乙烯裝置中的裂解爐由對(duì)流段、輻射段(包括輻射爐管和燃燒器)和急冷鍋爐系統(tǒng)三部分構(gòu)成。
裂解反應(yīng)在輻射段爐管中發(fā)生生成乙烯和丙烯等產(chǎn)品。對(duì)流段回收高溫?zé)煔庥酂?,以氣化和過熱原料至反應(yīng)所需的橫跨溫度,同時(shí)預(yù)熱鍋爐給水和超高壓蒸汽。急冷鍋爐系統(tǒng)的作用是終止裂解二次反應(yīng)并回收裂解氣的高溫?zé)崃恳援a(chǎn)生超高壓蒸汽。
裂解爐的分類
乙烯裂解爐的種類從技術(shù)上可分為雙輻射室、單幅射室及毫秒爐。
從爐型上可分為CBL裂解爐(自主研發(fā))、SRT型裂解爐、USC型裂解爐、KTI GK裂解爐、毫秒裂解爐、Pyrocrack型裂解爐。
CBL型裂解爐
CBL爐是我國(guó)在20世紀(jì)90年代,北京化工研究院、中國(guó)石化工程建設(shè)公司、蘭州化工機(jī)械研究院等多家單位,相繼開發(fā)的高選擇性裂解爐。
CBL裂解爐的對(duì)流段設(shè)置在輻射室上部的一側(cè),對(duì)流段頂部設(shè)置煙道和引風(fēng)機(jī)。對(duì)流段內(nèi)設(shè)置原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水預(yù)熱、原料過熱、稀釋蒸汽過熱、高壓蒸汽過熱段。稀釋蒸汽的注入:二次注汽的為I、Ⅱ型,一次注汽的為Ⅲ型。
主要特點(diǎn)是將對(duì)流段中稀釋蒸汽與烴類傳統(tǒng)方式的一次混合改為二次混合新工藝。一次蒸汽與二次蒸汽比例應(yīng)控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。采用二次混合新工藝后,物料進(jìn)入輻射段的溫度可提高50℃以上。
這樣,當(dāng)裂解深度不變時(shí),裂解溫度可降低5℃-6℃,輻射段煙氣溫度可相應(yīng)降低20℃-25℃,最高管壁溫度下降14℃-20℃,全爐供熱量可降低約10%。
供熱采用側(cè)壁燒嘴與底部燒嘴聯(lián)合布置方案,側(cè)壁燒嘴為無焰燒嘴,底部燒嘴為油氣聯(lián)合燒嘴。
該爐具有裂解選擇性高、調(diào)節(jié)靈活、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。
SRT型裂解爐
SRT型裂解爐即短停留時(shí)間爐,是美國(guó)魯姆斯(Lummus)公司于1963年開發(fā),1965年工業(yè)化,以后又不斷地改進(jìn)了爐管的爐型及爐子的結(jié)構(gòu),先后推出了SRT-Ⅰ~Ⅵ型裂解爐。
該爐型的不斷改進(jìn),是為了進(jìn)一步縮短停留時(shí)間,改善裂解選擇性,提高乙烯的收率,對(duì)不同的裂解原料有較大的靈活性。SRT 型爐是目前世界上大型乙烯裝置中應(yīng)用最多的爐型。
SRT型裂解爐的對(duì)流段設(shè)置在輻射室上部的一側(cè),對(duì)流段頂部設(shè)置煙道和引風(fēng)機(jī)。對(duì)流段內(nèi)設(shè)置進(jìn)料、稀釋蒸汽和鍋爐給水的預(yù)熱。
從SRT-Ⅵ型爐開始,對(duì)流段還設(shè)置高壓蒸汽過熱,由此取消了高壓蒸汽過熱爐。在對(duì)流段預(yù)熱原料和稀釋蒸汽過程中,一般采用一次注入蒸汽的方式,當(dāng)裂解重質(zhì)原料時(shí),也采用二次注汽。
早期SRT型裂解爐多采用側(cè)壁無焰燒嘴燒燃料氣,為適應(yīng)裂解爐燒油的需要,目前多采用側(cè)壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合的布置方案。底部燒嘴最大供熱量可占總熱負(fù)荷的70%。SRT-Ⅲ型爐的熱效率達(dá)93.5%。
折疊USC型裂解爐
斯通-偉伯斯特(S.W)公司的USC裂解爐(超選擇性裂解爐)為單排雙輻射立管式裂解爐,輻射盤管為W型或U型盤管。由于采用的爐管管徑較小,因而單臺(tái)裂解爐盤管組數(shù)較多(16-48組)。
每2組或4組輻射盤管配一臺(tái)USX型(套管式)一級(jí)廢熱鍋爐,多臺(tái)USX廢熱鍋爐出口裂解氣再匯總送入一臺(tái)二級(jí)廢熱鍋爐。后期開始采用雙程套管式廢熱鍋爐(SLE),將兩級(jí)廢熱鍋爐合并為一級(jí)。
USC型裂解爐對(duì)流段設(shè)置在輻射室上部一側(cè),對(duì)流段頂部設(shè)置煙道和引風(fēng)機(jī)。對(duì)流段內(nèi)設(shè)有原料和稀釋蒸汽預(yù)熱、鍋爐給水預(yù)熱及高壓蒸汽過熱等熱量回收段。大多數(shù)USC型裂解爐為一個(gè)對(duì)流段對(duì)應(yīng)一個(gè)輻射室,也有兩個(gè)輻射室共用一個(gè)對(duì)流段的情況。
當(dāng)裝置燃料全部為氣體燃料時(shí),USC型裂解爐多采用側(cè)壁無焰燒嘴;如裝置需要使用部分液體燃料時(shí),則采用側(cè)壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合布置的方案。底部燒嘴可燒氣也可燒油,其供熱量可占總熱負(fù)荷的60%-70%。
由于USC型裂解爐輻射盤管為小管徑短管長(zhǎng)爐管,單管處理能力低,每臺(tái)裂解爐盤管數(shù)較多。為保證對(duì)流段進(jìn)料能均勻地分配到每根輻射盤管,在輻射盤管入口設(shè)置了文丘里噴管。
USC裂解技術(shù)是根據(jù)停留時(shí)間、裂解溫度和烴分壓條件的選擇,使生成的產(chǎn)品中乙烷等副產(chǎn)品較少,乙烯收率較高而命名的。短的停留時(shí)間和低的烴分壓使裂解反應(yīng)具有良好的選擇性。
折疊KTIGK裂解爐
早期的GK—I型裂解爐為雙排立管式裂解爐,20世紀(jì)70年代開發(fā)的GK一Ⅱ型裂解爐為混排(入口段為雙排,出口段為單排)分支變徑管。
在此基礎(chǔ)上,相繼開發(fā)了GK一Ⅲ型、GK一Ⅳ型和GK—V型裂解爐。GK—V型裂解爐為雙程分支變徑管,由于管程減少,管長(zhǎng)縮短,停留時(shí)間可控制在O.2秒以內(nèi)。GK型裂解爐一般采用一級(jí)廢熱鍋爐。
對(duì)流段設(shè)置在輻射室上側(cè)。對(duì)流段除預(yù)熱原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水外,還進(jìn)行高壓蒸汽的過熱。
GK型裂解爐采用側(cè)壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合布置的方案。底部燒嘴可燒油也可燒氣,其最大供熱量可占總熱負(fù)荷的70%。側(cè)壁燒嘴為燒氣的無焰燒嘴。
對(duì)不同的裂解原料采用不同的爐管構(gòu)形,對(duì)原料的靈活性較大。新型輻射段爐管的停留時(shí)間短,熱效率高。
折疊毫秒裂解爐
凱洛格公司的毫秒爐為立管式裂解爐,其輻射盤管為單程直管。對(duì)流段在輻射室上側(cè),原料和稀釋蒸汽在對(duì)流段預(yù)熱至橫跨溫度后,通過橫跨管和豬尾管由裂解爐底部送入輻射管,物料由下向上流動(dòng),由輻射室頂部出輻射管而進(jìn)入第一廢熱鍋爐。
裂解輕烴時(shí),常設(shè)三級(jí)廢熱鍋爐;裂解餾分油時(shí),只設(shè)兩級(jí)廢熱鍋爐。對(duì)流段還預(yù)熱鍋爐給水并過熱高壓蒸汽,熱效率為93%。
毫秒爐采用底部大燒嘴,可燒氣也可燒油。由于毫秒爐管徑小,單臺(tái)爐爐管數(shù)量大,為保證輻射管流量均勻,在輻射管入口設(shè)置豬尾管控制流量分配。
毫秒爐管徑較小,所需爐管數(shù)量多,致使裂解爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜,投資相對(duì)較高。因裂解管是一程,沒有彎頭,阻力降小,烴分壓低,因此乙烯收率比其它爐型高。
折疊Pyrocrack型
林德公司從20世紀(jì)60年代開發(fā)了Pyrocrack裂解爐,該型裂解爐通常為雙輻射段、單對(duì)流段結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)不同的原料,Pyrocrack裂解爐采用了Pyrocrack4-2、Pyrocrack2-2和Pyrocrack1-1型3種不同的爐管結(jié)構(gòu)。
其中Pyrocrack1-1型選擇性高,停留時(shí)間也短,單組爐管處理能力最小但烯烴產(chǎn)量高。林德公司在90年代以后設(shè)計(jì)的裂解爐主要采用Pyrocrack1-1型爐管。