乙烯裝置中的裂解爐由對流段、輻射段(包括輻射爐管和燃燒器)和急冷鍋爐系統(tǒng)三部分構成。
裂解反應在輻射段爐管中發(fā)生生成乙烯和丙烯等產(chǎn)品。對流段回收高溫煙氣余熱,以氣化和過熱原料至反應所需的橫跨溫度,同時預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并回收裂解氣的高溫熱量以產(chǎn)生超高壓蒸汽。
裂解爐的分類
乙烯裂解爐的種類從技術上可分為雙輻射室、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爐是我國在20世紀90年代,北京化工研究院、中國石化工程建設公司、蘭州化工機械研究院等多家單位,相繼開發(fā)的高選擇性裂解爐。
CBL裂解爐的對流段設置在輻射室上部的一側,對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內(nèi)設置原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水預熱、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。
主要特點是將對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控制在適當范圍內(nèi)。采用二次混合新工藝后,物料進入輻射段的溫度可提高50℃以上。
這樣,當裂解深度不變時,裂解溫度可降低5℃-6℃,輻射段煙氣溫度可相應降低20℃-25℃,最高管壁溫度下降14℃-20℃,全爐供熱量可降低約10%。
供熱采用側壁燒嘴與底部燒嘴聯(lián)合布置方案,側壁燒嘴為無焰燒嘴,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、運轉周期長等特點。
SRT型裂解爐
SRT型裂解爐即短停留時間爐,是美國魯姆斯(Lummus)公司于1963年開發(fā),1965年工業(yè)化,以后又不斷地改進了爐管的爐型及爐子的結構,先后推出了SRT-Ⅰ~Ⅵ型裂解爐。
該爐型的不斷改進,是為了進一步縮短停留時間,改善裂解選擇性,提高乙烯的收率,對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用最多的爐型。
SRT型裂解爐的對流段設置在輻射室上部的一側,對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內(nèi)設置進料、稀釋蒸汽和鍋爐給水的預熱。
從SRT-Ⅵ型爐開始,對流段還設置高壓蒸汽過熱,由此取消了高壓蒸汽過熱爐。在對流段預熱原料和稀釋蒸汽過程中,一般采用一次注入蒸汽的方式,當裂解重質(zhì)原料時,也采用二次注汽。
早期SRT型裂解爐多采用側壁無焰燒嘴燒燃料氣,為適應裂解爐燒油的需要,目前多采用側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荷的70%。SRT-Ⅲ型爐的熱效率達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USX型(套管式)一級廢熱鍋爐,多臺USX廢熱鍋爐出口裂解氣再匯總送入一臺二級廢熱鍋爐。后期開始采用雙程套管式廢熱鍋爐(SLE),將兩級廢熱鍋爐合并為一級。
USC型裂解爐對流段設置在輻射室上部一側,對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內(nèi)設有原料和稀釋蒸汽預熱、鍋爐給水預熱及高壓蒸汽過熱等熱量回收段。大多數(shù)USC型裂解爐為一個對流段對應一個輻射室,也有兩個輻射室共用一個對流段的情況。
當裝置燃料全部為氣體燃料時,USC型裂解爐多采用側壁無焰燒嘴;如裝置需要使用部分液體燃料時,則采用側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荷的60%-70%。
由于USC型裂解爐輻射盤管為小管徑短管長爐管,單管處理能力低,每臺裂解爐盤管數(shù)較多。為保證對流段進料能均勻地分配到每根輻射盤管,在輻射盤管入口設置了文丘里噴管。
USC裂解技術是根據(jù)停留時間、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。短的停留時間和低的烴分壓使裂解反應具有良好的選擇性。
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,管長縮短,停留時間可控制在O.2秒以內(nèi)。GK型裂解爐一般采用一級廢熱鍋爐。
對流段設置在輻射室上側。對流段除預熱原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水外,還進行高壓蒸汽的過熱。
GK型裂解爐采用側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荷的70%。側壁燒嘴為燒氣的無焰燒嘴。
對不同的裂解原料采用不同的爐管構形,對原料的靈活性較大。新型輻射段爐管的停留時間短,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。對流段在輻射室上側,原料和稀釋蒸汽在對流段預熱至橫跨溫度后,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,由輻射室頂部出輻射管而進入第一廢熱鍋爐。
裂解輕烴時,常設三級廢熱鍋爐;裂解餾分油時,只設兩級廢熱鍋爐。對流段還預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,單臺爐爐管數(shù)量大,為保證輻射管流量均勻,在輻射管入口設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,致使裂解爐結構復雜,投資相對較高。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、單對流段結構。為了適應不同的原料,Pyrocrack裂解爐采用了Pyrocrack4-2、Pyrocrack2-2和Pyrocrack1-1型3種不同的爐管結構。
其中Pyrocrack1-1型選擇性高,停留時間也短,單組爐管處理能力最小但烯烴產(chǎn)量高。林德公司在90年代以后設計的裂解爐主要采用Pyrocrack1-1型爐管。