CN101372630A

CN101372630A - 一种管式裂解炉在线清焦的方法

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Publication number: CN101372630A
Application number: CNA2007101206533A
Authority: CN
Inventors: 杜志国; 张永刚; 王国清; 张兆斌; 张利军; 周丛; 田岐
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp; China Petrochemical Corp
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2009-02-25

Abstract

本发明公开了一种管式裂解炉在线清焦的方法。本发明的方法使用水蒸汽对所述的管式裂解炉辐射段炉管，在所述的辐射段炉管的出口温度COT控制在850℃～1050℃的条件下，进行清焦。本发明的方法在提高清焦速率的同时使管式裂解炉更容易控制，能较好的防止辐射段炉管清焦过程超温，从而缩短了在线清焦时间，提高了管式裂解炉在线生产时间，提高了管式裂解炉的年产量。此外，使用水蒸汽进行清焦，避免了在使用空气清焦过程中氧气对炉管内表面的破坏，从而延长了炉管的使用寿命。

Description

一种管式裂解炉在线清焦的方法

技术领域

本发明涉及一种管式裂解炉清焦的方法。

背景技术

管式裂解炉是乙烯生产的关键设备之一。现在绝大部分管式裂解炉在生产过程中，辐射段炉管内壁生成的焦炭导致炉管外壁温度升高，压降增大，到了运行周期末期必须清除这层焦炭才能维持正常的生产。因此，尽量减少清焦时间，进行安全烧焦，提高管式裂解炉在线生产时间，是提高管式裂解炉的产量以及工厂经济效益的重要途径之一。

目前，管式裂解炉辐射段清焦大多采用水蒸汽和空气按照一定的比例进行清焦。焦炭在高温下与空气里的氧气进行氧化反应，同时放出了一定的热量。通常氧气浓度很低，一般焦炭氧化是很缓慢的，但是工厂实际操作过程中对空气量控制不好，空气量若过多使焦炭氧化反应剧烈，瞬间放出大量的热，导致管式裂解炉辐射段炉管烧穿；若氧气浓度过低，导致烧焦时间过长，或者烧焦不干净，严重影响了管式裂解炉的在线生产时间。另外，采用水蒸汽与氧气混合烧焦，混合气体中的氧气能氧化炉管表面的金属及金属碳化物，从而对炉管造成破坏，尤其是频繁采用这种烧焦方法，会缩短炉管的寿命，严重影响了工厂的经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种管式裂解炉进行安全清焦的新方法。

本发明的在线清除管式裂解炉辐射段炉管焦炭的方法，是使用水蒸汽对所述的管式裂解炉辐射段炉管进行清焦。

在本发明的方法的具体实施中，所述的水蒸汽的质量流量应该保持在所述的管式裂解炉文丘里的合理流量范围内，即可实现清除辐射段炉管焦炭的目的。如果通入裂解炉的水蒸汽的流量过大或者过小，都会造成裂解炉的文丘里对于每组炉管水蒸汽流量分配不均，从而影响了烧焦的效果。

优选的，所述的水蒸汽的质量流量使文丘里前后压力比值大于0.85。

优选所述的管式裂解炉辐射段炉管出口的气体流速为100～300米/秒，最高不能超过330米/秒，以避免流速过高对炉管造成腐蚀。

优选在所述的管式裂解炉进行清焦时，所述的辐射段炉管的出口温度(COT)控制在850～1050℃；更优选炉管出口温度(COT)控制在900～1050℃。

由于裂解炉辐射段炉管一般很长，炉管入口和出口的温度范围很大，工业上一般通过控制出口温度来控制整个裂解炉管的温度。

在进行裂解炉烧焦时，一定要注意炉管外壁温度，如果炉管外壁温度超过炉管所能承受的极限温度，应该采取的合理措施是立即降低COT，将炉管外壁温度控制在炉管所能承受的范围之内。

当所述的管式裂解炉的原料切出时，将所述的辐射段炉管出口温度COT以小于100℃/hr的速率降低到所述的管式裂解炉的热备温度780—800℃，进入热备阶段。COT降低速率不能太快，主要是为了防止COT降温过快导致炉管内焦炭剥落，可能堵塞炉管或者急冷锅炉(TLE)套管。

所述的热备阶段是裂解炉投料运行和清焦的过渡阶段，也就是由停料转向清焦的过渡阶段，在此期间只通入水蒸汽，通常水蒸汽流量比较大，控制水蒸汽流量大于投料运行时的流量；热备阶段的目的主要是吹扫管中剩余的裂解原料、存留的裂解气，同时使裂解炉管的温度趋于稳定。由于清焦的温度较高，有一些裂解原料在清焦的温度下容易结焦炭化，如果在清焦开始时，炉管内存在裂解原料，则易于发生炉管堵塞等问题。因此，优选在本发明的方法进行清焦前，首先在较低的温度下，通入水蒸汽对炉管进行吹扫。通常热备阶段时间比较短，2-6个小时即可。

在通常情况下，投料运行阶段、清焦阶段、热备阶段的水蒸汽的流量是不同的，一般热备的时候水蒸气流量最大，清焦期间次之，投料运行最少。因此，热备阶段结束后，改变水蒸汽量的大小和炉管出口温度就可以进入清焦阶段。

在所述的管式裂解炉进行清焦时，所述的辐射段炉管的横跨段温度XOT控制在550～750℃之间，具体控制温度不超过横跨段炉管材质的最高温度即可。为了有效清除辐射段炉管入口处的焦炭，XOT最好能高于700℃。

本发明的一个优选实施方案，包括以下步骤：

(1)当所述的管式裂解炉的原料切出时，继续通入水蒸汽，将所述的辐射段炉管出口温度COT以小于100℃/hr的速率降低到所述的管式裂解炉的热备温度，进入热备阶段；

(2)在热备阶段结束后，在所述的辐射段炉管的横跨段温度XOT控制在550～750℃之间，所述的辐射段炉管的出口温度COT控制在850～1050℃的条件下进行清焦；

所述的辐射段炉管出口的气体流速为100～300米/秒。

本发明的方法适合于液体裂解原料，如石脑油、柴油、加氢尾油等进行裂解后的清焦。

本发明的方法具有以下特点：

使用本发明的方法进行管式裂解炉清焦时只通入水蒸汽而不需要其他气体。由于水蒸汽在高温下与焦炭发生水煤气反应，该反应为吸热反应。在清焦过程中不存在热量释放，因此在清焦过程中操作简单，容易控制，不会对炉管造成破坏，从而提高管式裂解炉清焦的速度和安全性。此外，在高温下水蒸汽与焦炭发生水煤气反应使焦炭变得更疏松，致使高速的水蒸汽对管内壁的焦炭有冲刷作用，从而能加快清焦速度。使用本发明的方法进行清焦，可以提高管式裂解炉的在线生产时间，提高管式裂解炉的产量。

附图说明

图1是本发明的方法使用的热裂解模拟炉的流程示意图。

1、油泵 2、水泵 3、对流段 4、辐射段 5、急冷器 6、气液分离器 7、冰冷气液分离器 8、缓冲瓶 9、增湿瓶 10、流量计 11、红外仪 12、烧杯(油) 13、烧杯(水)

如图1所示，这是一种由七程辐射段炉管组成的热裂解模拟炉，该热裂解模拟炉包括：进料系统，对流段，辐射段，急冷器，分析系统，分离系统。进料系统是包括水泵、油泵、烧杯(水)、烧杯(油)；分析系统为一台红外分析仪，分析烧焦尾气中的CO和CO₂的浓度；分离系统包括急冷器、气液分离器、冰冷气液分离器、缓冲瓶、增湿瓶、湿式流量计。

原料油和水分别储存在烧杯12、13中，用计量泵2将水输送进入对流段3，产生稀释蒸汽。在对流段出口稀释蒸汽与计量泵1送入原料油混合后进入模拟炉辐射段4。辐射段有七程炉管，第一程炉管是横跨段，将水油混合气体预热到横跨温度。混合气体流出横跨段后进入裂解炉的其他六程炉管，在这里油水混合气体被加热到高温发生热裂解反应，高温裂解气流出辐射段进入急冷器5迅速降温至约100℃后进入气液分离器6。气液分离器6将大部分水蒸汽和焦油冷凝下来，未被冷凝下来的裂解气进入冰冷气液分离器7，在这里进一步冷凝残余的焦油和水蒸汽，排出的裂解气先经缓冲瓶8再进入增湿瓶9，然后经湿式流量计记录其流量后将裂解气全部放空。

图2是对比例的整个烧焦过程的炉管出口温度变化图。

图3、图4、图5是实施例1—3整个烧焦过程的炉管控制温度分布图。

图6是对比例的整个烧焦过程的氮气流量随清焦时间变化图。

图7是对比例的整个烧焦过程的氧气流量随清焦时间变化图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步描述本发明。本发明的范围不受这些实施例的限制。

在模拟裂解评价装置上进行石脑油热裂解结焦试验两个小时以后(石脑油热裂解工艺条件见表1，油品物性见表2)，通入清焦气，对辐射段炉管所结焦碳进行清焦，清焦气经急冷器急冷后，进入红外分析仪，分析并记录清焦气中的CO及CO₂浓度，清焦尾气经湿式气体流量计计量后放空，裂解炉辐射段炉管的结焦量通过红外分析仪的记录结果计算得到，具体方法可参见中国专利CN1580192A。

按照下述两种清焦方法进行清焦，方法一使用现有技术中常用的氮气和氧气清焦气，方法二是本发明的方法，使用水蒸汽烧焦。具体如下：

方法一：将一定比例的高纯氮气和氧气通入炉管辐射段进行清焦，清焦尾气中的CO、CO₂的含量由红外分析仪11在线连续测量，并记录尾气分析数据和体积流量，最后计算出结焦量。

方法二：将水蒸汽通入炉管辐射段，按照本发明的方法进行一段时间的清焦后，再按照方法一进行清焦，最后计算出水蒸汽清焦后的残存焦炭量。

由于只使用水蒸汽清焦，少量的焦炭发生水煤气反应变成了CO和CO₂，大部分被水蒸汽冲刷带走。由于水煤气反应生成的碳氧化物的量小，且气体组成只有一氧化碳和二氧化碳，浓度大概在40％以上，而红外分析仪的量程上限通常为CO₂：20％，CO：15％。生成的CO和CO₂浓度因为超过了红外分析仪11的测量范围，无法通过体积和浓度计量数据计算发生水煤气反应的焦炭的质量。因此，为了测量得到使用水蒸汽进行清焦的焦量和效果，首先，用方法一进行清焦，计算出石脑油进行两个小时裂解试验产生焦量的大致范围；然后，使用方法二进行清焦，也就是，先使用本发明的的水蒸气清焦，再用方法一进行清焦，以计算出使用本发明的水蒸汽清焦后残余的焦炭量，从而得到本发明的水蒸汽清焦的焦炭量，确定本发明的水蒸汽清焦的效果。实验数据见表5。

对比例

当石脑油热裂解试验进行两个小时以后，使用上述清焦方法一进行三次清焦试验，得到生成焦炭量范围在0.7710～1.0183g。具体的控制工艺参数见表3，整个烧焦过程的炉管出口温度变化、氮气流量变化、氧气流量变化分别见图2、图6、图7。

实施例1—3

当石脑油在相同工艺条件下进行热裂解试验两个小时后，采用上述方法二进行以下试验：

(1)辐射段炉管温度分布如图3所示，水蒸汽清焦的COT设定为880℃，使用水蒸气清焦1小时后再采用方法一进行清焦。计算使用清焦方法一的清焦量，即得到水蒸汽清焦后的残余焦炭量为0.2039g，与对比例得到的焦炭量比较，说明水蒸汽在COT为880℃有一定的清焦作用。

(2)辐射段炉管温度分布如图4所示，水蒸汽清焦时的COT设定为900℃，使用水蒸气清焦1小时后再采用方法一进行清焦。计算使用清焦方法一的清焦量，即得到水蒸汽清焦后的残余焦炭量为0.0653g，与对比例得到的焦炭量比较，说明水蒸汽清焦在COT为900℃已经清焦很干净了。

(3)辐射段炉管温度分布如图5所示，水蒸汽清焦时COT设定为950℃时，使用水蒸气清焦40分钟后再采用方法一进行清焦。计算使用清焦方法一的清焦量，即得到水蒸汽清焦后的残余焦炭量为0.0557g，与对比例得到的焦炭量比较，说明水蒸汽在COT控制在更高温度情况下清焦速度快，清焦效果依然很显著。

表1 石脑油热裂解试验工艺条件

结焦时间h	水流量g/h	石脑油流量g/h	辐射段出口温度℃	辐射段出口压力Mpa	横跨段温度℃
结焦时间h	水流量g/h	石脑油流量g/h	辐射段出口温度℃	辐射段出口压力Mpa	横跨段温度℃	2	417.1	834.2	845	0.1	550

表2 石脑油物性数据

表3 清焦方法一的工艺条件

辐射段出口温度℃	氧气体积浓度％	氧气流量ml/min	氮气流量L/min	清焦时间h
辐射段出口温度℃	氧气体积浓度％	氧气流量ml/min	氮气流量L/min	清焦时间h	800～840	0～21	40～80	0～10	1

表4 方法二水蒸汽清焦的工艺条件

实施例	辐射段出口温度℃	水蒸汽流量kg/h	清焦时间，分钟
实施例	辐射段出口温度℃	水蒸汽流量kg/h	清焦时间，分钟	1	880	1.2	60
2	900	1.2	60	1	880	1.2	60
2	900	1.2	60	3	950	1.2	40

表5 清焦试验数据

注：实施例1—3中的焦炭量为水蒸汽清焦后的残余焦炭量。

Claims

1.一种在线清除管式裂解炉辐射段炉管焦炭的方法，其特征在于：使用水蒸汽对所述的管式裂解炉辐射段炉管进行清焦。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的水蒸汽的流量保持在所述的管式裂解炉文丘里的合理流量范围内。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的水蒸气的质量流量使文丘里前后压力比值大于0.85。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的管式裂解炉辐射段炉管出口的气体流速为100～300米/秒。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述的管式裂解炉进行清焦时，所述的辐射段炉管的出口温度COT控制在850℃～1050℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当所述的管式裂解炉的原料切出时，先将所述的辐射段炉管出口温度COT以小于100℃/hr的速率降低到所述的管式裂解炉的热备温度780-800℃，进入热备阶段；再将所述的辐射段炉管出口温度COT升高到850℃～1050℃，进行清焦。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述的管式裂解炉进行清焦时，所述的辐射段炉管的横跨段温度XOT控制在550～750℃之间。

8.根据权利要求1所述的方法，其包括以下步骤：

(2)在热备阶段结束后，将所述的辐射段炉管的出口温度COT升至850℃～1050℃，且在所述的辐射段炉管的横跨段温度XOT控制在550～750℃之间的条件下进行清焦；

所述的辐射段炉管出口的气体流速为100～300米/秒。