例并不应被视作是对本发明的限制。对于熟悉本领域的人可根据本发明的详细描述得到启发从而对本发明做各种改变，例如，采用本发明辐射段炉管排布方法采用混排、单排、双排及其他新型排法的裂解炉，裂解炉辐射段炉管采用各种等径或不等径或分枝管结构，又如两个或多个辐射区炉墙之间相互平行并无交叉等等。所有这类显而易见的改变均在本发明权利要求的范围内。
实施例11个年产30万吨裂解炉。该裂解炉包括一个炉膛高度约17米的辐射段3；一个高度约15米的对流段2；辐射段由相互交叉的炉墙分割为四个辐射区；各辐射区内布置40组2-1型炉管，并以炉管为轴对称排列排布24个底部烧嘴。在四个辐射区可以分别裂解乙烷、石脑油、柴油和加氢尾油四种原料，各种原料的优化操作条件为石脑油横跨温度593℃，出口温度838℃，辐射段热负荷96.55GJ/h；加氢尾油横跨温度561℃，出口温度812℃，辐射段热负荷101.50GJ/h；柴油横跨温度557℃，出口温度816℃，辐射段热负荷100.67GJ/h；乙烷横跨温度636℃，出口温度851℃，辐射段热负荷86.24GJ/h，虽然各辐射区工艺情况相差较大，但由于各辐射区之间由12米高的炉墙分隔，而且通过调节各区烧嘴的供热量满足不同辐射区的热负荷，各区之间炉管受热均匀，对流段烟气温度均匀，能够达到各种原料的最佳化操作。
权利要求
1.一种新型裂解炉，包括a)辐射段；排布在辐射段内的炉底燃烧器；在辐射段内垂直排布的多组辐射段炉管；b)位于辐射段上部的对流段；其特征在于所述的辐射段包括由炉墙分隔成的n个辐射区，n为大于1的正整数；n个辐射区共用一个对流段。
2.根据权利要求1所述的裂解炉，其中，沿裂解炉长轴相炉墙两侧对称排布炉底燃烧器。
3.根据权利要求1所述的裂解炉，其中n为偶数。
4.根据权利要求3所述的裂解炉，其中n为2、4或8。
5.根据权利要求1所述的裂解炉，其中裂解炉具有4个辐射区。
6.根据权利要求1所述的裂解炉，其中n个辐射区之间由炉墙分隔，从辐射区底部向上计，炉墙高度为整个辐射段高度的1/3～3/4。
7.根据权利要求6所述的裂解炉，其中所述的炉墙高度是整个辐射段高度的1/2～3/4。
8.根据权利要求7所述的裂解炉，其中炉墙高度是整个辐射段高度的1/2～2/3。
9.权利要求1-8之一所述的裂解炉在热裂解烃原料中的应用，其特征在于对流段利用从辐射段出来的烟道气预热对流段炉管中的烃原料；在辐射段利用炉底燃烧器提供的热能热裂解辐射段炉管中的经预热的烃原料。
全文摘要
本发明公开一种新型多辐射区的裂解炉及其用途。本发明裂解炉的辐射段包括由炉墙分隔成的n个辐射区，n为大于1的正整数；n个辐射区共用一个对流段，炉墙两侧均匀排布炉底燃烧器。本发明的裂解炉可用于石油烃的裂解反应，受热均匀，传热效果好，操作控制容易，具有广泛的原料适应性，可将单炉生产能力提高到40万吨/年。
文档编号C10G9/20GK1513950SQ02160128
公开日2004年7月21日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年12月31日
发明者曾清泉, 许士兴, 张兆斌, 陈硕, 王国清 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