專利名稱：烴類熱解方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及烯烴生產(chǎn)方法和設(shè)備。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及由烴類生產(chǎn)乙烯及其它輕質(zhì)烯烴的方法和設(shè)備。
長(zhǎng)期以來(lái)，石油化學(xué)工業(yè)使用天然烴原料來(lái)生產(chǎn)有價(jià)值的烯烴，如乙烯和丙烯。通常用氣態(tài)烴(如乙烷和丙烷)作原料進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)比較理想。但由于一直在消耗輕質(zhì)烴，其可用資源日趨減少，所以最近越來(lái)越需要在工業(yè)上能裂解重質(zhì)烴類。工業(yè)上正在使用沸點(diǎn)比氣態(tài)烴高的烴類，如石腦油、常壓柴油(AGO)和減壓柴油(VGO)。
由烴原料生產(chǎn)烯烴的一種典型方法是熱裂解法。在該方法中，烴類在高溫下經(jīng)裂解生成含1至4個(gè)碳原子的烴類，特別是相應(yīng)的烯烴。
目前，可用于裂解重質(zhì)烴以生產(chǎn)烯烴的方法很多。典型的方法是，把需要裂解的烴類送入由對(duì)流區(qū)和輻射區(qū)組成的加熱爐。在對(duì)流區(qū)，烴類先被加熱至尚未引發(fā)明顯反應(yīng)的溫度;然后被送到輻射區(qū)，在這里被輻射燃燒器猛烈加熱。美國(guó)專利No.3，487，121(哈利)給出了一種傳統(tǒng)加熱爐和方法的例子。
例如，用管式燃燒加熱器來(lái)提供反應(yīng)所需熱量。原料流經(jīng)燃燒加熱器內(nèi)的一組蛇管，蛇管的配置應(yīng)能使向流經(jīng)管內(nèi)的烴類的熱量傳遞得到強(qiáng)化。然后將裂解產(chǎn)出物進(jìn)行直接或間接急冷以使反應(yīng)停止。在傳統(tǒng)蛇管熱裂解中，用稀釋蒸汽抑制裂解蛇管中焦碳的形成。但是，不管用什么方法，在由烴原料生產(chǎn)烯烴過(guò)程中始終存在生成焦碳的問(wèn)題。一般裂解反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生裂解燃料油，它是能堵塞設(shè)備的焦油和焦碳的一種前體。蒸汽稀釋的另一好處是阻止焦碳在用于快速淬滅裂解反應(yīng)的換熱器中發(fā)生沉積。
最近，已將熱裂解方法用于一種能夠在蒸汽存在下使烴原料通過(guò)一個(gè)反應(yīng)器的設(shè)備中，且在該設(shè)備中同時(shí)使用熱的粒狀固體作熱載體。裂解后，將產(chǎn)出物快速急冷以終止裂解反應(yīng)，從產(chǎn)出物中分離固體，預(yù)熱后循環(huán)使用。
以往，在用乙烷至石腦油的輕質(zhì)烴經(jīng)熱裂解法來(lái)生產(chǎn)烯烴時(shí)，每磅烴需要的稀釋蒸汽在0.3至0.6磅左右。每磅重質(zhì)烴則需要大約0.7至1.0磅稀釋蒸汽。一般說(shuō)來(lái)，為達(dá)到抑制熱裂解過(guò)程中輻射蛇管內(nèi)結(jié)焦速度所要求的烴分壓，重質(zhì)烴類需要更多的稀釋蒸汽。相應(yīng)地要增加加熱爐的尺寸并需要更大的大型設(shè)備。
眾所周知，就烴類裂解方法而言，反應(yīng)溫度和反應(yīng)停留時(shí)間是影響裂解度、轉(zhuǎn)化率和選擇性的兩個(gè)主要變數(shù)。裂解度與裂解反應(yīng)的強(qiáng)度有關(guān)。它與正戊烷的反應(yīng)速度常數(shù)(單位為秒-1)和時(shí)間t(單位為秒)有關(guān)。轉(zhuǎn)化率是對(duì)原料熱解程度的量度(在經(jīng)受與原料同樣的處理時(shí)，正戊烷分解的百分比)。工業(yè)烴原料轉(zhuǎn)化率可用下式與正戊烷轉(zhuǎn)化率(C)相關(guān)聯(lián)Kt＝1n[C/(100-C)]其中K是正戊烷的反應(yīng)速度常數(shù)(單位為秒-1)，大約每20°F增加一倍;t是反應(yīng)時(shí)間(單位為秒)。
選擇性是轉(zhuǎn)化產(chǎn)品中含乙烯的比例。選擇性通常表示為烯烴產(chǎn)品與燃料產(chǎn)品之比。
裂解度低時(shí)，選擇性高，但由于轉(zhuǎn)化率低，故采用低裂解度操作不經(jīng)濟(jì)。通常低裂解度操作在溫度1200至1400°F，停留時(shí)間2000至10000毫秒下進(jìn)行。溫度在1500至2000°F可達(dá)到高裂解度和高轉(zhuǎn)化率。但是，溫度超過(guò)1500°F時(shí)，選擇性通常比較低，除非停留時(shí)間在200毫秒以下，通常在20至100毫秒時(shí)，反應(yīng)可達(dá)到高裂解度。在這樣短的停留時(shí)間下可以達(dá)到每磅甲烷2.5至4.0磅乙烯的選擇性，轉(zhuǎn)化率通常可超過(guò)原料重量的95%。雖然高裂解度是優(yōu)選的，但由于傳統(tǒng)燃燒反應(yīng)器的物理限制，在工業(yè)上尚未廣泛采用。限制之一是，在允許的停留時(shí)間參數(shù)范圍內(nèi)，不能將熱量由產(chǎn)品流出物中除去。因此，大多數(shù)傳統(tǒng)系統(tǒng)都在中等裂解度條件下操作，溫度在1350至1550°F，停留時(shí)間在200至500毫秒。雖然轉(zhuǎn)化率比低裂解度操作時(shí)高，但選擇性低，大約為每磅甲烷2磅乙烯。但由于轉(zhuǎn)化率較高，乙烯的實(shí)際收率高于低裂解度操作時(shí)得到的收率。
熱解燃料油(PFO)的收率隨轉(zhuǎn)化率的增加而提高。在臨界轉(zhuǎn)化率以上，PFO的生成速度明顯提高，這里的臨界轉(zhuǎn)化率是原料性質(zhì)的函數(shù)。對(duì)重質(zhì)石腦油，它出現(xiàn)在轉(zhuǎn)化率大約75%，對(duì)輕質(zhì)石腦油，出現(xiàn)于轉(zhuǎn)化率85%時(shí)。
在高裂解度條件下，采用短停留時(shí)間可達(dá)到大約3∶1或者更高的選擇性。結(jié)果，已開(kāi)發(fā)出了很多提供高裂解度的熱裂解方法。例如，開(kāi)發(fā)了含有大量細(xì)管的加熱爐，其中每根管子的出口直接與一個(gè)單獨(dú)的間接急冷鍋爐相連接。該方法的缺點(diǎn)是投資過(guò)大，因?yàn)榧崩溴仩t不能為多根高溫爐管道出口所共有。因此，所需急冷鍋爐的數(shù)目增加。而且，高溫廢熱必須用來(lái)產(chǎn)生低溫、高壓蒸汽，從熱效率觀點(diǎn)出發(fā)，這是不理想的。最后，由于必須用在加熱器對(duì)流段產(chǎn)生蒸汽的方法使煙道氣的高溫降下來(lái)，故又限制了方法的靈活性。
在哈利的美國(guó)專利No.3，407，789中，加熱爐包括一個(gè)對(duì)流預(yù)熱區(qū)和一個(gè)輻射轉(zhuǎn)化區(qū)域裂解區(qū)。在輻射段，被處理流體通過(guò)的管道長(zhǎng)度較短，直徑較小，壓力降設(shè)計(jì)較低。急冷區(qū)與加熱爐的反應(yīng)產(chǎn)品出口管緊密相連并能將產(chǎn)出物由反應(yīng)溫度快速冷卻至反應(yīng)基本停止的溫度，再用傳統(tǒng)的換熱方法使其得到進(jìn)一步冷卻。
于是，由于反應(yīng)時(shí)間縮短，有必要提高操作溫度(P)以保持希望的轉(zhuǎn)化率。一般認(rèn)為，選擇性和收率隨停留時(shí)間的縮短而提高。但建造停留時(shí)間縮短至大約100毫秒的工廠存在幾個(gè)障礙。運(yùn)行時(shí)間，即蛇管除焦之間的周期由幾個(gè)月縮短至幾天。此外，投資和燃料成本都增加。
反應(yīng)器設(shè)計(jì)師為縮短反應(yīng)時(shí)間所能使用的關(guān)系可用下式概括t＝ (D)/4 · (H)/(Q) ·d其中D＝蛇管內(nèi)徑，單位為呎H＝在輻射反應(yīng)器中吸收的熱量，單位為英熱單位/磅d＝工藝流體的密度，單位為磅/呎3Q＝熱通量，單位為英熱單位/(秒·呎2)對(duì)于傳統(tǒng)工廠，減小D、H或d的可能性很小。在制造長(zhǎng)耐熱合金管過(guò)程中的實(shí)際限制決定了D。H則聽(tīng)其自然，它等于為達(dá)到給定的原料轉(zhuǎn)化率所需要的能量。工藝流體密度d基本取決于蛇管出口的最低實(shí)際壓力。增大剩余參數(shù)Q，即熱通量，會(huì)增大金屬溫度(M)和操作溫度(P)的差值。
已經(jīng)指出，縮短t需要提高P。所以縮短t時(shí)，M和P都要提高，提高M(jìn)取決于多因素，提高M(jìn)或P都會(huì)加快結(jié)焦速度。由于工業(yè)實(shí)踐都需要盡量提高輻射加熱蛇管的轉(zhuǎn)化率并盡量降低蛇管出口與急冷鍋爐入口之間的連接管中的轉(zhuǎn)化率而進(jìn)一步惡化上述兩個(gè)因素。
增加Q需要提高輻射燃燒室的溫度，也就增加了每英熱單位H所需燃料的英熱單位數(shù)以及生產(chǎn)1磅烯烴的燃料成本。
因此，如果能找到一個(gè)熱解系統(tǒng)，在熱效率得到改善，投資比較低和t大大縮短的情況下的運(yùn)行時(shí)間可達(dá)2至3個(gè)月，就可滿足長(zhǎng)期以來(lái)本技術(shù)領(lǐng)域所希望的要求。
申請(qǐng)人意外地發(fā)現(xiàn)，與先有技術(shù)的教導(dǎo)相反，通常狀況下的液態(tài)烴轉(zhuǎn)化率低于10至20%時(shí)，其使用的條件對(duì)烯烴收率或選擇性影響很小或沒(méi)有影響;在高于臨界裂解度，即轉(zhuǎn)化率65至75%時(shí)，焦碳的前體，熱解燃料油的產(chǎn)率迅速提高;如果在同樣時(shí)間內(nèi)，在同樣壓力下達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)的溫度截面對(duì)收率和選擇性就不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響;在轉(zhuǎn)化率高于50%時(shí)，在給定的輻射燃燒室溫度下，可用縮短輻射線長(zhǎng)度的方法來(lái)降低金屬的最高溫度而對(duì)反應(yīng)時(shí)間影響很小或沒(méi)有影響。
本發(fā)明的目的之一是提供一種改進(jìn)的生產(chǎn)乙烯的熱解方法和設(shè)備。
本發(fā)明的目的之二是提供一種改進(jìn)的生產(chǎn)乙烯的熱解方法和設(shè)備，其中輻射加熱蛇管保持在低于一臨界裂解度。
本發(fā)明的目的之三是提供一種改進(jìn)的生產(chǎn)乙烯的熱解方法和設(shè)備，其中超過(guò)臨界裂解度的熱解過(guò)程可在絕熱條件下在輻射蛇管與急冷鍋爐之間的連接管中完成。
本發(fā)明的目的之四是提供一種改進(jìn)的以短停留時(shí)間生產(chǎn)乙烯的熱解方法和設(shè)備，同時(shí)，將進(jìn)入對(duì)流段的煙道氣溫度降至一般水平(1800°F)以下。
本發(fā)明的目的之五是提供一種改進(jìn)的熱解方法和設(shè)備，在保持較低煙道氣溫度的同時(shí)，可將熱量以輻射方式傳遞至工藝流體流過(guò)的管道。
本發(fā)明的目的之六是提供一種改進(jìn)的方法和設(shè)備，保證煙道氣溫度沿?zé)峤馍吖荛L(zhǎng)度有一可控制的變化。
本發(fā)明的目的之七是提供一種加熱爐，其蛇管結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，但能達(dá)到與較重的傳統(tǒng)加熱爐同樣的轉(zhuǎn)化率和收率。
本發(fā)明的目的之八是提出一種改進(jìn)的熱解方法和設(shè)備，通過(guò)一個(gè)處于系統(tǒng)絕熱反應(yīng)部位的壓力回收文氏管將反應(yīng)器中使用的高速度降至急冷鍋爐中的實(shí)際速度，從而降低了反應(yīng)系統(tǒng)的出口壓力。
本發(fā)明的輻射加熱爐總體主要包括爐體結(jié)構(gòu)內(nèi)的一個(gè)非燃燒過(guò)熱加熱區(qū)和一個(gè)燃燒輻射區(qū)，處于輻射區(qū)下游，爐體結(jié)構(gòu)外的一個(gè)絕熱反應(yīng)器和緊密連接于輻射反應(yīng)器下游的一個(gè)間接急冷設(shè)備。工藝蛇管由過(guò)熱預(yù)熱區(qū)穿過(guò)輻射區(qū)一直延伸到絕熱加熱器。
用輻射燃燒器燃燒輻射區(qū)，并在出料端縮小寬度，此處可加工成錐形段。上游過(guò)熱加熱段最好不燃燒，但可裝設(shè)燃燒器。輻射區(qū)與過(guò)熱加熱區(qū)相通以使輻射燃燒器出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)輻射區(qū)進(jìn)入過(guò)熱加熱區(qū)并最終穿過(guò)對(duì)流段洩入大氣。
急冷設(shè)備包括一個(gè)在入口處或入口前有一文氏管的間接換熱器，該文氏管可將速度變成壓頭。換熱器的冷側(cè)處于被環(huán)狀冷側(cè)室包圍的結(jié)構(gòu)中。
在該裂解方法中，在約1200°F，將0%轉(zhuǎn)化的烴原料加熱并送至過(guò)熱區(qū)內(nèi)的蛇管入口。原料在輻射過(guò)熱加熱區(qū)被來(lái)自輻射區(qū)的熱氣體預(yù)熱至1325°F左右。過(guò)熱加熱區(qū)的設(shè)計(jì)和操作使煙道氣溫度保持在大約1800°F。
來(lái)自過(guò)熱加熱區(qū)的原料流入加熱至大約2300°F的輻射區(qū)并在一短停留時(shí)間內(nèi)被加熱至大約1650°F以達(dá)到大約45至大約65%的轉(zhuǎn)化率。然后，產(chǎn)出物由輻射區(qū)流到外絕熱反應(yīng)器并以短于大約20毫秒的停留時(shí)間繼續(xù)反應(yīng)以達(dá)到95%的轉(zhuǎn)化率。急冷鍋爐緊接在絕熱反應(yīng)器下游并能快速急冷反應(yīng)產(chǎn)物以終止反應(yīng)。
與附圖結(jié)合起來(lái)，可更好地理解本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明加熱爐設(shè)備的正視剖面圖;
圖2是本發(fā)明加熱爐設(shè)備沿圖1中2-2線的正視圖;
圖3是沿線3-3所取的圖1的平面圖;
圖4是沿線4-4所取的圖1的部分平面圖;
圖5是絕熱反應(yīng)器入口處分叉的一組工藝蛇管的正視剖面圖;
圖6是該設(shè)備急冷鍋爐的正視剖面圖;
圖7是沿線7-7所取的圖6的部分平面圖。
如圖1、2、3所示，本發(fā)明的加熱爐2主要包括一個(gè)爐體結(jié)構(gòu)4，一個(gè)外部絕熱反應(yīng)器6和急冷鍋爐8。
加熱爐2包括外壁10、一個(gè)頂蓋11、一個(gè)底12、中心墻14、由對(duì)流蛇管組成的一組工藝蛇管(未示出)、輻射蛇管16和一個(gè)煙道氣出口18。中心墻14限定了一個(gè)上游過(guò)熱加熱區(qū)20，而中心墻14與外壁10結(jié)合限定了下游輻射區(qū)22。在優(yōu)選實(shí)施方案中，中心墻14被抬高，處于底面12以上，從而在過(guò)熱加熱區(qū)20和輻射區(qū)22之間提供了一個(gè)通道開(kāi)口24。對(duì)流蛇管垂直安裝在對(duì)流段的煙道氣出口18的通道上并延伸到加熱爐蛇管入口26以形成輻射蛇管16。輻射蛇管16由加熱爐蛇管入口26通過(guò)過(guò)熱加熱區(qū)20、通道開(kāi)口24和輻射區(qū)22直至蛇管加熱爐出口28。
傳統(tǒng)燃燒器30在輻射區(qū)22的每個(gè)垂直側(cè)面的頂部排成一列并由頂面11向下延伸。在與優(yōu)選實(shí)施方案中，輻射區(qū)22頂部25構(gòu)造的側(cè)面橫截面如圖1所示那樣，在底部23比頂部25寬。最優(yōu)選的是，在一30呎高的加熱爐2中，輻射區(qū)22的底部23為8呎寬，頂部25為3.5呎寬，高度為5呎。還可設(shè)想將輻射區(qū)22由頂11向下約1/3處開(kāi)始加工成錐形。輻射蛇管16是U形，并安裝在過(guò)熱加熱區(qū)20和輻射區(qū)22的中心以達(dá)到最佳輻射熱效率。此外，還裝有輔助微調(diào)燃燒器21。
本發(fā)明加熱爐2設(shè)計(jì)為輻射區(qū)22耐溫略高于2300°F，過(guò)熱加熱區(qū)20略高于1775°F。輻射區(qū)22和過(guò)熱加熱區(qū)20金屬管的溫度分別為1865°F和1325°F左右。我們發(fā)現(xiàn)，通常的耐火磚可耐受略高于2300°F的溫度，就是輻射區(qū)產(chǎn)生的溫度。所以，加熱爐壁可用一般用于輻射區(qū)、對(duì)流區(qū)及煙道的材料來(lái)建造。
此外，壁14還裝有加強(qiáng)件29，最好是由頂11延伸到壁14底部的6吋管。處于1865°F左右(輻射區(qū)22)和1325°F左右(過(guò)熱區(qū)20)溫度下的蛇管金屬只需要一般加熱爐管金屬。
緊接在輻射區(qū)22下游的是絕熱反應(yīng)器6。由圖2和圖5清楚地看到，一組蛇管16匯入輻射區(qū)22中的共同導(dǎo)管34，而導(dǎo)管34又在絕熱反應(yīng)器6入口匯入一根集管35。絕熱反應(yīng)器6可有各種構(gòu)造，但環(huán)繞反應(yīng)器6的普通外部絕熱材料36提供了工藝原料流出加熱爐2后繼續(xù)反應(yīng)所需要的絕熱包層。工藝流體在絕熱反應(yīng)器6中的預(yù)期溫度由在絕熱反應(yīng)器入口38處的大約1650°F變到絕熱反應(yīng)器出口40處的1625°F。絕熱反應(yīng)器6結(jié)構(gòu)為文氏管狀，它有上游段37，下游段39和喉部41。在一優(yōu)選實(shí)施方案中，文氏管的結(jié)構(gòu)可將熱產(chǎn)品氣速度由大約800呎/秒降至大約250呎/秒。
由圖6可清楚地看到，與加熱爐2相連的急冷鍋爐8的構(gòu)造包括一個(gè)內(nèi)部冷側(cè)42，外環(huán)冷側(cè)52和一個(gè)熱側(cè)44。內(nèi)冷側(cè)42由一個(gè)裝有鍋爐原料水入口46和一個(gè)蒸汽出口50的內(nèi)室組成。一個(gè)環(huán)狀鍋爐原料水入口54有助于將冷卻劑輸送到外冷側(cè)管道52，一環(huán)管56搜集被加熱的冷卻劑供別處使用。葉片58由內(nèi)室延伸至熱側(cè)通道44內(nèi)。
每個(gè)急冷鍋爐8的熱側(cè)44包括一個(gè)下游構(gòu)形為變徑段66的產(chǎn)出物入口64和一個(gè)出口68。
本發(fā)明進(jìn)行的方法是，在對(duì)流蛇管加熱烴原料并將約1150°F的烴原料送往過(guò)熱加熱區(qū)20中的輻射蛇管16。烴原料的溫度在過(guò)熱加熱區(qū)20提高到大約1325°F。原料通過(guò)過(guò)熱加熱區(qū)20的停留時(shí)間是大約80至130毫秒，最好是大約115毫秒，從而使過(guò)熱加熱區(qū)20中蛇管16的金屬溫度保持在大約1500°F或1500°F以下。在過(guò)熱加熱區(qū)20的轉(zhuǎn)化率保持在低于20%，最好低于10%。
然后，在約1325°F下使上述原料通過(guò)輻射蛇管16流入輻射區(qū)22并在大約40至90毫秒最好是大約50毫秒停留時(shí)間內(nèi)使溫度升至大約1650°F，然后以大約65%的轉(zhuǎn)化率由加熱爐出料口28流出。
由加熱爐體4流出的產(chǎn)出物以大約30毫秒最好是短于20毫秒的停留時(shí)間流過(guò)絕熱反應(yīng)器6，在反應(yīng)器6中，產(chǎn)出物的溫度降至大約1625°F，此時(shí)轉(zhuǎn)化率約為90%。
轉(zhuǎn)化的產(chǎn)出物在大約1625°F流出絕熱反應(yīng)器并進(jìn)入急冷鍋爐8，反應(yīng)在這里停止。冷卻劑通過(guò)冷卻劑入口54和46流入并穿過(guò)急冷鍋爐8，由冷卻劑出口56和50流出。在急冷鍋爐中，產(chǎn)出物溫度降至約1100°F以下。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以大約2500英熱單位/磅烴使燃燒器30在輻射區(qū)22燃燒可使輻射區(qū)22的溫度保持在2300°F左右，使過(guò)熱加熱區(qū)20的溫度保持在1800°F左右。加熱爐區(qū)或爐室溫度使過(guò)熱加熱區(qū)20中蛇管金屬溫度低于大約1500°F，而絕熱反應(yīng)器8中蛇管金屬溫度在有產(chǎn)物轉(zhuǎn)化時(shí)大約為1625°F。
優(yōu)選的急冷鍋爐冷卻劑是在大約1500磅/吋2下沸騰的水，如圖6所示，它通過(guò)冷卻劑入口46流入，并在冷卻劑出口50流出，使流過(guò)區(qū)44的熱工藝物流得到冷卻。
本方法可節(jié)省燃料并能減輕加熱爐的重量。由于輻射熱在過(guò)熱加熱段20向原料提供升溫所需能量，初始裂解可在非常有效的條件下發(fā)生。來(lái)自輻射區(qū)22氣體的熱量被用來(lái)啟動(dòng)在過(guò)熱加熱區(qū)20的裂解反應(yīng)。在本發(fā)明方法中，烴原料在過(guò)熱加熱區(qū)20的轉(zhuǎn)化率最好保持在10%以下。只要原料在過(guò)熱加熱段20中的轉(zhuǎn)化率保持在10%以下，停留時(shí)間就是輻射段燃燒器30產(chǎn)生的氣體所能提供熱量的函數(shù)。實(shí)際上，原料在過(guò)熱加熱區(qū)20中的停留時(shí)間可在大約80至大約130毫秒。
然后，進(jìn)入輻射區(qū)22的原料將快速裂解，達(dá)到部分裂解的狀況，即55%至70%的轉(zhuǎn)化率。工藝原料在輻射區(qū)22的停留時(shí)間將是大約40至大約90毫秒。
由于在輻射區(qū)22的轉(zhuǎn)化率限制在完全轉(zhuǎn)化率以下，完全轉(zhuǎn)化(90%)將在絕熱反應(yīng)器6中完成。來(lái)自輻射區(qū)22的工藝原料由一組蛇管16匯入導(dǎo)管34，它們?cè)僭诮^熱反應(yīng)器6入口處匯入一根集管35并以20至30毫秒停留時(shí)間通過(guò)絕熱反應(yīng)器6以達(dá)到希望的轉(zhuǎn)化率。
本發(fā)明加熱爐2的重量比傳統(tǒng)的熱解或熱裂解加熱爐輕很多。輻射過(guò)熱加熱區(qū)20比用對(duì)流管向原料傳遞大量熱量的傳統(tǒng)加熱爐更能有效地向原料傳遞熱量。而且，絕熱反應(yīng)器6可使輻射區(qū)22中的蛇管長(zhǎng)度比傳統(tǒng)加熱爐中完全裂解所需要的長(zhǎng)度要短。此外，加熱爐2中的蛇管出口溫度保持在比傳統(tǒng)的輻射加熱爐蛇管出口低的水平從而減少了加熱爐內(nèi)的結(jié)焦。
下列表1說(shuō)明本發(fā)明加熱爐2各項(xiàng)指標(biāo)比傳統(tǒng)加熱爐的節(jié)省情況，它們的生產(chǎn)能力都是100百萬(wàn)磅乙烯/年。
表1本公開(kāi)加熱爐2 usc傳統(tǒng)加熱爐石腦油，1000磅/小時(shí) 40 45等功率下的燃料，百萬(wàn)英熱單位/小時(shí) 115 150對(duì)流傳熱，M-ft245 82燃燒室尺寸內(nèi)體積，M-ft38 17外表面，M-ft23.5 6.7急冷鍋爐重量，磅 3，000 55，000長(zhǎng)度，呎 18 45
下列表2進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明參數(shù)的一個(gè)預(yù)示例。
表2輻射反應(yīng)器@輻射線長(zhǎng)度過(guò)熱加熱器 4呎 1.5呎 絕熱反應(yīng)器 總計(jì)磅/小時(shí)/根蛇管石腦油 700 700 1400 4200蒸汽 350 350 700 2100蛇管長(zhǎng)度，呎 35 30 5 5 75內(nèi)徑，吋 1.5 1.5 2.13 6.5/7.5正戊烷轉(zhuǎn)化率%入口 0 6 48 65出口 6 48 65 90 90停留時(shí)間，毫秒總計(jì) 115 52 7 20 194略高于10%正 0 33 7 20 60戊烷轉(zhuǎn)化率溫度°F煙道氣 1600 2300 2300工藝氣出口 1325 1615 1640 1610最高金屬出口 1480 1915 1850 1610收率，石腦油重% 15CH415C2H431.5C3H615C4H64.5總計(jì) 51.0燃料油選擇性 32.8
權(quán)利要求
1.一種裂解烴原料以生產(chǎn)烯烴的加熱爐包括一個(gè)非燃燒輻射過(guò)熱加熱區(qū)；一個(gè)處于輻射過(guò)熱加熱區(qū)下游的燃燒輻射區(qū)；燃燒輻射區(qū)的輻射燃燒器；使來(lái)自輻射燃燒器的氣體由輻射區(qū)流入過(guò)熱加熱區(qū)的設(shè)備；以及一種由過(guò)熱加熱區(qū)連續(xù)延伸至輻射區(qū)出口的工藝蛇管。
2.按照權(quán)利要求1的加熱爐，還包括一個(gè)與輻射過(guò)熱加熱區(qū)直接連通的對(duì)流區(qū);一個(gè)排放煙道氣的煙道和對(duì)流區(qū)內(nèi)的對(duì)流管道。
3.按照權(quán)利要求2的加熱爐，還包括過(guò)熱加熱區(qū)和輻射區(qū)之間一面公用墻，其中供氣體由輻射區(qū)流入過(guò)熱加熱區(qū)的設(shè)備是該墻底部過(guò)熱預(yù)熱區(qū)與輻射區(qū)之間的一個(gè)開(kāi)口。
4.按照權(quán)利要求2的加熱爐，還包括輻射區(qū)蛇管出口處的一個(gè)絕熱反應(yīng)器。
5.按照權(quán)利要求4的加熱爐，其中所說(shuō)絕熱反應(yīng)器的部分結(jié)構(gòu)是文氏管狀。
6.按照權(quán)利要求5的加熱爐，還包括一個(gè)與絕熱反應(yīng)器出口相連的一種間接急冷鍋爐。
7.按照權(quán)利要求5的加熱爐，還包括一組相鄰的工藝蛇管;和將一組工藝蛇管在絕熱反應(yīng)器入口匯集成一根集管的設(shè)備。
8.按照權(quán)利要求3的加熱爐，其中輻射燃燒器是一排沿輻射區(qū)垂直墻壁排列并由加熱爐頂向下延伸的輻射燃燒器。
9.按照權(quán)利要求6的加熱爐，其中急冷鍋爐由一環(huán)狀外冷側(cè)和裝在中間的一個(gè)內(nèi)冷側(cè)室組成。
10.一種由烴原料生產(chǎn)烯烴的方法，該方法包括下述步驟將烴原料輸送至穿過(guò)一個(gè)非燃燒輻射過(guò)熱加熱區(qū)的工藝蛇管;和在由過(guò)熱加熱區(qū)延伸并穿過(guò)燃燒區(qū)的工藝蛇管中將烴原料由非燃燒輻射過(guò)熱加熱區(qū)送到燃燒輻射區(qū)。
11.按照權(quán)利要求10的方法，還包括將烴原料由燃燒輻射區(qū)送往一個(gè)絕熱反應(yīng)器的步驟。
12.按照權(quán)利要求11的方法，還包括在將原料送至非燃燒過(guò)熱加熱區(qū)之前靠對(duì)流來(lái)加熱烴原料的步驟。
13.按照權(quán)利要求12的方法，還包括間接急冷來(lái)自絕熱反應(yīng)器的產(chǎn)出物以終止產(chǎn)出物中反應(yīng)。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其中所說(shuō)絕熱反應(yīng)器結(jié)構(gòu)為文氏管，可將來(lái)自燃燒輻射區(qū)的熱產(chǎn)品氣速度由大約800呎/秒降至大約250呎/秒。
15.按照權(quán)利要求11的方法，其中非燃燒輻射過(guò)熱加熱器燃燒室溫度低于1850°F，蛇管金屬溫度低于1450°F，烴原料的轉(zhuǎn)化率低于10%;燃燒輻射加熱區(qū)燃燒室溫度低于2300°F，蛇管金屬溫度低于1865°F，烴原料轉(zhuǎn)化率低于65%。
16.按照權(quán)利要求13的方法，其中絕熱反應(yīng)器中蛇管金屬溫度低于大約1650°F，烴原料轉(zhuǎn)化率大約90%。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其中在非燃燒輻射過(guò)熱加熱區(qū)的停留時(shí)間是大約80至130毫秒;在燃燒輻射加熱器中的停留時(shí)間是大約40至90毫秒，在絕熱反應(yīng)器中的停留時(shí)間短于大約30毫秒。
18.按照權(quán)利要求17的方法，其中加熱爐在大約2500英熱單位/磅烴下燃燒，烴原料轉(zhuǎn)化率至少是90%。
19.一種裂解爐，包括一個(gè)輻射區(qū);一個(gè)在輻射區(qū)下游的絕熱反應(yīng)器;延伸穿過(guò)輻射區(qū)的工藝蛇管設(shè)備;絕熱反應(yīng)器內(nèi)部的工藝管道設(shè)備;和連接輻射區(qū)內(nèi)工藝蛇管設(shè)備和絕熱反應(yīng)器內(nèi)工藝管道的設(shè)備。
20.按照權(quán)利要求19的裂解爐，其中將工藝蛇管設(shè)備與絕熱反應(yīng)器內(nèi)工藝管道連接的方法包括將工藝蛇管匯集為共同的單管，再將它們?cè)诮^熱反應(yīng)器入口處匯集成一根集管。
21.按照權(quán)利要求20的裂解爐，其中所說(shuō)絕熱反應(yīng)器結(jié)構(gòu)全部或部分為文氏管狀。
22.按照權(quán)利要求20的裂解爐，還包括一個(gè)在絕熱反應(yīng)器下游密切與絕熱反應(yīng)器連接的一種間接急冷鍋爐。
23.按照權(quán)利要求22的裂解爐，還包括在急冷鍋爐中的一個(gè)環(huán)狀冷側(cè)室和一個(gè)介于絕熱反應(yīng)器出口和急冷鍋爐環(huán)狀熱側(cè)之間的一段文氏管。
24.按照權(quán)利要求23的裂解爐，還包括急冷鍋爐內(nèi)部裝在中心的冷側(cè)室。
25.一種急冷鍋爐包括一個(gè)環(huán)形外冷側(cè);一個(gè)內(nèi)冷側(cè)。
26.按照權(quán)利要求25的急冷鍋爐，其中所說(shuō)內(nèi)冷側(cè)包括一個(gè)有鍋爐原料入口和一個(gè)蒸汽出口的內(nèi)室。
27.按照權(quán)利要求26的急冷鍋爐，其中所說(shuō)環(huán)狀外冷側(cè)包括一個(gè)環(huán)狀鍋爐原料水入口，有效地與所說(shuō)環(huán)狀鍋爐原料水入口連接的外管和一根用于由所說(shuō)外管搜集被加熱冷卻劑的環(huán)形管。
28.按照權(quán)利要求26的急冷鍋爐，在所說(shuō)環(huán)狀外冷側(cè)和所說(shuō)內(nèi)冷側(cè)之間還包括一個(gè)熱側(cè)通道。
29.按照權(quán)利要求28的急冷鍋爐，其中所說(shuō)內(nèi)冷側(cè)還包括由內(nèi)室延伸到熱側(cè)通道中的葉片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的熱解烴類以生產(chǎn)乙烯的方法和設(shè)備，它包括由一個(gè)非燃燒過(guò)熱加熱輻射段和一個(gè)燃燒輻射段組成的一臺(tái)新奇加熱爐，絕熱管式反應(yīng)器和急冷鍋爐。
文檔編號(hào)C10G9/20GK1061771SQ9111120
公開(kāi)日1992年6月10日 申請(qǐng)日期1991年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月29日
發(fā)明者H·N·沃克 申請(qǐng)人:史東及韋伯斯特工程公司