乙烯裝置中的裂解爐由對流段、輻射段(包括輻射爐管和燃燒器)和急冷鍋爐系統三部分構成。
裂解反應在輻射段爐管中發生生成乙烯和丙烯等產品。對流段回收高溫煙氣余熱,以氣化和過熱原料至反應所需的橫跨溫度,同時預熱鍋爐給水和超高壓蒸汽。急冷鍋爐系統的作用是終止裂解二次反應并回收裂解氣的高溫熱量以產生超高壓蒸汽。
裂解爐的分類
乙烯裂解爐的種類從技術上可分為雙輻射室、單幅射室及毫秒爐。
從爐型上可分為CBL裂解爐(自主研發)、SRT型裂解爐、USC型裂解爐、KTI GK裂解爐、毫秒裂解爐、Pyrocrack型裂解爐。
CBL型裂解爐
CBL爐是我國在20世紀90年代,北京化工研究院、中國石化工程建設公司、蘭州化工機械研究院等多家單位,相繼開發的高選擇性裂解爐。
CBL裂解爐的對流段設置在輻射室上部的一側,對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內設置原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水預熱、原料過熱、稀釋蒸汽過熱、高壓蒸汽過熱段。稀釋蒸汽的注入:二次注汽的為I、Ⅱ型,一次注汽的為Ⅲ型。
主要特點是將對流段中稀釋蒸汽與烴類傳統方式的一次混合改為二次混合新工藝。一次蒸汽與二次蒸汽比例應控制在適當范圍內。采用二次混合新工藝后,物料進入輻射段的溫度可提高50℃以上。
這樣,當裂解深度不變時,裂解溫度可降低5℃-6℃,輻射段煙氣溫度可相應降低20℃-25℃,最高管壁溫度下降14℃-20℃,全爐供熱量可降低約10%。
供熱采用側壁燒嘴與底部燒嘴聯合布置方案,側壁燒嘴為無焰燒嘴,底部燒嘴為油氣聯合燒嘴。
該爐具有裂解選擇性高、調節靈活、運轉周期長等特點。
SRT型裂解爐
SRT型裂解爐即短停留時間爐,是美國魯姆斯(Lummus)公司于1963年開發,1965年工業化,以后又不斷地改進了爐管的爐型及爐子的結構,先后推出了SRT-Ⅰ~Ⅵ型裂解爐。
該爐型的不斷改進,是為了進一步縮短停留時間,改善裂解選擇性,提高乙烯的收率,對不同的裂解原料有較大的靈活性。SRT 型爐是目前世界上大型乙烯裝置中應用最多的爐型。
SRT型裂解爐的對流段設置在輻射室上部的一側,對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內設置進料、稀釋蒸汽和鍋爐給水的預熱。
從SRT-Ⅵ型爐開始,對流段還設置高壓蒸汽過熱,由此取消了高壓蒸汽過熱爐。在對流段預熱原料和稀釋蒸汽過程中,一般采用一次注入蒸汽的方式,當裂解重質原料時,也采用二次注汽。
早期SRT型裂解爐多采用側壁無焰燒嘴燒燃料氣,為適應裂解爐燒油的需要,目前多采用側壁燒嘴和底部燒嘴聯合的布置方案。底部燒嘴最大供熱量可占總熱負荷的70%。SRT-Ⅲ型爐的熱效率達93.5%。
折疊USC型裂解爐
斯通-偉伯斯特(S.W)公司的USC裂解爐(超選擇性裂解爐)為單排雙輻射立管式裂解爐,輻射盤管為W型或U型盤管。由于采用的爐管管徑較小,因而單臺裂解爐盤管組數較多(16-48組)。
每2組或4組輻射盤管配一臺USX型(套管式)一級廢熱鍋爐,多臺USX廢熱鍋爐出口裂解氣再匯總送入一臺二級廢熱鍋爐。后期開始采用雙程套管式廢熱鍋爐(SLE),將兩級廢熱鍋爐合并為一級。
USC型裂解爐對流段設置在輻射室上部一側,對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內設有原料和稀釋蒸汽預熱、鍋爐給水預熱及高壓蒸汽過熱等熱量回收段。大多數USC型裂解爐為一個對流段對應一個輻射室,也有兩個輻射室共用一個對流段的情況。
當裝置燃料全部為氣體燃料時,USC型裂解爐多采用側壁無焰燒嘴;如裝置需要使用部分液體燃料時,則采用側壁燒嘴和底部燒嘴聯合布置的方案。底部燒嘴可燒氣也可燒油,其供熱量可占總熱負荷的60%-70%。
由于USC型裂解爐輻射盤管為小管徑短管長爐管,單管處理能力低,每臺裂解爐盤管數較多。為保證對流段進料能均勻地分配到每根輻射盤管,在輻射盤管入口設置了文丘里噴管。
USC裂解技術是根據停留時間、裂解溫度和烴分壓條件的選擇,使生成的產品中乙烷等副產品較少,乙烯收率較高而命名的。短的停留時間和低的烴分壓使裂解反應具有良好的選擇性。
折疊KTIGK裂解爐
早期的GK—I型裂解爐為雙排立管式裂解爐,20世紀70年代開發的GK一Ⅱ型裂解爐為混排(入口段為雙排,出口段為單排)分支變徑管。
在此基礎上,相繼開發了GK一Ⅲ型、GK一Ⅳ型和GK—V型裂解爐。GK—V型裂解爐為雙程分支變徑管,由于管程減少,管長縮短,停留時間可控制在O.2秒以內。GK型裂解爐一般采用一級廢熱鍋爐。
對流段設置在輻射室上側。對流段除預熱原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水外,還進行高壓蒸汽的過熱。
GK型裂解爐采用側壁燒嘴和底部燒嘴聯合布置的方案。底部燒嘴可燒油也可燒氣,其最大供熱量可占總熱負荷的70%。側壁燒嘴為燒氣的無焰燒嘴。
對不同的裂解原料采用不同的爐管構形,對原料的靈活性較大。新型輻射段爐管的停留時間短,熱效率高。
折疊毫秒裂解爐
凱洛格公司的毫秒爐為立管式裂解爐,其輻射盤管為單程直管。對流段在輻射室上側,原料和稀釋蒸汽在對流段預熱至橫跨溫度后,通過橫跨管和豬尾管由裂解爐底部送入輻射管,物料由下向上流動,由輻射室頂部出輻射管而進入第一廢熱鍋爐。
裂解輕烴時,常設三級廢熱鍋爐;裂解餾分油時,只設兩級廢熱鍋爐。對流段還預熱鍋爐給水并過熱高壓蒸汽,熱效率為93%。
毫秒爐采用底部大燒嘴,可燒氣也可燒油。由于毫秒爐管徑小,單臺爐爐管數量大,為保證輻射管流量均勻,在輻射管入口設置豬尾管控制流量分配。
毫秒爐管徑較小,所需爐管數量多,致使裂解爐結構復雜,投資相對較高。因裂解管是一程,沒有彎頭,阻力降小,烴分壓低,因此乙烯收率比其它爐型高。
折疊Pyrocrack型
林德公司從20世紀60年代開發了Pyrocrack裂解爐,該型裂解爐通常為雙輻射段、單對流段結構。為了適應不同的原料,Pyrocrack裂解爐采用了Pyrocrack4-2、Pyrocrack2-2和Pyrocrack1-1型3種不同的爐管結構。
其中Pyrocrack1-1型選擇性高,停留時間也短,單組爐管處理能力最小但烯烴產量高。林德公司在90年代以后設計的裂解爐主要采用Pyrocrack1-1型爐管。