[发明专利]一种乙烯裂解炉旋流进料装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙烯裂解炉旋流进料装置，包括单口和多口旋流进料装置，具体涉及一种进料猪尾管与裂解炉管具有新型连接结构的旋流进料装置。

背景技术

管式裂解法是目前乙烯生产的主要方法。采用管式裂解炉生产的乙烯约占世界乙烯总产量的99％以上。一般认为，对乙烯裂解反应而言，较高的温度、较短的停留时间、较低的烃分压有利于目标产物(乙烯、丙烯)的生成和抑制副反应的发生。由于原料裂解所需的热量通过管壁传递给裂解物料，裂解温度显然受到辐射管管壁温度的制约，而管壁温度又受到金属材料耐热性能的限制。近年来，由于乙烯生产企业和研究单位的努力，乙烯裂解炉管耐受温度已提高到1150℃左右，但继续提高十分困难。

由于物料流动过程中，物料主体以湍流方式流动，温度相对均匀，而贴近管壁处存在一个以层流方式流动滞流薄层，层流中热量主要以热传导方式通过，管内传热阻力绝大部分集中在滞流薄层中，研究表明，在光滑圆管中，管壁处温度与流体主体温度相差200～300℃，导致的后果是贴近管壁处温度高，裂解反应速度快，但同时也加快了结焦反应的发生；而主体部分温度较低，裂解反应较慢，造成目标产物收率低。

为了解决上述问题，众多乙烯生产企业和科研机构对乙烯裂解炉管结构进行了改进，主要从以下两方面入手：

其一是增大炉管的传热面积：主要技术有：Kellogg公司开发的应用于毫秒炉的单管程小直径管；日本三菱公司开发的椭圆管；Lummus公司的内翅片管(EP0305799，1989)；Exxon公司的直型梅花管(US 011902，1998)等。

其二是强化管内扰流，破坏贴近管壁的滞流层，同时形成螺旋二次流，以减少传热阻力。主要技术有：日本久保田株式会社的具有螺旋翅片的裂化管(JP014403，2003)；中国石化集团、中科院金属所、中石化北京化工研究院的整体铸造内置扭曲片的换热管(CN 1260469A，1999)；LG化学株式会社的管内插入扭片(KR 00387，2002)等。

这些管内强化传热技术的推广应用，均在不同程度上达到了减缓结焦、提高产品收率、降低管壁温度的目的。

但通过增大管内传热面积的方法虽然减小了管内的径向温差，但由于传热面同时也易发生结焦，流通截面的缩小造成了对结焦更为敏感，因而清焦周期缩短，不利于裂解炉的运行。

而通过在强化管内扰流的方法，提高了管内物料的湍流程度和对管壁的冲刷，在一定程度上缩小了管内的径向温差，有利于减弱结焦的生成；同时形成了有利于反应向正方向进行的螺旋二次流，相对于增加管内传热面积，是一种更为有效的强化传热方式，但管内扰流子占据了管内的有效容积，同时管内流动阻力显著增大。另外，管内螺旋扰流结构普遍加工困难，难以推广应用。如上述中国石化集团、中科院金属所、中石化北京化工研究院的整体铸造内置扭曲片的换热管，采用真空冶炼熔模精铸工艺制造，加工长度受到限制，且需分段与光滑炉管进行焊接，焊接部位较多，降低了炉管的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安装方便、强化效果好的裂解炉强化传热装置，乙烯裂解炉旋流进料装置。

通常，乙烯裂解炉管排入口具有限流装置，主要的结构形式有锥形管和猪尾管。猪尾管是连接进气总管和裂解炉管的进料端的柔性管道，其形状通常为U形。其作用主要有两个：一是消除裂解炉管的轴向热应力；二是平衡各裂解炉管的阻力，防止裂解炉管内结焦引起管内阻力发生变化，导致各管排物料流量不一致，从而导致炉管超温而损坏。由于猪尾管的管径远小于裂解炉管，阻力较大，因而裂解炉管内结焦引起的阻力变化不至于改变各炉管的阻力分配。