узел ввода раствора ингибитора коксоотложения в трубчатых печах пиролиза углеводородного сырья

Формула изобретения

1. Узел ввода раствора ингибитора коксоотложения в трубчатых печах пиролиза углеводородного сырья, включающий прямой участок змеевика с патрубком для подвода сырья, распылитель ингибитора, трубку для подвода ингибитора к распылителю и охватывающую ее дополнительную трубку, расположенные соосно, отличающийся тем, что он снабжен струевыпрямителем, подавляющим крупномасштабную турбулентность вниз по потоку, соосно расположенным в прямом участке змеевика, в зоне впрыскивания раствора ингибитора.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что в качестве распылителя используется центробежная форсунка.

3. Узел по п.1, отличающийся тем, что струевыпрямитель выполнен из радиальных лопастей и цилиндрических колец, при этом радиальные лопасти прикреплены к дополнительной трубке симметрично относительно ее оси, а цилиндрические кольца прикреплены к радиальным лопастям соосно с дополнительной трубкой и образуют канал, ступенчато расширяющийся по направлению потока.

4. Узел по п.3, отличающийся тем, что струевыпрямитель содержит от трех до пяти цилиндрических колец, а ширина колец увеличивается по направлению потока от 0,25 до 0,9 внутреннего диаметра прямого участка змеевика у первого и последнего колец соответственно.

5. Узел по п.3, отличающийся тем, что расстояние от передней части лопасти до места врезки патрубка подвода сырья составляет не менее двух внутренних диаметров прямого участка змеевика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтехимической промышленности и предназначено для использования в установках для производства этилена и пропилена термическим пиролизом углеводородного сырья.

В настоящее время все мировое производство этилена и пропилена основано на пиролизе углеводородного сырья в трубчатых печах в присутствии водяного пара. Сырьем служат этан и пропанбутановые смеси, а также бензиновые и газойлевые фракции. Обычно печь пиролиза имеет две камеры, конвекционную и радиационную. В конвекционной камере сырье, протекающее по змеевику, испаряют, смешивают с паром и подогревают до 550...650^oC. В радиационной камере смесь подогревают до 750...950^oC. При пиролизе образуются этилен, пропилен, бутилены и ряд побочных продуктов. Основной проблемой при этом процессе является образование отложений кокса на стенке змеевика радиационной камеры. В большинстве печей отложения кокса удаляют, выжигая их смесью пара и кислорода. Применяются также трубчатые печи пиролиза, в которых коксоотложение предотвращается путем подачи в поток сырья ингибитора, содержащего, например, соединения щелочных металлов. Ингибитор подается через узел ввода, расположенный вблизи границы конвекционной и радиационной частей змеевика.

Известен узел ввода раствора ингибитора коксоотолжения в трубчатых печах пиролиза углеводородного сырья, включающий прямой участок змеевика с патрубком для подвода сырья, распылитель ингибитора, трубку для подвода ингибитора к распылителю и охватывающую ее дополнительную трубку, расположенные соосно (см. EP 0617112 A2, Bogner A.E. et al, High temperature liquid injtction apparatus).

В этой конструкции дополнительная трубка, охватывающая распылитель ингибитора, выполняет функции защитной гильзы, предохраняющей стенки змеевика от попадания на них жидкого раствора ингибитора. Однако дополнительная трубка часто прогорает. Следом за ней прогорают и стенки змеевика. Прогар вызывается тем, что капли раствора ингибитора периодически попадают на нагретую металлическую стенку вблизи от места впрыска. Многократно повторяющиеся изменения температуры вызывают разрушение металла от термической усталости.

Изобретение решает задачу устранения прогаров змеевика в зоне впрыскивания раствора ингибитора.

Указанная задача решается тем, что узел ввода раствора ингибитора коксоотложения в трубчатых печах пиролиза углеводородного сырья, включающий прямой участок змеевика с патрубком для подвода сырья, распылитель ингибитора, трубку для подвода ингибитора к распылителю и охватывающую ее дополнительную трубку, расположенные соосно, снабжен струевыпрямителем, подавляющим крупномасштабную турбулентность вниз по потоку, соосно расположенным в прямом участке змеевика в зоне впрыскивания раствора ингибитора.

Струевыпрямитель представляет собой аэродинамическую решетку, которая разделяет поток сырья на отдельные струи, параллельные оси прямого участка змеевика. Вниз по потоку от струевыпрямителя на протяжении нескольких диаметров прямого участка змеевика турбулентность в потоке сырья снижена. В этой зоне скорость радиального переноса примесей в потоке путем турбулентной диффузии также снижена. Время, необходимое для перемещения капель раствора ингибитора из ядра потока сырья в простеночную область течения, возрастает, и испарение капель завершается прежде, чем они могли бы достигнуть стенки. Это предотвращает возможность прогара стенок.

Применительно к частным случаям выполнения и использования изобретение характеризуется следующими признаками:

в качестве распылителя используется центробежная форсунка;

струевыпрямитель выполнен из радиальных лопастей и цилиндрических колец, при этом радиальные лопасти прикреплены к дополнительной трубке симметрично относительно ее оси, а цилиндрические кольца прикреплены к радиальным лопастям соосно с дополнительной трубкой и образуют канал, ступенчато расширяющийся по направлению потока;

струевыпрямитель содержит от трех до пяти цилиндрических колец, а ширина колец увеличивается по направлению потока от 0,25 до 0,9 внутреннего диаметра прямого участка змеевика у первого и последнего колец соответственно;

расстояние от передней части лопасти до места врезки патрубка подвода сырья составляет не менее двух внутренних диаметров прямого участка змеевика.

На фиг. 1 изображен общий вид узла ввода; на фиг. 2 - струевыпрямитель и форсунка в разрезе.

Узел ввода включает прямой участок змеевика 1 с фланцем 2, патрубками 3 и 4 и вставку, содержащую ответный фланец 5, трубку для подвода ингибитора 6, дополнительную трубку 7, распылитель, в качестве которого использована центробежная форсунка 8, и струевыпрямитель, образуемый радиальными лопастями 9 и цилиндрическими кольцами 10, 11, 12 и 13. Вставка центрируется в прямом участке змеевика 1 по фланцу 2 и выступам радиальных лопастей 9. Цилиндрические кольца 10, 11, 12 и 13 прикреплены к радиальным лопастям 9 соосно с дополнительной трубкой 7 и образуют канал, ступенчато расширяющийся по направлению потока.

Узел ввода работает следующим образом. Через патрубки 3 и 4 поток сырья, поступающий из змеевиков конвекционной части печи (не показаны), попадает в прямой участок змеевика 1, относящийся к радиационной части печи. Водный раствор ингибитора коксоотложения поступает под давлением через трубку для подвода ингибитора 6 от внешнего источника (не показан) к центробежной форсунке 8 и впрыскивается в поток сырья.

Цилиндрические кольца 10, 11, 12 и 13 в сочетании с радиальными лопастями 9 образуют струевыпрямитель, который разделяет поток сырья на отдельные струи, параллельные оси прямого участка змеевика. Результатом воздействия струевыпрямителя на поток является снижение турбулентности на протяжении 5.. . 10 диаметров прямого участка змеевика вниз по потоку. В этой зоне скорость радиального переноса примесей в потоке сырья путем турбулентной диффузии резко снижена. Вследствие этого попадание капель раствора ингибитора из ядра потока сырья в пристеночную область течения замедляется настолько, что испарение капель успевает завершиться прежде, чем они могли бы достигнуть стенки. Частицы ингибитора, образовавшиеся из капелек раствора после испарения воды, при попадании на стенку змеевика не оказывают вредного влияния на ее прочность.

Для обеспечения эффективности действия струевыпрямителя применены четыре цилиндрических кольца 10, 11, 12 и 13, а их ширина увеличивается от 0,25 у кольца 10 до 0,9 у кольца 13 по отношению к внутреннему диаметру прямого участка змеевика 1. Ширина колец выбрана по экспериментальным данным. Число колец выбрано с учетом того, что эффективность действия струевыпрямителей с числом колец меньше трех резко снижается, а струевыпрямители с числом колец более пяти в условиях работы узла ввода нежелательны, так как сильно загромождают сечение потока.

Достоинством центробежной форсунки являются относительно большие сечения каналов, по которым протекает жидкость, что делает эту форсунку менее подверженной засорению и менее чувствительной к образованию отложений.

Дополнительное увеличение эффективности действия узла ввода достигается путем снижения интенсивности турбулентности потока на входе в струевыпрямитель за счет того, что расстояние от передней кромки радиальных лопастей 9 до места врезки ближайшего патрубка подвода сырья 4 выдерживается не менее двух внутренних диаметров змеевика.

Испытания узла ввода раствора ингибитора, изготовленного в соответствии с данным изобретением, приведенные в промышленных условиях на 12 экземплярах узла ввода, установленных на 6 печах пиролиза, дали положительные результаты. В ходе испытаний, продолжавшихся 11 месяцев, не было зарегистрировано ни одного случая отказа узла ввода ингибитора или прогара змеевика в районе установки узла ввода.