專利名稱：用于將焦炭沉積抑制劑溶液注入烴裂解管式爐的裝置的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及石化工業(yè)，它是供熱解(裂解)烴原料法生產(chǎn)乙烯和丙烯的工廠之用。
發(fā)明的背景目前世界上大部分乙烯和丙烯的生產(chǎn)是基于在裝有旋管的爐內(nèi)在蒸汽存在條件下對(duì)烴原料進(jìn)行裂解。在原料乙烷、丙烷-丁烷混合時(shí)，使用著輕汽油和輕柴油餾分。裂解爐通常有兩個(gè)部分對(duì)流部和輻射部。原料通過對(duì)流部旋管時(shí)蒸發(fā)，與蒸汽混合并預(yù)熱到550-650℃。在隨后的輻射部中，這種混合物被加熱到750-950℃發(fā)生裂解，這樣就形成了乙烯、丙烯、丁烯和若干副產(chǎn)物。此過程的主要問題是在輻射部的旋管壁上形成焦炭沉積物并積累起來。在大部分爐中，是用蒸汽和氧氣來燒去這些焦炭沉積物的。
在某些管式裂解爐中，可以在過程流中加入諸如含堿金屬化合物的抑制劑來防止焦炭沉積。在大部分情況下，這種化合物的水溶液或懸浮液形式的抑制劑通過一個(gè)注射裝置注入熱的原料流中，所述注射裝置裝在旋管的對(duì)流部和輻射部之間邊界的附近。在操作過程中，在抑制劑溶液注射區(qū)常會(huì)發(fā)生壁的燒損/穿孔現(xiàn)象。這種燒壞的原因是由于抑制劑溶液液滴撞擊到靠近注射點(diǎn)的熾熱金屬壁上產(chǎn)生溫度重復(fù)改變，從而導(dǎo)致金屬熱疲勞以至使?fàn)t產(chǎn)生破損。
歐洲專利EP 0617112 A2披露了用于將焦炭抑制劑溶液加到烴裂解管式反應(yīng)器中的注射裝置，該裝置包括帶有輸入原料入口管的一個(gè)旋管直段(straight runof a coil)、抑制劑噴霧器、用于將抑制劑送入噴霧器的管子和圍繞在噴霧器周圍并與其同心的一根附加管子。在這個(gè)裝置中，圍繞噴霧器的那根附加管子起著保護(hù)旋管壁免遭液體抑制劑溶液撞擊的護(hù)套作用。而這根附加管子本身卻是受抑制劑溶液液滴撞擊的。
歐洲專利EP 0606898 B1披露了一種用于將焦炭抑制劑溶液加到烴裂解管式爐中的裝置，該裝置包括帶有輸入原料入口管的一個(gè)旋管直段，用于噴射抑制劑的噴嘴和用于將抑制劑輸入噴嘴的管子，該管子以平行于氣態(tài)進(jìn)料流的方向安裝并可沿軸向方向移動(dòng)。在操作時(shí)，將噴嘴軸向移動(dòng)伸入氣態(tài)進(jìn)料流中，移入的距離約到達(dá)旋管直段直徑1-3倍的地方。
美國(guó)專利5435904披露了一種用于將焦炭抑制劑溶液加到烴裂解管式爐中的裝置，該裝置包括帶有輸入原料入口管的一個(gè)旋管直段、抑制劑噴霧器、用于將抑制劑送入噴霧器的管子和圍繞在噴霧器周圍并與其同心的一根附加管子。為了通過這種裝置分散液體，使用一種壓縮氣體，該氣體通過在內(nèi)管和外管之間的環(huán)形通道送入噴霧器中。
美國(guó)專利4708787披露了一個(gè)將液體分散在氣體流中的裝置。這種裝置包括裝有入口導(dǎo)管(其中插有輸入一種氣體的文氏管)的一段直管、液體噴霧器和用于將液體輸入噴霧器的同心位于直管中的管子，噴霧器同心位于文氏管的頸部。
美國(guó)專利3812029披露了將對(duì)焦炭形成敏感的液體注入預(yù)熱到高溫的容器的裝置。這種裝置包括輸入被注射液體的內(nèi)管和圍繞在內(nèi)管周圍的加水護(hù)套。所述內(nèi)管和護(hù)套的末端是一個(gè)噴嘴，要被注射的液體和水在噴嘴中混合，然后噴射到加熱的容器中。
蘇聯(lián)發(fā)明人證書1661189 A1披露了一種用空氣流來沖洗圓柱形支管內(nèi)表面的裝置。這種裝置包括輸入壓縮空氣的管子，此管子與該支管同心安裝，在此管子上裝有一個(gè)環(huán)形噴嘴，該環(huán)形噴嘴就生成空心錐體狀的空氣流。
蘇聯(lián)發(fā)明人證書633892披露了一種將焦炭沉積抑制劑加到烴裂解管式爐中的裝置。這種裝置包括同心安裝的內(nèi)管和外管。預(yù)熱的烴原料流過內(nèi)管。氣態(tài)焦炭抑制劑則通過內(nèi)管和外管之間的通道加入到原料流中。
發(fā)明的概述本發(fā)明解決了消除旋管在抑制劑溶液注射區(qū)的燒損問題。
為了解決這個(gè)問題，提供一個(gè)將焦炭沉積抑制劑溶液注入烴裂解管式爐的裝置，該裝置包括帶有輸入原料的入口管的一個(gè)旋管直段、抑制劑噴霧器、將抑制劑輸入噴霧器的管子和圍繞在噴霧器周圍同心安裝的一根附加管子，所述裝置中有用于減少注射點(diǎn)下游湍流現(xiàn)象的渦流閘門。渦流閘門位于抑制劑溶液注射區(qū)中的旋管直段內(nèi)，并與其同心。
渦流閘門是起著將料流分成平行于旋管軸向若干個(gè)料流的柵板作用。在渦流閘門下游與旋管直段的直徑有關(guān)的一個(gè)特定距離內(nèi)，料流的湍流現(xiàn)象減少，此時(shí)抑制劑溶液液滴的徑向移動(dòng)速度也相應(yīng)地減少。
由于抑制劑溶液液滴從料流中心線朝旋管壁層的徑向移動(dòng)速度下降，液滴在到達(dá)壁之前就完全蒸發(fā)。這就防止了旋管壁燒損的危險(xiǎn)。
較好的噴霧器是渦旋式噴嘴。渦旋式噴嘴的優(yōu)點(diǎn)是噴出的液體錐呈軸對(duì)稱形式，能最大程度地減少原料流在渦流閘門出口處所受的干擾。
本發(fā)明的這種較好結(jié)構(gòu)還具有下述特征-渦流閘門由一些幅片和一些圓柱形環(huán)組成；-幅片對(duì)稱地連接在附加管子上；-圓柱形環(huán)連接在幅片上，而與附加管同心，形成在原料流方向上分段擴(kuò)大的內(nèi)通道；-渦流閘門包括3-5個(gè)圓柱形環(huán)，這些環(huán)的直徑在流動(dòng)方向上從直段中旋管內(nèi)徑的0.25倍分段增加到其0.9倍；-從幅片的上游邊緣到最近的輸入原料入口支管的連接點(diǎn)之間的距離不小于旋管直段內(nèi)徑的兩倍。
附圖的簡(jiǎn)要說明現(xiàn)將本發(fā)明參考所圖作進(jìn)一步的說明。

圖1是注射裝置的全視圖，圖2是渦流閘門的剖面圖。
較好實(shí)例的描述注射裝置包括帶有法蘭2的一個(gè)旋管直段1，入口支管3、4和插入組合件，該插入組合件包括背法蘭5、抑制劑輸入管6，附加管7，渦旋式噴嘴8以及由一些幅片9和一些圓柱形環(huán)10、11、12、13組成的渦流閘門。通過法蘭2和幅片9的凸出部位，該插入組合件裝在旋管直段1的中心。圓柱形環(huán)10、11、12、13連接在幅片9上，與附加管7同心，形成在流動(dòng)方向上分段擴(kuò)大的內(nèi)通道。
注射裝置的運(yùn)行方式如下。通過支管3和4，原料流從爐的對(duì)流部(圖中未示)進(jìn)入爐輻射部的旋管直段1。在壓力作用下焦炭沉積抑制劑水溶液從外部來源(圖中未示)通過抑制劑輸入管6輸送到渦旋式噴嘴8，噴射進(jìn)入原料流中。圓柱形環(huán)10、11、12、13和幅片9一起構(gòu)成了渦流閘門，該渦流閘門將原料流分成與旋管直段軸平行的幾個(gè)料流。
由于渦流閘門對(duì)原料流的影響，在旋管直段直徑5-10倍距離內(nèi)的下游，原料流中的湍流降低。在這個(gè)區(qū)域中，添加劑的徑向移動(dòng)速度也下降。由于這個(gè)原因，抑制劑溶液液滴從原料流的中心線轉(zhuǎn)移到壁上的速度也就下降，這樣液滴在它們到達(dá)壁之前就完全蒸發(fā)掉了。在溶液液滴蒸發(fā)后形成的抑制劑顆粒就不會(huì)產(chǎn)生與旋管壁接觸引起的損害。
渦流閘門包括四個(gè)圓柱形環(huán)，即10、11、12和13。它們的直徑與直段中旋管的內(nèi)徑之比從環(huán)10的0.25增加到環(huán)13的0.9。環(huán)的直徑是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的?；谙率隼碛蛇x擇了環(huán)的數(shù)目，環(huán)數(shù)少于3，渦流閘門的有效性就急劇下降，但在注射器操作條件下使用的環(huán)數(shù)若多于5個(gè)，這種渦流閘門就不適用，因?yàn)樵谛艿牧鲃?dòng)截面上產(chǎn)生了限制。
較好的是，從幅片9的上游邊緣到最近的原料輸入管4的連接點(diǎn)之間的距離不小于旋管內(nèi)徑的兩倍。具有此距離的注射裝置的有效性就很高，因?yàn)樵谝种苿┳⑷朦c(diǎn)處的料流湍流強(qiáng)度進(jìn)一步地減少。
商業(yè)應(yīng)用本發(fā)明可應(yīng)用于烴裂解管式爐，通過將抑制劑溶液注入到熾熱過程流中而防止結(jié)焦。
當(dāng)制造本發(fā)明的裝置時(shí)，必需使用暴露在600-650℃的溫度范圍內(nèi)能經(jīng)得起長(zhǎng)時(shí)間操作(數(shù)萬小時(shí))而不會(huì)發(fā)生熱脆的材料。主要必須使用在長(zhǎng)時(shí)間加熱條件下不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化的具有穩(wěn)定奧氏體結(jié)構(gòu)的鋼，例如用鈦或鈮穩(wěn)定的18-8或18-12型鋼。
按本發(fā)明制得了12個(gè)裝置。這些注射裝置在6個(gè)工業(yè)裂解爐中在運(yùn)行條件下進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果非常好。在2年以上的期間，在裝有該裝置的區(qū)域內(nèi)沒有發(fā)生一例裂解爐旋管破壞的情況。
權(quán)利要求
1.一種將焦炭沉積抑制劑溶液注入烴裂解管式爐中的裝置，該裝置包括帶有輸入原料的入口管的一個(gè)旋管直段、抑制劑噴霧器、將抑制劑輸入噴霧器的管子和圍繞噴霧器周圍同心安裝的一根附加管子，為了減少湍流，所述注射裝置中有渦流閘門，該渦流閘門位于抑制劑溶液注射區(qū)中的旋管直段內(nèi)，并與其同心。
2.如權(quán)利要求1所述的注射裝置，其中噴霧器是一個(gè)渦旋式噴嘴。
3.如權(quán)利要求1所述的注射裝置，其中渦流閘門由一些幅片和一些圓柱形環(huán)組成，幅片對(duì)稱地連接在附加管上，而圓柱形環(huán)連接在幅片上，與附加管同心，形成在原料流方向上分段擴(kuò)大的內(nèi)通道。
4.如權(quán)利要求3所述的注射裝置，其中所述渦流閘門包括3-5個(gè)圓柱形環(huán)，這些環(huán)的直徑在流動(dòng)方向上從第一個(gè)環(huán)為直段中旋管內(nèi)徑的0.25倍分段增加到最后一個(gè)環(huán)為所述內(nèi)徑的0.9倍。
5.如權(quán)利要求3所述的注射裝置，其中從所述幅片的上游邊緣到最近的輸入原料入口支管的連接點(diǎn)之間的距離不小于旋管直段內(nèi)徑的兩倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及石化工業(yè),它可用于乙烯和丙烯的生產(chǎn)廠家,它是通過在旋管中輸入抑制劑溶液而防止焦炭沉積。這種措施的目的是消除注入抑制劑溶液的區(qū)域中旋管燒損的問題。為此,提供一種輸入裝置,它包括帶有輸入原料管道的一個(gè)旋管直段、抑制劑噴霧器、將抑制劑輸入噴霧器的管子和圍繞在噴霧器周圍的一根附加管子,上述這些部件都是同心安裝的。該輸入裝置中還包括用于減少在流動(dòng)方向下游強(qiáng)湍流的渦流閘門,所述渦流閘門在注入抑制劑溶液的區(qū)域的旋管直段中是同心安裝的。經(jīng)過11個(gè)月的試驗(yàn)后,在抑制劑供入單體的操作過程中沒有出現(xiàn)過故障,同時(shí)在所述供入裝置的安裝區(qū)域中沒有發(fā)生旋管燒損的情況。
文檔編號(hào)C10G9/00GK1274384SQ98810001
公開日2000年11月22日 申請(qǐng)日期1998年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月8日
發(fā)明者V·A·布舒耶夫, J·S·澤姆索夫 申請(qǐng)人:森林之星國(guó)際有限公司