CN2245612Y - 烃类分段热转化炉 - Google Patents
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Abstract
一种烃类分段热转化炉,它是对原《天然气部分燃烧旋焰乙炔炉》的技术改进,由旋流混合器(I)、旋流组合烧嘴器(Ⅱ)、反应道(Ⅲ)、水急冷装置(Ⅳ)、刮炭装置(Ⅴ)和气液分离器(Ⅵ)六个部分组成;它能将天然气和轻质油进行分段热转化,联产乙炔、乙烯和合成气三种化工原料气,乙烯收率达40%以上,同时增产乙炔和合成气分别达10%和33%,热利用率提高20%以上,单炉生产能力提高1.5倍。
Description
本实用新型属于烃类热转化设备,具体涉及天然气(甲烷,以下同)和轻质油(石脑油或凝析油,以下同)热转化为含乙炔、乙烯和合成气(CO+H2)组***解气的分段热转化炉。
在本申请之前,我们于1995年7月18日申请有名称为《天然气部分燃烧旋焰乙炔炉》的实用新型专利(申请号:95241897.5)。它是天然气部分氧化制乙炔的一种热转化炉,由旋流混合器、旋流组合烧嘴器、反应道、淬火装置和刮炭装置五个部分组成。在这种热转化炉中,天然气和氧气在1500℃左右进行部分燃烧反应,生成含乙炔和含合成气组分的高温裂解气;采用水作急冷剂的淬火装置对燃烧火焰迅速淬火急冷,使裂解气温度从1500℃迅速降至100℃以下,以稳定生成的乙炔,阻止发生二次反应。但是,这样必然导致大量高温热能损失,使乙炔成本增加。
本实用新型的目的在于:针对上述热转化炉的不足,对它进行改造和革新,设计一种能回收利用高温热能的烃类分段热转化炉。
本实用新型的技术构思是:在上述《天然气部分燃烧旋焰乙炔炉》的反应道上段同一园周边上开设喷油孔,采取喷轻质油对天然气燃烧火焰迅速淬火急冷措施,既起阻止裂解气中乙炔发生二次反应的作用;又能利用1500℃左右裂解气的高温热能,使油热转化为含低碳烯烃(主要是乙烯)的油裂解气;对天然气和轻质油分段热转化后的混合裂解气,再用水急冷装置迅速急冷,阻止烯烃发生二次反应。
下面结合附图来说明本实用新型烃类分段热转化炉的结构。
图-1为烃类分段热转化炉的总体结构示意图。在图-1中,I-旋流混合器,II-旋流组合烧嘴器,III-反应道,IV-水急冷装置,V-刮炭装置,VI-气液分离器;A-氧气进口,B-天然气进口,C-辅助氧进口,D-冷却夹套换热介质进口,E-冷却夹套换热介质出口,F-反应道喷油孔,G-水急冷装置进水管,H-刮炭装置进水管,J-点火孔,O-裂解气出口,N-排污口。
本实用新型烃类分段热转化炉为全金属结构,由旋流混合器(I)、旋流组合烧嘴器(II)、反应道(III)、水急冷装置(IV)、刮炭装置(V)和气液分离器(VI)六个部分组装而成。
图-2为旋流混合器(I)的结构详图。在图-2中,1-分配挡板,2-分配孔,3-天然气旋涡器,4-氧气喷嘴,5-高速混合管,6-扩散道;A-氧气进口,B-天然气进口,M-混合气体。
将预热到600-650℃的天然气从天然气进口(B)引入,在流通断面经分配挡板(1)和分配孔(2),使之均匀分配后进入环形断面,再经天然气旋涡器(3)旋出,与由氧气进口(A)引入,并经氧气喷嘴(4)喷出的高速氧气,在高速混合器(5)上端的混合点混合;混合气体以超音速的线速通过高速混合管,再经扩散道(6)进入旋流组合烧嘴器(II)。整个混合过程在数拾微秒之内完成。
旋流混合器(I)的主要设计参数如下:
高速混合管的气体线速:300-800/s
高速混合管的长径比:>2
天然气旋涡器旋槽外旋线水平升角>25度,旋槽程数>2
扩散道锥角:>5度
图-3为旋流组合烧嘴器(II)的结构详图。在图-3中,C-辅助氧导管,K-混合气体旋涡器,L-中心辅氧孔,6-扩散道,M-混合气体。
图-4为旋流组合烧嘴器(II)的烧嘴孔分布图。
旋流组合烧嘴器(II)的扩散道(6),与旋流混合器(I)的扩散道勿合一致,法兰连接。在旋流组合烧嘴器(II)中,由混合气体旋涡器(K)和中心辅氧孔(L)构成一个单元旋流烧嘴;单元旋流烧嘴按正三角形排列组合,构成一个多单元组合旋流烧嘴板(本图例为七单元组合)。混合气体由扩散道(6)经过每个烧嘴的旋涡器(K)形成高速旋转气流,进入反应道(III)进行部分燃烧反应,在1500℃左右的火焰温度下使一部分天然气热转化为乙炔,形成含乙炔和合成气组分的裂解气;辅助氧经每个烧嘴的中心辅氧孔(L),导入反应道(III)起稳定火焰的作用。
旋流组合烧嘴器(II)的主要设计参数如下:
单元烧嘴直径(d):<100mm
单元烧嘴间距:>1.2d
混合气体旋涡器叶片数:>2
混合气体旋涡器叶片外旋线水平升角:>25度
混合气体旋涡器出口旋流速度:>120m/s
中心辅氧孔出口直流速度:>5m/s
图-5为反应道(III)的结构详图。在图-5中,II-旋流组合烧嘴器,III-反应道,IV-水急冷装置,V-刮炭装置;P-冷却夹套,D-冷却夹套换热介质进口,E-冷却夹套换热介质出口,F-反应道喷油孔,J-点火孔。
图-6为图-5的I-I剖面喷油孔分布图。
反应道(III)采用带冷却夹套(P)的全金属园筒型结构。在冷却夹套上设有热补偿器,下端设换热介质进口(D),上端设换热介质出口(E),通过夹套可预热入炉天然气或加热气化入炉轻质油,并确保反应道在高温下不变形;在反应道上端紧靠烧嘴板位置开设一个带视镜的点火孔(J);在反应道上段开设喷油孔(F),均布于同一园周边,其喷油孔位置(即一段热转化区高度L1)由裂解气在反应道的线速和在一段热转化区的停留时间确定;从烧嘴板端面至喷油孔位置的反应道园周面的高度(L1)范围,为一段热转化区,在此区域进行天然气部分燃烧反应,生成含乙炔和合成气组分的天然气裂解气;从喷油孔位置的反应道园周面至水急冷装置端面的高度(L2)范围,为二段热转化区,在此区域利用喷入的轻质油对天然气燃烧火焰进行淬火急冷,阻止生成的乙炔发生二次反应,同时轻质油又可利用1500℃左右的裂解气高温热能进行热裂解,生成合低碳烯烃(主要是乙烯)和合成气组分的油裂解气;天然气和轻质油经过分段热转化后的混合裂解气,温度降至1000℃以下,再采用水急冷装置从反应道中心径向喷水急冷,使混合裂解气温度降至100℃以下,阻止生成的烯烃产生二次反应。
反应道(III)的主要设计参数如下:
裂解气在反应道的线速:>30m/s
喷油孔径(d):Φ3-Φ20mm;间距:5-20d
二段热转化区与一段热转化区的高度比(L1/L2)=1.5--3.5
裂解气在一段热转化区停留时间:0.002-0.005秒
裂解气在二段热转化区停留时间:0.006-0.009秒
本实用新型烃类分段热转化炉的水急冷装置(IV),采用在反应道(III)下端中心能垂直升降的多层水幕式喷头,由中心径向喷水急冷裂解气。可根据二段热转化反应过程的需要,自动、半自动或手动调整反应时间。
本实用新型烃类分段热转化炉的刮炭装置(V),采用环形水冷升降式,手动、半自动或自动刮炭。
本实用新型烃类分段热转化炉,是对在先申请的《天然气部分燃烧旋焰乙炔炉》实用新型的技术改进,它可有效回收利用高温余热,实现一炉联产乙炔、乙烯和合成气三种化工原料气。经过中间试验证明:在天然气热转化处理能力相同的情况下,炉子的热利用率提高20%以上;利用一段热转化的余热对轻质油进行热转化,乙烯收率达40%以上,用2.4吨凝析油可产1吨乙烯,同时还可增产乙炔10%左右,增产合成气33%左右;仅考虑乙炔和乙烯的产量,单炉生产能力提1.5倍左右。本实用新型烃类分段热转化炉,为综合利用我国油气资源,生产乙炔,并联产乙烯和合成气,开辟了一条新途径;对以天然气为原料的现有化肥厂、化工厂进行技术改造,调整产品结构,提高经济效益,具有很高的推广应用价值和前景。
实施例:
以一段热转化天然气处理能力541标m3/h,二段热转化凝析油处理能力306Kg/h的炉子为例。
一、原料性质
1、天然气组成(V%)
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO CO2 N2 H2
98.85 1.19 0.07 0.63 0.11 0.30 0.30 1.55
2、凝析油
相对密度(d)0.7527,特性因素(K)12.18
平均分子量(M)125 芳烃指数(BCMI)11
馏程(℃):初馏点52,50%138,干点350
族组成(W%):
正构烷烃 异构烷烃 环烷烃 芳烃
29.10 43.151 16.192 11.646
二、转化炉关键部件结构尺寸
1、旋流混合器(I)
氧气喷嘴:直径35.3mm
天然气旋涡器:外径86mm,内径57mm,旋槽外旋线水平升角45度,旋槽程数12
高速混合管:内径41mm,长度200mm2、旋流组合烧嘴器(II)
烧嘴板:19单元正三角形排列组合烧嘴,直径262mm
单元烧嘴:直径27mm,辅氧孔Φ3.5mm
混合气旋涡器叶片数:4
混合气旋涡器叶片外旋线水平升角:30度3、反应道(III)
反应道内径:263mm
喷油孔:孔径Φ4mm,孔数14个
一段热转化区高度(L1):140mm
二段热转化区高度(L2):340mm三、出炉裂解气1、裂解气气量:1299标m3/h7、裂解气组成(V%)C2H2 C2H4 CO H2 CO2 CH4 C3H67.00 8.06 10.42 47.68 2.57 10.46 1.23C3H4(甲) C4H4 C4H4(丙) C4H6 C2H60.256 0.234 0.164 0.705 0.251C4H2 芳烃 O2 N20.051 0.62 0.0052 0.306
Claims (5)
1.一种烃类分段热转化炉,由旋流混合器(I)、旋流组合烧嘴器(II)、反应道(III)、水急冷装置(IV)、刮炭装置(V)和气液分离器(VI)六个部分组成,其特征在于所说的反应道(III)是带冷却夹套(P)的全金属园筒型结构,在它的上端设有一个点火孔(J);在它的上段同一园周边上均布开设喷油孔(F),其喷油孔位置(即一段热转化区高度L1)由裂解气在反应道的线速和在一段热转化区的停留时间确定;二段热转化区与一段热转化区的高度比(L2/L1)=1.5-3.5;裂解气在反应道的线速大于30m/s。
2.按照权利要求1所述的烃类分段热转化炉,其特征在于所说的喷油孔(F)孔径(d)为Φ3-Φ20mm,间距为5-20d。
3.按照权利要求1所述的烃烃分段热转化炉,其特征在于所说的冷却夹套(P)上设有热补偿器,下端设有换热介质进口(D),上端设有换热介质出口(E)。
4.按照权利要求1所述的烃类分段热转化炉,其特征在于说的旋流组合烧嘴器(II)是由混合气体旋涡器(K)和中心辅氧孔(L)构成一个单元旋流烧嘴,单元旋流烧嘴按正三角形排列组合构成一个多单元组合旋流烧嘴板;单元旋流烧嘴直径(d)<100mm,间距>1.2d;混合气体旋涡器叶片数>2,叶片外旋线水平升角>25度;混合气体旋涡器出口旋流速度>120m/s,中心辅氧孔出口直流速度>5m/s。
5.按照权利要求1所述的烃类分段热转化炉,其特征在于所说的旋流混合器(I)有氧气进口(A)、天然气进口(B)、分配挡板(1)、分配孔(2)、天然气旋涡器(3)、氧气喷嘴(4)、高速混合管(5)和扩散道(6);高速混合管气体线速为300-800m/s,高速混合管的长径比>2,天然气旋涡器旋槽外旋线水平升角>25度,旋槽程数>2,扩散道锥角>5度。
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- 1995-11-23 CN CN 95242448 patent/CN2245612Y/zh not_active Expired - Lifetime
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