减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴。包括导入管，导入管外包覆有隔热管，隔热管前端设置喷头；喷头的喷腔内部设置导流螺旋片，喷头前端设置喷射片。本实用新型雾化特性良好，解决了无机盐类抑制剂在高温炉管内注入困难以及均匀分散的问题。经喷嘴雾化的抑制剂溶液在高温裂解原料热气流中瞬时气化分解、迅速干燥，喷雾锥形体与节流后的原料气流交叉扰动，充分混合、均匀分散，随后进入最易结焦的辐射段。喷嘴安装简单，检修与清洗方便。喷嘴配合高性能的抑制剂在蒸汽裂解炉上应用，大大降低炉管结焦量。
【专利说明】减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种乙烯裂解装置，具体涉及一种减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴。
【背景技术】
[0002]乙烯装置是大型石化企业的龙头装置，生产能耗大部分消耗于裂解炉，裂解炉的运行状况对乙烯装置的效益具有举足轻重的作用。目前大部分乙烯生产采用管式炉裂解工艺，即烃类原料经气化预热后与过热蒸汽混合，进入对流段被加热到600°C左右，经横跨段炉管通过文丘里再分配到各组辐射段炉管中，混合原料经历高温、短停留、低烃分压条件下进行裂解反应，辐射段出口温度达850°C左右。在生产过程中存在着一个很突出的问题是伴随着生焦反应，炉管内壁焦炭的沉积带来了很大不良影响，结焦严重时可堵塞管道使装置无法正常运转。
[0003]人们提出了许多抑制结焦的办法，其中在裂解过程中添加结焦抑制剂是最有效的方法。已知可用做炉管结焦的抑制剂主要有硫磷类化合物、金属盐类化合物以及有机聚硅氧烷类化合物，其中有机类抑制剂抑焦效果欠佳，因其易于气化(如二甲基二硫等)，分散问题不是很突出，故其应用较为普遍，而金属盐类抑焦效果最好，但应用于工业装置时因无完善的注入技术，会遇到分散等问题而受到限制。
[0004]已公开的抑制剂专利大多基于实验室小型装置，实施对象为单程小管径炉管，未涉及抑制剂的注入设备，一般普通的加入方式基本能满足分散要求；而工业生产装置为多程大管径炉管，加入的抑制剂溶液会面临气化不完全、分散不均匀及盐分解产物沉积的突出问题。
[0005]如专利CN1367225公开了一种烃类蒸气裂解装置抑制结焦的方法，炉管除焦完毕后在恢复进料前后向水蒸汽中加入金属盐类或有机硅氧烷类抑焦剂，持续时间为I?3小时，未涉及抑制剂的注入设备；专利US8533090称可以将有机酸盐溶液悬浮在原料烃中然后送入裂解炉，或将其溶液注入到蒸汽管线中用来抑制炉管结焦；专利CN102880544A公开了一种抑制乙烯裂解装置结焦的复合方法，要求在裂解过程中将含硅、硫和磷的有机类抑制剂加入裂解原料中；专利CN1928020公开了一种烃类裂解装置预处理抑制结焦的方法，用含有硫、硅和镁的一种或几种化学物质一批或分批加入对炉管进行预处理，也可以随原料一起加入到裂解炉。事实上大部分炉管结焦发生在辐射段炉管，而对流段结焦量很少，如此直接的加入方式会造成抑制剂在蒸汽管线及对流段炉管一部分沉积，不能全部有效地到达辐射段炉管，同时抑制剂溶液气化、分散不均匀。
[0006]专利CN101274873公开了一种抑制乙烯裂解炉结焦的方法，要求注入有机硫磷类抑制剂，同时要求辐射段安装强化扭曲片；未对注入设备做特定要求，炉管内安装的扭曲片强化了传热效果，也改善了抑制剂的分散效果，但扭曲片上也会结焦。
[0007]抑制剂的注入技术对炉管抑焦效果与装置的平稳运行很重要；如注入的抑制剂溶液气化不迅速，液体会喷洒到高温炉管上，炉管因不断冷缩热涨的蠕变应力会使其疲劳损坏；而注入的无机盐类抑制剂如分散不均匀会在炉管内沉积，一方面失去抑焦的应有效果，另一方面也会造成装置的不稳定。
[0008]已公开的裂解结焦抑制剂大多数都是以溶液的形式使用，有机类抑制剂由有机试剂溶解稀释，无机盐类抑制剂由水进行溶解稀释。裂解炉横跨段在炉外有一段Φ 140X6.5_左右的直角弯管，两边直管长度为2-5m。不论是有机类抑制剂还是无机盐类抑制剂，应用到工业装置都必须考虑其注入技术，解决注剂快速气化、高度分散等问题，才能使抑制剂发挥最佳作用。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的是提供一种减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，裂解原料进入易结焦的辐射段时，注剂溶液瞬时气化分解速度快、分散均匀，设备安装简单，检修、清洗方便；降低炉管焦量。
[0010]本实用新型所述的减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，包括导入管，导入管外包覆有隔热管，隔热管前端设置喷头；喷头的喷腔内部设置导流螺旋片，喷头前端设置喷射片。
[0011]注剂喷嘴外包覆炉管。
[0012]炉管和注剂喷嘴通过法兰或卡套连接。
[0013]注剂喷嘴伸入炉管内的长度是炉管直径的2-5倍。注剂喷嘴伸入长度过长，溶液会在导入管内气化，达不到雾化效果或析出产物堵塞注剂喷嘴；而伸入长度过短，则喷雾出的锥体与相向而来的原料气体扰动效果不好、混合不均匀。
[0014]导入管直径与炉管直径比为1:5-18。
[0015]隔热管的直径与炉管直径比为1:2-5。
[0016]喷头上设置喷孔。
[0017]喷孔直径为0.12-1.2mm。喷孔过小易被杂质堵塞，喷孔过大则无喷雾效果，或偏流直接打到炉管上。
[0018]减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴沿轴向对称，材质为不锈钢，操作压力为
0.2-1.5Mpa。
[0019]减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴为组合体，喷头通过丝扣固定在隔热管的前端，导流螺旋片通过压环固定在喷腔内，各器件通过密封垫片密封。
[0020]密封垫片采用紫铜垫、铝垫或石墨垫，气密性良好，喷射片上的微孔通过电弧或激光打孔。
[0021]位于导入管前端的注剂管道上设置过滤器，注剂溶液在导入管内加压输送，故微孔不会因抑制剂析出而堵塞，停止注剂时从装置侧线引入防焦蒸汽。在裂解炉停运期间喷嘴从连接处整体抽出进行检修。
[0022]减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴安装在横跨段的直角处。使用时，喷腔内的抑制剂溶液经导流螺旋片涡旋式推进，使喷雾呈现锥型，与对流段相向而来的高温原料气体在炉管内相互交叉扰动，充分混合并瞬间完全蒸发，消除了液滴的形成，避免抑制剂的沉积，从而避免了炉管因冷缩热涨蠕变应力造成的疲劳损坏。
[0023]减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，不仅适用于裂解过程中结焦抑制剂的注入，同时适用于裂解炉热备期间对炉管预处理时抑制剂的注入；助剂溶液由计量泵加压输送，注剂管线与设备使用同一流程，助剂切换方便；经减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴喷雾出的预处理剂溶液在高温水蒸气中瞬时气化分解，抑制剂溶液在烃类和蒸汽的混合原料中迅速干燥形成超细颗粒粉体，分别随对流段而来的气体，经过文丘里管近距离分配到各程辐射段炉管，各自发挥最佳作用。
[0024]注剂喷嘴能够用于SRT-1I1、SRT-1V或GK-VI型工业裂解炉以及模拟裂解试验炉。
[0025]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0026]本实用新型雾化特性良好，安装在裂解炉外横跨段拐角直管上，满足高温条件下使用要求，解决了无机盐类抑制剂在高温炉管内注入困难以及均匀分散的问题。经喷嘴雾化的抑制剂溶液在高温裂解原料热气流中瞬时气化分解、迅速干燥，喷雾锥形体与节流后的原料气流交叉扰动，充分混合、均匀分散，随后进入最易结焦的辐射段。喷嘴安装简单，检修与清洗方便。喷嘴配合高性能的抑制剂在蒸汽裂解炉上应用，大大降低炉管结焦量，发挥其抑制结焦的最佳作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本实用新型注剂喷嘴的示意图。
[0028]图2是热态模拟试验喷嘴注剂流程图。
[0029]图3是实施例1喷嘴的喷雾状态图。
[0030]图中，其中，1、法兰2、导入管3、隔热管4、炉管5、导流螺旋片6、喷头7、喷射片，8、过滤器9、注剂喷嘴10、热模段11、预热段a、抑制剂溶液b、来自对流段原料C、去辐射段原料e、压缩空气f、水。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实施例对本实用新型做进一步的描述。
[0032]实施例1
[0033]如图1，本实施例所述的减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，包括导入管2，导入管2外包覆有隔热管3，隔热管3前端设置喷头6 ;喷头6的喷腔内部设置导流螺旋片5，喷头6前端设置喷射片7。
[0034]注剂喷嘴9外包覆炉管4。
[0035]炉管4和注剂喷嘴9通过法兰I或卡套连接。
[0036]喷头6上设置喷孔。
[0037]注剂喷嘴9使用材质为00Crl9Nil0不锈钢管进行制作，其中，焊接采用氩弧焊，雾化喷头用电弧打孔，采用两级导流螺旋，加工精度为1.6级。导入管2直径为10mm、隔热管3为32mm、喷孔直径为0.60mm，炉管直径为140mm，注剂喷嘴9伸入炉管4长度为400mm。
[0038]来自对流段原料b进入炉管4，去辐射段原料c通过注剂喷嘴9喷出。
[0039]减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴9进行冷态模拟试验，以水做为模拟介质通过柱塞泵注入，在操作压力0.3MPa条件下进行喷雾特性的观察，雾化角小于30°、雾化液滴均匀，雾椎体形态良好。
[0040]图3为喷嘴的喷雾状态图。[0041]实施例2
[0042]本实施例的装置结构图与实施例1相同，不同点在于，注剂喷嘴9使用材质为00Crl9Nil0棒材进行制作，其中，焊接采用氩弧焊，雾化喷头用电弧打孔，采用两级导流螺旋，加工精度为I级，导入管2直径为8mm、隔热管3为40mm、喷孔直径为1.0mm,炉管4直径为140mm，注剂喷嘴9伸入隔热管3长度为350mm。
[0043]使用本实施例制作的隔热管3，安装在图2所示装置的热模段，按照图2所示的流程，进行注入无机盐类抑制剂溶液的热模试验。
[0044]其中，抑制剂在水溶液中浓度为300ppm，水f和空气e在预热段11加热，出口温度控制在580°C，抑制剂溶液a由柱塞泵输送，经过过滤器8后通过注剂喷嘴9注入热模管，热模段10中间温度控制在600°C，混合气体在热模管流速35m/s左右。喷雾注入的抑制剂溶液a在热气流中迅速气化干燥，随后经过一段弯管流出。试验进行60h后，通过实验现象观察，可见抑制剂干燥产物为均匀超细颗粒，卸开法兰观察热模管及弯头内壁无抑制剂沉积。
[0045]实施例3
[0046]本实施例的装置结构与实施例1相同，不同点在于，导入管2直径为2_、隔热管3直径为5mm、喷孔直径为0.12mm，注剂喷嘴9伸入长度为30mm，炉管直径为10mm，注剂喷嘴9采用卡套连接。
[0047]将本实施例装置安装在模拟裂解GK-VI型裂解炉的横跨段，辐射段炉管长度10.75m，辐射段体积336ml;按照GK-VI型裂解炉条件投入石脑油进行裂解，同时通过注剂喷嘴9雾化注入无机盐类复合抑制剂30ppm，此时，裂解原料气流速38m/s，横跨段温度600°C，辐射段出口温度为858°C ;试验进行8h后结束，测得炉管结焦量0.629g。与此相同的试验装置和方法，抑制剂注入喷嘴更换为Φ4πιπι不锈钢管，抑制剂采用直接注入，试验结束后测得炉管结焦量2.531g。
[0048]实施例与现有技术相比，炉管4结焦量大大减少，应用性能良好。
【权利要求】
1.一种减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，注剂喷嘴(9)包括导入管(2)，其特征在于，导入管(2)外包覆有隔热管(3)，隔热管(3)前端设置喷头(6);喷头(6)的喷腔内部设置导流螺旋片(5)，喷头(6)前端设置喷射片(7)。
2.根据权利要求1所述的减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，其特征在于，注剂喷嘴(9)外包覆炉管(4)。
3.根据权利要求2所述的减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，其特征在于，炉管(4)和注剂喷嘴(9 )通过法兰(I)或卡套连接。
4.根据权利要求1或2所述的减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，其特征在于，注剂喷嘴(9)伸入炉管(4)内的长度是炉管(4)直径的2-5倍。
5.根据权利要求1或2所述的减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，其特征在于，导入管(2)直径与炉管(4)直径比为1:5-18。
6.根据权利要求1或2所述的减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，其特征在于，隔热管(3)的直径与炉管(4)直径比为1:2-5。
7.根据权利要求1所述的减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，其特征在于，喷头(6)上设置喷孔。
8.根据权利要求7所述的减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，其特征在于，喷孔直径为 0.12-1.2mm。
【文档编号】C10G9/16GK203613153SQ201320636988
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】贠建华, 王文彬, 朱相春, 王鹏, 郭岩峰, 何宗华, 付静 申请人:中国石油化工股份有限公司