本發明專利技術涉及一種用于乙烯裂解爐旋流進料方法及其裝置，提供了一種豬尾管與裂解爐管的連接結構，其特征在于，乙烯裂解爐進料豬尾管與裂解爐管切向連接，且豬尾管進料方向與裂解爐管物料進料之間一夾角，其角度在10～75度之間。豬尾管與裂解爐管相連的進料口為1～16個，當進料口數目大于1時，各進料口沿管壁均勻分布在同一徑向截面上。通過采用該旋流進料方法，可使裂解原料在裂解爐管內形成強烈的螺旋流動，產生有利于裂解反應進行的物料分布，達到強化管內傳熱、提高乙烯收率、減少結焦的目的。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種乙烯裂解爐旋流進料裝置，包括單口和多口旋流進料裝置，具體涉及一種進料豬尾管與裂解爐管具有新型連接結構的旋流進料裝置。
技術介紹
管式裂解法是目前乙烯生產的主要方法。采用管式裂解爐生產的乙烯約占世界乙烯總產量的99%以上。一般認為，對乙烯裂解反應而言，較高的溫度、較短的停留時間、較低的烴分壓有利于目標產物·(乙烯、丙烯)的生成和抑制副反應的發生。由于原料裂解所需的熱量通過管壁傳遞給裂解物料，裂解溫度顯然受到輻射管管壁溫度的制約，而管壁溫度又受到金屬材料耐熱性能的限制。近年來，由于乙烯生產企業和研究單位的努力，乙烯裂解爐管耐受溫度已提高到1150°C左右，但繼續提高十分困難。由于物料流動過程中，物料主體以湍流方式流動，溫度相對均勻，而貼近管壁處存在一個以層流方式流動滯流薄層，層流中熱量主要以熱傳導方式通過，管內傳熱阻力絕大部分集中在滯流薄層中，研究表明，在光滑圓管中，管壁處溫度與流體主體溫度相差200 300°C，導致的后果是貼近管壁處溫度高，裂解反應速度快，但同時也加快了結焦反應的發生；而主體部分溫度較低，裂解反應較慢，造成目標產物收率低。為了解決上述問題，眾多乙烯生產企業和科研機構對乙烯裂解爐管結構進行了改進，主要從以下兩方面入手其一是增大爐管的傳熱面積主要技術有=Kellogg公司開發的應用于毫秒爐的單管程小直徑管；日本三菱公司開發的橢圓管；LUmmUS公司的內翅片管(EP0305799，1989) ;Exxon公司的直型梅花管(US 011902,1998)等。其二是強化管內擾流，破壞貼近管壁的滯流層，同時形成螺旋二次流，以減少傳熱阻力。主要技術有日本久保田株式會社的具有螺旋翅片的裂化管(JP014403，2003);中國石化集團、中科院金屬所、中石化北京化工研究院的整體鑄造內置扭曲片的換熱管(CN1260469A, 1999) ;LG化學株式會社的管內插入扭片(KR 00387,2002)等。這些管內強化傳熱技術的推廣應用，均在不同程度上達到了減緩結焦、提高產品收率、降低管壁溫度的目的。但通過增大管內傳熱面積的方法雖然減小了管內的徑向溫差，但由于傳熱面同時也易發生結焦，流通截面的縮小造成了對結焦更為敏感，因而清焦周期縮短，不利于裂解爐的運行。而通過在強化管內擾流的方法，提高了管內物料的湍流程度和對管壁的沖刷，在一定程度上縮小了管內的徑向溫差，有利于減弱結焦的生成；同時形成了有利于反應向正方向進行的螺旋二次流，相對于增加管內傳熱面積，是一種更為有效的強化傳熱方式，但管內擾流子占據了管內的有效容積，同時管內流動阻力顯著增大。另外，管內螺旋擾流結構普遍加工困難，難以推廣應用。如上述中國石化集團、中科院金屬所、中石化北京化工研究院的整體鑄造內置扭曲片的換熱管，采用真空冶煉熔模精鑄工藝制造，加工長度受到限制，且需分段與光滑爐管進行焊接，焊接部位較多，降低了爐管的可靠性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種安裝方便、強化效果好的裂解爐強化傳熱裝置，乙烯裂解爐旋流進料裝置。通常，乙烯裂解爐管排入口具有限流裝置，主要的結構形式有錐形管和豬尾管。豬尾管是連接進氣總管和裂解爐管的進料端的柔性管道，其形狀通常為U形。其作用主要有兩個一是消除裂解爐管的軸向熱應力；二是平衡各裂解爐管的阻力，防止裂解爐管內結焦引起管內阻力發生變化，導致各管排物料流量不一致，從而導致爐管超溫而損壞。由于豬尾管的管徑遠小于裂解爐管，阻力較大，因而裂解爐管內結焦引起的阻力變化不至于改變各爐管的阻力分配。 通常，豬尾管與裂解爐管的連接方式有兩種一是軸向連接，通過一個大小頭，小端與豬尾管相連，大端與爐管相連；另一種是法向連接，豬尾管從裂解爐管壁處與裂解爐管相垂直連接。本專利技術的技術原理在于通過一種新的豬尾管與裂解爐管的連接結構，利用豬尾管內物料的高速流動，在裂解爐管內形成強烈的螺旋流。通常，豬尾管內徑為裂解爐管的1/3 1/5，因而豬尾管內接近出口處的物料流速為裂解爐管內物料流速的10倍以上，可達到數百米每秒。豬尾管內物料從切向進入裂解爐管，并與裂解爐管軸向呈一定角度，由于物料的初始流動方向和裂解爐管壁的約束，物料在裂解爐管內形成了強烈的螺旋流動。由于螺旋流產生的離心作用，密度較大的反應物流體微團向管壁方向運動，而密度較小的生成物流體微團向管子中心方向運動，形成了具有一定濃度梯度的濃度場。由于反應所需的熱量是由管壁向管內傳遞的，因而靠近管壁處溫度較高，有利于反應的進行，而遠離管壁處溫度較低，不利于反應進行，因此，螺旋形二次流的產生促進了乙烯裂解反應的進行。同時，高速的螺旋流動對管壁產生強烈的沖刷，減薄了滯流層，因此減少了傳熱阻力，使管內流體的溫度更接近于管壁溫度。本專利技術是通過以下技術方案實現的一種裂解爐旋流進料裝置，其特征在于，所述的旋流進料裝置包括單口旋流進料裝置和多口旋流進料裝置；所述的單口旋流進料裝置包括一根帶有進料口 3的豬尾管I與裂解爐管2連通，豬尾管I與裂解爐管2切向連接，在豬尾管I與裂解爐管2的連接處，豬尾管I的物料沿裂解爐管2的柱面切向進入裂解爐管2(使得豬尾管中的物料沿裂解爐管管壁進入進而形成螺旋流)，且豬尾管I的進料方向與裂解爐管2的物料流動方向呈銳角夾角θ，Θ為10 75。；所述的多口旋流進料裝置包括一根豬尾管I延伸出一根徑向環繞裂解爐管2環形分布管4，環形分布管4帶有至少兩根支管5與裂解爐管2連通，環形分布管4與支管5的連接時平滑的，支管5與裂解爐管2切向連接，在連接處支管5的物料沿裂解爐管2的柱面切向進入裂解爐管2 (使得支管5的物料沿裂解爐管管壁進入進而形成螺旋流)，且分支管5的進料方向與裂解爐管2的物料流動方向呈銳角夾角θ，Θ為10 75°，分支管5的各進料口 3均勻分布在裂解爐管2管壁的同一徑向截面上。上述方案中，進料口 3優選為為I 16個。所述的豬尾管I中的物料進料方向與裂解爐管2的物料流動方向所呈的夾角Θ為20 45°。有益效果本專利技術的優勢及進步在于①乙烯裂解爐進料豬尾管與裂解爐管切向連接，在乙烯裂解爐進料豬尾管與裂解爐管的連接部位，進料豬尾管內壁與裂解爐管內壁相內切，可利用豬尾管內物料高速流動的動能，在裂解爐管內產生強烈的螺旋流動，螺旋流對管壁的高速沖刷破壞了物料貼近管壁處的滯流層，減小了傳熱阻力，因此有利于降低管壁溫度，減少結焦，進而可降低溫差推動力，即可降低爐膛溫度，減少燃料消耗；同時能夠延長爐管的使用壽命。②由于螺旋流的產生，裂解爐管內的物料形成了有利于裂解反應進行的濃度分布，因而能夠提高乙烯等目標產物的收率。③本技術專利技術實施方便，不改變裂解爐管結構，旋流進料部分可以整體鑄造成型，也可以現場焊接加工。既能適用于新建裝置，也能用于舊裝置技術改造，同時，由于旋流進料部分位于爐膛之外，溫度較低，因而對材質的要求也較低，實施更為方便。 附圖說明圖I為單口旋流進料裝置的正面視圖，其中I為豬尾管，2為裂解爐管，Θ為豬尾管進料方向與裂解爐管物料流動方向的夾角。圖2為單口旋流進料裝置徑向剖面圖，剖切方向見圖I中A-A。其中I為豬尾管，2為裂解爐管，3為進料口。圖3為單口旋流進料裝置正面剖視圖，剖切方向見圖2中B-B，其中I為豬尾管，2為裂解爐管，3為進料口。 圖4為具有四個分支的多口旋流進料本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種裂解爐旋流進料裝置，所述的旋流進料裝置包括單口旋流進料裝置和多口旋流進料裝置，其特征在于：所述的單口旋流進料裝置包括一根帶有進料口3的豬尾管1與裂解爐管2連通，豬尾管1與裂解爐管2切向連接，在豬尾管1與裂解爐管2的連接處，豬尾管1的物料沿裂解爐管2的柱面切向進入裂解爐管2，且豬尾管1的進料方向與裂解爐管2的物料流動方向呈銳角夾角θ，θ為10～75°；所述的多口旋流進料裝置包括一根豬尾管1延伸出一根徑向環繞裂解爐管2環形分布管4，環形分布管4帶有至少兩根支管5與裂解爐管2連通，環形分布管4與支管5的連接是平滑的，支管5與裂解爐管2切向連接，在連接處，豬尾管1中經支管5的物料沿裂解爐管2的柱面切向進入裂解爐管2，且豬尾管1中的物料進料方向與裂解爐管2的物料流動方向呈銳角夾角θ，θ為10～75°，支管5的各進料口3均勻分布在裂解爐管2管壁的同一徑向截面上。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：曾力丁，涂善東，朱冬生，
申請(專利權)人：華東理工大學，
類型：發明
國別省市：
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