[发明专利]一种新型炉管布置的裂解炉

说明书

一种新型炉管布置的裂解炉。包括设置在辐射段右上一侧与辐射段相连通的对流段、垂直布置在辐射段的多组辐射炉管、设置在辐射段的多个燃烧器；裂解炉辐射段炉膛内，由多组炉管组成的管束排布在炉膛中间，在管束四周的炉膛底部和炉膛侧壁，对称排布侧部燃烧器，管束内每一组炉管均匀分布在以管束中心为中心的圆形或者椭圆形周线上，在每个管束中心布置多个底部燃烧器。这样减少单位生产能力的裂解炉占地面积，降低了炉管布置的难度并能够使得每一组炉管均保持同样的构型，从而保证裂解炉中每一组尽可能拥有同样的反应条件。

技术领域

本发明涉及一种用于石油裂解的裂解炉，具体是关于一种新型炉管布置的裂解炉。

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。

现有的裂解炉中，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。

目前的裂解炉炉膛传热过程存在如下两个问题，一是裂解炉炉膛传热面积不足，裂解炉炉膛传热过程主要是辐射传热，辐射传热量主要取决于辐射面的传热面积。对于炉管而言，其外表面积在裂解炉能力确定时也基本确定，而且增加炉管外表面积由于炉管价格贵而导致成本很高。对于炉墙而言，其表面积与炉膛大小和炉墙的形状有关系。二是裂解炉炉墙辐射传热对于炉管管排而言无任何差别，即裂解炉的炉墙无论对于入口管排还是出口管排其传热面积均一致，对于热通量大的区域和热通量小的区域也同样，这会导致裂解炉局部受热不均，从而造成炉管局部温度过高，减少裂解炉的运行周期。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统炉管排布方式中每一组炉管之间存在细微差别的问题，同时也可以减少单位生产能力的裂解炉占地面积，设计了一种新型炉管布置的裂解炉。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。