專利名稱：：乙烯爐輻射段爐管除焦方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于對乙烯裝置的爐子除焦的方法。利用爐管出口溫度的變化量控制除焦方法的開始。在除焦工藝過程中，控制空氣流量、水蒸汽流量和爐管出口溫度，以防止管子損壞、使除焦時間最小化和使結(jié)焦物除去最大化。
背景技術(shù)：
：乙烯在世界上大量生產(chǎn)，主要用作其它材料用的化學(xué)結(jié)構(gòu)單元(buildingblock)。乙烯作為大量的中間體產(chǎn)物出現(xiàn)于19世紀(jì)40年代，此時油和化學(xué)品生產(chǎn)公司開始從煉油廠廢氣中分離乙烯，或者由從煉油廠副產(chǎn)物流得到的乙垸和由天然氣制備乙烯。大多數(shù)乙烯是通過用水蒸汽熱裂解烴制備的。典型的乙烯裂解爐的布置示于圖1中。烴裂解通常發(fā)生在爐子的輻射段中的燃燒的管狀反應(yīng)器中。在對流段，烴流可以通過與來自爐子燃燒器的廢氣熱交換而預(yù)熱，并且使用水蒸汽進(jìn)一步加熱，以將溫度升高至初始的裂解溫度，取決于原料典型地為500-680°C。預(yù)熱后，原料流進(jìn)入到管形式的爐子的輻射段，其在本文中稱作輻射段爐管。應(yīng)當(dāng)理解，所述和所要求保護(hù)的方法可以在具有任何類型的輻射段爐管的乙烯裂解爐中進(jìn)行。在輻射段爐管中，將烴流在受控的停留時間、溫度和壓力下短時間地加熱，典型地加熱至約780-895"C的范圍內(nèi)的溫度。在原料流中的烴裂解成為更小的分子，包括乙烯和其它烯烴。然后使用各種分離或化學(xué)處理步驟，將裂解的產(chǎn)物分離成為所需要的產(chǎn)物。在裂解工藝過程中生成各種副產(chǎn)物。在生成的副產(chǎn)物中，有結(jié)焦物，所述的結(jié)焦物可以沉積在爐子中的管的表面上。輻射段爐管的結(jié)焦降低了傳熱和裂解工藝的效率以及增加爐管的壓降。因此，周期性地，達(dá)到極限，并且需要對爐管除焦。乙烯爐的除焦典型地隔20至70天進(jìn)行。由于除焦過程通常難以監(jiān)測，因此現(xiàn)有的除焦程序是根據(jù)經(jīng)驗通過使空氣和水蒸汽流量以過去可接受的值勻變(ramp)而完成的。使用這些工序，可能難以控制結(jié)焦物燃燒速率。還難以檢測需要更慢、更謹(jǐn)慎的除焦程序的條件(空氣流量的更慢勻變)。這可能導(dǎo)致?lián)p壞輻射段爐管或者不適宜慢的除焦，從而延長爐子停工時間和減少產(chǎn)量。例如，為了避免損壞輻射段爐管，一些更謹(jǐn)慎的除焦程序在除焦程序開始時利用低的空氣和水蒸汽流量和流量勻變速率，以避免快速結(jié)焦物燃燒。這些更謹(jǐn)慎的除焦程序可能導(dǎo)致增加的停工時間和損失產(chǎn)量。另一方面，太快的空氣和水蒸汽流量和流量勻變速率可能引起爐管侵蝕或局部快速燃燒，這可能損壞輻射段爐管。當(dāng)首先將空氣引入爐子中以開始結(jié)焦物的燃燒時，可能發(fā)生輻射段爐管的過熱，從而引起爐管壽命降低。初始空氣引入步驟的控制是困難的，原因在于不能獲得結(jié)焦物燃燒速率的直接測量。為了避免爐管損壞，此步驟通常非常慢地進(jìn)行，這可能不必要地延長用于除焦過程的時間。解決此問題的一種嘗試包括使用流出物分析儀，以監(jiān)測在結(jié)焦物燃燒過程中的C02的形成。這些分析儀通常在除焦過程開始時不適用，原因在于相對少量的C02存在。此外，C02分析可能難以說明，原因在于它實際上是消耗的空氣百分比的度量，而不是結(jié)焦物的燃燒速率。在除焦前結(jié)焦物剝落也是一個問題。結(jié)焦物可能由于在即將除焦之前的工藝擾動而從爐管上剝落并且聚集在輻射段爐管中。此材料非常容易燃燒，結(jié)果，管子區(qū)域可能過熱。目前使用的方法可能難以檢測結(jié)焦物剝落，目前采用的方法典型地是視覺檢査，或通過測量爐管壓降。因而，需要有一種用于對乙烯爐除焦的方法，該方法可以改善控制，以減少用于除焦過程的時間和避免或降低對輻射段爐管的損壞。發(fā)明概述本發(fā)明是一種利用爐管出口溫度(COT)的變化量控制除焦過程的方法?？刂频綘t子中的輻射段爐管的水蒸汽和空氣流量，以將COT保持在預(yù)定的水平。將水蒸汽和空氣流量以及COT在預(yù)定的水平保持足以允許在輻射管上的結(jié)焦物燃燒的時間。通過監(jiān)測量平均和單個爐管COT以及水蒸汽和空氣流量，可以實現(xiàn)對結(jié)焦物燃燒的更有效控制?？刂瓶諝饬髁俊⑺羝髁亢蜖t管溫度，直到來自輻射段爐管的流出物氣體中的CO2水平低于0.1體積％，或者低于分析儀或其它分析方法的檢測下限。在本發(fā)明方法的優(yōu)點中有除焦過程更迅速和除焦過程的控制改善，以避免或減少輻射段爐管的損壞。基于下面所述的優(yōu)選實施方案的描述，所述方法的其它優(yōu)點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是明顯的。附圖簡述圖1顯示典型的乙烯裂解裝置的示意圖。優(yōu)選實施方案詳述本發(fā)明涉及一種用于對乙烯裂解爐除焦的方法。該方法通常包括將空氣和水蒸汽引入到爐子中的輻射段爐管，并且在監(jiān)測爐子中爐管的爐管出口溫度(COT)的同時，加熱所述的爐管。利用輻射段爐管的COT的變化量來控制除焦過程改善了對過程的控制，由此減少了除焦時間并且降低或消除了對爐子中的爐管的損壞。該過程的下列描述可以用于任何乙烯裂解爐。具體的流量和溫度參數(shù)將由特定爐子的裝置操作者基于操作經(jīng)驗、運(yùn)行時長、原料特性、裝置操作的嚴(yán)格性和其它可變量確定。用于乙烯爐除焦的典型參數(shù)提供于下面的實施例1和2中。通常，本發(fā)明的方法包括對乙烯爐中的輻射段爐管提供水蒸汽，并且使用爐子燃燒器加熱輻射段爐管，以達(dá)到預(yù)定的平均COT。然后，使用熱輸入控制器固定爐子的燃料流量和空氣調(diào)節(jié)位置，以將平均COT保持在預(yù)定的溫度。保持燃燒器燃燒速率恒定和水蒸汽流量恒定，然后對輻射段爐管提供除焦空氣流。將除焦空氣加入到每根爐管中，同時觀察每根爐管的COT。調(diào)節(jié)除焦空氣流量，以實現(xiàn)一根或多根爐管COT的預(yù)定升高。當(dāng)空氣流動開始時觀察到的COT的升高是爐管中結(jié)焦物燃燒開始的結(jié)果，因為水蒸汽流量和燃燒器燃燒保持恒定。將輻射段爐管的溫度在預(yù)定的溫度保持一定的時間，典型地約1小時。根據(jù)需要在保持水蒸汽流量和燃燒器燃燒速率恒定的同時調(diào)節(jié)空氣流量，以將爐管保持在預(yù)定的COT。再次增加到輻射段爐管的空氣流量，并且調(diào)節(jié)空氣流量，以在輻射段爐管中達(dá)到預(yù)定更高的COT。將輻射段爐管的COT大致在預(yù)定的COT保持預(yù)定的時間。然后如上所述將達(dá)到在最熱爐管中的更高預(yù)定COT所需要的空氣流量與計算的理論最小量比較，以確定在管子中是否存在剝落的結(jié)焦物。如果檢測到剝落的結(jié)焦物，則通過保持或增大空氣流量，將爐子保持在目前的COT。一旦空氣流量達(dá)到理論最小值的約300%，則開始下一步驟。如在下面的實施例1中所述，然后將水蒸汽和空氣流量用來計算通過燃燒結(jié)焦物釋放的熱量和單位時間結(jié)焦物燃燒量。然后將結(jié)焦物燃燒速率與空氣流量比較，以確定實際的空氣流量和在該速率下燃燒結(jié)焦物所需要的化學(xué)計量最小量之間的關(guān)系。然后，將COT控制器與熱負(fù)荷控制器串聯(lián)安置。然后使空氣以預(yù)定的速率勻變，從而根據(jù)需要調(diào)節(jié)水蒸汽流量，以在爐子的爐管中的所有點處保持低于150m/sec的速度。然后各自調(diào)節(jié)空氣流量和水蒸汽流量，以達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)并且保持，直到完成除焦。如在下面所示的優(yōu)選實施方案的詳述中所述，對于本發(fā)明方法的示例性實施方案，提供處理時間、速度和COT增量。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到本文中所述的優(yōu)選實施方案的描述及提供的溫度變化量反映類似爐子和操作裝置的近似值。在實際的實踐中，操作者可能必須改變流量、溫度或時間以反映各種操作參數(shù)的作用，例如延長的運(yùn)行時長、特殊的原料特性、操作的嚴(yán)格性或可能己經(jīng)發(fā)生的工藝擾動。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以使用本文中所述的教導(dǎo)，以在需要時調(diào)節(jié)本文中所述的具體參數(shù)的值，從而使用COT達(dá)到需要的結(jié)果，以監(jiān)測除焦過程的進(jìn)展。優(yōu)選地，本文中描述的方法可以由操作者手動進(jìn)行，以使操作者能夠在空氣引入的過程中評價初始結(jié)焦物燃燒，在此過程中，監(jiān)測和爐子調(diào)節(jié)的次數(shù)和頻率是最關(guān)鍵的。此外，盡管該方法意欲預(yù)防和防止極快速結(jié)焦物燃燒，但是操作者通常適宜的是在過程中不時在視覺上檢査爐管(高溫計)，以檢測任何熱點。但是，在這點上本發(fā)明不受限制，并且適宜時，可以使用自動順序控制器進(jìn)行該方法。還注意的是，該方法典型地需要在一些步驟的過程中將燃料熱負(fù)荷控制器與COT控制器串聯(lián)使用，以基于COT控制燃燒?？梢允褂萌绫绢I(lǐng)域中已知的其它控制方法，以控制COT和/或控制燃燒。下面提供的詳細(xì)描述對如在典型的乙烯爐中進(jìn)行的方法進(jìn)行描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，需要時可以修改如本文中所述的方法，從而使其在具有各種設(shè)計的乙烯爐中進(jìn)行。實施例1步驟1.當(dāng)爐子已經(jīng)準(zhǔn)備好除焦時，將燃料熱負(fù)荷控制器串聯(lián)到平均COT控制器。對爐子以使得管子中的流動速度為100至125m/sec這樣的流量提供稀釋水蒸汽流。應(yīng)當(dāng)使平均COT設(shè)定值勻變至低于最終除焦溫度的約40'C至6(TC。需要時，由COT控制器調(diào)節(jié)燃料燃燒速率，以將COT保持在需要的設(shè)定值。優(yōu)選將水蒸汽流量和平均COT溫度如上所述保持約1小時。步驟2.通過斷開燃料熱負(fù)荷控制器到平均COT控制器的串聯(lián)，將燃料燃燒控制置于熱負(fù)荷控制(即，QIC)中。將燃燒熱負(fù)荷保持恒定。將水蒸汽流量保持在與步驟1中使用的相同水平。加入除焦空氣，同時觀察每根爐管的COT。如果空氣流量太低以致于不能從流量計中得到讀數(shù)，則必須使用除焦空氣閥位來控制空氣流量。因此，適宜的是確保空氣控制閥在每次除焦程序之前被校正。應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)除焦空氣流量，以在約30分鐘內(nèi)，將在爐管中COT升高約10至30°C，優(yōu)選約20°C。在此步驟中發(fā)生的COT升高的原因在于爐管中結(jié)焦物開始燃燒。如果在爐管COT升高約2(TC之前達(dá)到最大空氣流量(如下所述確定的化學(xué)計量最小流量的600%)，則立即進(jìn)行步驟4。在爐管中達(dá)到目標(biāo)COT之后，需要時在保持燃料燃燒和除焦水蒸汽流量恒定的同時調(diào)節(jié)(即，保持、降低或增加)空氣流量，將爐管中的約85(TC的COT保持約一(l)小時。步驟3.相等地增加到每根爐管的除焦空氣流量(如果需要，再次通過閥位)，直到COT升高約20°C。應(yīng)當(dāng)使空氣流量向上勻變，使得在約30分鐘內(nèi)達(dá)到目標(biāo)COT。此COT是最終的除焦COT并且在程序的余下時間保持，除非在對流或輻射段中達(dá)到管冶金上的極限。然后，如本領(lǐng)域已知的，計算對于COT升高2(TC需要的化學(xué)計量最小的空氣流量。然后，將最小空氣流量與實際空氣流量比較。如果空氣流量低于化學(xué)計量最小量的300%，則將爐子保持在目前的COT，直到空氣達(dá)到最小量的300%。如果在1小時期間的任何時間，最大空氣流量達(dá)到化學(xué)計量最小量的約600。/。并且COT開始下降，則立即進(jìn)行步驟4。步驟4.此時，可以通過如下完成除焦使用已經(jīng)建立并且已知的方法如使空氣和水蒸汽流量勻變，以達(dá)到最終的目標(biāo)值并且保持，直到完成除焦。勻變步驟可以基于時間間隔或基于如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的流出物的C02分析的結(jié)果來設(shè)置。實施例2對于特定的4爐管爐的示例性詳細(xì)除焦程序提供在后附的方法描述中和總結(jié)于表1中。應(yīng)當(dāng)理解，上面所述的示例性方法不意在以任何方式限制本發(fā)明，并且僅是為了描述本發(fā)明方法的具體實施方案而提供的。雖然上面描述了本發(fā)明的具體實施方案，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，在沒有偏離本發(fā)明如后附權(quán)利要求所述的范圍的情況下，可以對上述的方法進(jìn)行大量的變化或改變。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權(quán)利要求1.一種用于對乙烯爐中的輻射段爐管除焦的方法，該方法包括以下步驟(a)提供水蒸汽流并且使所述爐子中的燃燒器燃燒以加熱所述輻射段爐管，從而達(dá)到預(yù)定的平均爐管出口溫度；(b)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恒定的同時，將空氣流提供給所述輻射段爐管，并且調(diào)節(jié)空氣的流量，以達(dá)到所述輻射段爐管中爐管出口溫度的第一預(yù)定變化量；和(c)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恒定的同時，將空氣流提供給所述輻射段爐管，并且調(diào)節(jié)空氣的流量，以達(dá)到所述輻射段爐管中爐管出口溫度至除焦溫度的第二預(yù)定變化量。2.權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟-(d)確定將爐管出口溫度升高爐管出口溫度的第二預(yù)定變化量所需要的化學(xué)計量最小空氣量；和(e)將爐管出口溫度升高爐管出口溫度的第二預(yù)定變化量所需要的化學(xué)計量最小空氣量與實際的空氣流量進(jìn)行比較，以確定結(jié)焦物燃燒速率。3.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定的平均爐管出口溫度為約83(TC，爐管出口溫度的第一預(yù)定變化量為約20°C，并且爐管出口溫度的第二預(yù)定變化量為約20°C，使得最終的除焦溫度為約870°C。4.權(quán)利要求2所述的方法，該方法還包括以下步驟-(g)在確定所述結(jié)焦物燃燒速率之后，進(jìn)一步調(diào)節(jié)到所述爐管的空氣流量和燃燒器燃燒速率，以調(diào)節(jié)結(jié)焦物燃燒速率。5.權(quán)利要求1所述的方法，其中將水蒸汽流量保持在使得所述輻射段爐管中的所述水蒸汽和空氣的總流速在約75至175m/sec之間這樣的流6.權(quán)利要求l所述的方法，該方法還包括在步驟(c)之后的以下步驟(i)將用來達(dá)到所述爐管中的爐管出口溫度預(yù)定變化量的實際空氣流量與計算的理論最小量進(jìn)行比較，以確定在所述爐管中是否存在剝落的結(jié)焦物；和(ii)如果確定存在剝落的結(jié)焦物，則調(diào)節(jié)空氣流量以保持所述爐管中的爐管出口溫度，直到所述實際空氣流量達(dá)到所述理論最小量的約200%至400%，之后開始使水蒸汽和空氣勻變。7.權(quán)利要求1所述的方法，其中將步驟(a)中的所述預(yù)定的平均爐管出口溫度保持約1小時的時間。8.—種用于對乙烯爐中的輻射段爐管除焦的方法，該方法包括以下步驟(a)提供水蒸汽流并且使所述爐子中的燃燒器燃燒以加熱所述輻射段爐管，從而達(dá)到預(yù)定的平均爐管出口溫度，并且將所述輻射段爐管在所述預(yù)定的平均爐管出口溫度保持預(yù)定的時間；(b)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恒定的同時，將空氣流提供給所述輻射段爐管，并且調(diào)節(jié)空氣的流量，以達(dá)到所述輻射段爐管中爐管出口溫度的第一預(yù)定變化量；(c)將所述輻射段爐管在步驟(b)達(dá)到的爐管出口溫度保持預(yù)定的時間；禾口(d)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恒定的同時，調(diào)節(jié)空氣流量，直到在所述輻射段爐管中的爐管出口溫度達(dá)到所述輻射段爐管中爐管出口溫度至除焦溫度的第二預(yù)定變化量，使得所述除焦溫度比步驟(a)中達(dá)到的所述輻射段爐管中的平均爐管出口溫度高約2(TC至8(rC。9.權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(a)中的初始預(yù)定平均爐管出口溫度為約830。C，步驟(b)之后的爐管出口溫度為約850°C，并且所述除焦溫度為約870°C。10.權(quán)利要求8所述的方法，該方法還包括以下步驟(e)在完成步驟(d)并達(dá)到所述除焦溫度之后，將爐管出口溫度升高至所述除焦溫度所需要的化學(xué)計量最小空氣量與實際需要的空氣流量進(jìn)行比較，以確定結(jié)焦物燃燒速率；和(f)在確定所述結(jié)焦物燃燒速率后，進(jìn)一步調(diào)節(jié)到所述爐管的空氣流量和燃燒器燃燒速率，以調(diào)節(jié)結(jié)焦物燃燒速率。11.權(quán)利要求8所述的方法，其中將水蒸汽流量保持在使得所述輻射段爐管中的水蒸汽和空氣的總流速在約75至175m/sec之間這樣的流量。12.權(quán)利要求8所述的方法，該方法還包括在步驟(d)之后的以下步驟(i)將用來達(dá)到所述爐管中的所述預(yù)定的爐管出口溫度的實際空氣流量與計算的理論最小量進(jìn)行比較，以確定在所述爐管中是否存在剝落的結(jié)焦物；和(ii)如果確定存在剝落的結(jié)焦物，則調(diào)節(jié)空氣流量以保持所述爐管中的爐管出口溫度，直到所述空氣流量達(dá)到所述理論最小量的200%至400%，之后開始使所述水蒸汽和空氣勻變。13.權(quán)利要求8所述的方法，其中將步驟(a)的所述預(yù)定的平均爐管溫度保持約l小時的時間。14.一種用于對乙烯爐中的輻射段爐管除焦的方法，該方法包括以下步驟(a)提供水蒸汽流并且使所述爐子中的燃燒器燃燒以加熱所述輻射段爐管，從而達(dá)到約83(TC的平均爐管出口溫度，并且將所述輻射段爐管在約83(TC的平均爐管溫度保持約1小時；(b)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恒定的同時，將空氣流提供給所述輻射段爐管，并且調(diào)節(jié)空氣的流量，以在所述輻射段爐管中達(dá)到約850。C的爐管出口溫度；(c)將所述輻射段爐管中的爐管出口溫度在約85(TC保持約1小時的時間；(d)在保持水蒸汽流量和爐子燃燒器燃燒速率恒定的同時，調(diào)節(jié)空氣流量，直到在所述輻射段爐管中的爐管出口溫度升高至約87(TC;(e)確定將爐管出口溫度升高至87(TC所需要的化學(xué)計量最小空氣量，并且將該流量與實際空氣流量進(jìn)行比較，以確定是否存在剝落的結(jié)焦物；禾口(f)利用這種比較，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)空氣流量和燃燒器燃燒速率。全文摘要本發(fā)明提供對在乙烯裂解裝置中的輻射段爐管除焦的方法。該除焦方法通過監(jiān)測爐管出口溫度以控制在所述輻射段爐管中的結(jié)焦物的燃燒速率來控制。在除焦工藝過程中，控制空氣流量、水蒸汽流量和爐管出口溫度，以防止管子損壞、使除焦時間最小化和使結(jié)焦物去除最大化。文檔編號C10G9/16GK101679879SQ200880015130公開日2010年3月24日申請日期2008年5月7日優(yōu)先權(quán)日2007年5月7日發(fā)明者布賴恩·基恩·蘇利文,弗蘭克·麥克卡西,斯蒂芬·德哈恩,查爾斯·艾莫里·納吉,芭芭拉·斯坦加托申請人:魯姆斯科技公司