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管式裂解炉tubular pyrolysis furnace

时间：2020-03-01 来源：网络 浏览：
用于烃类裂解制乙烯及其联产品的一种生产设备，为目前世界上大型石油化工厂所普遍采用（见彩图）。

烃类裂解炉

　　沿革 　早期的管式裂解炉是沿用石油炼制工业的加热炉的结构采用横置裂解炉管的方箱炉。反应管放置在靠墙内壁处，采用长火焰烧嘴加热，炉管表面热强度低，约为85～125MJ/(m2·h)。20世纪50年代，裂解炉结构有较大改进，炉管位置由墙壁处移至辐射室中央，并采用短焰侧壁烧嘴加热，提高了炉管表面热强度和受热均匀性。热强度可达210MJ/(m2·h)。至60年代，反应管开始由横置式改为直立吊装式，这是管式炉的一次重大技术改进。它采用单排管双面辐射加热，进一步把炉管表面热强度提高到约250MJ/(m2·h)，并采用多排短焰侧壁烧嘴，以提高反应的径向和轴向温度分布的均匀性。美国鲁姆斯公司短停留时间裂解炉（简称 SRT炉）是初期立管式裂解炉的典型装置。现在世界上大型乙烯装置多采用立式裂解反应管。
　　结构 　管式裂解炉通常由对流室和辐射室两部分组成。一般是两台炉子对称组合成门字形结构，采用自然或强制排烟系统。SRT炉是最典型的一种管式裂解炉（图1）。对流室内设有水平放置的数组换热管以预热原料、工艺稀释用蒸汽、急冷锅炉进水以及过热高压蒸汽等。辐射室由耐火砖（里层）、隔热砖(外层)砌成。新型炉也有的使用可塑耐火水泥作为耐火材料。裂解炉管悬吊在辐射室中央。这是管式裂解炉的核心部分，裂解反应管的结构及尺寸随炉型而变。炉膛的侧壁和底部安装有燃烧器以加热反应管。裂解反应产物离开反应管后立即进入急冷锅炉，被高压水骤冷以中止反应并生产 10～12MPa的高压蒸汽，从而回收热能。急冷锅炉随裂解炉型而有所不同。

图1

　　反应管材料 　过去，一般采用主要成分为含镍20％、铬25％的HK-40合金钢作为裂解反应管材料，可耐1050℃高温。由于工艺要求进一步提高炉管表面热强度，至70年代以后又改用含镍35％、铬25％的HP-40合金钢，可耐1100℃高温。反应管管径为 2～7in（1in等于2.54cm），用离心浇铸法制成，内部经机械加工平整以减少反应过程的结焦。
　　炉型 　目前国际上应用较广的管式裂解炉有短停留时间炉、超选择性炉、林德- 西拉斯炉、超短停留时间炉。
　　短停留时间炉 　是鲁姆斯公司在60和70年代开发的炉型（SRT），有三种:即SRT-Ⅰ、SRT-1Ⅱ及SRT-Ⅲ型（图2），其中SRT-Ⅱ又可分为高选择性(HS)和高生产能力 (HC)两种。SRT-Ⅰ型由等径管组成；SRT-Ⅱ及SRT-Ⅲ则为前细后粗的变径管，四股平行进料以强化前期加热，缩短停留时间和后期降低烃分压，从而提高选择性，增加乙烯产率。由于三种反应管采用了不同的管径及排列方式，其工艺特性差异较大（见表）。

图2

 

表

　　SRT 型炉是目前世界上大型乙烯装置中应用最多的炉型。中国的燕山石油化工公司，扬子石油化工公司和齐鲁石油化工公司的 300kt乙烯生产装置均采用此种裂解炉。
　　超选择性裂解炉 　简称USC炉。它是美国斯通－韦伯斯特公司在70年代开发的一种炉型，炉子的基本结构与SRT炉大体相同，但反应管由多组 W型变径管组成（图3），每组四根管，前两根材质为HK-40，后两根为HP-40，全部离心浇铸和内部机械加工平整，管径由小到大，一般为50～83mm，长为10～20m。按照生产能力的要求，每台炉可装16、24或32个管组，裂解产物离开反应管后迅速进入一种专用急冷锅炉(USX)，每两组反应管配备一个急冷锅炉。

图

　　USC炉的主要技术特性为:①采用多组小口径管并双面辐射加热，炉管比表面较大，加热均匀且热强度高，从而实现了0.3s以下的短停留时间。②采用变径管以降低过程的烃分压。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。
　　USC炉单台炉子乙烯年生产能力可达 40kt。中国大庆石油化工总厂以及世界上很多石油化工厂都采用它来生产乙烯及其联产品。
　　林德－西拉斯裂解炉 　简称LSCC炉。 是林德公司和西拉斯公司在70年代初合作研制而成的一种炉型。炉子的基本结构与SRT炉相似。炉膛中央吊装构形特殊的反应管（图4），每组反应管是由12根小口径管（前8根组成4对平列管，后4根组成两对平列管）以及4根中口径管（由4根管组成两对平列管）和一根大口径管组成，管径为6～15cm，管总长45～60m。裂解产物离开反应管后立即进入急冷锅炉骤冷。

图

　　LSCC炉反应器的特点是原料入口处为小口径管双排双面辐射加热，物料能迅速升温，缩短停留时间，后继的反应管则为单排双面辐射，管径采取逐管增大方式以达到降低烃分压的目的。物料在反应管中的停留时间为0.2～0.4s。短停留时间和低烃分压使裂解反应具有较高的选择性，乙烯产率高。
　　LSCC裂解炉在工业上得到一定的应用，单台炉的乙烯年产量可达70kt。
　　超短停留时间裂解炉 　简称USRT炉，或称毫秒裂解炉。是美国凯洛格公司和日本出光石油化学公司在70年代末共同开发成功的新型管式裂解炉。炉子由十多根直径约为2.54cm，长约10m的单根直管并联组成。反应管吊在辐射室中央，由底部烧嘴进行双面辐射加热。物料由下部进入上部离开并迅速进入专用的USX型急冷锅炉，每两根反应管合用一个USX，多个USX合接一个二次急冷锅炉。裂解过程停留时间可低于100ms，从而显著提高了反应的选择性。同传统的管式裂解炉相比，乙烯相对收率约可提高10％，甲烷和燃料油则有所减少。
　　USRT炉单台炉的乙烯年产量为50～60kt。此种炉首次应用于日本出光石油化学公司所属千叶化工厂的年产300kt乙烯的生产装置上。中国兰州石油化学公司也将采用这种裂解炉生产乙烯。
　　除了上述几种主要炉型外，工业上曾得到应用的还有日本三菱倒梯台炉（采用椭圆形裂解反应管）、法国石油研究院(IFP)的梯台炉、美国福斯特-惠勒梯台炉、多区炉等，但这些炉子现已很少为生产厂采用。  
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