CN101113366B - 一种烃类高温裂解结焦评价中试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烃类高温裂解结焦评价中试装置，该装置主要包括原料输运、气化、预热、裂解、尾气处理以及烧焦系统。本发明综合考虑了烃类高温裂解生产工艺特点，停留时间、出口温度和横跨温度等参数，能完全模拟实际生产条件。本裂解结焦评价中试装置结构简单、实施方便、可长时间运行，适合对各种烃类裂解抑制结焦技术进行中试放大和抗结焦效果评价，可有效的解决实验室成果放大难的问题，为各种抑制结焦技术的工业化实施提供了可靠的中试设备保证。

Description

一种烃类高温裂解结焦评价中试装置 

技术领域

本发明涉及一种用于烃类高温裂解结焦评价的中试装置，通过模拟烃类高温裂解生产实际工艺参数，达到对烃类原料高温裂解结焦中试评价的目的。 

背景技术

目前生产烯烃的方法主要是烃类高温热裂解。烃类高温热裂解不可避免地会在裂解炉管内壁结焦。结焦会使管壁传热系数降低，为了达到所需的裂解温度，必须提高裂解炉管外壁的温度，这样会大大减少炉管的使用寿命。同时结焦也使管内径变小，增加流体压降，减少装置处理量。当结焦达到一定程度，裂解炉必须停车清焦，清焦温度一般在800℃左右。随着清焦次数的增加，炉管的结焦速率加快。频繁清焦将会影响乙烯产量，增加费用，降低经济效益。且在清焦周期内，炉管渗碳现象更为严重，大大缩短了炉管的使用寿命。 

因此，抑制结焦为保证裂解炉管长周期、长寿命、安全生产的技术关键。人们寻求各种方法来抑制结焦，如加入结焦抑制剂、改变炉管内表面形貌、改进裂解工艺、炉管表面涂层技术以及开发新型炉管材料等。这些方法都取得了不同程度的进展，但大部分还处在实验室阶段。其主要原因是实验室结果很理想，但中试放大实验却令人望而却步。中试实验作为实验室技术的放大，对实验室结果的工业化应用起着承前启后的作用。但由于中试风险较大，而且花费昂贵，许多研究学者因为无法进行中试放大导致实验室结果不能进一步产业化。上述抑制结焦技术的研究都面临着技术上的中试放大以及对结焦效果的评价，因此，建立一套合理的抗结焦效果评价中试装置，能够模拟实际烃类裂解工艺，保证实验精度是烃类裂解抑制结焦技术工业化实施的关键。国内目前无相关技术公开报道。 

发明内容

本发明目的在于提供一种烃类高温裂解结焦评价中试装置，为各种抑制结焦方法提供一种抗结焦效果评价的中试设备。本发明采取的抑制结焦评价装置结构简单、实施方便、适合长周期运行，适合于学校、企业和研究所等单位进行抑制结焦技术的放大实验和抗结焦效果的评价。 

本发明是通过如下技术方案实现的： 

一种烃类高温裂解结焦评价中试装置，其特征在于，所述的装置包括：去离子水储料桶1和裂解原料储料桶2分别与去离子水计量泵4和裂解原料计量泵3相连接，去离子水和裂解原料计量泵的出口分别与去离子水汽化炉5和裂解原料 气化炉6的进口管线相连接；去离子水汽化炉5的出口管线上接入一个空气压缩机18，两汽化炉的出口管线汇合后与预热裂解炉16的预热段进口18相连接；预热裂解炉16的出口管线与一级水冷装置7、一级冷却液储罐8、二级水冷装置10、二级冷却液储罐9、尾气计量装置11顺序相连，预热裂解炉16的另一路出口管线上还连接有废液水冷装置15和废液储罐14，废液储罐14、尾气计量装置11的出口处通过管线与尾气排空口12相连，在尾气计量装置11与尾气排空口中间管线上装有尾气取样装置13。 

上述的预热裂解炉16包括：从预热段进口18到预热段出口19为预热段，从预热段出口19至裂解段进口20为横跨段，裂解段进口20至裂解段出口21为裂解段，在预热段进口、横跨段、裂解段中部及裂解段出口处分别设置了预热入口压力测试仪表25、横跨段压力测试仪表24、过渡段压力测试仪表23和裂解出口压力测试仪表22。 

本发明实现烃类高温裂解结焦评价所采取的工艺路线如下：整套中试装置由物料计量和输运、气化、预热和裂解、尾气处理、温度和压力控制以及清焦系统组成。通过计量泵控制裂解原料和去离子水的流量，使整个中试结焦评价系统的气体流速达到20～50m/s，停留时间控制在0.1～1.0s，并根据不同的裂解原料，控制裂解过程的稀释比。经过加压的裂解原料和去离子水分别进入两台气化炉，气化后的温度为200～350℃。两种气体混合后进入预热部分，在预热部分发生初步分解，具有一定的内能，横跨段混合气体的温度可以控制在560～650℃。之后过热气体进入裂解段，在高温下发生裂解，出口温度控制在800～900℃。裂解后的尾气经过二级水冷后，不同沸点的裂解产物分别进入到2个冷凝罐。冷却后的尾气基本可以达到常温，经计量设备计量后排空或点燃处理。具体的中试工艺参数可根据炉型、裂解原料及抑制结焦方法等来选取。 

此中试评价装置可以实现结焦后炉管的清焦操作，清焦用气体可以根据不同要求选择氧气或空气与水蒸汽的混合物。烧焦氧气或空气管线与气化炉出口管线相连接。烧焦过程使用的氧气由纯氧气瓶提供，若使用空气则可以使用空气压缩机，压缩机的空气流量范围为2～12L/h。 

本发明充分考虑了不同结焦评价方法的优缺点。称重法不适合较长炉管的中试试验结焦量的评价，二氧化碳红外检测法存在计量偏差较大的缺点，而根据裂解过程中压力的变化来评价裂解过程中结焦量的大小适合于小直径炉管的结焦评价。本中试装置在不同的温区通过精密的压力仪表监测整套系统的压力变化，从而定量确定裂解过程中的结焦量。预热段和裂解段不同部位的压力可以通过精密的压力变送器和显示仪表来测量，压力监测系统的精度为0.2％，量程为0.6MPa。本发明可以有效的对各种抑制结焦方法进行中试放大，并可对其抗结 焦效果进行定量评价 

附图说明

图1烃类裂解中试评价装置流程图 

1：去离子水2：裂解原料3：裂解原料计量泵4：去离子水计量泵5：去离子水汽化炉6：裂解原料气化炉7：一级水冷装置8：一级冷却液储罐9：二级冷却液储罐10：二级水冷装置11：尾气计量装置12：尾气排空口13：尾气取样口14：废液储罐15：废气水冷装置16：预热裂解炉17：空气压缩机 

图2预热裂解炉结构示意图 

18：预热段进口19：预热段出口20：裂解段进口21：裂解段出口22：裂解出口压力测试仪表23：过渡段压力测试仪表24：横跨段压力测试仪表25：入口压力测试仪表 

图3、有涂层和无涂层的HK40炉中试结焦对比试验结果 

具体实施方式

在本发明中，去离子水计量泵和裂解原料计量泵分别与去离子水储料桶和裂解原料储料桶的出口相连接；液态原料经过计量、加压后，去离子水和裂解原料计量泵的出口分别与去离子水汽化炉和裂解原料气化炉的进口管线相连接；两种气体气化后在气化炉的出口汇合，汇合的管线与预热段的进口管线相连接；混合气体在预热段预热后，预热段出口管与裂解段的入口管相连接，过热气体在裂解段发生裂解反应，在管壁上发生焦炭沉积；出口管与一级水冷装置入口相连接，使裂解后的高温气体发生急冷，冷却液进入一级冷却液储罐；一级冷却液储罐出口与二级水冷装置入口相连，使一级水冷后的气体再次冷却，二级冷却液进入二级冷却液储罐；二级冷却液储罐出口与尾气计量装置入口相连，而尾气计量装置出口与尾气排空口相连，经二级水冷的气体计量后排空或点燃处理；在尾气计量装置出口与尾气排空口中间管线上装有尾气取样装置，用来检测尾气成分。 

空气压缩机出口或氧气瓶出口与气化炉的出口管相连后，与预热段管的入口相连接，压缩空气或氧气与水蒸汽混合后进入预热段，然后进入裂解段烧焦，烧焦后的气体处理与上面所述相同。 

本发明的中试装置在裂解原料投料前，首先在水蒸汽条件下预热，为了定量评价裂解产物，该部分水蒸汽经过水冷后，直接进入废液缸。

以下结合实例对本发明作进一步说明，但这些实例并不限制本发明的保护范围。 

试验采用水蒸汽作为稀释剂，石脑油作为裂解原料，稀释比设定为0.5，通过去离子水计量泵4和裂解原料计量泵3来调节。选用的裂解炉管为HK40，外径14mm，壁厚2mm。气体流速为30m/s，停留时间设定为0.2s，分别对经SiO₂/S涂层处理后的炉管和无涂层的炉管进行了结焦对比试验。 

如附图1所示，去离子水计量泵4和裂解原料计量泵3分别与去离子水储料桶1和裂解原料储料桶2的出口相连接；液态原料经过计量、加压后，分别进入去离子水汽化炉5和裂解原料汽化炉6；液态原料经过汽化后温度为250℃，在两台汽化炉的出口汇合，混合气体进入预热裂解炉16后，在预热段预热，过热气体在裂解段发生裂解反应。高温裂解气体进入一级水冷装置7，使裂解后的高温气体发生急冷，冷却液进入一级冷却液储罐8；一级冷却液储罐出口与二级水冷装置10入口相连，使一级水冷后的气体再次冷却，二级冷却液进入二级冷却液储罐9；二级冷却液储罐出口与尾气计量装置11入口相连，而尾气计量装置出口与尾气排空口12相连，使经过二级水冷后的气体经过计量后排空火点燃处理；在尾气计量装置出口与尾气排空口中间管线上装有尾气取样装置(13)，用来对冷却后的尾气进行取样。 

在烧焦系统中，空气压缩机17出口或氧气瓶出口与去离子水汽化炉5的出口管相连后，与预热段管的进口相连接，使压缩空气或氧气与水蒸汽混合后，混合气体进入预热裂解炉进行烧焦。 

在裂解原料投料前，整套系统在水蒸汽条件下预热，为了定量的评价裂解产物的分布，预热过程中的水蒸汽经过废液水冷装置15后，进入废液储罐14。 

附图2为预热和裂解部分的结构简图，裂解原料气和水蒸汽混合气体从预热段进口18进入预热段加热，预热段出口温度为590℃；预热段出口19与裂解段进口20相连，过热气体进入裂解段，很快达到800℃以上，使气体在设定的停留时间内分解。裂解后的高温气体经裂解段出口后，进入尾气处理装置。在预热和裂解部分，分别在预热段进口(18)、横跨段(预热段和裂解段中间区域)、过渡段及裂解段出口安装了压力测量仪表，分别为裂解出口压力测试仪表(22)、过渡段压力测试仪表(23)、横跨段压力测试仪表(24)和入口压力测试仪表(25)根据4台压力测试仪表的压力变化可以评价炉管结焦过程中的结焦量大小。根据工业上烃类高温裂解压力实际变化，以裂解段进口压力增加到70kPa为停止裂解标准，测得的压力变化与时间的关系如附图3所示。可以看出，有涂层的HK40炉管经过20小时后裂解段入口的压力增加70kPa，而无涂层的HK40炉管经过11.5 小时裂解段入口的压力即可增加到70kPa，结焦抑制率可以达到42.5％。 

通过以上实例可以说明，该中试装置对于评价烃类高温裂解结焦效果较好，取得了令人满意的结果，可以有效解决不同的抑制结焦方法实验室成果放大难的问题，为不同抑制结焦方法的工业化实施提供了可靠的设备保证。

Claims (2)

1.一种烃类高温裂解结焦评价中试装置，其特征在于，所述的装置包括：去离子水储料桶(1)和裂解原料储料桶(2)分别与去离子水计量泵(4)和裂解原料计量泵(3)相连接，去离子水和裂解原料计量泵的出口分别与去离子水汽化炉(5)和裂解原料气化炉(6)的进口管线相连接；去离子水汽化炉(5)的出口管线上接入一个空气压缩机(17)，两汽化炉的出口管线汇合后与预热裂解炉(16)的预热段进口(18)相连接；预热裂解炉(16)的一路出口管线与一级水冷装置(7)、一级冷却液储罐(8)、二级水冷装置(10)、二级冷却液储罐(9)、尾气计量装置(11)顺序相连，预热裂解炉(16)的另一路出口管线上还连接有废液水冷装置(15)和废液储罐(14)，废液储罐(14)、尾气计量装置(11)的出口处通过管线与尾气排空口(12)相连，在尾气计量装置(11)与尾气排空口中间管线上装有尾气取样装置(13)。

2.如权利要求1所述的烃类高温裂解结焦评价中试装置，其特征在于，所说的预热裂解炉(16)包括：从预热段进口(18)到预热段出口(19)为预热段，从预热段出口(19)至裂解段进口(20)为横跨段，裂解段进口(20)至裂解段出口(21)为裂解段；在预热段进口(18)、横跨段、裂解段中部及裂解段出口(21)处分别设置了预热入口压力测试仪表(25)、横跨段压力测试仪表(24)、过渡段压力测试仪表(23)和裂解出口压力测试仪表(22)。

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