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耐火材料行业动态

【石化行业】乙烯裂解炉的分类及功能

乙烯装置中的裂解炉由对流段、辐射段(包括辐射炉管和燃烧器)和急冷锅炉系统三部分构成。

裂解反应在辐射段炉管中发生生成乙烯和丙烯等产品。对流段回收高温烟气余热,以气化和过热原料至反应所需的横跨温度,同时预热锅炉给水和超高压蒸汽。急冷锅炉系统的作用是终止裂解二次反应并回收裂解气的高温热量以产生超高压蒸汽。

裂解炉的分类

乙烯裂解炉的种类从技术上可分为双辐射室、单幅射室及毫秒炉。

从炉型上可分为CBL裂解炉(自主研发)、SRT型裂解炉、USC型裂解炉、KTI GK裂解炉、毫秒裂解炉、Pyrocrack型裂解炉。

CBL型裂解炉

CBL炉是我国在20世纪90年代,北京化工研究院、中国石化工程建设公司、兰州化工机械研究院等多家单位,相继开发的高选择性裂解炉。

CBL裂解炉的对流段设置在辐射室上部的一侧,对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设置原料、稀释蒸汽、锅炉给水预热、原料过热、稀释蒸汽过热、高压蒸汽过热段。稀释蒸汽的注入:二次注汽的为I、Ⅱ型,一次注汽的为Ⅲ型。

主要特点是将对流段中稀释蒸汽与烃类传统方式的一次混合改为二次混合新工艺。一次蒸汽与二次蒸汽比例应控制在适当范围内。采用二次混合新工艺后,物料进入辐射段的温度可提高50℃以上。

这样,当裂解深度不变时,裂解温度可降低5℃-6℃,辐射段烟气温度可相应降低20℃-25℃,最高管壁温度下降14℃-20℃,全炉供热量可降低约10%。

供热采用侧壁烧嘴与底部烧嘴联合布置方案,侧壁烧嘴为无焰烧嘴,底部烧嘴为油气联合烧嘴。

该炉具有裂解选择性高、调节灵活、运转周期长等特点。

SRT型裂解炉

SRT型裂解炉即短停留时间炉,是美国鲁姆斯(Lummus)公司于1963年开发,1965年工业化,以后又不断地改进了炉管的炉型及炉子的结构,先后推出了SRT-Ⅰ~Ⅵ型裂解炉。

该炉型的不断改进,是为了进一步缩短停留时间,改善裂解选择性,提高乙烯的收率,对不同的裂解原料有较大的灵活性。SRT 型炉是目前世界上大型乙烯装置中应用最多的炉型。

SRT型裂解炉的对流段设置在辐射室上部的一侧,对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设置进料、稀释蒸汽和锅炉给水的预热。

从SRT-Ⅵ型炉开始,对流段还设置高压蒸汽过热,由此取消了高压蒸汽过热炉。在对流段预热原料和稀释蒸汽过程中,一般采用一次注入蒸汽的方式,当裂解重质原料时,也采用二次注汽。

早期SRT型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴烧燃料气,为适应裂解炉烧油的需要,目前多采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合的布置方案。底部烧嘴最大供热量可占总热负荷的70%。SRT-Ⅲ型炉的热效率达93.5%。

折叠USC型裂解炉

斯通-伟伯斯特(S.W)公司的USC裂解炉(超选择性裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉,辐射盘管为W型或U型盘管。由于采用的炉管管径较小,因而单台裂解炉盘管组数较多(16-48组)。

每2组或4组辐射盘管配一台USX型(套管式)一级废热锅炉,多台USX废热锅炉出口裂解气再汇总送入一台二级废热锅炉。后期开始采用双程套管式废热锅炉(SLE),将两级废热锅炉合并为一级。

USC型裂解炉对流段设置在辐射室上部一侧,对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设有原料和稀释蒸汽预热、锅炉给水预热及高压蒸汽过热等热量回收段。大多数USC型裂解炉为一个对流段对应一个辐射室,也有两个辐射室共用一个对流段的情况。

当装置燃料全部为气体燃料时,USC型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴;如装置需要使用部分液体燃料时,则采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧气也可烧油,其供热量可占总热负荷的60%-70%。

由于USC型裂解炉辐射盘管为小管径短管长炉管,单管处理能力低,每台裂解炉盘管数较多。为保证对流段进料能均匀地分配到每根辐射盘管,在辐射盘管入口设置了文丘里喷管。

USC裂解技术是根据停留时间、裂解温度和烃分压条件的选择,使生成的产品中乙烷等副产品较少,乙烯收率较高而命名的。短的停留时间和低的烃分压使裂解反应具有良好的选择性。

折叠KTIGK裂解炉

早期的GK—I型裂解炉为双排立管式裂解炉,20世纪70年代开发的GK一Ⅱ型裂解炉为混排(入口段为双排,出口段为单排)分支变径管。

在此基础上,相继开发了GK一Ⅲ型、GK一Ⅳ型和GK—V型裂解炉。GK—V型裂解炉为双程分支变径管,由于管程减少,管长缩短,停留时间可控制在O.2秒以内。GK型裂解炉一般采用一级废热锅炉。

对流段设置在辐射室上侧。对流段除预热原料、稀释蒸汽、锅炉给水外,还进行高压蒸汽的过热。

GK型裂解炉采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧油也可烧气,其最大供热量可占总热负荷的70%。侧壁烧嘴为烧气的无焰烧嘴。

对不同的裂解原料采用不同的炉管构形,对原料的灵活性较大。新型辐射段炉管的停留时间短,热效率高。

折叠毫秒裂解炉

凯洛格公司的毫秒炉为立管式裂解炉,其辐射盘管为单程直管。对流段在辐射室上侧,原料和稀释蒸汽在对流段预热至横跨温度后,通过横跨管和猪尾管由裂解炉底部送入辐射管,物料由下向上流动,由辐射室顶部出辐射管而进入第一废热锅炉。

裂解轻烃时,常设三级废热锅炉;裂解馏分油时,只设两级废热锅炉。对流段还预热锅炉给水并过热高压蒸汽,热效率为93%。

毫秒炉采用底部大烧嘴,可烧气也可烧油。由于毫秒炉管径小,单台炉炉管数量大,为保证辐射管流量均匀,在辐射管入口设置猪尾管控制流量分配。

毫秒炉管径较小,所需炉管数量多,致使裂解炉结构复杂,投资相对较高。因裂解管是一程,没有弯头,阻力降小,烃分压低,因此乙烯收率比其它炉型高。

折叠Pyrocrack型

林德公司从20世纪60年代开发了Pyrocrack裂解炉,该型裂解炉通常为双辐射段、单对流段结构。为了适应不同的原料,Pyrocrack裂解炉采用了Pyrocrack4-2、Pyrocrack2-2和Pyrocrack1-1型3种不同的炉管结构。

其中Pyrocrack1-1型选择性高,停留时间也短,单组炉管处理能力最小但烯烃产量高。林德公司在90年代以后设计的裂解炉主要采用Pyrocrack1-1型炉管。


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