[發明專利]兩程輻射段爐管的乙烯裂解爐及其在化工領域的應用

有效

• 申請號: 201210425051.X
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN103788982B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 張利軍;王國清;張永剛;周先鋒;劉俊杰;杜志國;周叢
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: C10G9/20
• 分類號: C10G9/20;C07C4/04;C07C11/04
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇;王鳳桐

本發明公開了一種兩程輻射段爐管的乙烯裂解爐，該乙烯裂解爐包括輻射段，該輻射段具有換熱管（10），其中，該換熱管（10）中設置有強化傳熱元件，該強化傳熱元件包括扭曲片，該扭曲片上具有孔。本發明還提供該兩程輻射段爐管的乙烯裂解爐在化工領域中的應用。通過上述技術方案，在兩程輻射段爐管的乙烯裂解爐的輻射段的換熱管中設置根據本發明的強化傳熱元件，不僅實現了良好的傳熱效果，降低了乙烯裂解爐的結焦速率，延長爐管的清洗周期，還能夠便于進行清焦操作，提高乙烯裂解爐的整體性能，還能夠有效地降低爐管內的壓降，提高產物烯烴的收率，具有良好的工業應用前景。

技術領域

本發明涉及化工領域，具體地，涉及一種兩程輻射段爐管的乙烯裂解爐及其在石油化工領域的應用。

背景技術

石油烴類裂解制乙烯是一個高溫強吸熱的過程，因此不僅需要把反應物料加熱到比較高的溫度以引發裂解反應，而且還需要在反應過程中持續提供足夠的能量以達到所需要的轉化率。

目前，工業上制取乙烯主要采用管式反應器高溫蒸汽熱裂解的方法。對于生產乙烯的裂解爐來說，輻射爐管的結構與裂解產品的選擇性，裂解產品烯烴收率的提高以及對原料的適應性有著密切的聯系，并且是裂解爐結構優化中的最為重要的一部分。近年來，相繼出現了單排分支變徑，混排分支變徑，不分支變徑，單程等徑等不同結構輻射盤管。目前主流的裂解爐設計公司均采用兩程（18-24m）分支變徑，兩程變徑等高選擇性爐管，停留時間一般控制在0.15-0.25s之間，第一程通常采用小直徑爐管，由于比表面積大能夠快速升溫，而第二程通常由于是直徑較大而降低了結焦敏感性。近十幾年來，隨著百萬噸級乙烯裝置的問世，與之相匹配的大型裂解爐得到了很大的發展，世界上建設了幾十臺的10萬噸以上的大型裂解爐，此規模的裂解爐的主要優勢是節省10％左右的投資，由于爐子臺數減少，便于管理和維修，占地面積也可以相應的減少。對于10-20萬噸規模的裂解爐，采用兩程爐管裂解爐具有爐管的機械性能改善，熱應力減少，乙烯收率提高，以及運轉周期適中，裂解選擇性高，輻射段爐膛小等特點。二程管的裂解爐在當前的裂解爐中占有主流地位。

在乙烯生產過程中，乙烯生產能耗60%左右消耗于裂解爐，高溫能耗大。由于裂解爐管在乙烯裝置中操作溫度高，管內進行烴類的裂解反應，由于烴類的裂解需要發生聚合和縮合等二次反應，因此不可避免地會在裂解爐管內壁生成焦垢。焦垢使爐管熱阻增加，傳熱系數降低，壁溫升高并出現局部過熱現象。此外，結焦也使得裂解過程能耗升高，管路內徑變小，流體壓降增加。從而降低裂解爐的操作周期，降低裂解爐管的使用壽命，壓降的增加也降低了乙烯、丙烯等的選擇性。因此如何能提高裂解爐管傳熱效率，延長裂解爐運轉周期，這在工業上極為重要。

現在應用的很多強化傳熱技術都是對于強化對流傳熱進行研究，以提高爐管管壁到爐管內物料的總傳熱系數K和對流傳熱熱強度q，公式如下：

其中，δ、δ_f、δ_e分別為爐管管壁厚度、滯流邊界層厚度和結焦邊界層厚度，λ、λ_f、λ_e、α_t分別為爐管管壁的導熱系數、滯流邊界層的導熱系數、結焦邊界層的導熱系數和物料的導熱系數，T_W和T_t分別為爐管管壁溫度和管內物料溫度。

近年來，由于原油價格上漲和全球節能減排任務的加重，相關科技人員加強了裂解爐強化傳熱和降低結焦速率的研究，先后提出了一系列強化傳熱和抑制結焦的技術。目前比較常用的一種方式就是在管路內設置扭曲片，從而使流經的流體產生湍流或者渦流，這樣可以提高傳熱效率，并且使流體均勻混合，減少爐管的結焦，還可以延長裂解爐的運行周期。然而，增加扭曲片的技術方案會使裂解爐的壓力增加，影響到流量的均勻分配，從而導致處理能力以及烯烴收率等關鍵性指標下降。

發明內容

本發明的目的是提供一種兩程輻射段爐管的乙烯裂解爐，該乙烯裂解爐通過強化傳熱元件使得換熱效果更好。