化工紡織百科：管式裂解爐

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　　guanshi lie jielu

　　管式裂解爐

　　tubular pyrolysis furnace

用于烴類裂解制乙烯及其聯(lián)產(chǎn)品的一種生產(chǎn)設(shè)備，為目前世界上大型石油化工廠所普遍采用(見彩圖[烴類裂解爐] )。沿革 早期的管式裂解爐是沿用石油煉制工業(yè)的加熱爐的結(jié)構(gòu)采用橫置裂解爐管的方箱爐。反應(yīng)管放置在靠墻內(nèi)壁處，采用長火焰燒嘴加熱，爐管表面熱強(qiáng)度低，約為85～125MJ/(mh)。20世紀(jì)50年代，裂解爐結(jié)構(gòu)有較大改進(jìn)，爐管位置由墻壁處移至輻射室中央，并采用短焰?zhèn)缺跓旒訜?，提高了爐管表面熱強(qiáng)度和受熱均勻性。熱強(qiáng)度可達(dá)210MJ/(mh)。至60年代，反應(yīng)管開始由橫置式改為直立吊裝式，這是管式爐的一次重大技術(shù)改進(jìn)。它采用單排管雙面輻射加熱，進(jìn)一步把爐管表面熱強(qiáng)度提高到約250MJ/(mh)，并采用多排短焰?zhèn)缺跓?，以提高反?yīng)的徑向和軸向溫度分布的均勻性。美國魯姆斯公司短停留時(shí)間裂解爐(簡稱 SRT爐)是初期立管式裂解爐的典型裝置?，F(xiàn)在世界上大型乙烯裝置多采用立式裂解反應(yīng)管。結(jié)構(gòu) 管式裂解爐通常由對(duì)流室和輻射室兩部分組成。一般是兩臺(tái)爐子對(duì)稱組合成門字形結(jié)構(gòu)，采用自然或強(qiáng)制排煙系統(tǒng)。SRT爐是最典型的一種管式裂解爐(圖1[SRT管式裂解爐結(jié)構(gòu)] )。對(duì)流室內(nèi)設(shè)有水平放置的數(shù)組換熱管以預(yù)熱原料、工藝稀釋用蒸汽、急冷鍋爐進(jìn)水以及過熱高壓蒸汽等。輻射室由耐火磚(里層)、隔熱磚(外層)砌成。新型爐也有的使用可塑耐火水泥作為耐火材料。裂解爐管懸吊在輻射室中央。這是管式裂解爐的核心部分，裂解反應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及尺寸隨爐型而變。爐膛的側(cè)壁和底部安裝有燃燒器以加熱反應(yīng)管。裂解反應(yīng)產(chǎn)物離開反應(yīng)管后立即進(jìn)入急冷鍋爐，被高壓水驟冷以中止反應(yīng)并生產(chǎn) 10～12MPa的高壓蒸汽，從而回收熱能。急冷鍋爐隨裂解爐型而有所不同。

　　反應(yīng)管材料 過去，一般采用主要成分為含鎳20%、鉻25%的HK-40合金鋼作為裂解反應(yīng)管材料,可耐1050℃高溫。由于工藝要求進(jìn)一步提高爐管表面熱強(qiáng)度，至70年代以后又改用含鎳35%、鉻25%的HP-40合金鋼,可耐1100℃高溫。反應(yīng)管管徑為 2～7in(1in等于2.54cm)，用離心澆鑄法制成，內(nèi)部經(jīng)機(jī)械加工平整以減少反應(yīng)過程的結(jié)焦。

　　爐型 目前國際上應(yīng)用較廣的管式裂解爐有短停留時(shí)間爐、超選擇性爐、林德- 西拉斯?fàn)t、超短停留時(shí)間爐。

短停留時(shí)間爐 是魯姆斯公司在60和70年代開發(fā)的爐型(SRT),有三種:即SRT-、SRT-1及SRT-型(圖2[三種SRT爐的反應(yīng)管排列方式] )，其中SRT-又可分為高選擇性(HS)和高生產(chǎn)能力 (HC)兩種。SRT-型由等徑管組成;SRT-及SRT-則為前細(xì)后粗的變徑管，四股平行進(jìn)料以強(qiáng)化前期加熱，縮短停留時(shí)間和后期降低烴分壓,從而提高選擇性,增加乙烯產(chǎn)率。由于三種反應(yīng)管采用了不同的管徑及排列方式，其工藝特性差異較大(見表[SRT爐的主要工藝特性] )。

　　SRT 型爐是目前世界上大型乙烯裝置中應(yīng)用最多的爐型。中國的燕山石油化工公司，揚(yáng)子石油化工公司和齊魯石油化工公司的 300kt乙烯生產(chǎn)裝置均采用此種裂解爐。

超選擇性裂解爐 簡稱USC爐。它是美國斯通-韋伯斯特公司在70年代開發(fā)的一種爐型，爐子的基本結(jié)構(gòu)與SRT爐大體相同，但反應(yīng)管由多組 W型變徑管組成(圖3[USC爐反應(yīng)管] )，每組四根管,前兩根材質(zhì)為HK-40,后兩根為HP-40，全部離心澆鑄和內(nèi)部機(jī)械加工平整,管徑由小到大，一般為50～83mm,長為10～20m。按照生產(chǎn)能力的要求，每臺(tái)爐可裝16、24或32個(gè)管組，裂解產(chǎn)物離開反應(yīng)管后迅速進(jìn)入一種專用急冷鍋爐(USX),每兩組反應(yīng)管配備一個(gè)急冷鍋爐。

　　USC爐的主要技術(shù)特性為:①采用多組小口徑管并雙面輻射加熱,爐管比表面較大，加熱均勻且熱強(qiáng)度高,從而實(shí)現(xiàn)了0.3s以下的短停留時(shí)間。②采用變徑管以降低過程的烴分壓。短的停留時(shí)間和低的烴分壓使裂解反應(yīng)具有良好的選擇性。

　　USC爐單臺(tái)爐子乙烯年生產(chǎn)能力可達(dá) 40kt。中國大慶石油化工總廠以及世界上很多石油化工廠都采用它來生產(chǎn)乙烯及其聯(lián)產(chǎn)品。

林德-西拉斯裂解爐 簡稱LSCC爐。是林德公司和西拉斯公司在70年代初合作研制而成的一種爐型。爐子的基本結(jié)構(gòu)與SRT爐相似。爐膛中央吊裝構(gòu)形特殊的反應(yīng)管(圖4[LSCC爐反應(yīng)管排列方式] ),每組反應(yīng)管是由12根小口徑管(前8根組成4對(duì)平列管,后4根組成兩對(duì)平列管)以及4根中口徑管(由4根管組成兩對(duì)平列管)和一根大口徑管組成，管徑為6～15cm，管總長45～60m。裂解產(chǎn)物離開反應(yīng)管后立即進(jìn)入急冷鍋爐驟冷。

　　LSCC爐反應(yīng)器的特點(diǎn)是原料入口處為小口徑管雙排雙面輻射加熱，物料能迅速升溫，縮短停留時(shí)間，后繼的反應(yīng)管則為單排雙面輻射，管徑采取逐管增大方式以達(dá)到降低烴分壓的目的。物料在反應(yīng)管中的停留時(shí)間為0.2～0.4s。 短停留時(shí)間和低烴分壓使裂解反應(yīng)具有較高的選擇性，乙烯產(chǎn)率高。

　　LSCC裂解爐在工業(yè)上得到一定的應(yīng)用，單臺(tái)爐的乙烯年產(chǎn)量可達(dá)70kt。

　　超短停留時(shí)間裂解爐 簡稱USRT爐，或稱毫秒裂解爐。是美國凱洛格公司和日本出光石油化學(xué)公司在70年代末共同開發(fā)成功的新型管式裂解爐。爐子由十多根直徑約為2.54cm,長約10m的單根直管并聯(lián)組成。反應(yīng)管吊在輻射室中央，由底部燒嘴進(jìn)行雙面輻射加熱。物料由下部進(jìn)入上部離開并迅速進(jìn)入專用的USX型急冷鍋爐,每兩根反應(yīng)管合用一個(gè)USX，多個(gè)USX合接一個(gè)二次急冷鍋爐。裂解過程停留時(shí)間可低于100ms,從而顯著提高了反應(yīng)的選擇性。同傳統(tǒng)的管式裂解爐相比，乙烯相對(duì)收率約可提高10%，甲烷和燃料油則有所減少。

USRT爐單臺(tái)爐的乙烯年產(chǎn)量為50～60kt。此種爐首次應(yīng)用于日本出光石油化學(xué)公司所屬千葉化工廠的年產(chǎn)300kt乙烯的生產(chǎn)裝置上。中國蘭州石油化學(xué)公司也將采用這種裂解爐生產(chǎn)乙烯。

　　除了上述幾種主要爐型外，工業(yè)上曾得到應(yīng)用的還有日本三菱倒梯臺(tái)爐(采用橢圓形裂解反應(yīng)管)、法國石油研究院(IFP)的梯臺(tái)爐、美國福斯特-惠勒梯臺(tái)爐、多區(qū)爐等，但這些爐子現(xiàn)已很少為生產(chǎn)廠采用。