[发明专利]一种裂解炉

说明书

本发明公开一种裂解炉，其中，所述裂解炉包括：对流段、与对流段相连通的辐射段、急冷锅炉和汽包，其中：对流段内设有与裂解炉的进料口相连通的对流管束，汽包设于对流段的顶部，裂解炉的炉顶上设有与裂解炉相连通的风机，辐射段内设有多组辐射管束，辐射管束包括多根辐射炉管，多根辐射炉管沿辐射管束的外周间隔设置，辐射炉管与对流管束相连通，辐射段的炉膛底部和炉膛侧壁分别设有多个燃烧器，所述辐射炉管的出口端与所述急冷锅炉相连通。本发明的裂解炉改善辐射炉管的排列方式，能够降低辐射炉管的布置难度且能够尽可能保证裂解炉中的每一组辐射炉管有相同的反应条件，同时具有单位生产能力的裂解炉占地面积小的优点。

技术领域

本发明涉及管式炉石油烃蒸汽裂解技术领域，尤其涉及一种采用富氧燃烧系统的裂解炉。

背景技术

乙烯、丙烯和丁二烯等低碳烯烃是石油化学工业的重要基础原料。目前，生产低碳烯烃的方法以管式炉石油烃蒸汽裂解工艺为主。据统计，世界上大约99％的乙烯、50％以上的丙烯和90％以上的丁二烯通过该工艺生产。

管式炉石油烃蒸汽裂解工艺的核心设备是管式裂解炉(以下简称“裂解炉”)，裂解原料如乙烷、丙烷、石脑油以及加氢尾油在裂解炉中被加热到高温时，会发生碳链断裂化学反应，生成低碳烯烃如乙烯、丙烯和丁二烯等目的产物。

自上世纪60年代管式裂解炉开发成功以来，各裂解炉的专利商为了降低建设投资和生产成本，把研究重点放在了裂解炉的大型化、改善和提高裂解炉的选择性及产品收率、延长裂解炉的运行周期等方面。尤其是裂解炉的大型化方面，单台裂解炉从最初的不到1万吨/年的生产能力发展到如今20万吨/年的生产能力。

在不断的大型化过程中，传统的裂解炉管布置方式已经无法降低单位生产能力的占地面积，这为裂解炉的大型化带来了障碍。

当前对裂解炉的研究大都集中于裂解炉辐射段内的炉管如何排布以保证炉管在炉膛中更多的布置同时更好的得到辐射传热，使得炉管内的物料能够在极短停留时间内快速升温。但其布置无论如何管排都是处于某个平面之内或者两个垂直交互的平面之内，炉管仍然是呈直线分布，进口炉管和出口炉管存在交叉布置的现象。

炉管管排布置在同一个平面内，对于在裂解炉中广泛应用的两程炉管而言，需要对其进口管和出口管进行连接，而在同一平面布置无疑会带来每一组炉管(由一根进口管和一根出口管组成)的互相交叉，从而造成每一组炉管的长度或者结构不一致，形成炉管间结构上的微小差别，进而影响到炉管内裂解原料的反应。

从裂解炉的传热角度看，在裂解炉的炉膛内，燃料气(主要是甲烷和氢)燃烧提供热量，这些热量通过辐射传热和对流传热进入炉管。通常裂解炉都采用燃料气与空气的混合燃烧来提供裂解反应所需的热量。传统的裂解炉一般采用空气作为助燃气体，在燃烧过程中，燃料气的燃烧速度较慢，燃烧火焰较长，在裂解炉膛的高度方向，炉膛温度呈曲线分布，在炉膛底部供热量少，炉膛中部则供热量最多，炉膛上部供热量开始降低。对于多程炉管的裂解炉，由于其停留时间较长，炉膛供热与炉管吸热之间的矛盾尚不突出，对于单程炉管，这一矛盾便凸显出来，在炉管的入口端，物料继续快速升温，继续大量的热量，然而传统燃烧系统的底部供热量较少；而在炉管出口端，物料的结焦速率急剧增加，需要控制二次反应的发生，然而传统燃烧系统的中上部供热量开始达到最大。也就是说，在燃烧系统和单程炉管之间存在一个匹配的问题。

从裂解炉炉膛的角度看，裂解炉炉管反应需要的热量全部由炉膛提供，在裂解炉的炉膛内，燃料气(主要是甲烷和氢)燃烧提供热量，这些热量通过辐射传热和对流传热进入炉管，其中辐射传热是主要的传热方式，占总传热量的85％以上。而裂解炉炉膛辐射传热受到多种复杂因素的影响，如炉膛的结构和尺寸、燃料的种类及供热方式、燃烧器的种类等等。目前传统的裂解炉采用陶瓷纤维或者耐火砖作为裂解炉的炉墙，利用燃料气燃烧的高温烟气和炉墙的辐射传热对裂解炉辐射炉管内的反应物料进行加热，裂解炉的炉墙全部采用平整的炉墙结构，从辐射传热的角度而言，裂解炉炉墙的辐射对炉管的入口部分和出口部分都是一样的。