[发明专利]两程辐射段炉管的乙烯裂解炉及其在化工领域的应用

说明书

本发明公开了一种两程辐射段炉管的乙烯裂解炉，该乙烯裂解炉包括辐射段，该辐射段具有换热管（10），其中，该换热管（10）中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。本发明还提供该两程辐射段炉管的乙烯裂解炉在化工领域中的应用。通过上述技术方案，在两程辐射段炉管的乙烯裂解炉的辐射段的换热管中设置根据本发明的强化传热元件，不仅实现了良好的传热效果，降低了乙烯裂解炉的结焦速率，延长炉管的清洗周期，还能够便于进行清焦操作，提高乙烯裂解炉的整体性能，还能够有效地降低炉管内的压降，提高产物烯烃的收率，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及化工领域，具体地，涉及一种两程辐射段炉管的乙烯裂解炉及其在石油化工领域的应用。

背景技术

石油烃类裂解制乙烯是一个高温强吸热的过程，因此不仅需要把反应物料加热到比较高的温度以引发裂解反应，而且还需要在反应过程中持续提供足够的能量以达到所需要的转化率。

目前，工业上制取乙烯主要采用管式反应器高温蒸汽热裂解的方法。对于生产乙烯的裂解炉来说，辐射炉管的结构与裂解产品的选择性，裂解产品烯烃收率的提高以及对原料的适应性有着密切的联系，并且是裂解炉结构优化中的最为重要的一部分。近年来，相继出现了单排分支变径，混排分支变径，不分支变径，单程等径等不同结构辐射盘管。目前主流的裂解炉设计公司均采用两程（18-24m）分支变径，两程变径等高选择性炉管，停留时间一般控制在0.15-0.25s之间，第一程通常采用小直径炉管，由于比表面积大能够快速升温，而第二程通常由于是直径较大而降低了结焦敏感性。近十几年来，随着百万吨级乙烯装置的问世，与之相匹配的大型裂解炉得到了很大的发展，世界上建设了几十台的10万吨以上的大型裂解炉，此规模的裂解炉的主要优势是节省10％左右的投资，由于炉子台数减少，便于管理和维修，占地面积也可以相应的减少。对于10-20万吨规模的裂解炉，采用两程炉管裂解炉具有炉管的机械性能改善，热应力减少，乙烯收率提高，以及运转周期适中，裂解选择性高，辐射段炉膛小等特点。二程管的裂解炉在当前的裂解炉中占有主流地位。

在乙烯生产过程中，乙烯生产能耗60%左右消耗于裂解炉，高温能耗大。由于裂解炉管在乙烯装置中操作温度高，管内进行烃类的裂解反应，由于烃类的裂解需要发生聚合和缩合等二次反应，因此不可避免地会在裂解炉管内壁生成焦垢。焦垢使炉管热阻增加，传热系数降低，壁温升高并出现局部过热现象。此外，结焦也使得裂解过程能耗升高，管路内径变小，流体压降增加。从而降低裂解炉的操作周期，降低裂解炉管的使用寿命，压降的增加也降低了乙烯、丙烯等的选择性。因此如何能提高裂解炉管传热效率，延长裂解炉运转周期，这在工业上极为重要。

现在应用的很多强化传热技术都是对于强化对流传热进行研究，以提高炉管管壁到炉管内物料的总传热系数K和对流传热热强度q，公式如下：

其中，δ、δ_f、δ_e分别为炉管管壁厚度、滞流边界层厚度和结焦边界层厚度，λ、λ_f、λ_e、α_t分别为炉管管壁的导热系数、滞流边界层的导热系数、结焦边界层的导热系数和物料的导热系数，T_W和T_t分别为炉管管壁温度和管内物料温度。

近年来，由于原油价格上涨和全球节能减排任务的加重，相关科技人员加强了裂解炉强化传热和降低结焦速率的研究，先后提出了一系列强化传热和抑制结焦的技术。目前比较常用的一种方式就是在管路内设置扭曲片，从而使流经的流体产生湍流或者涡流，这样可以提高传热效率，并且使流体均匀混合，减少炉管的结焦，还可以延长裂解炉的运行周期。然而，增加扭曲片的技术方案会使裂解炉的压力增加，影响到流量的均匀分配，从而导致处理能力以及烯烃收率等关键性指标下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种两程辐射段炉管的乙烯裂解炉，该乙烯裂解炉通过强化传热元件使得换热效果更好。