CN1046345A - 烃的蒸汽裂化装置的除焦方法及相应的蒸汽裂化装置 - Google Patents

Abstract

一种烃蒸汽裂化装置的内壁除焦的方法。该方法是将非常小的固体颗粒注入烃进料，而烃进料则流过蒸汽裂解炉(10)的管道(12)及间接急冷器(16)。在间接急冷器的出口有一个旋风分离器，它将固体颗粒从气体产物中分出，并使固体颗粒在与液体或气体混合并加压后循环裂化装置。本发明也涉及了使该方法运作的蒸汽裂化装置。

Description

本发明涉及烃的蒸汽裂化装置的除焦方法以及包含实施该方法所用设施的蒸汽裂化装置。

在包括蒸汽裂化炉和后面通常连接的裂化气间接急冷锅炉的烃蒸汽裂化装置中，为除去装置内壁上积附的焦炭，常见的做法是使用基于空气-蒸汽混合物的氧化在用的化学除焦法。为此，必须中断蒸汽裂化装置的操作，并使之与下游的设备分隔。

还可以通过选择性加氢，使用过热加热至高温的蒸汽作氧化剂，这时没有必要把蒸汽裂化装置分隔，但仍需要中断其操作。而且，与上述方法相比，除焦的进行更缓慢。

上述两种先有技术的方法不适于蒸汽裂化炉出口端的间接急冷锅炉的完全除焦。为此，必须经常使整个完全停工，用能碎裂积炭层的水力方法（压力极高的水射流）对急冷锅炉除焦。有时也采用水力喷砂方法，较大的砂粒与水在高压下一起喷射出，以助于破碎积炭层;或者采用机械方法。

对具有由小直径直线管构成，每根管通过其各自的急冷换热器延伸的单程炉的蒸汽裂化装置，也提出了一种除焦方法。该方法是用蒸汽对炉的内壁进行化学除焦，使一部分积炭以碎片或鳞片的形式从内壁上脱落，这些碎片或鳞片进而使下游换热器壁上的积炭碎裂。因此，该方法可同时对裂化炉和间接急冷器除焦。但是仍需要中断蒸汽裂化装置的操作。

最后，还提出了各种不同的、主要是向装置中喷射固体颗粒的方法。一种方法是建立一惰性气流，将相对较大颗粒（250μm至2500μm）的金属颗粒经炉内传送至排入大气环境中。另一种方法建议将砂注入液烃进料，在蒸汽裂化装置中连续进行喷砂。砂粒（平均粒径200μm至1000μm的标准砂粒）穿国裂化炉和间接急冷锅炉，最终被捕集在直接急冷重油中。此处所述最后一种方法的缺点是它还不可能被采用，原因是，除非设立一个非常复杂且耗资的分离和洗涤颗粒的系统，否则不太可能在不夹带重油内所含的难以气化的重焦油的情况下将砂粒与直接急冷的重油分离，造成的实际结果是砂粒不适于循环操作，急冷油即使作为燃料也是不可用的;对装置的连续喷砂还将造成对原料和裂化产物所流经管线的严重、甚至是损坏性的磨蚀;以及向液体进料注入砂粒将有在烃压力蒸发区积聚固体沉积物的风险。

本发明的目的是提供一种避免现有技术方法中缺陷的烃蒸汽裂化装置的除焦方法。

本发明的另一目的是提供一种上述方法，使之有可能对装置的裂化炉以及间接急冷锅炉除焦，其中不必停止装置的操作，没有损坏装置本身的危险，且不会对装置的下游部分造成固体颗粒的污染。

为此，本发明提出了一种烃蒸汽裂化装置的除焦方法，该方法是通过磨蚀除去至少一部分装置内壁上的积炭，特别是蒸汽裂化炉和间接急冷锅炉内壁上的积炭，磨蚀是用高速定向气流传送的固体颗粒进行的，该方法的特征在于除焦在装置的运行中进行，定向气至少部分由烃进料与蒸汽混合物构成，定向气中含有平均直径小于150μm的固体颗粒，固体与气体之比很低，使得定向气和固体颗粒混合物作为一种具有轻度磨蚀能力的气体。

本发明的方法不采用大量颗粒激烈碰撞以粉碎装置内壁上积炭的方法，使之有可能将积炭轻度磨蚀，对装置的内壁没有任何危险。

本发明的方法可以对蒸汽裂化炉和间接急冷锅炉同时除焦，例如，可以在间接急冷锅炉的入口处增加气流传送的固体颗粒的量，以补偿气流通过锅炉的低速度。还可以通过相继注入与稀释蒸汽一起送入的上述颗粒在对流区，特别在其干点除焦。

在本发明的描述中，术语“除焦”是指器壁上积炭的至少一部分有效脱除（降低或除去已经形成的积炭层，或终止积炭层蓄积或降低其速率）。

根据本发明的另一特征，定向气和固体颗粒混合物在蒸汽裂化炉出口处冷却至低于600℃的中间温度，选择所述中间温度为防止任何液体冷凝，在至少一个旋风分离器中将至少主要部分的固体颗粒与载气分离，然后提高旋风分离器中与气体分离的至少部分固体颗粒的压力，颗粒经蒸汽裂化终止循环。

在适当条件下，一个旋风分离器或两个串连的旋风分离器的效率可达到或超过95%，甚至可达99%，这意味着离开旋风分离器的气体产物基本不含固体颗粒。此外，由于残留的颗粒粒度很小，它们对旋风分离器下游部分的装置基本没有影响。

用于将固体颗粒分离出的旋风分离器不经受很高的温度，因此可用低合金钢制成，即可用相对价廉的钢制成。在旋风分离器出口处的直接急冷过程中通过对定向气进行液体注射，捕集残留的固体颗粒，因此在进入压缩区前，裂化气已经完全不含固体颗粒。

最后还应指出，在裂化炉出口处对蒸汽裂化产物的有限度的冷却可显著地降低化学反应速率，由此防止产物在旋风分离器中的过度裂化。

采用的固体颗粒的平均直径宜在约5μm至约100μm的范围内，固/气比低于10%（重量），宜在0.01-10%（重量）范围内，更好为0.1-8%（重量）。颗粒数量应低得足以确保颗粒间几乎不相撞;从而使该混合物的表现象一种气体而不是夹带床或流化床。由于湍动力的存在，极细的颗粒基本上完全分散在气体整体中。由此得到在其体积中含有颗粒的气体，通过众多低能量碰击，固体颗粒适于提供轻度磨蚀作用，由此将积炭磨掉而不是将其破碎成大片。裂化炉内颗粒的速度为70-480米/秒，宜为130-480米/秒，更好为130-300米/秒。在急冷锅炉中，颗粒的速度为40-150米/秒。

最适宜的颗粒数量取决于颗粒本身的性质，炭沉积的速率（这取决于原料的性质）以及速度和湍动等局部条件。

可取的是，固体颗粒的平均粒径为4μm或5μm至85μm，固/气比0.1-8%（重量），例如0.1-3%（重量）。

固体颗粒可在不同的部位注入装置，例如在蒸汽裂化炉的一个点或两个点上和在间接急冷锅炉的入口。

由此可使除焦适应于蒸汽裂化炉的构型并优化间接急冷锅炉的除焦。

根据本发明的另一特征，可使旋风分离器中与载气分离的固体颗粒与水或基本不含热解重质芳香化合物的液烃（例如待裂化的烃进料馏分）混合，然后用泵将固体颗粒和液体的混合物循环到装置中。

颗粒-液体混合物的流量和温度的选择应使得在将混合物注入蒸汽裂化装置时产生即时汽化。

有利的是，为使上述液体和离开旋风分离器的固体颗粒接触，应使液体由其来源线路连续流动，在固体颗粒到达的位置的周围和下部形成润湿壁。这可防止固体颗粒在所述壁上积聚，也可防止形成液滴。液滴可导致未被连续流冲走的固体颗粒附着在润湿壁上，从而阻碍固体颗粒进料管。为提高固体携带和壁冲洗效果，可以旋流形式送塌入液流（使其旋转）。

另一可选择的方法是，将离开旋风分离器的颗粒收集在罐中，将罐隔离，然后用过热蒸汽加压，通过该蒸汽将至少部分颗粒循环至装置中。

有利的是，用于本发明的固体颗粒是用气体喷雾形成的基本球形的无机或金属颗粒，例如基于二氧化硅硫或氧化铝的多孔颗粒。这些颗粒例如也可由催化裂化已经用过的催化剂颗粒（平均直径60μm-80μm）构成。

固体颗粒也可由两种路线颗粒的混合物构成，一种是在蒸汽裂化条件下相对较软的炭-催化金属颗粒，另一种是较硬和磨蚀性强的类型。在本发明的磨蚀气体条件下还可使用其它颗粒，例如炭粒，碎煤，水泥，矿物，铸铁，钢，碳化物，钨铬钴颗粒以及角状颗粒。

相对较软的炭-催化金属颗粒易于在装置内壁裸露的金属部分留下痕迹，即其催化作用导致保护性炭层覆盖上述部分以保护基免受过度磨蚀。

根据本发明的另一特征，该方法还在于使一层炭在蒸汽裂化炉内壁上形成，并通过用上述固体颗粒磨蚀使该炭层的厚度保持在预定的平均值范围内。该炭层实际上是其厚度沿裂化管变化的层，在其形成后，其厚度被保持在相当于管内预定结焦度的平均值范围内。在一作用等同的不同方法中，为了限制注入颗粒的量，可以在仅仅大大降低积炭增长率（如用5或10除以积炭增长率）而不完全停止其增长下进行操作。

这一相对薄的炭层（厚度为约0.5mm至4mm，宜为1mm至3mm）保护装置的内壁免受磨蚀，特别是由于在高温下（壁热为约1000℃）出现炭的连续焙烧使该层很快变硬并难于破碎或磨蚀。一旦该炭层形成并变硬，通过以在该保护层上沉积炭的相同速率连续地或基本连续地磨蚀积炭;使其厚度基本保持恒定。此外，采用固体颗粒调节磨蚀的条件变为不太关键，对固体颗粒的粒径、所用固体颗粒的性质以及在载气中的分布等要求也将允许较宽的范围。

因此，本方法不必进行苛刻的除焦，而是脱除易碎的刚形成的积炭，由此获得一种基本静止的结焦状态，或非常低的结焦率。

本发明中对细小从而使之在给定的质量内数量更多的磨蚀性颗粒的应用使得在脱除硬化前的新炭薄层时对管壁提供大大增加数量的碰击次数。可连续注入颗粒，也可间歇注入，宜以较短的时间间隔。

本发明还提供了烃蒸汽裂化的装置，该装置包括具有烃进料流输送管的蒸汽裂化炉，急冷离开裂化炉产物的间接急冷器以及连在间接急冷器出口端的液体注入直接急冷器，该装置的特征在于包括在装置运行时将固体颗粒注入到流经装置的气化的烃进料中的设备，所述固体颗粒的平均直径低于约150μm，装置中固体与液体之比很低，使得气体和颗粒混合物表现为一种具有轻度磨蚀能力的气体;该装置还包括将固体颗粒与气体分离的分离器，例如旋风分离器，所述分离器设在间接急冷器的出口处。

有利的是，该装置进一步包括使与气体分离的固体经装置循环的设备和补充固体颗粒的设备，以补偿在分离器中损失的固体颗粒量。分离尽管效率很高，例如约95%-99%，但总是低于100%。该装置还包括清除废颗粒的设备。

在本发明一优选的实施方案中，该装置包括一个固体颗粒储存罐，该罐的入口与上述分离器的固体出口相连接，出口与将颗粒注入装置的导管相连接;该罐还具有隔离器如阀，以及将其与加压气源连接，从而使罐内压力提高到不低于将颗粒注入装置的压力值的设备。

由于固体颗粒以低速（例如20米/秒或更低）通过这些循环设施，因此它们对磨蚀相对不敏感，使之使用寿命长。此外，它们属于常规设计，在低于约600℃下操作，因此并不昂贵。

靠重力或以烯相固-气悬浮方式将固体颗粒传送到注射点，而不必使用载气以非常高的速度输送，由此也降低了管道磨蚀。

该装置宜包括设在分离器出口和上述第一罐入口之间的第二罐，伴有将第二罐隔离的设备如阀和设在第二罐内部以留住大颗粒的设施。该第二罐也可与第一罐并联安置。第二罐用来收集由分离器出口来的固体颗粒这时第1罐是空的。由此可在分离器出口暂时储存固体颗粒，还可以过滤固体颗粒以留住大颗粒，例如由壁上脱掉的积炭片。

根据本发明的另一特征，加压气源与将颗粒注入装置的管道相连。用于将固体颗粒注入装置的载气流也流也被用来增加罐内的压力。由此，通过用载气平衡罐内的压力，避免了可能导致固体颗粒变密的过剩压力的危险。

载气可以由例如进料馏分或由过热蒸汽构成。

在一可选择的方案中，循环固体颗粒的设备包括将不含重质芳香化合物的气流注入分离器底部，在所述分离器出口与回收的固体颗粒形成气-固悬浮物的设备，以及与所述分离器出口相连并有辅助高压气流送入以压缩气-固悬浮体使其沿其通路至装置的注射点的喷射-压缩器。

已经发现，可以将细颗粒注入喷射器的入口，在其路程中再压缩形成的气固悬浮物。有可能以压缩比为1.5-1.8再压缩非常重的悬浮物（200%或300%（重量）极细的固体）。喷射器不仅用来替换或投出颗粒，而且还用来实现颗粒压力的可观上升，从而通过补偿在待除焦装置中出现的压力损失使之得以循环。

喷射器宜用抗磨蚀的材料制成，例如用铸铁或陶瓷。

当蒸汽裂化炉包括向输送待裂化的烃原料流的管供料的歧管时，本发明提供了由歧管上游或在其入口处将固体颗粒注入气化的烃进料中的设备，在歧内建立其速度足以防止任何固体颗粒沉积的湍流的设备，装在管端并延入歧的进料端件，每一进料端件的入口部分朝向歧管的上游端且具有一个处于与歧管内流向垂直的平面内组件;有利的是，在歧管的下游端还提供捕集固体颗粒的设施。

由于歧管内的湍流作用，在整个歧管内的气体-颗粒混合物是均匀的。在管的歧管端安装的端件用来确保向管中送入的颗粒是规则的并基本恒定，不管该管在歧管中的位置如何。端件的入口端包括面对流向的前组件，用来在管子的入口防止流向的过度变化，因为这些方向上的变化会导致气体-固体分离现象和颗粒的不均匀分布。这些端件同时作为歧管内高度有效的湍流发生器。最后，在歧管的下游端设立的捕集过量颗粒的设施用来防止分布器中最后一个管子中送入过量固体颗粒或被固体颗粒阻塞。

上述设备例如可由过滤器，沉降室和旋风分离器以及任何适于脱除过量颗粒，特别是较重颗粒的等同物构成。可将该设备宜于置于分布器的例如最后两条线所处的下游端部，以捕获沿分布器底线移动的相对较重的颗粒，从而防止以过量的固体量将这些颗粒送入最后一条管线，导致与平均值差异很大的磨蚀能力。

有利的是使装置包括在歧管的下游端移出一部分气体和固体颗粒物流的设备，和将移出的气体和固体循环至歧管的上游或其输入口。这样，歧就像是一个无限长的歧，没有用气体-固体混合物剩余部分供料的最后一条管线。

有利的是，每根管的入口在位于上述端件的下游具有一收缩部分，例如喉管或文丘里管或小直径管。该收缩部分用来使沿各管流动的气体更规则更均匀。这一安排对管内壁的除焦也具有有利作用。如果一根管中的积炭比另一根管中的积炭增长得快，若管入口处的收缩部分趋于保持管中流速恒定，那么由于积炭降低了流动横截面，便使局部流速加快。这种由于收缩部分而造成的局部速度的增加可使颗粒的磨蚀速度加快，这样就校正了焦炭沉积的增加趋势。

最后，裂化装置宜包括测量蒸汽裂化炉的管中压降的设备、测量将要裂化的烃进料或稀释蒸汽的流速的设备、校正随测定的流速而变的压降的设备和通过控制循环固体颗粒经过裂化装置的流速来调节校正压降的设备。

这些设备用于维持裂化装置内壁确定厚度的保护炭层和避免该保护层的厚度显著增加。

通过阅读下列对实施例和参照附图的描述，可更好的理解本发明，同时可清楚地看出本发明的特点和优点，附图中，

图1为旋风分离器的分离效率随粒径而变的曲线和固体颗粒的磨蚀能力随粒径而变的曲线;

图2为本发明的一种蒸汽裂化装置的示意图;

图3为本发明的另一种蒸汽裂化装置的示意图;

图4为循环固体颗粒装置的局部示意图;

图5为构成本发明的一个可选实施方案的完整的蒸汽裂化装置的示意图;

图6为循环装置的一个可选实施方案的局部示意图;

图7为包括分配共同颗粒装置的蒸汽裂化装置的局部示意图;

图8、9和10为管子端件的各种具体方案示意图;

图11为构成本发明α-可选方案的蒸汽裂化装置的局部示意图。

为了更好地理解本发明的原理，现在采用图1作为参考。

在图1中，曲线Ⅰ表示旋风分离器的分离效率随添加到旋风分离器中固体颗粒的尺寸而变的曲线。曲线Ⅱ表示共同颗粒的磨蚀能力随其尺寸而变的曲线。

例如，当固体颗粒的尺寸增大超过d₁值时，旋风分离器的分离效率渐渐接近100%，而当其尺寸为d₁值，其分离效率为99%。

该尺寸的共同颗粒的磨蚀能力相当低并保持在d₁的周围尺寸的范围内。

当固体颗粒大大小于d₁时，旋风分离器的分离效率显著下降，颗粒的磨蚀能力基本上变成零。相反，当粒径增大明显超过d₁时，则旋风分离器的分离效率几乎等于100%，颗粒的磨蚀能力变得很大，类似于喷砂，磨蚀变得粗糙且不规则。

本发明提供了选择粒径d₁、d₂的范围，在该范围内，分离效率大于确定的值，如95%或99%，且颗粒产生的磨蚀轻而且规则。

本发明的一种蒸汽裂化装置示意于图2。

该裂化装置包括炉10，该炉具有用多个单程管12，在这些管的一端左右送入烃进料的歧管14，而在位于炉出口处的另一端装有与歧管18连接的多个急冷器16。待气化的烃料以液态的形式通过导管22送到炉的对流区域22中，在该区域内被加热和气化。蒸汽进料导管20上。与预热导管26将气化的烃和蒸汽的混合物送到向蒸汽裂化管12供料的歧管14中。

出口处的歧管18连接在一个旋风分离器28或多个串联和/或并联的旋风分离器上，该旋风分离器包括一个用于排放气态产品的顶部导管30和排放固体颗粒的底部导管32。底部导管32的开口连接在罐34中，该罐的底部装有液体36，该液体可以是水，但最好是基本上不含热解重质芳族化合物的轻质液态烃。罐34的最底部连接在泵38上，该泵用于将液体和颗粒的混合物注入到裂化装置的各个所需点，尤其是注入到导管26的入口处和歧管14的入口处。注入点也可在炉10的出口处和间接急冷器16的入口处。

宜采用与蒸汽一起喷射或闪蒸气化的方法进行注入，其中悬浮液必须在注入前用未示意出的装置再加热。也可往其中加入轻质烃流。

喷射条件和液体流过应能喷射的悬浮液一注入就完全气化（立即气化以防止颗粒粘结）。

如图中40所示，一部分固体颗粒和液体的混合物要被送回到罐34的顶部以使液体形成覆盖罐34整个内壁的连续膜，从而捕集离开导管32的固体颗粒。液体最好由其来源连续地流经罐34的内壁，不形成液滴。

为了增强液体40的洗涤作用和挟带罐34的湿润壁上的颗粒的能力，使液体40产生旋流运动，在40处液体进料已沉淀，从而基本上无颗粒，用特殊泵（未示意）将其从罐中取出。

用于罐34的烃液体可以是裂化烃进料的馏分，该馏分可从罐的底部由导管42提供。循环的热解汽油可选择性地加入到烃进料的该馏分中，如图中44所示，或直接由其构成液体36。

在例如导管42的46处安装补充固体颗粒的装置，补充的固体颗粒可以是固体于烃液体或水中的悬浮液的形式。

该裂化装置按下述过程操作：

在炉10的22区域中将裂化所用的烃进料预热，与蒸汽混合和气化，然后在该炉的管12中在很短的通过时间内进行蒸汽裂化。然后用急冷器16对蒸汽裂化的气态产物进行间接急冷，接着将它们通过旋风分离器28以去除固体颗粒，再将它们送入用注入的热解油直接急冷的装置中。

在炉10内的导管26、歧管14、特别是管12以及急冷器16的管的内壁上形成大量的积炭。

用被气化的烃进料输送的固体颗粒对裂化装置的内壁上形成的积炭层进行轻度和规则磨蚀除去积炭。

然后用旋风分离器28从蒸汽裂化的产物中分离出大部分固体颗粒，这些颗粒进入罐34中，与液体36混合以形成液-固悬浮液。泵38通过对液-固悬浮液再次是将压力，使之到达适宜的注入点的压力，将这些固体颗粒循环到裂化装置中。

在旋风分离器中未从气流中分离的固体颗粒随后用注入气流中进行直接急冷的液体捕集。

所用的固体颗粒的平均粒径通常约小于150μm，在气流中的固体颗粒相对于气体的浓度通常低于10%（重量）。所用的共同颗粒的平均粒径较好的为5至85μm，更好的为15至60μm，固体与气体的比为0.1至8%，例如0.1至3%。

颗粒的“平均尺寸”是指例如50%的颗粒的直径小于该尺寸。

可使用基本上为球状的颗粒，例如二氧化硅-氧化铝颗粒，如催化裂化用过的催化剂颗粒（硅-铝酸盐，用喷射法生产）。

这些裂化催化剂（硅-铝酸盐，沸石）颗粒基本上为球状且已被证明十分有效地除去积炭，但对反应器的金属基本上无害。

可使用二类颗粒，其中之一是对炭有催化作用的金属颗粒、铁颗粒、钢颗粒、镍颗粒或含镍的合金颗粒，这些颗粒在蒸汽裂化条件下相对较软，而另一类颗粒则较硬且更具磨蚀性（例如裂化催化剂颗粒或由硬的耐火金属合金制成的颗粒）。

为了避免在将颗粒加入到蒸汽裂化炉的地方产生任何冷凝问题，也可在将这些颗粒注入到氯化装置前进行预热。预热温度宜高于注入点的局部露点温度。

可采用这种颗粒的连续的或不连续的注入对裂化装置进行除焦。

宜在裂化装置的内壁上形成较薄的第一层炭，其厚度例如为0.5至4mm，几何的为1至3mm，这层炭很快变坚硬。这层很坚硬的焦炭有效保护了裂化装置的金属壁。在这保护层上随后沉积的炭在其形成时被由烃进料输送的颗粒磨蚀而除去。

还可观察到，在裂化装置中输送固体颗粒载气是汽含量较高，该气体对在炉的管的内表面形成氧化物层（主要是氧化铬）起重要的作用。人们认为，这层硬的氧化物膜也可保护管金属免遭本发明固体颗粒的磨蚀。

因此，本发明利用了三种不同的物理现象：

使用一种由少量分散在气体中的很细颗粒构成的高速流动且不相互反应磨蚀气体对积炭进行轻度磨蚀，磨蚀高度均匀且无碎裂。

管子受到厚度可控的坚硬炭层保护，这层炭与新生成的积炭相比不易被磨蚀气体磨蚀;

在局部氧化条件下所用的很细颗粒对管金属的磨蚀很小。

气态产物在中间温度（通常约低于600℃）下通过旋风分离器，这样旋风分离器就可用低合金钢即价廉的钢制造。由于中温下气体的粘度低，所以在中温下旋风分离器分离固体颗粒的效率要比在高温下高。最后，固体颗粒的分离在使裂化反应的速度较低的温度下进行。因此，不会产生固体颗粒在炉10的出口处立即分离的二次过度裂化反应。

图3为本发明的另一种蒸汽裂化装置。

该装置是多程弯曲管装置或“蛇管”型装置，裂化炉10装有用弯管54相互连接的直线管52。歧管56在炉10的出口处连接各管并与间接急冷器58相连接。旋风分离器收集离开急冷器的气态产物并分离固体颗粒。

颗粒可从三处注入到裂化装置中：炉10的入口处;最后的直线管的开端部和急冷器58的入口处。

图4为循环固体颗粒装置另一可选方案的示意图。

在该装置中，旋风分离器28的底部通过隔离阀60与罐64的顶部出口处62相连接，罐64包括诸如分离和保留大固体颗粒所用的振动筛之类的装置66以及除去这些颗粒的孔（人孔）。

罐64的底部（用于收集细小颗粒）与一个电动转动件70（如螺杆、转动锁）相连接，且通过隔理阀72与另一罐74的入口处连接，罐74的底部包括一个电动转动件76和隔离阀78，与上述部件70和隔离阀72相同。罐74的出口通过阀78与用于循环蒸汽裂化炉中固体颗粒的导管80相连。加压气源82以中等气速或较低的气速（例如过热蒸汽的流速为20m/s）通过导管80进料。

三通阀84将罐74与加压气源82或旋风分离器的出口导管30相连接。将三通阀84与加压气源82以及导管30效率的导管分别装有节流阀88和86。

装有新的粒径确定的固体颗粒单立罐90借助于电动转动件79和隔离阀94将固体颗粒注入到添加所用的导管80中。罐90的顶部借助于平衡压力所用的导管96与罐90的出口处相连。

转动件92用于调节添加的颗粒的流速。

第一个罐64（或罐74）的底部装有用于去除一定量的磨损固体颗粒的放排支管98，而控制阻拦气体输入的支管与罐60的顶部相连。阻塞气体无重质芳香族化合物且可以是蒸汽，它通过阻止裂化气体存在来防止罐64和筛66结焦。

这些循环装置按下述过程操作：

开始时假设，第一个罐64的阀60是开着的，该罐的转动出口件70没有转动，下部隔离阀72是关着的。在用筛66过滤以除去最大粒径的颗粒后，在罐64中收集和贮存用旋风分离器28从气态产物分离的固体颗粒。用导管100供给的阻拦气体防止任何重质芳香烃化合物进入罐中，的不干扰从导管32中落入的颗粒的重力降落。

在该步骤中，预先已装有从顶罐64中得到的固体颗粒的底罐74逐步卸出这些颗粒，这些颗粒再次注入了导管80。为了进行这一操作，该罐的下流隔离阀是开着的，转动件76是转动的，罐74的内部借助于阀84与加压气源82效率，同时打开部分节流阀86。气源82提供的气体的压力不低于且可略高于固体颗粒进入裂化装置处的压力，该压力大于旋风分离器出口支管30的压力。因此，罐74的内压高于顶罐64的压力，且等于循环导管80的压力。气流82以相当低的（5-25m/s，流速例如过热蒸汽流速为10至20m/s时），提供进入该支管的气体，从而将稀释的气体悬浮物流中的固体颗粒输送到裂化装置注入处的至少一处。当罐74变空或几乎变空时，关闭转动件物，关闭阀78且借助于三通阀84将罐74与旋风分离器的出口导管30效率。这时罐74与顶罐64的压力相同，足以打开隔离阀72，开动转动件76，以使罐64中所含的固体颗粒移送到罐74中。

然后，再关闭转动件70，再关闭阀72，将罐74与加压气源82相连，再打开阀，再开动转动件，使固体颗粒再注入支管80。

若需要，用排放支管98除去罐64中注入的固体颗粒流，该颗粒由添加罐中的磨损颗粒的混合物构形，磨损的颗粒已与从裂化装置的内壁上除下的炭的颗粒一起在一定程度上流经过裂化装置。

在图5的另一可选的装置中，罐64和74并联在旋风分离器28的出口和循环导管80之间，它们可交替使用，其中之一用于贮存来自旋风分离器的固体颗粒，而另一只罐用于将固体颗粒注入导管80中。在旋风分离器28的出口处装配的片状阀用于这只或那只罐的颗粒进料。

其它操作类似于图4所示的循环装置的操作。固体颗粒可在导管26的入口处、间接急冷器16的入口处和导管24入口处循环进入裂化装置中，导管24用于清扫位于炉10的区域22中的进料气化支管（例如，当进料完全蒸发时和进料与蒸汽混合前）。

图5所示的裂化装置还包括用于测量炉内管12中的真正压降的装置42，从而发现由于在各个管的内壁上形成的炭层引起的压降的增加。测量炉管的压头损失的装置42连接在校正电路144上，该校正电路连接着测量烃进料的流速的装置146和逻辑控制电路148，该控制电路用于使炉的管中的真正压降调节在于相同的炉操作条件下（相同的烃进料和相同的蒸汽流速）清洁管中的压降值的110%至300%的范围内。在炉管中的真正压降（用流速变化来校正）宜保持在清洁管的压降值的120%至200%的范围内，例如130至180%范围内。为了达到这一目的，控制电路148可通过下列废水起作用;

罐90所提供的添加的固体颗粒的量;

用支管98对罐64进行的排放;和

罐64和74中固体颗粒被循环的频率和流速。

炉管中校正压降的调节与管的内壁上所保持的炭层厚度的调节相对应，所述的炭层的厚度在例如0.3至6mm范围内，较好的为0.5至4mm，更好的为1至3mm，从而使管子避免固体颗粒的磨蚀。

图4和5所述的装置通常都适用于烃蒸汽裂化装置，与炉所用的管的类型以及分离和循环固体颗粒的方式无关。

图6为循环装置的另一可选方案的示意图。

在该装置中，旋风分离器28的底部出口32连接在喷射压缩机104的轴向入口管102，喷射压缩机具有能在高压下供给驱动气的周边入口106。轴向入口管102与喷射压缩机的外壁最佳的环状空间构成了借助于周边入口106送入的高压驱动气的加速喷嘴。喷射压缩机的出口连接在用于将气-固悬浮体注入裂化装置的导管上。

导管108也可用于将辅助气流q+q′注入旋风分离器28的底部，从而在旋风分离器28的出口形成气-固悬浮体。

在这些条件下，喷射压缩机从旋风分离器中带走形成气-固悬浮液所需的辅助气流q，注入旋风分离器的辅助气体的过量气流q′从其顶部与进入旋风分离器的气流Q一起离开旋风分离器。因此，在旋风分离器中收集的颗粒被性质与裂化气体不同的辅助气体的气流q携带，在喷射压缩机中再压缩悬浮体，将重新压缩的悬浮体循环进入裂化装置。

通过喷射压缩机104对气-固悬浮体进行的再压缩足以补充进入裂化装置的注入点和喷射压缩机104的进口点之间的压头损失。

导入喷射压缩机的辅助气体可以是蒸汽或者其组成应使声音在其中的速度大大小于在蒸汽中的速度的重质气体。这可以用来限制与声音的速度有关的通过喷射压缩机的流速，从而限制了对喷射压缩器的磨蚀。该气体不应含有芳族化合物，因为它的循环将增加裂化炉的积炭。

辅助气体的大部分可由例如加氢处理后循环的热裂产物馏分，如沸点在C₄范围的馏分和热裂汽油构成。

另外，喷射压缩器也可以是常规型（中心轴向驱动进气），并且由可耐受磨蚀的材料组成（用陶瓷或碳化物内衬）。重颗粒宜在喷射压缩器的入口处滤掉。

图7是用来在蒸汽裂化炉的管口之间分配或均分固体粒子的设备的示意图。这些管12是小直径的平行直线管，它们的两端连在进料歧管14和可以放在初级急冷换热器的外面的出口歧管上（没示出）。

歧管14的进料是汽化烃进料和水蒸汽，进料的温度例如可约为550℃，并且向进料中加入少量的小尺寸的固体颗粒，该固体颗粒以在液体例如水或轻～中等烃中的悬浮液的形式存贮在罐110中。泵112将液体和固体颗粒的混合物从罐110中取出并将其注入在位于歧管14上流的导管114中的蒸汽和气态烃进料流中。

炉管12由一排或多排平行管排组成，这些管子以相同的间距连结到歧管14上，歧管的截面积沿流动方向逐渐缩小以便在其中能维持混合物的一个最小流速，从而避免了颗粒的沉积。

每一个向歧管14开口的炉管12的端头有一个延伸进入歧管并且具有一个进口或小孔118的端件，该小孔对着歧管的上流端，端件在垂直于歧管中的进料流的主要方向的延伸平面上件有一重要构件。紧靠进料端件116的下流，各管12包括一个喉管或文丘里管形式的收缩部120，以使管12中的气体流均匀一致。最好是使用声速文丘里管。

在最后一根管12的稍前的上流方以及在歧管的底部有一个沉降室137，以便收集沿歧管（14）的底部运行的重颗粒。

歧管14的下流端122通过一个具有适当尺寸的导管124连结到喷射压缩器126上，126包括一个用来导入例如蒸汽的驱动气流的轴向导管128。阀130是用来控制驱动的气流的流量的。

喷射压缩器126的出口通过导管132连到歧管14的上流端或连到用来输送烃进料的导管114上。

用来控制驱动气流量的阀130最好其本身用系统134来控制，134包括测定炉的第1根和最后一根管子12的表面温度的装置，以便来实现驱动气体流量对这些温度之间的温差的伺服控制。该装置的操作如下：

蒸汽和夹带着小固体颗粒的气态烃的进料以高湍流度沿歧管14流动。歧管中的平均流速为20～120m/s，例如30-80m/s，并且显著低于管12中的流速，该流速为约130～300m/s，特别是160～270m/s，歧管14中的这种流速足以防止颗粒从气体中分出，从而防止了固体颗粒在歧管内的聚集沉积，但沿底线运动的特定重粒子例外。

通过从歧管的下流端122除去相当部分的固体颗粒和气体流，歧管可以说被转变成了无限长度的歧管，因此不管管12距歧管的末端的远近如何，歧管的末端对各个12之间气体和颗粒的分配没有明显的影响。

通过将驱动气（如蒸汽）导入喷射器126，可以抽出所希望的在歧管中的气体和固体流，并将其压缩后导入导管114或歧管的上流端从而实现循环。系统134通过作用于阀130来控制驱动气的流量，由此对第1根管相对于最后一根管的固体颗粒的进料量有影响，因此通过检测这些管子的表皮温度对分配不均进行校正。

沿管子12流动的固体颗粒磨蚀在这些管子内壁形成的焦炭层。管子的表皮温度的变化可用来评价管子内焦炭的积累程度以及固体颗粒对焦炭层的磨蚀的效率。增加抽出的流量可以增加歧管中的平均流量，且该增加在歧管的下流端大于上流端。在歧管的端部抽出的流量可根据各管的阻塞的变化来进行调节。更简单地说，它可以调节到一个合适的值。

在管12的上流端形成的收缩部120的作用是使管中的气体的流量均匀及基本一致。这就使固体颗粒对管子的清洁的自动调节变得可能。如果焦炭在管子中异常沉积，由此而使管子部分阻塞，由于进料气体流量是由收缩部120维持的，则通过积炭的流速增加，由此而提高了磨蚀的效率。

为了适宜地调节及分配各管之间的气体和颗粒的流量，在第1根管12的上流要安装一个鼓形进料端件136，该136与管子的进料端件116相同。这就意味着第1根管子12与下面的管子处于相同的空气动力学状态。

图8、9和10表示了管12的端部和其进料端件的各件具体示意图。

在图8中，端件116与图7所示的相同，但是，收缩部120是由一个文丘里管构成，该管有一个最好是声速喉部。该文丘里管由非常坚硬的材料（例如碳化钨或碳化硅）制成，以便能经受住磨蚀。

在图9中，每根管12都由一个斜切式端件138来封端，该端件带有一个斜切体，由此而形成了使气体和固体粒流进入管子的进口端。

在图10中，每一根端件由一个90°弯管140构成，该弯管固定在歧管14的内壁上，对应的管12的端部向该弯管内开口，所述端部包括收缩部120。

管12可以是裂化炉管，也可以向炉管中进料的柔性导管。（pigtails）

图11表示了本发明的蒸汽裂化装置的另一个具体示意图。

在该图中，蒸汽裂化炉10包括一系列小尺寸直线管12，管12在其上流端由位于裂化炉外的歧管14进料，并在其下流端通过位于裂化炉10内的歧管158（根据需要而安装）相互连结起来。歧管158给一个大尺寸直线管160进料，160的出口端在裂化炉之外连接到一个使用蒸汽裂化的产物气体的间接急冷器162上。162的出口连接在产物气体的直接急冷器164上。

注入的颗粒在急冷器162和急冷器之间的没有示出的设备来回收。

在这个装置中，蒸汽裂化进料（蒸汽和烃的混合物）被送到歧管14中，沿管12流动，然后以相反的方向沿大尺寸管160流动，离开裂化炉，并且通过间接急冷换热器162，在颗粒回收后到达直接急冷器164。这种装置是已知的被称作双程“Split        Coil”型装置。

为了在操作情况下对装置除焦，用来注入蒸汽或蒸汽和氢气的混合物的蒸汽注入导管166被连结到位于裂化炉10之外的小尺寸管的上流端上。每一个导管166包括一个阀或其他类似的开闭设备168并且该166连结在用来使其蒸汽或蒸汽和氢的混合物进料的设备170上。各导管166的阀168连结在相继开关控制设备172上。这样一来，在某一时刻只有一个阀166或非常少的阀是开的，而其他阀则是关闭的。要对注入小管12之一的蒸汽或蒸汽与氢的混合物的流量进行调节，以便防止蒸汽裂化进料进入该管。

该裂化装置还包括将磨蚀固体颗粒注入大管160的上流管，最好是注入歧管158的上流端，然后再导入大管160的设备。这些装置被表示在图中并用174来表示。

如图的右方所示的那样，也可以带有将可量的固体颗粒注入小尺寸管12的上流端的设备175。另一种实质上类似的设备是将颗粒注入进口歧管14或该歧管的上流。在这种情况下，可以先用固体颗粒进行管12的部分脱焦，然后再通过注入蒸汽完成除焦。

有利的是具有设备176，将额外的固体颗粒直接注入间接急冷器162的进口中，以便改进除焦。

也加了将气体178在该点，即沸腾器162的进口注入的设备，该气体比蒸汽裂化的气体产物冷，可用其进行产物的急冷，该急冷被限制在150℃以下，例如50～130℃。

该预急冷的气体也以是冷却的裂解乙烷，或者可解是循环的热裂汽油，最好是氢处理的，例如苯提取后的是有低率烷值的C₅或C₆馏分。

预急冷的被用来避免或限制在裂化炉10的出口处的产物再裂化。

向炉管12中注入蒸汽是用来通过气体和水的反应进行除焦。在下流端离开管12的蒸汽在歧管158中与蒸汽裂化进料混合。这种裂化炉的首程管的相继除焦可不消耗任何特定的蒸汽，这是由于该蒸汽被收集来用于裂化炉的第二程管160中的烯释蒸汽。阀168相继开启，每一个都开启一段特定的时间。磨蚀性固体颗粒可以同时或单独注入歧管158和沸腾器162的进口。

旋风分离器安装在间接急冷器162和直接急冷器164之间，它用来从气体产物流中分出磨蚀性固体颗粒。

一般说来，本发明的方法特别适用于采用无弯曲的直线小尺寸管的单程除焦装置，如图2和10所示。

图11的装置表明，本发明同样也适用于具有二程或多程的裂化装置，而不会造成在流动方向的改变处的磨蚀（在这些点的固体颗粒的数量很少或为0）。

最后，本发明也可以，特别是通过使用硬化焦炭的予置层以及通过对颗粒注入的小心控制用于具有弯曲通道或“蛇管”的裂化装置。

因此，本发明提供了对蒸汽裂化的重大改进。

Claims (21)

1、一种烃蒸汽裂化装置的除焦方法，该方法包括通过磨蚀除去至少一部分沉积在该装置内壁，特别是蒸汽裂化炉(10)和间接急冷器(16，58)的内壁上的焦炭，该磨蚀是通过用高速流动的定向流体来输送固体颗粒而造成的；该方法的特征在于在进行除焦的同时，装置不间断操作，该定向气体至少部分是由混有蒸汽的烃进料构成，定向气体含有平均直径小于150μm的颗粒，且固气比很低，这样一来，定向气体和固体颗粒的混合物就可以成为一种可进行轻度磨蚀的气体。

2、权利要求1的方法，其特征在于使定向气体和固体颗粒的混和物在蒸汽裂解炉10的出口处冷却至低于600℃的中等温度，该温度的选择应避免任何液体的冷凝，然后使至少大部分固体颗粒在至少一个旋风分离器28中从介质气体中分出，使在旋风分离器（28）中从气体中分出的至少一部分固体颗粒的压力升高，使颗粒在蒸汽裂解装置中循环。

3、权利要求1或2的方法，其特征在于所述固体颗粒的平均粒径约为5～100μm，固气比为约为0.01～10%（重量），颗粒通过裂解炉的速度约为70～480m/s。

4、权利要求3的方法，其特征在于固体颗粒的平均直径约为5-86μm，固气比约为0.1～8%（重量），颗粒在炉子中的速度约为130-300m/s。

5、上述权利要求中任何一项的方法，其特征在于送入所述装置的固体颗粒被注入喷到装置中的多个点上，特别是注入裂解炉（10）中的一个或多个区中，或者在入口处被注入间接急冷器（16，58）中，或者依次被注入烯释蒸汽中以便在对流区除焦。

6、权利要求2～5中任一项的方法，其特征在于使在旋风分离器（28）中从定向气中分出的固体颗粒与水或基本上不含热裂重质芳香化合物烃液体（36）混合，根据需要，该液体可以是要进行裂解的烃进料的一个馏分，其特征还在于使固体颗粒和液体的混合物用泵循环进入该装置中。

7、权利要求6的方法，其特征在于为了使该液体与离开旋风分离器28的固体颗粒相接触，要使液体从供液管连续流出并流过处在靠近及低于颗粒到达区的壁从而形成湿润壁。

8、上述权利要求中任一项的方法，其特征在于固体颗粒基本上是球形的，例如通过气体喷雾而形成的金属或无机物球。

9、权利要求8的方法，其特征在于该颗粒是以二氧化硅或氧化铅为基的多孔无机物球，例如废旧的用于催化裂化的催化剂球。

10、上述权利要求的任一项的方法，其特征在于所述颗粒是含有二种类型的颗粒的混合物，其中一种是在蒸汽裂化条件下较软的催化焦炭的金属颗粒，另一种颗粒较硬且更具磨蚀性。

11、上述权利要求中任一项的方法，其特征在于该方法包括使裂化装置的内壁上形成一层焦炭层，然后通过使用上述固体颗粒进行的磨蚀，即通过将在管道中的压降维持在比干净管道的压降高得多的水平上，来使该焦炭层的平均厚度维持在一个予定值附近。

12、一种蒸汽裂化装置，该装置包括一个带有输送烃进料的管子（12）的蒸汽裂化炉（10），一个用来急冷离开裂化炉的气体气物的间接急冷器（16，58），以及一个通到间接急冷器的液体注射直接急冷器，其特征在于该装置包括一个能在装置不间断操作的情况下将固体颗粒注入流过装置的气态烃进料中的器具，所述颗粒的平均粒径小于约150μm，装置中的固气比很低，这样一来该气体和颗粒的混合物就可成为具有轻度磨蚀性气体，该装置进一步还包括分离器，例如旋风分离器（28）（用来从气体中分出固体颗粒），该分离器装在间接急冷器（16，58）的出口处和直接急冷器的上流。

13、权利要求12的装置，其特征在于包括使从气体中分出的固体颗粒在装置中循环的器具以及用来补充固体颗粒的器具。

14、权利要求13的装置，其特征在于包括用来存贮固体颗粒的罐（74），该罐具有一个连结到上述分离器（28）的固体出口32的进口，并且具有一个连结到用来将颗粒注射入装置的导管（80）的出口;该装置还包括用于罐（74）的隔离器具，如阀以及连结所述罐及加压气体源（82）的器具（84），该加压气体源的压力应使罐（74）的内压增至不低于能将颗粒注入裂化装置的压力。

15、权利要求14的装置，其特征在于该装置包括与第一个罐（74）平行安装的或安装在分离器（38）的出口和第一罐（74）的进口之间的第二罐，第二罐的隔离器（60，72），如阀，在该第二罐的内部有用来保留大颗粒的器具（64），其特征还在于加压气体源（82）连结至一个将颗粒注射入裂化装置的导管（80）上。

16、权利要求13的方法，其特征在于循环固体颗粒的设备包括将不含重质芳香化合物的气体流注入分离器（28）的底部并由此而在分离器的出口处形成气固悬浮体的器具（108）以及一个连结至上述分离器（28）的出口的喷射压缩器，该喷射压缩器中被导入高压辅助气体对气-固悬浮体进行压缩以便将其再注入裂化装置。

17、权利要求12-16中任一项的装置，其中包括向裂解炉（10）的管（12）进料的进料歧管（14），其特征在于该装置包括将固体颗粒在歧管（14）的上流或进口处注入气态烃进料的设备;在歧管（14）内形成足够高速的湍流以消除任何歧管内的固体颗粒沉积的设备;安装在管子（12）的端部并延伸进歧管（14）中的进料端件（116），每一个进料端件具有一个通向歧管上端的进口（118）及以一个在与歧管中的平均流动方向垂直的平面上的构件。

18、权利要求17的装置，其特征在于该装置包括在歧管下流端的用来收集固体颗粒设备（124，126，137）。

19、权利要求18的装置，其特征在于该装置包括从歧管末端取出气体和固体颗粒流的一部分的设备（124，126）、以及在歧管的上流或其进口处的用来循环气体和固体颗粒流的取出部分的设备。

20、权利要求11～19中任一项的设备，其特征在于装置包括用来测量蒸汽裂解炉的管子中的压降的仪器（142），测量裂化进料的流量的仪器（146）、根据测量的流量的变化校正压力降的设备（144），通过控制循环颗粒进入裂解装置的流量而调节校正压降的设备（148）。

21、权利要求12～20中的任一项的装置，它具有多个使烃和蒸汽通过裂化炉（10）的通道，其中至少一个通道由一系列小直径的管（12）组成，这些小管由歧管（158）连到一个构成最后通道的大直径管（160）上，该裂化装置的特征是它包括连结到小直径管（12）的上流端的蒸汽注入导管（166），该导管包括用来开关导管的例如阀的部件（168），用来控制这些部件并且通过注入蒸汽来轮流使小直径管（12）除焦的设备（172）以及用来将磨蚀性固体颗粒注入连结小直径管和大直径管（160）的歧管（158）中的设备（174）。

Images