[发明专利]用于裂解炉的反应器

说明书

本发明涉及一种用于裂解烃的反应器，其中所述反应器具有内壁；所述反应器的特征在于所述内壁包括嵌入在所述内壁的表面中的多个凹形坑。

技术领域

本发明提供了一种用于裂解烃的反应器、一种包括用于裂解烃的反应器的炉、以及一种用于由烃原料产生低碳烯烃的方法。

背景技术

在石油化学工业中，较小的烯烃通常通过热裂解工艺从前体原料产生。该裂解工艺涉及加热包含较大的烃的前体原料。由于热能的增加，前体原料中存在的碳键会断裂，从而将烃分子长链变为更短更小的链。根据所供应的烃和所期望的裂解终产物，引发裂解过程需要的温度可高达一千度。通常，可对诸如停留时间、稀释度、流量、压力等的其它裂解工艺条件进行调节，以实现最高的可能产率。

通常，蒸汽裂解过程在悬挂在大型燃气炉中的反应器内发生，所述燃气炉从外部加热反应器。数十个至数百个这种反应器经常在一个炉中堆叠在一起，以便将生产能力增加到数百万吨每年(kta)。在增加该工艺的产能、提高该工艺的选择性、产率以及/或者热效率的努力中以许多不同的形状和尺寸制造这些反应器，其有时称作裂解管。

在蒸汽裂解过程中，以气体状态供应的前体原料高速流动至反应器，在其中被蒸汽稀释，并在不存在氧气的情况下被加热。但是，作为该过程的结果，可能会在反应器内壁上积累焦炭沉积物，即由碳组成的固体残留物。该焦炭沉积对于这些反应器的生产率具有若干不利影响：

(1)焦炭具有低热导率，因此焦炭的沉积可能会降低系统的热效率，其继而要求增加燃料流速，以维持相同的生产水平，从而进一步增加焦炭沉积速率。此外，悬挂于共同炉中的一系列反应器之间不同的焦炭沉积速率会阻碍维持期望的生产选择性所需要的适当的温度控制。焦炭层的低热导率还会导致更高的管金属温度，其可能会达到所用合金的设计极限。

(2)焦炭的持续沉积可能会降低原料气体可使用的反应器横截面面积，从而导致更高的工艺气体速度和更高的反应器压降。为了补偿该压降，必须增加反应器内的总体压力，这会无意地降低对低碳烯烃的工艺选择性，这是由那些烯烃之间的次级反应的速率增加而导致。

(3)焦炭的存在会降低裂解工艺的碳产率，这是由于否则作为低碳烯烃被收集的所有碳原子反而被并入到焦炭中从而被损失掉。

为了限制焦炭沉积随时间的不利影响，需要定期关闭以便将反应器脱焦。脱焦过程通常涉及将整个炉脱机一天或更多天，以便氧化焦炭沉积物并将其从所有反应器的内壁去除。因此，脱焦过程会通过中断运行长度而显著降低炉的生产率，并由于进行脱焦过程以及随后重启裂解过程需要堆叠材料和能量成本而增加生产成本。另外，鉴于脱焦的放热性质，在脱焦过程中可能会对反应器造成热损害。

内部翅片(例如GB969796中所述)可通过增加内部表面积而实现改善的热传递。但是，随着暴露的反应器表面积增加，与反应器壁接触的层流层也会增加。在该层中，高停留时间与高温结合会增加有价值的产品产率的显著损失。另外，更多的反应器壁被暴露，从而形成焦炭沉积物。因此，尽管各管的热性能可能会被改善，但是对焦炭形成和运行长度的影响可能甚至是负面的。

US5950718旨在通过向反应器壁添加凸起部件(element)，以便打碎层流层并促进湍流混合，来解决这些问题。尽管这种装置可提高热传递系数，但是随着压力形式的势能转化为湍流动能，它们通常会遭受过量的阻力。另外，流动中的这种障碍会引起具有局部高停留时间的回路流型，其易于形成焦炭。这些部件中的每一个的独立焊接还会增加另外的保养风险，这是由于各部件可能会由于它们暴露于的高局部热应力和剪切应力而断开。

因此，存在对容许增加蒸汽裂解反应器和炉的运行长度的新技术的需求。还存在对旨在在热化学处理过程中提高烯烃选择性的技术的需求。还存在对旨在改善热传递的技术的需求。还存在对旨在降低热应力的技术的需求。还存在对旨在通过增加最高工艺气体温度而在更高苛刻性下运行的技术的需求。还存在对旨在通过增加最大负载而在更高吞吐量下运行的技术的需求。还存在对旨在限制压降的发生和/或幅度的技术的需求。

发明内容