一种轻质原料乙烯裂解炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种轻质原料乙烯裂解炉，包括辐射段(2)、对流段(3)和急冷锅炉(11)，辐射段(2)设有一个或多个辐射室，辐射室内安装辐射炉管(5)，辐射炉管(5)包括至少1组多程分支变径炉管，每组辐射炉管(5)包括4～10程炉管，其中第一程炉管(T1)及第二程炉管(T2)均包括两根平行的炉管，第三程炉管(T3)到最后一程炉管分别含有1根炉管，炉管间通过弯管等管件相连接。与现有技术相比，本实用新型裂解炉可实现轻质原料在最优化的操作条件下进行裂解，实现裂解炉的大型化，原料转化率高、裂解炉运行时间长、生产耗能低，从而获得最大的收益。
【专利说明】
一种轻质原料乙烯裂解炉
技术领域
[0001]本实用新型涉及乙烯裂解工艺技术领域，具体涉及一种轻质原料乙烯裂解炉。
【背景技术】
[0002]乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备，其生产能力及技术水平，直接决定了整套乙烯装置的生产规模、产品品质和运营效益。自上世纪60年代垂直吊挂立管式裂解炉开发成功以来，乙烯裂解技术取得了长足的发展。目前各乙烯裂解炉专利商都把研究重点放在裂解炉的大型化、改善裂解炉的选择性、提高产品收率、提高裂解炉的运行周期、提高裂解炉操作安全性、降低能耗和降低裂解炉建造成本等方面。裂解原料的优化选择也是乙烯装置在设计及运营过程中的重要工作，气体原料(例如乙烷等)及轻烃等轻质原料具有乙烯收率高、重质副产品少、装置投资少、生产能耗低等优点，逐渐成为裂解原料优选的目标。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的就是为了优化乙烯裂解工艺提供一种原料转化率高、裂解炉运行时间长、生产耗能低的轻质原料乙烯裂解炉。
[0004]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:一种轻质原料乙烯裂解炉，包括辐射段、对流段和急冷锅炉，所述的辐射段设有一个或多个辐射室，辐射室内安装辐射炉管，辐射室侧壁和/或底部设有侧壁燃烧器和/或底部燃烧器，所述的对流段内部设有对流盘管，对流盘管依次通过集合管和分配管与所述的辐射炉管的进口相连，所述的急冷锅炉与辐射炉管的出口相连，所述的辐射炉管为多程分支变径炉管，辐射炉管包括至少I组多程分支变径炉管，每组辐射炉管在管内物料的流动方向上设有4?10程炉管，其中第一程炉管及第二程炉管均包括两根平行的炉管，第三程炉管到最后一程炉管分别含有I根炉管，炉管间通过弯管等管件相连接，第一程炉管与所述的分配管相连，最后一程炉管与所述的急冷锅炉相连。
[0005]烃基裂解原料经过对流盘管预热后进入集合管，再经分配管进行流量分配后进入辐射炉管进行裂解，然后裂解气通过急冷锅炉快速冷却后进入下游工序。
[0006]所述的第一程炉管的两根炉管的内径相同，内径为40?120mm，优选为50?100mm，第二程炉管的两根炉管内径相同，内径为40?120mm，优选为50?100mm，第三程炉管到最后一程炉管的内径相同或不同，为50?220mm，优选为80?190mm。
[0007]第一程和第二程分别选用2根较小内径的炉管，增大了炉管的比表面积，可使裂解原料进入炉膛后快速升温，第三程到最后一程分别选用I根内径较大的炉管，可以适应不断增加的裂解气体积，减小阻力降，进而降低裂解反应的烃分压，可以提高反应的选择性。
[0008]所述的辐射炉管在辐射室中央的排列方式为单排排列和双排排列中的一种或组合排列。
[0009]当辐射炉管在辐射室中央呈双排排列时，两排炉管管排间距1^为150?1000mm，优选为300?600mm，采用这样的管排间距可使炉管的热应力状态达到最优化的前提下，减小炉膛的宽度，从而节省占地和投资。
[0010]当辐射炉管在辐射室中央呈组合排列时，第一程炉管及第二程炉管在辐射室中央呈双排排列，两排炉管管排间距Li为150?1000mm，优选为300?600mm;第三程炉管到最后一程炉管呈单排排列。
[0011]所述辐射室的内部净高度为8?15m。
[0012]与现有技术相比，本实用新型可实现气体原料(例如乙烷等)及轻烃等轻质原料在最优化的操作条件下进行裂解，最大化发挥轻质原料的优势，实现裂解炉的大型化，提高原料的转化率，延长裂解炉的运行周期，降低生产的耗能，从而获得最大的收益。其具体有益效果体现在以下几方面:
[0013](I)辐射炉管为4?10程的分支变径管，比单程或双程炉管更适于气体或轻烃等轻质原料的裂解，本炉管可在较低的炉出口温度下达到相同转化率，因而裂解炉可获得更长的运转周期及更高的产能，同时燃料消耗更少、炉管使用寿命更长。
[0014](2)第一程及第二程分别采用两根内径较小的平行炉管，提高了炉管的比表面积，有利于原料进入辐射段后的快速升温，可降低后续管程的热强度及壁温，从而减少炉管内的结焦，有利于运转周期的提高和炉管使用寿命的延长。
[0015](3)辐射炉管采用上部吊挂，下部可自由伸缩，具有良好的应力状态。
[0016](4)辐射炉管的总管程数在设计阶段根据原料的具体组成与性质进行优化，以达到原料的最佳反应停留时间及最优化操作条件。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的一种乙烯裂解炉的截面示意图；
[0018]图2为本实用新型中的辐射炉管的一种结构及排列方式示意图；
[0019]图3为图2中辐射炉管的俯视图及流体走向示意图；
[0020]图4为本实用新型的一种乙烯裂解炉的截面示意图。
[0021]图5为本实用新型中的辐射炉管的一种结构及排列方式示意图；
[0022]图6为图5中辐射炉管的俯视图及流体走向示意图；
[0023]图7为本实用新型中的辐射炉管的一种结构及排列方式示意图；
[0024]图8为图7中福射炉管的俯视图及流体走向不意图；
[0025]图9为本实用新型中的辐射炉管的一种结构及排列方式示意图；
[0026]图10为图9中辐射炉管的俯视图及流体走向示意图；
[0027]图11为本实用新型中的辐射炉管的一种结构及排列方式示意图；
[0028]图12为图11中辐射炉管的俯视图及流体走向示意图；
[0029]图13为本实用新型中的辐射炉管的一种结构及排列方式示意图；
[0030 ]图14为图13中辐射炉管的俯视图及流体走向示意图；
[0031]图15为本实用新型中的辐射炉管的一种结构及排列方式示意图；
[0032]图16为图15中辐射炉管的俯视图及流体走向示意图；
[0033]图17为本实用新型中的辐射炉管的一种结构及排列方式示意图；
[0034]图18为图17中辐射炉管的俯视图及流体走向示意图；
[0035]图19为本实用新型中的辐射炉管的一种结构及排列方式示意图；
[0036]图20为图19中辐射炉管的俯视图及流体走向示意图；
[0037]图21为本实用新型中的辐射炉管的一种结构及排列方式示意图；
[0038]图22为图21中辐射炉管的俯视图及流体走向示意图；
[0039]图23为本实用新型中的辐射炉管的一种结构及排列方式示意图；
[0040]图24为图23中辐射炉管的俯视图及流体走向示意图；
[0041 ]其中，I为裂解炉；2为辐射段;3为对流段;4为风机;5为辐射炉管;6为对流盘管；7为底部燃烧器;8为侧壁燃烧器;9为集合管；10为分配管；11为急冷锅炉；12为下降管；13为上升管；14为裂解气管线；15为汽包；16为烟囱，T1为第一程炉管;T2为第二程炉管;T3为第三程炉管;T4为第四程炉管;T5为第五程炉管;T6为第六程炉管;T7为第七程炉管;T8为第八程炉管，T9为第九程炉管;T1O为第十程炉管。
【具体实施方式】
[0042]下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0043]实施例1
[0044]一种轻质原料乙烯裂解炉，该乙烯裂解炉I包括辐射段2、对流段3和急冷锅炉11，辐射段2设有一个辐射室，辐射室内安装辐射炉管5，辐射室侧壁及底部分别设有侧壁燃烧器8和底部燃烧器7，对流段3内部设有对流盘管6，对流盘管6依次通过集合管9和分配管1与所述的辐射炉管5的进口相连，急冷锅炉11与辐射室内的辐射炉管5的出口相连;急冷锅炉11包括管程和壳程，管程的进口与出口分别连接辐射炉管5和裂解气管线14，壳程依次与上升管13、汽包15和下降管12组成循环回路，对流段3的顶部依次设置风机4和烟囱16，其截面图如图1所示。
[0045]来自界区的原料首先进入对流段3，通过对流盘管6预热原料，期间可以用稀释蒸汽与原料混合降低烃分压。当原料预热到一定温度(550°C?700°C)后，通过高温跨管把原料运送到集合管9，再通过分配管10进入辐射炉管5进行热裂解反应。裂解反应产物裂解气进入急冷锅炉11进行快速降温以便阻止裂解气的二次反应，降温后的裂解气进入乙烯装置下游的工艺设备。
[0046]其中辐射室内的辐射炉管包括12组型排列的多程分支变径炉管，辐射炉管在管内物料的流动方向上设有6程炉管，分别为第一程炉管T1、第二程炉管T2、第三程炉管T3、第四程炉管T4、第五程炉管T5及第六程炉管T6，其结构及管内流体走向如图2、图3所示。炉管呈型排列，即第一程炉管!^及第二程炉管T2为两根平行的炉管，第一程炉管内径Dl = 96mm，第二程炉管内径D2 = 96mm，第三程炉管T3到第六程炉管T6分别含有I根炉管，内径D3?D6均为150mm，炉管间通过弯管等管件相连接，每2组“2-2-1-1-1-1”型炉管的出口对应一台急冷锅炉，即本实施例共有6台急冷锅炉。辐射室炉膛净长为23m，净宽为3.55m，净高13.72m。裂解炉原料为乙烷(85%wt)/丙烷(15%wt)混合物，稀释蒸汽比为0.3(wt/wt)，每组炉管内的物料总流量为2700kg/h。裂解炉采用底部(80%)/侧壁(20%)联合供热方式。该裂解炉的乙烯生产能力能达到13万吨/年;运行周期大于120天。
[0047]实施例2
[0048]采用双炉膛裂解炉，即辐射段2包括2个辐射室，每个辐射室上方均设有急冷锅炉11，且两个辐射室共用一个对流段3。每个辐射室的结构及工作流程与实施例1类似，该乙烯裂解炉的截面图如图4所示。
[0049]每个辐射室中共有16组型炉管(4程分支变径管)在辐射炉膛中央双排排列，如图5和图6所示。第一程炉管T1内径DI = 50mm，第二程炉管T2内径D2 = 50mm，第三程炉管T3和第四程炉管T4内径D3、D4均为80mm，每4组型炉管的出口对应一台急冷锅炉。两排炉管的排间距为450mm。每个炉膛净长为11m，净宽为2.3m，净高11.Sm。裂解炉原料为丁烷(90%wt)/丙烷(10%wt)混合物，稀释蒸汽比为0.4(wt/wt)，每组炉管内的物料总流量为1250kg/h。裂解炉采用侧壁供热方式。该裂解炉的乙烯生产能力能达到12万吨/年;运行周期大于100天。
[0050]实施例3
[0051]采用与实施例1相似的单辐射室乙烯裂解炉，共有20组型炉管(6程分支变径管)，第一程炉管T1及第二程炉管T2在辐射炉膛中央双排排列，第三程炉管T3、第四程炉管T4、第五程炉管T5、第六程炉管T6在辐射炉膛中央单排排列，如图7和图8所示。第一程炉管Ti内径Dl = 66mm，第二程炉管T2内径D2 = 66mm，第一程炉管Ti及第二程炉管T2的管排间距1^为400111111，第三?六程炉管内径D3?D6均为106mm，每I组型炉管的出口对应一根线型急冷锅炉的入口，20个线型急冷锅炉的出口合并后进入一台传统入口式第二级急冷锅炉。炉膛净长为25.4m，净宽为2.8m，净高13.6m。裂解炉原料为乙烷，稀释蒸汽比为
0.3(wt/wt)，每组炉管内的物料总流量为2000kg/h。裂解炉采用底部供热方式。该裂解炉的乙烯生产能力能达到17万吨/年;运行周期大于120天。
[0052]实施例4
[0053]采用与实施例1相似的单辐射室乙烯裂解炉，其区别在于:辐射炉管在管内物料的流动方向上设有4程炉管，分别为第一程炉管T1、第二程炉管T2、第三程炉管T3和第四程炉管Τ4，其结构及管内流体走向如图9、图10所示。炉管呈型排列，第一程炉管内径Dl= 120mm，第二程炉管内径D2 = 120mm，第三程炉管T3和第四程炉管Τ4分别含有I根炉管，第三程炉管T3的内径D3为190_，第四程炉管T4的内径D4为220_炉管间通过弯管等管件相连接，每2组型炉管的出口对应一台急冷锅炉。辐射室炉膛净长为20m，净宽为3.15m，净高15m。该裂解炉的乙烯生产能力能达到9万吨/年;运行周期大于100天。
[0054]实施例5
[0055]采用与实施例1相似的单辐射室乙烯裂解炉，其区别在于:辐射炉管在管内物料的流动方向上设有8程炉管，分别为第一程炉管T1、第二程炉管T2、第三程炉管T3、第四程炉管Τ4、第五程炉管T5、第六程炉管Τ6、第七程炉管T7和第八程炉管Τ8，其结构及管内流体走向如图11、图12所示。炉管呈型排列，第一程炉管内径Dl = 50mm，第二程炉管内径D2 = 50mm，第三程炉管T3?第八程炉管T8分别含有I根炉管，第三程炉管T3?第六程炉管T6内径D3?D6均为70mm，第七程炉管T7和第八程炉管T8内径D7、D8为80mm，炉管间通过弯管等管件相连接，每2组型炉管的出口对应一台急冷锅炉。辐射室炉膛净长为13.5m，净宽为2.55m，净高 12m。
[0056]实施例6
[0057]采用与实施例1相似的单辐射室乙烯裂解炉，其区别在于:辐射炉管在管内物料的流动方向上设有10程炉管，分别为第一程炉管T1、第二程炉管T2、第三程炉管T3、第四程炉管T4、第五程炉管T5、第六程炉管T6、第七程炉管T7、第八程炉管T8、第九程炉管T9和第十程炉管Τ10，其结构及管内流体走向如图13、图14所示。炉管呈型排列，第一程炉管内径Dl = 40mm，第二程炉管内径D2 = 40mm，第三程炉管T3?第十程炉管Tiq分别含有I根炉管，内径D3?DlO均为50mm，炉管间通过弯管等管件相连接，每2组型炉管的出口对应一台急冷锅炉。辐射室炉膛净长为25.3m，净宽为2.75m，净高8m。
[0058]实施例7
[0059]采用与实施例2相似的双辐射室乙烯裂解炉，其区别在于:辐射炉管在管内物料的流动方向上设有6程炉管，在辐射室中央双排排列，分别为第一程炉管T1、第二程炉管T2、第三程炉管T3、第四程炉管T4、第五程炉管T5和第六程炉管T6，其结构及管内流体走向如图15、图16所示。炉管呈型排列，第一程炉管内径01 = 100臟，第二程炉管内径02 =100mm，第三程炉管T3?第六程炉管T6分别含有I根炉管，内径D3?D6均为190mm，炉管间通过弯管等管件相连接，每2组型炉管的出口对应一台急冷锅炉。
[0060]实施例8
[0061]采用与实施例2相似的双辐射室乙烯裂解炉，其区别在于:辐射炉管在管内物料的流动方向上设有8程炉管，在辐射室中央双排排列，分别为第一程炉管T1、第二程炉管T2、第三程炉管T3、第四程炉管T4、第五程炉管T5、第六程炉管T6、第七程炉管T7和第八程炉管T8，其结构及管内流体走向如图17、图18所示。炉管呈型排列，两排炉管的排间距为600mm。
[0062]实施例9
[0063]采用与实施例8相似的双辐射室乙烯裂解炉及2-2-1-1-1-1-1-1”型炉管，区别在于两排炉管的排间距为150mm。
[0064]实施例10
[0065]采用与实施例8相似的双辐射室乙烯裂解炉及2-2-1-1-1-1-1-1”型炉管，区别在于两排炉管的排间距为1000mm。
[0066]实施例11
[0067]采用与实施例8相似的双辐射室乙烯裂解炉及2-2-1-1-1-1-1-1”型炉管，区别在于两排炉管的排间距为300mm。
[0068]实施例12
[0069]采用与实施例3相似的单辐射室乙烯裂解炉，其区别在于:辐射炉管在管内物料的流动方向上设有4程炉管，分别为第一程炉管T1、第二程炉管T2、第三程炉管T3和第四程炉管T4，第一程炉管T1和第二程炉管T2在辐射炉膛中央双排排列，第三程炉管T3和第四程炉管Τ4在辐射炉膛中央单排排列，其结构及管内流体走向如图19、图20所示。炉管呈型排列，第一程炉管T1及第二程炉管T2的管排间距L^600mm。
[0070]实施例13
[0071]采用与实施例3相似的单辐射室乙烯裂解炉，其区别在于:辐射炉管在管内物料的流动方向上设有8程炉管，分别为第一程炉管T1、第二程炉管T2、第三程炉管T3、第四程炉管T4、第五程炉管T5、第六程炉管T6、第七程炉管T7和第八程炉管T8，第一程炉管T1和第二程炉管!^在辐射炉膛中央双排排列，第三程炉管T3?第八程炉管T8在辐射炉膛中央单排排列，其结构及管内流体走向如图21、图22所示。炉管呈“2-2-1-1-1-1-1-Γ型排列，第一程炉管T1及第二程炉管T2的管排间距USiSOmm。
[0072]实施例14
[0073]采用与实施例3相似的单辐射室乙烯裂解炉，其区别在于:辐射炉管在管内物料的流动方向上设有10程炉管，分别为第一程炉管T1、第二程炉管T2、第三程炉管T3、第四程炉管T4、第五程炉管T5、第六程炉管T6、第七程炉管T7、第八程炉管T8、第九程炉管T9和第十程炉管τ10，第一程炉管T1和第二程炉管T2在辐射炉膛中央双排排列，第三程炉管T3?第十程炉管T10在辐射炉膛中央单排排列，其结构及管内流体走向如图23、图24所示。炉管呈“2-2-1-1-
型排列，第一程炉管T1及第二程炉管T2的管排间距USlOOOmm。
[0074]实施例15
[0075]采用与实施例14相似的双辐射室乙烯裂解炉及型炉管，区别在于第一程炉管T1及第二程炉管T2的管排间距USSOOmm。
【主权项】
1.一种轻质原料乙烯裂解炉，包括辐射段(2)、对流段(3)和急冷锅炉(11)，所述的辐射段(2)设有一个或多个辐射室，辐射室内安装辐射炉管(5)，辐射室侧壁和/或底部设有侧壁燃烧器(8)和/或底部燃烧器(7)，所述的对流段(3)内部设有对流盘管(6)，对流盘管(6)依次通过集合管(9)和分配管(10)与所述的辐射炉管(5)的进口相连，所述的急冷锅炉(11)与辐射炉管(5)的出口相连，其特征在于，所述的辐射炉管(5)为多程分支变径炉管，辐射炉管(5)包括I组多程分支变径炉管，每组辐射炉管(5)在管内物料的流动方向上设有4?10程炉管，其中第一程炉管(T1)及第二程炉管(T2)均包括两根平行的炉管，第三程炉管(T3)到最后一程炉管包括I根炉管，炉管间通过弯管相连接，第一程炉管(T1)与所述的分配管(10)相连，最后一程炉管与所述的急冷锅炉(11)相连;所述的第一程炉管(T1)的两根炉管的内径相同，内径为40?120mm，第二程炉管(T2)的两根炉管内径相同，内径为40?120mm，第三程炉管(T3)到最后一程炉管的内径相同或不同，为50?220mm，相邻两程炉管中，前一程炉管的内径小于等于后一程炉管的内径。2.根据权利要求1所述的一种轻质原料乙烯裂解炉，其特征在于，所述的第一程炉管(T1)的两根炉管的内径相同，内径为50?100mm，第二程炉管(T2)的两根炉管内径相同，内径为50?100mm，第三程炉管(T3)到最后一程炉管的内径相同或不同，为80?190mm。3.根据权利要求1所述的一种轻质原料乙烯裂解炉，其特征在于，所述的辐射炉管(5)在辐射室中央的排列方式为单排排列和双排排列中的一种或组合排列。4.根据权利要求3所述的一种轻质原料乙烯裂解炉，其特征在于，当辐射炉管(5)在辐射室中央呈双排排列时，两排炉管管排间距L1为150?1000mm。5.根据权利要求4所述的一种轻质原料乙烯裂解炉，其特征在于，当辐射炉管(5)在辐射室中央呈双排排列时，两排炉管管排间距L1为300?600mm。6.根据权利要求3所述的一种轻质原料乙烯裂解炉，其特征在于，当辐射炉管(5)在辐射室中央呈组合排列时，第一程炉管(T1)及第二程炉管(T2)在辐射室中央呈双排排列，两排炉管管排间距1^为150?1000mm，第三程炉管(T3)到最后一程炉管呈单排排列。7.根据权利要求6所述的一种轻质原料乙烯裂解炉，其特征在于，当辐射炉管(5)在辐射室中央呈组合排列时，第一程炉管(T1)及第二程炉管(T2)在辐射室中央呈双排排列，两排炉管管排间距Li为300?600mm。8.根据权利要求1所述的一种轻质原料乙烯裂解炉，其特征在于，所述辐射室的内部净高度为8?15m。
【文档编号】C07C4/04GK205473600SQ201620171499
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月7日
【发明人】张磊, 李保有, 涂国华, 卢永生, 桑龙, 张娣, 薄建民, 赵旭, 谢朝阳, 黄红军, 张玉珍
【申请人】惠生工程（中国）有限公司