專利名稱：加熱更均勻的裂解爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種裂解爐，更具體地涉及一種用于裂解有機原料例如石油烴的管式爐。
背景技術：
現(xiàn)有技術中已知用于石油烴裂解來制備石蠟的裂解爐。石油原料通常包括例如乙烷、丙烷、和石腦油。產(chǎn)物通常包括乙烯、丙烯、丁烯、和其他烴類。
圖1A表示典型的裂解爐裝置。裂解爐10包括加熱段11和對流段12，該對流段鑒于如下原因可抵消加熱段11。燃燒器13位于加熱段輻射室18的底部。
一個或多個盤管14位于加熱段11。原料流經(jīng)旋管的管14a，然后在飽和烴的裂解溫度(通常為950～1200℃)下高溫分解制備石蠟和氫氣。調(diào)節(jié)原料通過管時的流速以提供在反應溫度下希望的駐留時間。裂解進行到需要的程度后，重點在于驟冷從輻射室流出的氣流以停止反應，因為繼續(xù)反應可能會產(chǎn)生所不希望的副產(chǎn)品。從輻射室18流出的氣流流經(jīng)熱交換器15以驟冷反應產(chǎn)物。這些熱交換器通常位于輻射室18的頂部，從而需要對流段12來抵消。加熱段11長度L通常為約20m，寬度W為約3.5m，高度H為約13.5米。盤管14通常設置在一個平面上，該平面與對流段12的豎直軸與縱軸所確定的平面平行。對流段12是通常將爐的煙道氣排到空氣中的煙囪。對流段12通常包括一個或多個原料在其中被煙道氣預熱的熱回收段16、和為減少污染物如氮氧化物或氧化硫的排放的煙道氣處理段。
目前乙烯制造廠的發(fā)展趨勢是使用更大和更劇烈燃燒的裂解爐。典型的燃燒器容量已從每年100,000公噸增加到每年180,000公噸。希望將容量增加到每年至少250,000公噸。為了實現(xiàn)更高的爐容量，可增加旋管的長度，從而增加輻射室的高度。或者增加旋管的個數(shù)，從而增加輻射室的長度。但是，這些改變都是不希望的。因為若增加輻射室的高度，將更難于均勻加熱旋管。對流段管長度限制了輻射室的長度。若輻射室更長，那么在對流段中會產(chǎn)生煙道氣流從輻射室進入對流段的問題。
EP 0,519,230公開了一種裂解加熱器，其中盤管的垂直管排列成彼此平行的多排，且各排管均位于與貫穿對流段縱軸的面相垂直的面中。即，如圖1A所示的旋管與旋管的常規(guī)排列成90°角。但這種設置在增加爐容量方面具有顯著的優(yōu)點，為了方便這種設置對爐的構造也可進行改進。
在EP 0,519,230中公開了相對較寬的爐，其中盤管垂直于爐的縱軸，煙道氣在輻射室中循環(huán)。參考圖1B，表示了具有加熱段51、對流段52、和燃燒器54的爐50。煙道氣流如箭頭A、B、C所示。煙道氣流A和B易于直接流過入口53進入對流段52，但會形成煙道氣流的漩渦C，特別在距對流段入口53最遠的燃燒室的那側(cè)易形成死區(qū)。這些漩渦導致加熱不均勻。在整個輻射室中的均勻加熱對連續(xù)制備產(chǎn)品和利于過程控制都是很重要的。
發(fā)明綜述本發(fā)明提供一種用于裂解有機原料的爐。在一個實施方式中，該爐包括(a)加熱段，其包括加熱室、位于加熱室內(nèi)的多個盤管、和多個燃燒器，其中加熱段分為上部、下部、縱軸、相對的第一側(cè)面與第二側(cè)面；和(b)與加熱段相連的第一和第二對流段，第一對流段沿著加熱段的第一側(cè)面縱向延伸，第二對流段沿著加熱段的第二側(cè)面縱向延伸，第一和第二對流段均有與加熱段連通的開口以使其中的煙道氣通過。所述的爐還包括多個使煙道氣從爐的加熱室進入對流段之間的通道，每個所述的通道具有使煙道氣進入通道的進入口和將煙道氣傳輸?shù)綄α鞫蔚牧鞒隹凇?br> 本發(fā)明通過減少煙道氣的循環(huán)，在爐的整個加熱段提供更均勻的煙道氣。


將參考附圖描述各種實施方式，其中圖1A和1B為現(xiàn)有技術爐的示意圖；圖2為本發(fā)明具有第一和第二對流段裂解爐實施方式的剖面透視圖；圖3為圖2所示爐實施方式的主視圖；圖4為本發(fā)明在加熱段的上部具有通道的裂解爐的另一個實施方式的透視圖，其中的通道將煙道氣從爐的加熱段傳輸?shù)綄α鞫巍?br> 圖5為通道的側(cè)視圖；圖6為圖4所示爐實施方式的局部主視圖；圖7為通道的平面圖；圖8為本發(fā)明另一個實施方式在加熱段的底部具有通道的裂解爐的主視圖；圖9為圖8所示爐中通道的透視圖；和圖10為圖8所示爐的側(cè)視圖。
優(yōu)選實施方式詳細描述本發(fā)明提供均勻的煙道氣流和在裂解爐的盤管中更均勻的熱交換的方法，其通過使用兩個而不是一個對流段，和/或?qū)煹罋鈴臓t的熱輻射區(qū)傳輸?shù)綄α鞫蔚亩鄠€具有一定形狀的通道來實現(xiàn)。本發(fā)明方法可用在常規(guī)裂解爐中，但在與爐的縱軸垂直的面上具有旋管裝置的爐是特別有利的。這類爐更寬，且更易在爐熱輻射段中形成煙道氣循環(huán)的死區(qū)。
圖2和圖3表示用于裂解有機原料的裂解爐100。原料通常包括例如乙烷、丙烷、石腦油或其它烴。原料的高溫裂解制備不飽和化合物(即石蠟，如乙烯、丙烯等)和氫氣。爐100包括加熱段110、第一對流段121和第二對流段122。第一對流段121沿著加熱段110的第一側(cè)面111延伸，第二對流段122沿著加熱段110的第二側(cè)面112延伸。加熱段110包括內(nèi)部熱輻射室114，其中多個盤管130排列成相互平行的排。加熱段110還包括形成爐縱向延伸的縱軸X、上部110a和下部110b。燃燒器140優(yōu)選成排分布，且分布在盤管130的排之間，也分布在盤管和爐的側(cè)壁之間。在圖2和圖3表示的實施方式中，燃燒器分布在加熱段的下部110b處，第一和第二對流段121和122在加熱段的上部分別與相對的側(cè)面111和112相連。即，將煙道氣從加熱室114傳輸?shù)降谝缓偷诙α鞫?21和122的開口123和124在加熱段110的上部110a。燃燒器燃燒燃料產(chǎn)生的煙道氣在加熱段110中向上流動，流出后進入對流段121和122。但在可替換的構造中，如下面圖8所示，燃燒器可位于加熱室的上部，且對流段可與加熱段的下部相連。
盤管設置成平行排列的多排，各排中有一個或多個旋管。每排位于與縱軸X垂直的平面上。
如圖2和圖3所示的實施例中，每排中的管132這樣設置，使得每股待裂解的烴原料流具有兩個通道。更具體地，在一排中的多個管132與水平的歧管133相連，該歧管與內(nèi)徑大于管132的立管134相連。管132的上端與入口歧管131相連以向管132中提供烴原料(或其他有機原料)，管134的頂部與用來接收和冷卻裂解流出物的傳輸管線交換設備135相連以驟冷至足夠低的溫度，從而防止裂解反應進一步進行。因此如圖所示待裂解的原料被引入到管132的頂部，向下流過管132進入歧管133，然后向上流過管134被引入到傳輸管線交換設備135中。待裂解的原料在位于對流段121和122的對流管136中被預熱，被預熱的原料通過入口歧管131被引入到管132中。
因此，例如單排立管可被分成兩組管，各組形成一個旋管。每個旋管由提供第一通道的多個管132構成，且管132中每個管通過歧管133與提供第二通道的單管134相連。
盡管為了闡述本發(fā)明而描述了兩個通道，但旋管裝置如果需要可包括任何數(shù)目從一個到多個的通道，如2個、3個、4個或更多通道。
使用兩個對流段可降低煙道氣再循環(huán)的可能性，并通過減少死區(qū)可在整個加熱段提供更均勻的煙道氣。使用兩個而不是一個對流段可將任何燃燒器到對流段的最大距離減半。另外，進入每個對流段的煙道氣的體積也減半。兩種效果結(jié)合可極大地降低輻射室內(nèi)部產(chǎn)生優(yōu)先煙道氣氣流通道的可能性。
另外的優(yōu)點在于對流段本身的高度和寬度可被明顯降低。使用此處描述的旋管設備可增加爐容量，但對流管長度卻被降低。若使用單個對流段，為了維持足夠的冷卻容量則必須增加對流段的高度和寬度。這兩種增加都非常昂貴。寬度增加意味著更長和更厚的管支架。高度增加意味著使用更多平臺和結(jié)構鋼來支撐增加的負載。但是，若使用兩個而不是一個對流段，與僅有一個相同冷卻容量對流段的情況相比，每一個對流段會具有更小的高度和寬度，因為兩個較小的對流段聯(lián)合使用。
參考圖4、圖5和圖6，裂解爐200包括加熱段210、和至少一個對流段220，對流段沿著加熱段210的側(cè)面211延伸。加熱段210包括內(nèi)部熱輻射室214，其中多個盤管230排列成平行的排。加熱段210還包括形成爐縱向延伸的縱軸210、和上部210a和下部210b。燃燒器240優(yōu)選成排設置，且分布在各排盤管130之間，也可分布在盤管和爐的側(cè)壁之間。在圖4～7所示的實施方式200中，燃燒器位于加熱段的下部210b。對流段220與側(cè)面211在加熱段的上部210a處相連。即，將煙道氣從加熱室214傳輸?shù)綄α鞫?20的開口223位于加熱段210的上部210a。燃燒器燃燒燃料產(chǎn)生的煙道氣在加熱段210向上流動，流出后進入對流段220。但在可替換的裝置中，如圖8～10所示，燃燒器可位于加熱室的上部，且如上所述對流段可與加熱段的下部相連。
盤管設置成平行排列的多排，且在每排中具有一個或多個旋管。每排位于與縱軸X垂直的平面上。
為闡述目的在如圖6所示的實施例中，每排中的管232這樣設置，使得每股待裂解的烴原料流具有兩個通道。更具體地，在一排中的多個管232與水平歧管233相連，該歧管與內(nèi)徑大于管232的立管234相連。管232的上端與入口歧管231相連以向管232提供烴原料，且管234的頂部與用來接收和冷卻裂解流出物的傳輸管線交換設備235相連以驟冷至足夠低的溫度，從而防止裂解反應進一步發(fā)生。因此如圖所示待裂解的原料被引入到管232的頂部，向下流過管232進入歧管233，然后向上流過管234被引入到傳輸管線交換設備235中。以與前述圖3所示的實施方式100相似的方式，待裂解的原料在位于對流段220處的對流管中被預熱，被預熱的原料通過入口歧管231被引入到管232中。
因此，例如單排立管可被分成兩組管，每組形成一個旋管。每個旋管由提供第一通道的多個管232構成，管232中的每個管通過歧管233與提供第二通道的單管234相連。
如上所述，包括一個或多個通道裝置的任何旋管設備都在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
在優(yōu)選的實施方式中，爐包括將煙道氣從熱輻射室214輸送到對流段220的多個具有一定形狀的通道250。當熱輻射室214中壓力再循環(huán)時，通道250利于煙道氣的均勻流動。通道250彼此間平行，且橫向分布以將煙道氣橫向傳輸?shù)綄α鞫?20中。在實施方式200中，通道250位于加熱段210的上部210a。設置盤管230使其分別貫穿管道250。每個通道具有外殼251，該外殼至少部分形成和封閉通道。每個通道250在一端通過出氣口223與對流段220連接。通道250的底部具有封閉的入口253，其包括相對較寬的部分253a和相對較窄的部分253b。較窄部分253b被限定在形成通道底部252的板252a和252b之間。
參見圖7，入口相對較寬部分253a的尺寸為L1和D1。相對較窄部分253b的尺寸為L2和D2。選擇253a和253b的相對尺寸使得熱輻射室214內(nèi)產(chǎn)生任意所需類型的煙道氣流?？蛇x擇任意適當?shù)某叽?，例如L1/L2的比可為0.8～1.2，優(yōu)選為0.9～1.1，D1/D2的比為1.1～10，優(yōu)選為1.5～4，更優(yōu)選為2～3，盡管在范圍外也可選擇比值。可見，D1大于D2，從而更多的氣流易于流經(jīng)D1。由于入口253相對較寬部分253a比相對較窄部分距出氣口223更遠，所以煙道氣氣流偏向遠離對流段的加熱室的角。選擇煙囪和入口的尺寸使得距對流段最遠的燃燒器煙道氣聚集壓力的損失等于距對流段最近的燃燒器煙道氣聚集壓力的損失。對于單對流段的系統(tǒng)，煙囪開口與對流段相對的那端較寬。對于雙對流段的系統(tǒng)，煙囪開口在爐的中部較寬。這抑制了煙道氣沿著最近的路徑進入對流段，并消除了在輻射區(qū)中可能會產(chǎn)生的煙道氣再循環(huán)死區(qū)。從而通過加熱段210煙道氣的整體流動由于局部熱點或冷點的減少而更加均勻。
盡管實施方式200闡述了具有一個對流段220的爐，應當理解，爐200可選擇地包括第二對流段，其沿著與加熱段210與對流段220相對的邊延伸。
圖8、圖9和圖10表示用于裂解有機原料的裂解爐300。爐300包括加熱段310、第一對流段321和第二對流段322。第一對流段321沿著加熱段310的第一側(cè)面321延伸，第二對流段311沿著加熱段310的第二側(cè)面312延伸。加熱段310包括內(nèi)部熱輻射室314，其中多個盤管330排列成相互平行的排。加熱段310還包括形成了爐縱向延伸的縱軸X、上部310a和下部310b。燃燒器340優(yōu)選成排排列，且分布在盤管330的各排之間。在爐300中燃燒器位于加熱段的上部310a處，第一和第二對流段321和322在加熱段的下部310b處分別與相對的兩個側(cè)面311和312相連。即，將煙道氣從通道350輸送到第一和第二對流段321、322的開口323和324位于加熱段310的下部310b。燃燒器燃燒燃料產(chǎn)生的煙道氣在加熱段310中向下流，然后通過位于加熱段310底部的通道350，流出后通過開口323和324分別進入對流段321和322。
盤管330設置成平行排列的多排，各排中具有一個或多個旋管。每排位于與縱軸X垂直的平面上。
如圖8所示的實施例中，每排中的管332這樣設置，使得每一待裂解的烴原料流具有兩個通道。更具體地，同一排中的多個管332與水平的歧管333相連，該歧管與內(nèi)徑大于管332的立管334相連。管332的頂端與向管332中提供烴原料(或其他有機原料)的入口歧管331相連，且管334的頂部與用來接收和冷卻裂解流出物的傳輸管線交換設備335相連以將其驟冷至足夠低的溫度，從而防止裂解反應進一步進行。因此如圖所示，待裂解的烴被引入管332的頂部，向下流經(jīng)管332進入歧管333，然后向上流過管334并被引入到傳輸管線交換設備335中。以與前述圖3所示的實施方式100相似的方式，待裂解的原料在位于對流段321和322處的對流管中被預熱，被預熱的原料通過入口歧管331被引入到管332中。
因此，例如單排立管可被分成兩組管，每組形成一個旋管。每個旋管由形成第一通道的多個管332構成，且管332中每個管通過歧管133與形成第二通道的單管334相連。
如上所述，包括單個通道或多個通道裝置的任何旋管裝置都在本發(fā)明保護的范圍內(nèi)。
在優(yōu)選的實施方式中，爐300包括將煙道氣從熱輻射室314輸送到對流段321和322的多個具有一定形狀的通道350。通道350利于熱輻射室中煙道氣的均勻流動，從而在盤管330中進行均勻和連續(xù)的高溫分解。通道350彼此間相互平行，橫向排列以將煙道氣橫向輸送到對流段321和322中。在實施方式300中，通道位于加熱段310的下部310b。通道350被槽360間隔分開。旋管330的底部通過溝槽，并在適當?shù)奈恢猛ㄟ^支架、支柱或所屬領域的技術人員已知的其他方式保護。每個通道350具有殼體351，該殼體至少部分限定和封閉通道。通道各端通過開口323和324分別與對流段321和322中之一相連。應當指出盡管圖8～圖10所示的實施方式中包括兩個對流段，但爐300可選擇地被構建成僅具有一個對流段。
通道350的殼體351包括側(cè)壁352。每個側(cè)壁包括一個或多個開口355，以使輻射室314流出的煙道氣進入通道。開口355可為任意形狀或尺寸。從圖9可以看出，優(yōu)選的開口355包括長槽。該槽可為任意適當?shù)某叽纾⒖蛇x擇地沿著其整個長度方向上具有相同的尺寸，或在某些位置比在其他位置寬。如圖9所示，槽355包括寬度為D3的相對較窄部分355a和寬度為D4的相對較寬部分355b?？蛇x擇355a與355b的相對尺寸以在加熱室314中產(chǎn)生所需類型的煙道氣氣流?？蛇x擇任意適當?shù)某叽纾鏒4/D3可為1.1～10，優(yōu)選為1.5～4，更優(yōu)選為2～3，但在該范圍外也可選擇。
D4大于D3，從而更多的氣流易于流經(jīng)D4。優(yōu)選地，較窄部分355a更接近通向?qū)α鞫蔚拈_口323或324。在具有兩個對流段的實施方式如爐300中，單槽355可沿著通道的任意一個側(cè)壁延伸，每個槽的中間較寬區(qū)域355b位于兩個窄區(qū)域355a間，窄區(qū)域355a更接近開口323和324，寬區(qū)域355b更接近加熱室314的中部。選擇煙囪和入口的尺寸使得距對流段最遠的燃燒器煙道氣聚集壓力的損失等于距對流段最近的燃燒器煙道氣聚集壓力的損失。對于單對流段系統(tǒng)，煙囪開口與對流段相對的那端更寬。對于雙對流段系統(tǒng)，煙囪開口在爐中部的更寬。這抑制了煙道氣沿著最近的路徑進入對流段，并消除了在輻射區(qū)中可能會產(chǎn)生的煙道氣再循環(huán)死區(qū)。煙道氣也可通過旋管的底部，其位于通道350的隔離槽360中，從而提高了加熱效率。
雖然上述說明包括了許多具體實施方式
，但這些具體例不應被認為對本發(fā)明范圍的限制，而僅僅是本發(fā)明優(yōu)選方式的具體體現(xiàn)。本領域的技術人員在本發(fā)明主旨和權利要求限定的范圍內(nèi)預見到各種可能的實施方式。
權利要求
1.一種用于裂解有機原料的爐，其包括a)加熱段，其包括加熱室、位于加熱室中的多個盤管、和多個燃燒器，其中加熱段具有上部、下部、縱軸和相對的第一側(cè)面與第二側(cè)面；和b)與加熱段相連的第一和第二對流段，第一對流段沿加熱段的第一側(cè)面縱向延伸，第二對流段沿加熱段的第二側(cè)面縱向延伸，第一和第二對流段均具有與加熱段相連的開口，以使煙道氣從其中流過。
2.如權利要求1的爐，其中第一和第二對流段中的開口與加熱段的上部相連。
3.如權利要求1的爐，其中第一和第二對流段中的開口與加熱段的下部相連。
4.如權利要求1的爐，其中盤管布置成平行的排，各排均位于與加熱段縱軸垂直的平面上。
5.一種用于裂解有機原料的爐，其包括a)加熱段，其包括加熱室、位于加熱室中的多個盤管、多個燃燒器和多個將煙道氣從加熱室輸送到爐的對流段的通道，每個所述的通道具有將煙道氣引入通道的入口，和將煙道氣通入對流段的出口；和b)至少第一對流段與加熱段相連。
6.如權利要求5的爐，其中加熱段包括上部、下部、縱軸、相對的第一側(cè)面和第二側(cè)面。
7.如權利要求6的爐，其中第一對流段沿加熱段相對的所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之一縱向延伸。
8.如權利要求7的爐，其中多個盤管布置成平行的排，各排均位于與加熱段縱軸垂直的平面上。
9.如權利要求6的爐，其中通道定向為彼此間相互平行，且相對加熱段橫向延伸。
10.如權利要區(qū)5的爐，其中通道入口具有相對較寬部分和相對較窄部分。
11.如權利要求10的爐，其中通道入口相對較窄部分位于通道入口相對較寬部分和通道出口之間。
12.如權利要求6的爐，其中通道位于加熱段的頂部。
13.如權利要求6的爐，其中通道位于加熱段的底部。
14.如權利要求7的爐，其還包括沿加熱段所述第一和第二側(cè)面的另一面縱向延伸的第二對流段，其與第一對流段相對。
15.如權利要求6的爐，其中至少一些燃燒器位于加熱段的上部。
16.如權利要求15的爐，其中通道位于加熱段的底部。
17.如權利要求16的爐，其還包括沿加熱段的第一和第二側(cè)面中的另一邊縱向延伸的第二對流段，其與第一對流段相對。
18.如權利要求6的爐，其中至少一些燃燒器位于加熱段的下部。
19.如權利要求18的爐，其中通道位于加熱段的底部。
20.如權利要求19的爐，其還包括沿加熱段的第一和第二側(cè)面中另一邊縱向延伸的第二對流段，其與第一對流段相對。
全文摘要
一種用于裂解有機原料的裂解爐，其包括加熱段和至少一個對流段。在一個實施方式中，所述裂解爐包括沿著加熱段的對側(cè)設置的第一和第二對流段。將煙道氣傳輸?shù)綄α鞫蔚拈_口可位于加熱段的頂部或底部。在另外一個實施方式中，所述裂解爐包括多個將煙道氣從加熱段傳輸?shù)綄α鞫蔚耐ǖ?。所述通道可位于加熱段的頂部或底部。所述通道通過抑制煙道氣在加熱室中的再循環(huán)可使更均勻的煙道氣流過加熱段。
文檔編號C10G9/20GK1659257SQ03813582
公開日2005年8月24日 申請日期2003年4月10日 優(yōu)先權日2002年4月10日
發(fā)明者歐文·M·J·普拉特富特, 約翰·V·阿爾巴諾, 弗蘭克·D·麥卡錫, 保羅·J·費爾 申請人:Abb路慕斯全球股份有限公司