[实用新型]一种改进的高温裂解炉组合管

说明书

技术领域

本实用新型涉及碳氢化合物如石脑油的裂解的高温裂解炉组合管，尤其涉及一种能够提高烯烃收率的高温裂解炉组合管。

背景技术

碳氢化合物的裂解是采用石脑油、柴油以及类似资源生产如乙烯、丙烯等烯烃的一种反应。石脑油、柴油以及类似资源的主要成分是石蜡基碳氢化合物。

碳氢化合物的裂解通常采用下述方法进行。分别使碳氢化合物和水汽化、混合，再将混合气体预热至600℃左右。然后，混合气体在通过温度高于800℃的高温裂解炉管时发生热裂解反应。

高温裂解反应是吸热反应，因此反应过程中必须要持续供热，以保持反应进行。热源通过辐射传热的方式给裂解炉管持续供热。混合气体通过高温裂解炉管的速度可高达100-200米/秒。

为提高产物烯烃的收率，需要对流经裂解炉管的气体进行快速而均匀的加热，并防止发生过度裂解或者裂解不充分。

如前所述，裂解反应为吸热反应。如果炉管沿半径方向的温度梯度较高，则在管壁附近的碳氢化合物会过度裂解，而位于中心部位的碳氢化合物会裂解不充分，因此造成烯烃收率降低。

而且，裂解炉中混合气体的停留时间越长，烯烃的二次反应就会越剧烈。烯烃的二次反应一般包括：

1)烯烃相互反应，生成芳香族化合物；

2)烯烃发生脱氢反应，转化成乙炔或者二烯烃；

3)烯烃降解，生成甲烷。

这些烯烃的二次反应不仅降低烯烃的收率，而且增加了炉管中的结焦倾向，因而会导致热传导率降低，并缩短高温裂解炉管的工作寿命。

因此，为了缩短混合气体在高温裂解炉管中的停留时间，第一种可能的方法是提高混合气体的流动速度，第二种方法是采用具有较小直径的高温裂解炉管。

上面所述的第一种方法具体来说就是提高混合气体在炉管中的流速。但是，如果混合气体在裂解炉管中的停留时间过短，将没有足够的热量进行反应，碳氢化合物则又可能裂解不充分，从而导致烯烃收率降低。因此，当采用相同直径的裂解炉管时，需要确定合适的停留时间，以使烯烃收率最高。

上面所述的第二种方法为采用较小直径的高温裂解炉管。由于裂解炉管的直径很小，在不同的操作条件下，炉管的断面面积会因为发生结焦快速减少，因此需要经常进行清理结焦。当炉管的有效直径过小时，或者其断面面积因结焦而过于减小时，混合气体的压力降增大，根据其反应机理可知，烯烃收率也会降低。

因此，有不少研究者提供了既可以增加烯烃收率又可以减少结焦的方法，用于热裂解碳氢化合物生产烯烃。

申请号为99118875.6的中国发明专利描述了通过在炉管内设置扭曲片，从而使流经的流体产生湍流或者漩涡，这样可提高传热效率，并且使流体均匀混合，减少炉管的结焦，还可延长运行周期。

然而，此专利的方法只能在一段有限长度的炉管内产生有限的效果，在作用距离外的炉管就不能降低结焦速率，这样在这些作用距离之外的部位的炉管就成为裂解炉运行周期的瓶颈，而扭曲片又不能在炉管中添加得过多，因为过多的扭曲片会使炉管的压力超出运行允许值，影响到流量的均匀分配，从而导致运行周期和处理能力以及烯烃收率等关键性能指标下降。

另外，日本公开专利JP 11,199,876描述了一种在高温裂解炉管中制造突出物的方法。在题述专利中阐述到，由于该突出物的存在，混合气体流经炉管时会与管壁碰撞，这样就可防止其因淤塞和过热而粘着于管壁上，从而达到抑制结焦的作用。

但是，该日本专利在实际使用中证明效果并不好。首先该方法在全部的炉管上都增加了突出物，炉管的阻力增加得较多，本领域技术人员都知道这样会影响裂解产物如乙烯的收率；其次突出物的尺寸相对于炉管内径来说很小，一般只有管径的1/16，其并不能改变整个管内流体的流动状态，只能对很小的部分产生作用，所以这种突出物对炉管的运转周期的延长作用很小。

因此，为解决现有技术中存在的这些问题，本实用新型的发明人提供了以下的改进技术方案。

实用新型内容

本实用新型提供了一种可抑制整根炉管的结焦速率、强化传热、并能够尽量少地增加压力降的组合管。

本实用新型提供的组合管包括一个以上的扭曲片管和与所述扭曲片管沿轴向焊接在一起的强化传热炉管。

具体来说，在本实用新型中，在高温裂解炉管的炉管中安装一个以上的扭曲片管，在扭曲片管作用范围内借助于扭曲片管的作用，同时在扭曲片管作用范围外则采用以下的强化传热炉管的技术，以尽量少地增加压力降：