[发明专利]燃烧空气的预热

说明书

本发明介绍管式燃烧炉燃烧空气的预热。更具体地介绍乙烯工业生产中所使用的蒸汽裂化炉燃烧空气的预热。

众所周知，乙烯生产的基本工艺的工序包括：从乙烷到极重柴油范围的烃的高温蒸汽热解，骤冷所产生的裂化气和再冷却这些裂化气，典型地在分馏器中分离通常液态的烃，把裂化气压缩到大约40公斤/厘米²，把压缩气体制冷到大约-135℃，以及通过一系列的分馏塔对制冷气体加以多次膨胀，以便分离乙烯产品和副产品。通常至少把裂化和最初的骤冷工序称为乙烯生产装置的“热区”。

蒸汽裂化或热解炉具有一个辐射区和一个对流区。通常在对流区内用燃烧气体的废热预热烃进料，该燃烧气体的废热来自进行裂化的辐射区。由于裂化温度是非常高的，因此该辐射区不仅产生大量的废热，而且，不管多么好的炉子设计方案，也具有固有的低热效率。除了烃进料的预热外，也可用升高高压蒸汽的压力来回收对流区的废热，该高压蒸汽是用于乙烯车间下游区的透平驱动中。因为在现代的炉子设计方案中，所产生的蒸汽通常是超过工厂设备的需求量的，所以要把蒸汽输出。由于在输出蒸汽中的热量是由乙烯生产过程的燃料需求量而来的，因此，如果不能从裂化炉充分地得到蒸汽中的热量，则将是能源的损失。

生产气体和制冷剂的压缩需要很大的轴功率，这种轴功率一般是由高压蒸汽的膨胀提供的，高压蒸汽的压力范围一般90公斤/厘米²到140公斤/厘米²，而且高压蒸汽通过大的、通常为多级的蒸汽透平被典型地过热到455℃～540℃。透平机的废蒸汽通过一个多种压力水平的蒸汽系统，压力得到降低，该蒸汽系统是根据总的热平衡和现场的要求而设计的。通常该蒸汽系统必须包括中压透平机，这是为了驱动一些装置，例如锅炉供水泵和鼓风机。该高压蒸汽在本炉子的对流区中，在一个或更多的裂化气骤冷工序中、在一个单独的锅炉中、或在它们的组合系统中得到各种不同程度的升压和过热。

因为回收废热意味着可直接代替新鲜燃料，所以用废热预热燃烧空气是一项大家都知道的减少炉子燃料消耗的技术，在高温热解炉的实例中，辐射区较高的温度差是由于预热的燃烧空气产生较高的辐射热效率引起，并因此导致较少的废热产生。例如，众所周知，可以通过气体透平机来通过一定轴功率和使用高温废气预热燃烧空气。一种更为普通的高水平的热源是置于热解炉对流区中的一个或更多的高温蒸汽蛇管，以及在燃烧空气的预热器中采用高温蒸汽。因为超过空气预热工艺要求的高水平的热量不适合于产生或过热高压蒸汽，而该高压蒸汽用于透平机驱动产生气体和制冷剂压缩的辅助装置，所以上面那些装置虽然是可行的，但热效率是低的。因此，该蒸汽必须由独立燃烧源供给，例如一个独立的锅炉。这种热损失提供各种低水平热源的使用，而得到一定程度的弥补，例如通过置于炉子对流区的一个或更多的冷却器蛇管或从裂化气分馏器回收热量。虽然这些装置同样是可行的，但受到低水平热源温度固有的限制。也就是说，最终预热空气温度被限制到大约230℃，而如果使用过热蒸汽，则高水平热量的采用使最终空气预热温度约为290℃或更高。而且低水平分馏器热量的应用受到分馏器系统中热解油数量的限制，热解油的数量是随裂化原料而变化的。因此，一种液态供料炉可产生足够的油，以便提供燃烧空气的预热;而一个相同的气体供料炉却不可能做到这一点。

因此，本发明的目的是提供一种把燃烧空气预热到相当高的温度而没有热量损失的方法，而该热量损失在使用传统高水平热源时，是不可避免的。

按本发明对在乙烯生产过程中热区所产生的高压蒸汽进行过热，并且至少有部分高压蒸汽通过第一透平机得到膨胀，从而产生轴功率和温度在260和465℃之间的过热的中压蒸汽。至少部分过热的中压蒸汽通过第二透平机得到膨胀，并作为120～325℃的低压蒸汽排出。至少这样产生的部分低压蒸汽和过热的中压蒸汽被用于管式蒸汽裂化炉热区内的燃烧空气的预热。第一和第二透平机通常必须是独立的装置，但它们可能在同一根轴上的两个透平级。

在本发明的最佳实施例中，该燃烧空气是由部分高压蒸汽补充加热的，根据裂化炉、骤冷系统和蒸汽系统的其他设计参数所选择的方案，该部分高压蒸汽可以是饱和的或过热的。我们发现，在裂化炉对流区内的过分高水平的热最好专供过热透平蒸汽之用，并且压力在90和140公斤/厘米²之间的饱和高压蒸汽足以使最终的预热空气的温度达到260～300℃。