SU1613481A1 - Печь дл термического разложени газообразных или жидких углеводородов - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  печи дл  термического разложени  углеводородного газообразного или жидкого сырь  и позвол ет повысить эффективность процесса. Печь состоит из одной (или более) радиационной камеры 1, содержащей несколько вертикальных реакционных труб 3,4, конвективной секции 5, присоединенной к трубе дл  отвода дымовых газов из радиационной камеры. Реакционные трубы выполнены двойными по системе труба в трубе, выведены своим верхним концом из радиационной камеры. Внутренние реакционные трубы 4 подключены к одному (или более) выходному коллектору 14, который подключен к входу соответствующего утилизационного теплообменника 15. Наружные трубы 3 входным трубопроводом 11 подключены к одному (или более) входному коллектору 10, который соединен с выходом труб конвективной секции 8. Результатом данной компоновки  вл етс  улучшенна  теплопередача между расщепл емой смесью, протекающей по наружному межтрубному пространству, и отреагированной смесью, покидающей реакционную трубу в пространство внутренней трубы. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение касаетс  печи дл  термического расщеплени  углеводородного сьфь , газообразного или жидкого при нормальной температуре. Печь предназначена дл  процесса теплового пиролиза углеводородов, проводимого при относительно высоких температурах реакции и при очень коротком времени нахождени  сьфь  в процессных трубах с целью производства низших олефинов, прежде всего этилена или же дл  дальнейших углеводородов, имеющих про- мьшшенное применение.

Процесс теплового пиролиза газообразных или жидких углеводородов с точкой кипени  до 360°С, как правило происходит в присутствии разбавл ющего пара в трубчатых печах при температуре 700-850°С и соответствующем времени задерживани  обрабатываемого сырь  в печи 0,3-1 с. Реакционное пространство представл ет собой в указанных печах, как правило вертикальный трубчатый змеевик или одинарный , или разветвленный, который обогреваетс  радиационным теплом, выдел емым беспламенными горелками, расположенными в стенах или же в дне, или потолке реакционной камеры печи. Внутренний диаметр трубчатого змеевика находитс , как правило в интервале 75-160 мм, обща  длина змеевика отвечает диапазону 45-120 м.

Дымовые газы из радиационной камеры поступают в конвективну-к секцию, 1 де их теплова  энерги  используетс  дл  испарени  и предварительног о подогрева углеводородного сырь , дл  перегрева разбавл ющего пара или же дл  предварительного подогрева воздуха дл  сжиганий или питательной воды дл  теплообменников высокого давлени  или котлов, в которых утилизируетс 

0

5

0

5

0

5

0

5

тепло отработанного газообразного продукта реакции, т.е. пирогаза дл  производства пара высокого давлени  или же дл  перегрева указанного пара. Пиролизный газ - далее пирогаз непосредственно после выхода из трубчатых змеевиков должен резко охлаждатьс  ниже критической температуры, т.е. ниже 600 С с целью предотвращени  возникновени  нежелаемых вторичных реакций, уменьшающих выход главного продукта. Указанное резкое охлаждение , т.е. квенч достигаетс  в некотором из известных типов теплообменников высокого давлени , где тепло пиролизного газа используетс  дл  выработки пара с давлением 12-15 МПа, который может примен тьс , например, дл  привода турбокомпрессоров в процессе низкотемпературного фракционировани  газообразных продуктов пиролиза .

Основные недостатки используемых в промышленности трубчатых печей, прежде всего в том, что трубчатые змеевики  вл ютс  весьма расчлененными с большим количеством изгибов со штуцерами и прибыл ми, которые могут быть изготовлены лишь статическим литьем, в результате чего они неминуемо получаютс  толстостенными, благодар  чему повьш1аетс  не только обща  масса трубчатого змеевика, но и об1цие капиталовложени , так как дл  производства трубчатых змеевиков в основном примен ютс  высоколегированные жаростойкие стали.

К существенным недостаткам трубчатых печей относитс  то, что они не обеспечивают требуемые предпосьшки дл  проведени  пиролиза при продолжительности реакции меньше 0,3 с, а поэтому они не способны выполнить требовани  современных мировьпс тенденци направленных на увеличение производственной мощности печи и выхода этилена за счет повьппени  температуры реакции при одновременном сокращении времени пребывани  реагирующей смеси в реакционных трубах.

Известные типы трубчатых печей, предложенные дл  ультракоротких или миллисекундных процессов пиролиза, состо т из пучка пр мых, вертикальны труб относительно малого диаметра (однохрдовых труб), проход щих через радиащюнную секцию лишь в один про- ход и непосредственно присоединенных к собственному участку охлаждени , созданному, например, посредством сдвоенных, дублированных охлаждаемых труб, через охлаждающую рубашку кото рых протекает охлаждающа  среда, в большинстве случаев вода или паровомер , и расплавленный металл (авторское свидетельство СССР № 867922, кл. С 10 G 9/10, 1979).

Известно также решение, при которо отдельные реакхщонные трубы созданы гак сдвоенные трубы (система труба в трубе), верхний конец которых выведен из радиационной камеры, причем в пространстве над ней или же р дом с ней плавно переходит в теплообменную часть . С целью снижени  высоты печи при этом дублированна  труба в тепло- обменной части выполнена как сдвоенна  двойна  труба, оборудованна  шту- церйми дл  подвода предварительно подогретого сырь  в наружной оболочке двойной трубы и штуцерами дл  вывода охлажденного пиролизного газа во внутренней части двойной трубы (патент ЧССР № 219211, кл. С 10 G 9/20, 1982).

Двойна  труба с целью экономии высоколегированных сталей может изготавливатьс  из-большего числа участков , которые будут изготавливатьс  из сталей с различным содержанием легируюЕЦИх примесей. Из высоколегированной стали изготавливаетс  лишь тот участок наружной трубы, который подвергаетс  в радиационной зоне максимальным тепловым нагрузкам.

Весьма значительны также и сбережени  капиталовлджений, вытекающие из того, что при одинаковой площади сечени  и одинаковой мощности высота печи согласно изобретению уменьшаетс 

приблизительно на 1/3. В св зи с тем, что значительно упрощаетс  уход за печью, прочего достигаетс  экономи  эксплуатационных расходов приблизительно на 25%.

К преимуществам последней описанной компоновки относитс  при этом и то обсто тельство, что созданы благопри тные предпосылки дл  испарени  и предварительного подогрева углеводородного сырь , поступающего дл  реакции, а именно при применении

как тепла уход щих дымовых газов, так и тепла реакции отводимого гор чего пиролизного газа. Таким образом, печь не ограничена лишь одним типом сырь , имеет универсальный характер и может без каких-либо конструкционных изменений обрабатывать как газообразное , так и жидкое углеводородное сырье. Происходит лишь изменение технологических параметров, например объема впрыскиваемого сьфь , его доли

по отношению к разбавл ющему пару и температуры сьфь  на входе или смеси его с паром.

Пиролизна  печь по данному изобретению исходит из преимущества последнего описанного решени  компоновки, причем еще далее усовершенствует его функциональные возможности при устранении некоторых недостатков, таких как сложность и производственна  трудоемкость теплообменниковой части отдельных реакционных частей, элементов , т.е. двойных труб, а далее, кроме прочего характеризуема  слишком большой длиной труб и массой из-за , параметров теплообмена газ-газ. Обща  масса теплообменниковой части двойных труб таким образом выходит зачастую больше, чем масса самого теплообменника. Неблагопри тно также

распределение поверхностной температуры вдоль длины трубы, при котором максимальна  температура имеет место в местах максимальных механических напр жений, причем неблагопри тным

 вл етс  и профиль температуры по длине реактора.

Пиролизна  печь конструкционного исполнени  согласно изобретению, реакционные элементы которой сделаны

как двойные трубы, выведенные верхним концом из радиационной камеры или камер, при этом характеризуетс  тем, что внутренние трубы двойных труб подключены пр мо или посредством

соединительных труб к минимально одному выходному коллектору, который присоединен к входу соответствующего теплообменника по использованию отра- ботанного тепла, в то врем , как наружные трубы двойных труб посредством входного трубопровода присоединены к минимально одному входному коллектору, который соединен с выхо- дом труб конвективной секции. В результате этого возникает компоновка, при которой реагирующа  смесь подаетс  в наружную трубу, а отреагирован- на  смесь вьшодитс  из внутренней трубы линейной реакционной трубы, что улучшает услови  теплообмена. Благодар  этому создаетс  возможность дл  окончани  процесса расщеплени  реагирующей смеси во внутренней трубе.

В цел х выравнива 1и  возможных потерь давлени , возникающих в трубах (двойных трубах) как результат загр знени  стенок труб коксом или неточностей производства труб, можно хот  бы в некоторые входные трубопроводы вставить дроссельные элементы, например дроссельную шайбу или клапан. Данное меропри тие позволит достигнуть то, чтобы значение перепада давлени  на входном трубопроводе равн лось или было больше величины потери давлени  в реакционных трубах, вследствие чего обеспечиваетс  равномерность распределени  сьфь  во все трубы.

Одинаковый эффект может быть получен и при ином альтернативном peme- НИИ, когда дроссельный элемент заме- нен компоновкой, при которой хот  бы часть длины входных трубопроводов вьтолн етс  с суженым сечением.

К основным преимуществам новой компоновки пиролизной печи, кроме высокой степени расщеплени  сырь  при сохранении времени реакции во внутренней трубе перед началом собственного охлаждени  в утилизационном теплообменнике высокого давлени  относитс  и простота конструк чи, а также взаимосв занна  с ней относительно низка  производственна  трудоемкость и пониженные производственные расходы . Преимуществом  вл етс  также повышение долгосрочности оборудовани , что вытекает из более благопри тных температурных характеристик поверхностей нагрева.

В св зи с тем, что обща  компоновка предлагаемой печи приближаетс  к компоновкам трубчатых печей, это дает возможность довольно просто примен ть изобретение в процессах реконструкции или модернизации существующих пиролизных печей с целью существенного повышени  выхода олефинов при одновременно значительном повышении эффективности процесса. На инвестиционную экономику при этом весьма благопри тно вли ет факт, что стальна  несуща  конструкци , конвективные секции, а прежде всего, узел производства пара высокого давлени  остаютс  при реконструкци х практически без изменений.

I С точки зрени  экономии эксплуатационных расходов можно констатировать , что основным положительным вкладом предлагаемой пиролизной печи  вл етс  то, что созданы хорошие предпосылки дл  испарени  и предварительного подогрева углеводородного сырь , подаваемого в реакцию, с целью достижени , как можно более короткого времени пребьюани  сырь  в реакционных трубах, более низкой потери давлени , большей глубины использовани  сырь , длительного рабочего цикла, который  вл етс  результатом низкой степени загр знени  труб коксом и быстрого охлаждени  продукта пиролиза при сохранении пробега расщеплени  во внутренней трубе системы труба в трубе т.е. двойной трубы.

На фиг.1 представлен вертикальный разрез пиролизной печи с одной радиационной камерой, теплообменником высокого давлени , расположенньм над радиационной камерой и с несоосно расположенной конвективной секций; на фиг.2 - вертикальньй разрез одной двойной трубы; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2 (двойной трубы).

Предлагаема  печь состоит из радиационной камеры 1 пр моугольного сечени , на боковых стенах которой располагаютс  бесфакельные радиационные горелки 2. В продольной оси радиационной камеры 1 в одном р ду располагаютс  реакционные трубы 3 и 4, верхн   часть которых выведена из радиационной камеры 1. Дымовые газы, передавшие часть своего тепла сырью, протекающему в трубах 3 и 4, вывод тс  из верхней части радиационной камеры 1 с довольно высокой энтальпией в

конвективную секцию 5. Здесь оставша с  теплова  энерги  дымовых газов утилизируетс  в секции 6 дл  подогрева питательной воды, в секции 7 дл  предЕарительного подогрева углеводородного сырь , подаваемого в реакцию а в секции 8 дл  подогрева смеси предварительно подогретого сырь  и разбавленного пара. Питательна  среда , углеводородное сырье и смесь его с разбавл ющим паром протекают в трубах конвективных секций по противотоку по отношению к дымовым газам, которые покидают конвективную часть через дымовую трубу 9.

Предварительно подогрета  смесь углеводородного сьфь  и разбавл ющего пара из конвективной секции 8 подаетс  в один из нескольких 10 коллекторов входных, из которых через входной трубопровод 11 она подаетс  в верхние части двойных труб 3 и 4. Количество входных коллекторов 10 выбираетс  в зависимости от числа ходов конвекции. Свежа  смесь поступает в кольцевое пространство между наружной трубой 3 и внутренней трубой 4 и через данное пространство проходит в направлении вниз, причем одновременно проводитс  подогрев, как радиационным теплом, излучаемым настенными горелками 2, так и теплом отреагированного пиролизного газа, протекающего противотоком через внутреннюю трубу 4 до температуры, при которой происходит расщепление углеводородного сырь . При переходе из i наружной трубы 3 во внутреннюю трубу 4 реагирующа  смесь поворачиваетс  с помощью устройства 12.

Отреагированный пиролизный газ, частично охлажденный уже,в радиационном пространстве пиролизной печи про текаицей противотоком относительно холодной смесью, поступающей в реакцию , выходит из внутренней трубы 4 через ее выходную часть 13, котора  находитс  вне радиационной камеры 1 и непосредственно выведена в выходно коллектор 14. При контакте с относительно холодным сырьем, подводимым входным трубопроводом 11 в наружную трубу 3, происходит при этом дальнейшее охлаждение пиролизного газа вплоть до температуры менее 750 С. Охлаждакщий эффект подаваемой свежей смеси в выходной части трубы 13 системы труба в трубе усиливаетс  охлгик- дагацим вли нием окружающей среды.

Частично охлажденный пирогаз пос-, тупает из выходного коллектора 14 в соответствующий утилизационный теплообменник 15, где отдает свою тепловую энергию паровод ной смеси, подаваемой в теплообменник 15 из холодной ветки

Q парового барабана 16, питаемого водой , предварительно подогретой в конвективной секции 6. Количество выходных коллекторов определено числом процессных труб и количеством тепло обменников. Пар высокого давлени , вьфабатываемый в теплообменнике 15 по гор чей ветке (паровой) парового барабана 16, отводитс  дл  дальнейшего применени . Охлажденный пиролизQ ный газ, который покидает трубное

пространство теплообменника 15, подаетс  дл  дальнейшей обработки или же дл  последующего охлаждени  в оросительных холодильниках, где охлаждает5 с  при непосредственном контакте с охлаждающим маслом.

Способ циркул ции реагирующей смеси в реакционных трубах 3 и 4, создание и функци  устройства 12 дл  пово0 рачивани  потока, а также способ тангенциального выхода входного трубопровода 11 в корпус наружной трубы 3 хорошо  сны из фиг.2. Из поперечного разреза трубы видно расположение

. центрирующих перегородок 17, которые с целью достижени  большей нагл дности не показаны на фиг.2. Центрирующие перегородки 17, например, могут быть выполнены как одно- или многоходовые,

0 прерьшистые или непрерьюаемые винтовые элементы, причем подъем винта по длине потока смеси может измен тьс  в пр мой Зависимости от температуры протекающей реагирующей смеси.

5 Привод тс  два примера конкретного решени  пиролизной печи согласно изобретению вместе с рассчитанными значени ми рабочих параметров.

Пример 1. Было сделано и испытано модельное устройство с возможностью обработки до 100 кгч сырь  при времени реакции , 1 с. Устройство состоит из реактора труба в трубе , наружна  труба имеет диаметр 57x5 мм, внутренн   труба - ф ЗОх хЗ мм. Длина обеих труб составл ет (v- 6000 мм. Смесь сырь  и пара температурой 500-650 с в верхней части двойной трубы вводитс  в межтрубное

пространство, через которое протекает в направлении вниз, причем производитс  подогрев до управл емой, регулируемой температуры, при которой происходит расщепление сырь  на смесь углеводородов, после этого рабоча  среда по внутренней трубе отводитс  в выходной трубопровод, подогрева  при этом свежее сьфье, поступаемое в межтрубное пространство.

Диаметр наружной

трубы57x5 мм

Диаметр внутрен30x3 мм

-(

макс. 100 КГЦ 0,5-07 от сырь 

15

20

ней трубы

Расход сырь 

Расход пара

Температура

смеси на входе 500-650 С

Температура

смеси в устройстве превраще-j

ни  потока 820-920 С

Выходы 11-13 мас.Х СН4

25-34 Mac.Z С. 25 14-17 мас.Х

Сырье Бензин Врем  выдержки 0,1 с

Пример 2. В качестве приме- зо а возможного эксплуатационного обоудовани  была выбрана радиационна  амера производительностью 11200 кгч качестве сырь  - бензинное сырье интервалом дистилл ции 50-180 С. j

Диаметр наружной

трубы102 мм

Диаметр внутренней трубы 60 мм

Длина труб в . 40

зоне излучени  Юм

Количество труб

в радиационной

камере 32 шт.

Расход сырь  45

через одну трубу 350 кгч

Расход сырь 

в радиационной |

камере 11200 кгч

Расход пара вJQ

одной трубе 175

Расход пара в

радиахщонной

камере 5600 кгч

Нормативна  тем-,,

пература пиролиза880 С

Температура

сырь  на входе

0

j

5

о j

0

5

Q

,,

моо с

-I

в конвективную секцию 6О с Температура смеси на выходе из конвективной секции 620 с Температура пи- ролизного газа на выходе из

теплообменника 350-450 С Температура газов на выходе из топочного пространства

Температура уход щих газов в дымовой трубе 190 С Избыток воздуха 1,,1 Температура пи- ролизного газа на выходе из реакционного элемента

Расход топлива 1380 кгч Теплова  мощность печи19,1 МВт

Тепловой расход радиации 8,4 МВт При решении проблем конструировани  новых Лиролизных печей с использованием реакционных элементов можно в широком диапазоне приспособить производительность всей печи посредством выбора необходимого числа реакционных элементов, т.е. реакционных труб по системе труба в трубе в радиационной камере. Можно изменить и общую компоновку радиационной печи, а также распределение и компоновку конвективной секции или секций.

Реакционна  труба может быть сделана из большего числа участков с различными марками стали, отличающихс  разным содержанием легирующих добавок .

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству ЧСФР.

Claims (3)

1. Печь дл  термического разложени  газообразных или жидких углеводородов , содержаща  одну или несколько радиационных камер с вертикальными реакционными трубами, подключенными к одному или более утилизационным теп- теплообменникам, расположенным над

1- 161

радиационной камерой или р дом с ней, и конвективную секцию, подключенную к трубе дл  отвода дымовых газов из радиационной камеры или камер, причем реакционные трубы вьшолнены из наружной и внутренней труб по типу труба в трубе, верхние концы которых выведены из радиационной камеры или камер , отличающа с  тем, что, с целью повышени  эффективности процесса, наружные трубы реакционных труб подсоединены к трубам конвективной секции посредством входного кол

лектора и входных труб, а внутренние трубы реакционных труб подсоединены к входу утилнзационног о теплообменника посредством входного коллектора и соединительных труб.

2.Печь по п.1, отличающа  с   тем, что один или несколько входных трубопроводов снабжены

дроссельными заслонками,

3.Печь по п.1, отличающа  с   тем, что один или несколько входных трубопроводов на части длины выполнены с суженным сечением.

.Г

72

С

fl-fl

ТА

Фаг.З