В нефтяной промышленности широкое распространение получили такие процессы переработки нефтяного сырья в псевдоожиженном слое как непрерывное коксование нефтяных остатков в псевдоожиженном слое коксового теплоносителя, каталитический крекинг, каталитический риформинг и другие.
Системы с псевдоожиженным слоем характеризуются высокой эффективностью теплопередачи от слоя к погруженной в него поверхности нагрева. В зависимости от скорости газа в псевдоожиженном слое, физических свойств и размера частиц величина коэффициента теплоотдачи от слоя к стенке поверхности нагрева может достигать до 600 ккал1м час°С, г по некоторым данным и 1000 ккал1м час°С.
Высокая эффективность теплопередачи от псевдоожиженного слоя к стенке используется в ряде процессов переработки нефтяного сырья, например, для отвода избыточного количества тепла из зоны регенерации установках каталитического крекинга и в других процессах химической технологии с псевдоожих енном слоем. Однако теплопередача от исевдоожиженного слоя к стенке еше не получила широкого применения в промышленных масштабах, хотя для этого имеются большие возможности.
В описываемом изобретении предлагается использование теплопередачи от псевдоожиженного слоя к стенке поверхности для нагрева различных видов жидкого и газообразного сырья в трубчатых печах.
Перспективы получения больших количеств порошкообразного нефтяного кокса в процессе коксования нефтяных остатков наряду со зна№ 127352-2-
чительными ресурсами угольной мелочи, образующейся при добыче угля, а также высокая эффективность теплопередачи от псевдоожиженного слоя к степке поверхности нагрева приводят к целесообразности разработки различных конструкций нагревателей с псевдоожиженным слоем сжигаемого пороц1кообразного топлива для нагрева жидких и газообразных продуктов (нефти, дестиллатных и остаточных нефтепродуктов, продуктов химических производств, нефтяного газа, пара, воздуха и др.) и проведения химических реакций.
Предлагаемые нагреватели с псевдоожиженным слоем сжигаемого порошкообразного твердого топлива в зависимости от назначения и производительности могут иметь различное конструктивное оформление и их можно подразделить на два основных типа: 1) нагреватели с горизонтальным расположением труб, 2) нагреватели с вертикальным расположением труб.
Нагреватели этих типов могут быть как с одной, так и с несколькими секциями псевдоожиженного слоя, различающимся по тепловому режиму. Нагреватели первого типа могут иметь как параллельное, так и последовательное секционирование слоя, а в нагревате.тях второго типа целесообразно лищь параллельное секционирование слоя. В целях эффективного использования теплы дымовых газов, покидающих псевдоожиженный слой сжигаемого топлива, нагреватели могут иметь камеру конвекции с высокими скоростями отходящих дымовых газов. При значительном содержании в отходящих дымовых газах окиси углерода должен быть, осуществлен дожиг ее в двуокись углерода.
Ниже рассматриваются варианты конструктивного оформления нагревателей с псевдоожиженным слоем сжигаемого нефтяного кокса на примере нагрева нефти.
1. Нагреватели с горизонтальным расположением труб На фиг. 1 представлена принципиальная конструкция односекционного нагревателя с камерой конвекции. Нагреватель представляет собой аппарат прямоугольного поперечного сечения, выложенный внутри огнеупорным кирпичом. Наружная кладка нагревателя выполнена из изоляционного кирпича. Снаружи нагреватель облицован листовой сталью. Порошкообразный нефтяной кокс лежит на металлической решетке или на днище, выложенном из пористого кирпича, под которое подается идущий на горение и псевдоожижение кокса воздух. Пройдя через отверстия днища, воздух входит в псевдоожиженный слой. Кислород воздуха вступает в реакцию окисления с коксом, а выходящие из слоя дымовые газы, пройдя через камеру конвекции, выбрасываются в атмосферу. Для улавливания и возврата в нагревате.чь уносимой с дымовыми газами коксовой пыли может быть использована циклонная система пылеулавливания. Подача в нагреватель новых порций кокса взамен сгоревшего производится по нескольким трубам, расположенным по периферии, и регулируется автоматически, например, по перепаду давления в псевдоожиженном слое.
Нагреваемая нефть поступает в трубы конвекционной секции, а из них -в трубы, расположенные в псевдоожиженном слое. Проходя по трубам, нефть нагревается до заданной температуры и выходит из нагревателя.
На фиг. 2 показана принципиальная конструкция многосекционного нагревателя с параллельным секционированием слоя. Отличие этого нагревателя от представленного на фиг. I состоит лишь в том, что он разделен перегородками на несколько параллельных секций. Перегородки имеют высоту, несколько большую высоты псевдоожиженного слоя. В перегородках имеются перетоки, по которым кокс из одной секции
перетекает в другую секцию. Расход возуха в каждой секции нагревателя устанавливается и регулируется независимо от его расхода в других секциях. Благодаря этому тепловой и гидродинамический режим, а следовательно и тепловая производительность каждой секции не зависит от режима работы других секций. Подобного типа нагрева1ель может быть рекомендован для нагрева как одного, так и нескольких независимых потоков жидкости или газа.
На фиг. 3 представлена принципиальная конструкция многосекционного нагревателя с последовательным секционированием слоя. Несколькими горизонтальными перегородками из пористого кирпича или металлическими решетками нагреватель разделен на несколько секций, расположенных одна над другой. Порошкообразный нефтяной кокс пост пает в верхнюю секцию и по переточным устройствам перетекает в нижележаш.ие секции. Воздух, идуш,ий на горение и псевдоожижение кокса, поступает под решетку нижней секции и проходит последовательно через все секции. Дополнительный воздух подается во все другие секции. Высота псевдоожиженного слоя во всех секциях, включая и верхнюю, поддерживается постоянной при помош,и саморегулируюпд,ихся переточных устройств. Таким образом, подача кокса на верхнюю секцию автоматически устанавливается равной количеству сгорающего в нагревателе кокса.
Переточные устройства представляют собой трубу с установленным на определенном расстоянии от ее обреза диском. При правильном выборе геометрических размеров трубы и диска уровень псевдоолсиженного слоя поддерживается на уровне обреза трубы в достаточно большом диапазоне изменения расхода кокса с данной секции. Работа таких саморегулируюш,ихся переточных устройств в достаточной степени изучена и они с успехом применяются в реакторах и регенераторах каталитического крекинга.
Благодаря движению порошкообразного топлива сверху вниз и его горению, более интенсивному в нижней секции, средний размер час1иц в секциях уменьшается по направлению сверху вниз. В нижней секции находятся самые мелкие частицы топлива, которые постепенно сгорают полностью, а взамен их с вышележащей секции поступают более крупные частицы. В связи с тем, что в верхней секции нагревателя находятся самые крупные частицы, их унос при наличии циклонной системы пылеулавливания практически отсутствует.
Регулировка тепловой производительности каждой секции нагревателя осуществляется изменением расхода воздуха, поступающего под нижнюю секцию и под каждую выщележащую секцию. Благодаря достаточно широкому диапазон} скоростей, обеспечивающих достаточную степень псевдоожил ения, и возрастанию размера частиц снизу вверх тепловая производительность нагревателя и каждой его секции может изменяться в 5 и даже более раз. В целях повыщения к. п. д. нагревателя представляется целесообразным в верхней секции избегать сжигания порошкообразного топлива и для нагрева продукта в этой секции использовать тепло псевдоожиженного слоя, нагретого отходящими с нижележащей секции дымовыми газами, практически не содержащими кислорода. В этом случае к. н.д. нагревателя будет значительно выше, чем у нагревателя с обычной конвекционной камерой. Предлагаемый нагреватель может быть использован как для нагрева одного потока жидкости или газа, поступающего в верхнюю секцию и выходящего из нижней секции, так и для нагрева нескольких независимых потоков продукта. Последнее представляется возможным благодаря полунезависимой регулировке теплового режима в каждой секции.
-3-№ 127352
№ 127352-4-
2. Нагреватели с вертикальным расположением труб.
Одна из возможных конструкций односекционного нагревателя с вертикальным расположением труб представлена на фиг. 4. В данном нагревателе соединение труб глухое. Нагреватели с вертикальным расположением труб могут быть многосекционными, с параллельным расположением секций.
Регулировка тепловой производительности всех типов нагревателен с псевдоож женным слоем сжигаемого топлива, производится путем изменения расхода воздуха на горение. При этом наряду с гидродинамическим режимом в псевдоожиженном слое может изменяться и температурный режим. Как уже отмечалось, подобный метод регулировки позволяет изменять тепловую производительность нагревателей в довольно широких пределах (в.5 п более раз). Кроме того, во всех нагревателях, кроме многосекциопных с последовательным секционированием слоя, тепловая производительность может регулироваться также и изменением поверхности погруженных в псевдоожиженный слой труб, т. е. изменением высоты псевдоожиженного слоя.
Пуск нагревателей с псевдоожиженным слоем горящего топлива осуш,ествляется путем прогрева слоя горячими дымовыми газами, обрззуюпдимися в пусковых газовых печах, с последующим переходом па воздущпое дутье. Подобный метод разжига псевдоожиженного слоя топлива в нефтяной промышленности освоен и применяется в регенераторах .промыщленных установок каталитического крекинга и коксонагревателях установок непрерывного коксования.
Основными достоинствами печей предлагаемого типа являются:
1)высокий коэффициент теплопередачи и, как следствие этого, высокая теплонапряжепность поверхности нагрева при сравнительно невысоко разности температур между псевдоожиженным слоем горящего порошкообразного топлива и нагреваемым продуктом; при средней разности температур 200°С теплонапряженность поверхности нагрева может достигать величины более 100000 ккал/м -час, что примерно в 2 разя превьщает теплонапряженность поверхности нягрева оадиантных труб современных трубчатых печей для нагрева нефтепродуктов г; в 4-6 паз превышает среднюю теплонапряженность труб этих печей:
2)небольшая величина поверхности нагрева и более низкий расход металла по сравнению с современ-ными трубчатыми печами; 3) компактность; 4) использование менее п,енного твердого топлива; 5) более низкие температуры теплопередаюшей среды, а следовательно, более высокая продолжительность срока службы труб.
Предмет изобретения
Способ нагрева жидких и газообразных продуктов, отличающийся тем, что, с целью повышения теплопередачи и увеличения производительности нагревательных печей, нагрев продукта осуществляют через поверхность нагрева, погруженную в псевдоожиженный слой сжигаемого порошкообразного топлива.
вход измельченного топлива токс
Выход дымобык газоё
Вход нагребаепого продукта
Вход изпельченного топ/шва iHOKCi
Выход . npodt/кта
о оооо
о ооооо|
оо ооо
Вход изкеаьченноео топаиоа (кокса)
о о оооо
О/.6; о оло ;
.ci. .6;. .р .. о.--р-. ;.-.р.-.р.--о -а- . ;. Q;.;Q--P: :о.-.:.о jo: OI-.-O--Q. . oi.--:о.. О;.о.. р ...;-6.-.о:-.р ...p-io. .о: Ъ;... ; 6;-;-р.-р-.-.о.,);V ..о o--o--6-:Q
Ч1ХХЧ-ХЛХ XI
У у я Х ЧУчР У члз ч.
Выход ЗщпоВьа газод
Вкод продукта
ООООО (х о оооо о оооо
Фиг. 2
Вход иэнелма .. топпиби IKOKCI
Выход дымобых гааоо
Вход простата
й-vp.-r.o; .О-.Ь.-б-:/qi .;. о: о . . о; -.о. . р; с( : 
-вход доздука
.о/. ;.&: Ъ: у.о; vq;,-;o.; о; .; а;-о :-.b ;-cj;:;-Q-..
;o;;.Q-;.:Q: o-;o p-,
ВымЗ npoSu rrs ;;vq ; D;;vO Vb-:-b.;-.-i4i:
vTИ «VSУ S XГ йS T w
Фиг.
Вход гахо апельчеююео
топлиВа
ЯрО&АИЛГ
(кокса)
Выход дыновьа
o ooccfcr - Вход
Выход проЛ/ктаВход баздут
