[发明专利]两程辐射段乙烯裂解炉用导热炉管及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及用于乙烯裂解炉的导热炉管领域，公开了一种两程辐射段乙烯裂解炉用导热炉管及其制备方法和其在裂解炉中的应用。该导热炉管包括炉管主体，所述炉管主体的内侧壁设置沿炉管主体的长度方向依次重复设置多组导热构件；第一导热件和第二导热件，所述第一导热件设置为多条，沿所述炉管主体的内侧壁横截面环绕一周且向炉管主体内凸出形成；所述第二导热件沿所述炉管主体的轴向呈螺旋设置。该导热炉管具有良好的传热效果，显著提高传热炉管的传热强化综合因子达15‑27％，同时能够有效降低传热炉管的结焦量和渗碳现象。

技术领域

本发明涉及用于乙烯裂解炉的导热炉管领域，具体涉及一种两程辐射段乙烯裂解炉用导热炉管及其制备方法和其在裂解炉中的应用。

背景技术

目前，工业上制取乙烯主要采用管式反应器高温蒸汽热裂解的方法。对于生产乙烯的裂解炉来说，为了提高裂解产品的选择性、裂解产品收率以及对原料的适应性，有必要对裂解炉结构进行优化，尤其是裂解炉辐射炉管的结构。近年来，先后出现了多种不同结构的辐射盘管，主要有单排分支变径、混排分支变径、不分支变径以及单程等径等。目前，两程(18-24m)分支变径以及两程变径等高选择性炉管在主流裂解炉设计公司中应用较多。反应物料在炉管内的停留时间一般控制在0.15-0.25s之间，第一程炉管通常采用比表面积较大的小直径炉管，有利于快速温升，第二程则采用直径较大的炉管有利于降低炉管的结焦敏感性。近十几年来，随着工程技术的进步，大型裂解炉得到了很大的发展，百万吨级乙烯装置随之问世，裂解炉的大型化一方面可以节省投资，另一方面在保证产量的同时可以减少炉子台数，占地面积减少，便于管理和维修。对于10-20万吨规模的裂解炉，采用两程炉管裂解炉具有炉管的机械性能改善，热应力减少，乙烯收率提高以及运转周期适中，裂解选择性高，辐射段炉膛小等特点。二程管的裂解炉在当前的裂解炉中占有主流地位。

石油烃类裂解制乙烯是一个高温强吸热的过程，因此不仅需要把反应物料加热到比较高的温度以引发裂解反应，而且还需要在反应过程中持续提供足够的热量以达到所需要的转化率。通过对裂解炉管结构进行优化，可以实现炉管较高的传热效率，在现有技术中，石油化工行业中的常用的裂解炉的炉管通常有以下结构：

(1)在裂解炉管中沿炉管的轴向从炉管的入口端到出口端设置一个或多个区域或全部区域管壁内表面上的肋片，肋片由沿炉管的轴向在管壁内表面上的螺旋延伸。如CN2144807Y公开的强化传热管，其包括管体，管体内部固定单叶旋转肋片，尽管肋片能达到搅动流体的目的以尽量降低边界层的厚度，但是随着炉管使用时间的增加，炉管内表面的结焦将会使得肋片的作用越来越弱，其降低边界层的作用也会相应的变小。

(2)在炉管的内表面上离散地设置多个翅片，这些翅片也能够降低边界层厚度，但是同样随着炉管内表面的结焦量增多，这些翅片所起的作用也越来越小。

(3)在裂解炉管上增加扭曲片强化传热管，如CN104560111A公开的传热管，扭曲片沿传热管的轴向呈螺旋形延伸，尽管扭曲片强化传热管具有较好强化传热和抑制结焦的效果，但其在长时间的运行过程中，由于操作过程中往往会遇到炉管超温的情况，同时由于裂解炉管在使用过程中不可避免的会发生渗碳等现象，导致扭曲片强化传热管发生开裂，引起扭曲片强化传热管的失效。

因此，在保证传热管传热效果的同时，如何进一步减缓传热炉管内的结焦和渗碳，并且在较短时间内提高裂解物料的温度是裂解炉强化传热炉管是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的传热炉管内壁容易结焦和渗碳、传热效果较差的问题，提供一种两程辐射段乙烯裂解炉用导热炉管及其制备方法和在裂解炉中的应用，该导热炉管具有良好的传热效果，使导热炉管的传热强化综合因子显著提高15-27％，同时能够有效降低导热炉管的结焦量和渗碳现象，延长运行周期。