ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ БЕСПЛАМЕННОГО ГОРЕНИЯ
TUBE FURNACE WITH FLAMELESS COMBUSTION

Изобретение относится к нефтепереработке, в частности к трубчатым печам для нагрева нефтяных остатков в процессах висбрекинга, термокрекинга, замедленного коксования.
Известна трубчатая печь беспламенного горения, включающая камеры конвекции и радиации, в которых размещены конвективный и радиантный змеевики, причем радиантный змеевик из горизонтальных труб размещен в трубных решетках в два вертикальных ряда вдоль центральной оси печи, а беспламенные горелки установлены в боковых стенах корпуса печи и занимают половину ее поверхности, обеспечивая сплошное зеркало излучения [пат. РФ №2231713, МПК F23C 1/08].
Недостатком известной печи является то, что прямым излучением охвачена только половина радиантных труб, которые, к тому же, обогреваются равномерно от сплошного зеркала излучения, последнее обстоятельство исключает возможность регулирования заданного профиля температур по длине змеевика печи, а также времени пребывания сырья в зоне крекинга и, следовательно, достижения максимального межремонтного пробега печи
Известна трубчатая печь, включающая коробчатый корпус с камерами конвекции и радиации, в которых размещены конвективный и радиантный змеевики, и горелки, установленные горизонтально пятью рядами в боковых стенах камеры радиации вдоль радиантных труб длиной от 6 до 18 м в зависимости от тепловой мощности печи. Каждый горизонтальный ряд имеет газовый коллектор, что создает возможность регулирования теплопроизводительности горелок одного ряда и теплопередачи к соответствующему ряду радиантных труб [реферат: Технологические печи-Xreferat.ru, рис.3.2].
Недостатком известной печи является узкая технологическая специализация печи, направленная на процесс пиролиза легкого углеводородного сырья, для управления которым достаточна жесткая схема подключения горелок к газовому коллектору, однако при нагреве и крекинге нефтяных остатков она не позволяет регулировать эффективную длину змеевика с соответствующей корректировкой теплонапряженности и профиля температур при изменении эффективной длины облучаемой поверхности змеевика, времени пребывания сырья в зоне крекинга, заданной величины конверсии в зависимости от свойств исходного сырья и заданного качества продуктов.
При создании изобретения ставилась задача расширения возможностей известной конструкции при проведении термодеструктивных процессов с достижением заданных результатов в оптимальных условиях.
Это достигается тем, что в трубчатой печи беспламенного горения, включающей коробчатый корпус с камерами конвекции и радиации, в которых размещены конвективный и радиантный змеевики и беспламенные горелки, установленные в боковых стенах печи горизонтальными рядами, причем радиантный змеевик выполнен из горизонтальных труб, размещенных в трубных решетках в два вертикальных ряда вдоль центральной оси корпуса печи, согласно изобретению беспламенные горелки сгруппированы в горизонтальные секции с раздельной подачей топлива к каждой горелке внутри секции, при этом вход сырья в радиантный змеевик размещен в подовой части печи.
Вход сырья в радиантный змеевик может быть выполнен одно- или двухпоточным.
Отличительные от прототипа признаки - группировка беспламенных горелок, установленных горизонтальными рядами в боковых стенах в горизонтальные секции с раздельной подачей топлива к каждой горелке внутри секции и размещением одно- или двухпоточного входа сырья в радиантный змеевик в подовой части печи обуславливают возможность регулировки эффективной длины радиантного змеевика печи, времени пребывания сырья в зоне крекинга, заданной величины конверсии в зависимости от свойств исходного сырья, заданного качества продуктов и продолжительности непрерывного пробега печи.
На прилагаемых чертежах представлены две модификации предлагаемой двухкамерной трубчатой печи, где фиг.1 - двухпоточная трубчатая печь в разрезе, вид спереди, фиг.2 - вид сбоку, фиг.1 с вырывом А, фиг.3 - однопоточная трубчатая печь в разрезе, вид спереди, фиг.4 - вид сбоку, фиг.3 с вырывом А.
Печь включает коробчатый корпус 1, камеру конвекции 2 с конвективным змеевиком 3, камеру радиации 4 с радиантным змеевиком 5, трубную решетку 6, беспламенные панельные горелки 7, дымовую трубу 8, линию 9 для ввода сырья в конвективный змеевик 3, линию 10 ввода сырья из камеры конвекции 2 в камеру радиации 4 в подовой части печи 1, линию 11 вывода продуктов крекинга из печи в колонну или реактор (не показаны), первую секцию 12 беспламенных панельных горелок 7, вторую секцию 13, третью секцию 14, четвертую секцию 15, линию 16 ввода топливного газа к коллекторам секций, задвижки 17, 18, 19, 20 на газовых коллекторах 21, 22, 23, 24 первой, второй, третьей и четвертой секций соответственно, задвижки 25(1)-48(1) на линиях подвода топливного газа от коллектора 21 первой секции 12 к панельным горелкам 7 первой секции, задвижки 25(2)-48(2) на линиях подвода топливного газа от коллектора 22 второй секции 13 к панельным горелкам 7 второй секции (номера задвижек не показаны из-за их идентичности), задвижки 25(3)-48(3) от коллектора 23 третьей секции 14 к горелкам 7 третьей секции, задвижки 25(4)-48(4) от коллектора 24 четвертой секции 15 к горелкам 7 четвертой секции.
После пуска установки и разогрева печи на пусковом газойле в змеевик печи по линии 9 вместо пускового продукта подают сырьевую композицию (смесь гудрона с разбавителем, турбулизатором). Поток сырья с температурой 320-380°C поступает по линии ввода 10 из конвективного змеевика 3 камеры конвекции 2 в горизонтальные трубы радиантного змеевика 5 камеры радиации 4, размещенные в трубных решетках 6 вертикально вдоль центральной оси корпуса 1 печи, где нагревается от излучения беспламенных горелок 7, установленных горизонтальными рядами в боковых стенах, сгруппированных в горизонтальные секции 12, 13, 14, 15. Размещение однопоточного или двухпоточного входа сырья по линии 10 в подовой (нижней) части печи и прохождение потоком сырья по радиантному змеевику снизу вверх последовательно через секции 12-15 панельных горелок 7, топливо к которым распределяют от общего коллектора 16, дает возможность регулировки эффективной (облучаемой) длины радиантного змеевика и профиля температуры продукта вдоль него.
По мере прохождения змеевика 5 камеры радиации в районе первой секции 12 панельных горелок 7 температуру сырьевого потока повышают по кривой второго порядка до величины разложения (крекинга) сырья (420-430°C), при этом структура потока внутри трубы также изменяется и переходит от однородной (жидкой среды) к двухфазной (газопаровой - жидкой) с дисперсно-кольцевой структурой; в районе второй секции 13 панельных горелок 7 температуру сырьевого потока поднимают предыдущим образом до 440-460°C, при этом исходное сырье разлагается (крекируется) с образованием низкомолекулярных маловязких компонентов (газ, бензин, легкий и тяжелый газойль), объем потока увеличивается по экспоненциальной зависимости, соответственно, повышается скорость потока и движение потока становится более устойчивым из-за преобладания на большей части змеевика дисперсно-кольцевой структуры потока; в районе третьей секции 14 панельных горелок 7 температуру сырьевого потока повышают плавно до 480°C, при этом в процесс крекинга вовлекаются более термоустойчивые нафтеноароматические углеводороды с дальнейшим увеличением в продуктах крекинга доли низкомолекулярных компонентов; в районе четвертой секции 15 панельных горелок 7 температуру сырьевого потока поднимают до 490-510°C и доводят конверсию сырья до заданной величины. Продукты термообработки (крекинга) выводят из печи по линии 11 в реактор или колонну (не показаны).
Вышеприведенную технологию нагрева и конверсии сырья в трубчатой печи до 9-15% (газ + бензин) применяют в процессах замедленного коксования нефтяных остатков с получением нефтяного кокса и дистиллятных продуктов - сырья для производства моторных топлив.
80°C
Для использования предлагаемой трубчатой печи в процессе висбрекинга нефтяных остатков с сокинг-секцией с получением котельного топлива М 100 с вязкостью ВУ=16°E вышеприведенную динамику повышения температуры сырья сохраняют в районе первой (12) и второй (13) секций панельных горелок 7 соответствующей регулировкой подачи топлива через дистанционно управляемые задвижки 25-48, 25(2)-48(2), а в районе третьей (14) и четвертой (15) секций панельных горелок температуру продукта в змеевике - сокинг-секции - снижают до уровня 440-460°C и выдерживают стабильно до получения заданной конверсии 5-12% (газ + бензин) с получением продукта заданного качества.
Для использования предлагаемой трубчатой печи в процессе печного висбрекинга нефтяных остатков с получением котельного топлива М 100 подачу топлива к панельным горелкам первой секции 12 перекрывают задвижкой 17 на линии 21, при этом эффективная (облучаемая) длина змеевика уменьшается на 25%. В районе второй секции 13 панельных горелок температуру сырьевого потока повышают по кривой второго порядка до величины крекинга сырья (420-430°C), в районе третьей секции 14 панельных горелок температуру сырьевого потока увеличивают до 440-460°C, в районе четвертой секции 15 панельных горелок температуру сырьевого потока повышают до 470-480°C и доводят конверсию сырья до заданной величины 5-12% (газ + бензин) с получением продукта заданного качества. В этом случае поток 11 перед вводом в колонну захолаживается до температуры 350-380°C «холодной струей» (квенчем).
Таким образом, предлагаемая трубчатая печь беспламенного горения позволяет регулировать заданную (эффективную) длину радиантного змеевика, профиль температур на облучаемой поверхности змеевика, время пребывания сырья в зоне крекинга, заданную величину конверсии в зависимости от свойств исходного сырья и заданного качества продуктов.