Способ нагрева тяжелого нефтяного остатка в трубчатой печи и трубчатая печь

Изобретения относятся к нефтеперерабатывающей промышленности и могут быть использованы при нагреве нефтяного сырья в трубчатой печи. Способ осуществляют путем подачи в горелки печи в качестве топлива исходного сырья - тяжелого нефтяного остатка, который нагревают в змеевике печи до температуры крекирования и подают в горелки со скоростью не менее 40 м/с. Трубчатая печь включает коробчатый корпус, внутри которого размещены трубы змеевика, настильную стену и горелки, при этом концевая труба змеевика размещена под подом печи и снабжена выводными патрубками, связанными с горелками и сообщенными с трубками для подачи воздуха, газообразного топлива и водяного пара. Изобретения упрощают подготовку топлива к распылению и сжиганию. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

 

Изобретения относятся к нефтеперерабатывающей промышленности и могут быть использованы при нагреве нефтяного сырья в трубчатой печи.

Известен способ нагрева нефтяного сырья в трубчатых печах с использованием в качестве топлива для горения газообразного топлива. (Н.Р.Ентус. Трубчатые печи. Изд. «Химия», 1977 г., с.78).

Известны печи для реализации этого способа, включающие корпус, змеевик, размещенный в камере сгорания, и горелки, которые могут быть расположены как в поду, так и на фронтальных стенах (Справочник нефтепереработчика под ред. Г.А.Ластовкина. Ленинград: Химия, 1986 г., с.304-305).

Известные способ и устройство вполне удовлетворительно работают при наличии газообразного топлива.

Известен способ нагрева тяжелого нефтяного сырья в трубчатых печах с использованием в качестве топлива для горелок жидкого топлива - мазута (товарного котельного топлива), получаемого в процессе переработки нефти (Н.Р.Ентус. Трубчатые печи. Изд. «Химия», 1977 г., с.78-80).

Недостатком известного способа является необходимость подготовки топлива к сжиганию, которая заключается в предварительном его подогреве для достижения хорошей текучести и хорошего распыления в горелках печи. При этом должна соблюдаться необходимая температура подогрева, так как при недогреве жидкого топлива ухудшаются условия его транспортировки и сжигания, а перегрев может вызвать интенсивное парообразование и вспенивание, что приводит к пульсации факела и может быть причиной пожара.

Наиболее близкой к предлагаемой печи по существенным признакам является трубчатая печь, включающая коробчатый корпус со змеевиком, размещенным в камере сгорания и горелками, расположенными на фронтальных стенах под углом 45°. По оси печи размещена настильная стена, на которую и направлены горящие факелы. Горелки установлены с возможностью подвода к ним как жидкого, так и газообразного топлива (Каталог. Трубчатые печи. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1998 г., с.11). При этом при подаче плохо подготовленного жидкого топлива горелки работают неудовлетворительно и могут возникнуть аварийные ситуации.

Таким образом, описанные способ нагрева тяжелого нефтяного сырья и трубчатая печь для осуществления этого способа требуют достаточно сложной подготовки топлива к сжиганию и значительных затрат времени и энергии для этой подготовки.

При создании изобретений ставилась задача упрощения подготовки топлива к сжиганию и сокращение времени подготовки.

Задача решается предлагаемым способом нагрева тяжелого нефтяного остатка в трубчатой печи, включающим подачу в горелки печи предварительно подготовленного топлива с последующим его распылением и сжиганием, в котором согласно изобретению в качестве жидкого топлива подают исходное сырье - тяжелый нефтяной остаток, который нагревают в змеевике печи до температуры крекирования, а затем подают в горелку со скоростью не менее 40 м/с.

Целесообразно жидкое топливо подавать в горелку в количестве 1-4 мас.% на исходное сырье.

На входе в печь в тяжелый нефтяной остаток целесообразно добавить водный конденсат - турбулизатор - в количестве 0,5-2,5 мас.% на исходное сырье.

Использование в качестве жидкого топлива для печи исходного сырья - тяжелого нефтяного остатка, нагретого до температуры крекирования и подаваемого в горелки со скоростью не менее 40 м/с, позволяет отказаться от сложной и длительной подготовки жидкого топлива к сжиганию, повысить надежность, упростить процесс нагрева сырья в печи.

Указанная задача решается также предлагаемой трубчатой печью, включающей коробчатый корпус, внутри которого вдоль фронтальных стен установлены трубы змеевика, настильную стену, размещенную по оси печи, и горелки, установленные на фронтальных стенах, в которой согласно изобретению концевая труба змеевика размещена под подом печи и снабжена выводными патрубками, связанными с горелками печи.

Целесообразно выводные патрубки сообщить с трубками для подачи воздуха, газообразного топлива и водяного пара, оснащенными клапанами расхода и задвижками.

Горелки могут быть установлены на фронтальных стенах под углом 45°.

Концевая труба змеевика, снабженная выводными патрубками, связанными с горелками печи, позволяет направить часть нагреваемого исходного сырья - тяжелого нефтяного остатка - к горелкам в качестве жидкого топлива со скоростью, необходимой для удовлетворительного распыливания топлива и его сжигания, т.е. фактически подготовка жидкого топлива к сжиганию происходит непосредственно в печи.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены

на фиг.1 - трубчатая печь в разрезе, вид спереди;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, где узел «Б» показан схематично.

Способ осуществляют следующим образом. В начале работы пуск и разогрев печи до заданных параметров осуществляют с использованием газообразного топлива с постепенной заменой пускового продукта - газойля - на тяжелый нефтяной остаток с добавкой (0,5-2,5 мас.%) водного конденсата - турбулизатора. Исходный нефтяной остаток с показателями качества, приведенными в таблице 1, подают в трубы печи, где поток нагревают до 460-500°С, в результате исходное сырье испаряется, разлагается (крекируется), приобретая новые значения показателей качества (табл.1, столб.5, 6), характерные для товарного котельного топлива (табл.1, столб.3), используемого в горелках промышленных печей. Затем подготовленный нефтяной остаток уже в виде топлива в количестве 2% на исходное сырье подают в горелки печи.

Таблица 1 Показатели качества нефтепродуктов
№	Наименование	Котельное топливо ГОСТ 10585-75 марки 100 (прототип)	Исходное сырье на входе в змеевик печи	Продукт на входе в горелку печи	Кратность снижения вязкости
печь висбре кинга (УВБ)	печь замедленного коксования (УЗК)	печь УВБ	печь УЗК
1	2	3	4	5	6	7	8
1	1. Плотность при 20°С, кг/м3	не более 1,015	1,018	-	-	-	-
	2. Вязкость, °ВУ, при 80°С	не более 16	3000	12	8	250	375
2	1. Плотность при 20°С, кг/м3	не более 1,015	1,026	-	-	-	-
	2. Вязкость, °ВУ, при 80°С	не более 16	16000	15	10	1066	1600

Из таблицы видно, что вязкость подготовленного топлива на входе в горелку соответствует вязкости котельного топлива.

Трубчатая печь для осуществления предлагаемого способа содержит коробчатый корпус 1, в котором размещены горизонтальные трубы змеевика 2. По оси печи расположена настильная стена 3. Змеевик 2 сообщен с концевой трубой 4, расположенной под подом печи. Концевая труба 4 имеет выводные патрубки 5, связанные с горелками 6, размещенными по углом 45° на фронтальных стенах. К каждой горелке 6 подведены трубки 7 для подачи воздуха с клапаном 8 расхода воздуха, трубки 9 для подачи газообразного топлива с клапаном 10 расхода топлива, трубки 11 подачи водяного пара с запорно-регулирующими задвижками 12, отсечной клапан 13, клапан расхода топлива 14.

Печь работает следующим образом. Исходное сырье - тяжелый нефтяной остаток - подают в трубы змеевика 2. По мере движения потока внутри змеевика 2 вследствие повышения его температуры, крекинга и испарения, сопровождаемых экспоненциальным увеличением объема, скорость потока увеличивается по аналогичной зависимости и достигает значительной величины (40 м/с.) Структура потока внутри трубы также изменяется и переходит от однородной жидкой среды (нефтяной остаток, водный конденсат - турбулизатор) к двухфазной (газопаровой - жидкой) и далее - опять к однофазной - газопаровой (содержание паровой фазы 98-99 об.%),что дает возможность автоматически регулировать поступление жидкого топлива с помощью клапана 14. В таблице 2 приведены технологические показатели потока, свидетельствующие о степени подготовки топлива к распылению и сжиганию.

Таблица 2 Технологические и гидродинамические показатели потока жидкого топлива внутри трубы
№	Процесс	Технологические параметры в концевой трубе змеевика печи	Содержание паровой фазы, об.%	Скорость потока, м/с	Структура потока
температура, °С	давление, МПа
1	2	3	4	5	6	7
1	Печь висбрекинга	490	0,4	98	40	дисперсно-кольцевая
2	Печь УЗК	500	0,5	99	45	дисперсно-кольцевая

В процессе крекинга высоковязкое исходное тяжелое сырье разлагается с образованием низкомолекулярных маловязких компонентов (газ, бензин, легкий и тяжелый газойли), которые являются основными углеводородными компонентами подготовленного топлива. Подготовленное топливо отбирается из концевой трубы 4 по выводному патрубку 5 и подводится к горелке 6 через отсечной клапан 13 и клапан расхода топлива 14. К горелке 6 также подается воздух по трубке 7 через клапан 8. Для пароблокировки и защиты выводных патрубков 5 и клапанов 13 и 14 от закоксовывания в них через запорно-регулирующие задвижки 12 подают водяной пар по трубке 11.

Пониженная вязкость, высокая температура (выше температуры самовоспламенения) и скорость потока поступающего к горелке топлива обуславливают хорошее смешение топлива с воздухом, короткое время воспламенения и полное сгорание высокодисперсных частиц топлива в объеме топки печи без образования дыма и нагара и, следовательно, высокий КПД использования подготовленного топлива.

Таким образом, подготовка топлива к сжиганию происходит непосредственно в трубчатой печи, что сокращает время подготовки и значительно упрощает процесс нагрева исходного сырья.

1. Способ нагрева тяжелого нефтяного остатка в трубчатой печи, включающий подачу в горелки печи предварительно подготовленного жидкого топлива с последующим его распылением и сжиганием, отличающийся тем, что в качестве жидкого топлива используют исходное сырье - тяжелый нефтяной остаток, который нагревают в змеевике печи до температуры крекирования, а затем подают в горелку со скоростью не менее 40 м/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкое топливо подают в горелку в количестве 1-4 мас.% на исходное сырье.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на входе в печь в тяжелый нефтяной остаток добавляют водяной конденсат - турбулизатор - в количестве 0,5-2,5 мас.% на исходное сырье.

4. Трубчатая печь для нагрева тяжелого нефтяного остатка, включающая коробчатый корпус, внутри которого вдоль фронтальных стен установлены трубы змеевика, настильную стену, размещенную по оси печи, и горелки, установленные на фронтальных стенах, отличающаяся тем, что концевая труба змеевика размещена под подом печи и снабжена выводными патрубками, связанными с горелками.

5. Трубчатая печь по п.4, отличающаяся тем, что выводные патрубки сообщены с трубками для подачи воздуха, газообразного топлива и водяного пара, оснащенными клапанами расхода и задвижками.

6. Трубчатая печь по п.4, отличающаяся тем, что горелки установлены на фронтальных стенах под углом 45°.