CN105623708A - 微型裂解反应器和含有该反应器的裂解原料在线评价系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型裂解反应器，包括基体(21)和加热装置，基体(21)内设置有微通道(22)，用于提供反应区域，加热装置用于对通过所述微通道(22)的反应物料进行加热，其中，微通道(22)的内径为100-1000μm，长度为10-2000mm。本发明还公开了一种裂解原料在线评价系统，包括微型裂解反应器(2)和色谱分析仪(4)，色谱分析仪(4)用于对来自微型裂解反应器(2)的反应产物进行分析，其中，微型裂解反应器(2)为上述的微型裂解反应器。本发明提供的微型裂解反应器实现了裂解炉的微型化，缩小了裂解炉的体积，同时易于操作，运行稳定性高，降低了成本。本发明提供的裂解原料在线评价系统操作简单，体积小，可以直接在生产一线对裂解原料的性质进行快速评价。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型裂解反应器和含有该反应器的裂解原料在线评价系统。
背景技术
石油烃类裂解制乙烯、丙烯以及丁二烯等产物是一个高温强吸热的过程，因此不仅需要把反应物料加热到600-900℃的比较高的温度以引发裂解反应，而且还需要在反应过程中持续提供足够的能量以达到所需要的转化率。当前，工业上主要采用管式加热炉对烃类原料在高温条件下进行裂解以生产乙烯，管外通过燃烧碳氢化合物来提供热源。裂解过程所消耗的能耗占到乙烯生产过程的60％左右，能量消耗巨大。
为了保证裂解装置的正常运转和烃类裂解的高效运行，需要对各种用于裂解的原料进行评价。同时，针对某一地区新建裂解炉时，也需要对当地的原料进行考察和评价。
当前，对裂解原料的评价一直采用裂解炉实验平台。裂解炉实验平台能够快速准确的评价裂解原料的性质，是进行裂解实验的一套重要的实验装置。现有的热裂解过程模拟炉的炉管直径一般在10mm左右，长度为3-5米左右，通过电阻丝进行加热。模拟炉的前面有进料系统，用以将各种气体或者是液体原料送入模拟炉中，后面有分离系统，用来将裂解产物冷却下来。裂解产物可以进一步送到色谱仪中进行分析。但由于整套实验装置体积比较庞大，控制系统复杂，只能在专有的实验室由专业人员操作才能顺利进行。
因此，实践中迫切需要一种用以评价裂解原料性质的能耗低，操作简单的微型化的裂解炉装置。
发明内容
为了解决现有的裂解炉装置体积庞大、操作复杂，人力、物力耗费较大的缺陷，本发明提出了一种微型裂解反应器以及含有该反应器的裂解原料在线评价系统。本发明提供的微型裂解反应器体积小、易于操作，能量消耗少，运行稳定性高。本发明提供的含有该反应器的裂解原料在线评价系统运行成本低，操作简单，可以快速评价裂解原料的性质。
本发明提供了一种微型裂解反应器，该反应器包括基体和加热装置，所述基体内设置有微通道，用于提供反应区域，所述加热装置用于对通过所述微通道的反应物料进行加热，其中，所述微通道的内径为100-1000μm，长度为10-2000mm。
本发明还提供了一种裂解原料在线评价系统，该系统包括微型裂解反应器和色谱分析仪，所述色谱分析仪用于对来自所述微型裂解反应器的反应产物进行分析，其中，所述微型裂解反应器为上述的微型裂解反应器。
本发明提供的微型裂解反应器实现了裂解炉的微型化，大大缩小了裂解炉的体积，同时易于操作，运行稳定性高，大大降低了成本。本发明提供的裂解原料在线评价系统操作简单，体积小，可以直接在生产一线对裂解原料的性质进行快速评价。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明提供的微型裂解反应器的结构示意图。
图2是本发明提供的裂解原料在线评价系统的结构示意图。
附图标记说明
1微型加热器2微型裂解反应器
3气液分离器4色谱分析仪。
21基体22微通道
23加热部件
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种微型裂解反应器，如图1所示，该反应器包括基体21和加热装置，所述基体21内设置有微通道22，用于提供反应区域，所述加热装置用于对通过所述微通道22的反应物料进行加热，其中，所述微通道22的内径为100-1000μm，长度为10-2000mm。
根据本发明，优选地，所述微通道22的内径为80-500μm，长度为100-600mm。
根据本发明，所述微型裂解反应器的长度可以为10-2000mm，优选20-1500mm。
根据本发明，所述基体21内设置有多个微通道22。优选地，所述多个微通道22以矩阵形式排布。进一步优选地，所述加热装置包括加热部件23，所述加热部件23设置于任意两排相邻的微通道22之间。由于所述加热部件23设置于任意两排相邻的微通道22之间，从而形成具有立体三维结构的微型裂解反应器，这样不仅可以进一步提高能量的利用率，还可以提高裂解原料的裂解效率。
根据本发明，所述加热装置可以为微型燃烧器或电加热装置。所述微型燃烧器可以以常用的燃料，例如燃气燃烧产生的热量对所述微通道22进行加热。所述电加热装置包括加热部件23。所述加热部件23可以为电热丝。所述电热丝可以通过外接电源对所述微通道22进行加热。
根据本发明，所述基体21的材质可以为现有工业炉管常用的Cr35Ni45或硅。所述硅优选为单晶硅。优选地，所述微通道22内表面施覆有防结焦层。进一步优选地，当所述基体21的材质为Cr35Ni45时，所述防结焦层的材质为尖晶石。在所述微通道22内表面施覆尖晶石的操作方法可以按照中国专利申请CN103788983A公开的操作方法进行。所述防结焦层还可以为按照中国专利申请CN103788987A公开的方法，在所述微通道22的内表面施覆的一层防氧化抗结焦的渗透层。当所述微通道22所用的材料为硅时，可以采用硅体微加工技术在块状硅体中直接加工出所述的微通道22。对所述硅体微加工技术没有特别限定，例如可以为常规的蚀刻技术或高能激光加工技术。
根据本发明，所述微型裂解反应器的原料入口端还可以有微型加热器1。所述微型加热器1可以将裂解原料加热到所需要的裂解反应温度，然后再进入所述微型裂解反应器，从而提高微型裂解反应器的裂解效率。
根据本发明，还可以使用控制系统对所述微型裂解反应器进行控制。所述控制系统可以用以调控所述微型裂解反应器内的温度、压力和待评价的裂解原料的流量。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种裂解原料在线评价系统，如图2所示，该系统包括微型裂解反应器2和色谱分析仪4，所述色谱分析仪4用于对来自所述微型裂解反应器2的反应产物进行分析，其中，所述微型裂解反应器2为上述的微型裂解反应器。
根据本发明，所述裂解原料在线评价系统还可以包括气液分离器3，所述气液分离器3用于对来自所述微型裂解反应器2的反应产物进行气液分离，并向所述色谱分析仪4供给待分析样品。
根据本发明，所述色谱分析仪用以将从所述微型裂解反应器2或者所述气液分离器3分离出来的气体进行分析，以测定气体的组成。所述色谱分析仪4可以商购获得，例如可以为购自Agilenttechnologies公司牌号为7890A的商品。
以下将通过具体的实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中使用的色谱分析仪为购自Agilenttechnologies公司牌号为7890A的商品。
以下实施例和对比例中使用的石脑油的油品性质如表1所示。
表1中，“初馏点”为石脑油开始蒸发时的温度，“10％、30％、50％、70％、90％和干点”依次为石脑油蒸发掉10质量％、30质量％、50质量％、70质量％、90质量％和全部蒸发时的温度；“P”为石脑油中烷烃的质量百分含量，“O”为石脑油中烯烃的质量百分含量，“A”为石脑油中芳香烃的质量百分含量，单位为“质量％”。
表1
实施例1
如图2所示，按照裂解反应原料的走向，本实施例提供的裂解原料在线评价系统的组成为依次相连的微型加热器1、微型裂解反应器2、气液分离器3和色谱分析仪4。其中微型裂解反应器2的结构如图1和图2所示，其包括内部设置有微通道22的基体21、含有加热部件23的加热装置和微型加热器1。其中，微型裂解反应器2中，基体21的材质为单晶硅；微通道22的内径为100μm，长度为600mm，微通道22共有40个，以矩阵形式排布，任意两排相邻的微通道22之间均设置有用Cr20Ni80制作的电热丝作为加热部件。
以上述表1所示组成的石脑油为原料，使用本实施例提供的裂解原料在线评价系统对其进行评价，具体操作方法为：先通过微型加热器1将石脑油加热到820℃，然后控制石脑油进入微通道的流量为0.005g/s，同时控制微通道的进口温度为540℃，出口温度为820℃。石脑油经裂解后的产物经气液分离器3分离后，将气体送入色谱分析仪4进行分析，得到的裂解产物的组成见表2。
实施例2
除以下条件外，其他均和实施例1相同。
微型裂解反应器2中，微通道22的内径为200μm，长度为300mm，控制石脑油进入微通道的流量为0.01g/s。
经色谱分析仪分析后的裂解产物的组成见表2。
实施例3
除以下条件外，其他均和实施例1相同。
微型裂解反应器2中，基体21的材质为Cr35Ni45，同时微通道22的内径为100μm，长度为900mm，控制石脑油进入微通道的流量为0.0065g/s。按照中国专利申请CN103788983A实施例1公开的操作方法对微通道22的内表面施覆尖晶石层作为防结焦层。
经色谱分析仪分析后的裂解产物的组成见表2。
实施例4
除以下条件外，其他均和实施例3相同。
微型裂解反应器2中，微通道22的内径为500μm，长度为1200mm，控制石脑油进入微通道的流量为0.04g/s。按照中国专利申请CN103788987A实施例1公开的操作方法对微通道22的内表面施覆一层防氧化抗结焦的渗透层。
经色谱分析仪分析后的裂解产物的组成见表2。
对比例1
采用常规的热裂解过程模拟炉对与实施例1相同的石脑油进行裂解，该模拟炉的炉管直径为10mm，长度为3米，材质为Cr35Ni45。裂解操作条件为：石脑油在模拟炉反应管内的流量为5.45g/s，反应管进口温度为520℃，出口管壁的温度为820℃。将石脑油经裂解后的产物用气液分离器分离后，将气体送入色谱分析仪中进行分析，得到裂解产物组成见表2。
表2示出了实施例1-4和对比例1的色谱分析结果，表2中，各个组分的含量均为质量百分含量，单位均为“质量％”。
表2
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | |
| 氢 | 0.90 | 0.89 | 0.95 | 0.92 | 0.93 |
| 甲烷 | 16.20 | 16.10 | 16.50 | 16.45 | 16.44 |
| 乙炔 | 0.60 | 0.53 | 0.56 | 0.52 | 0.57 |
| 乙烯 | 28.90 | 28.00 | 28.05 | 27.95 | 28.01 |
| 乙烷 | 4.30 | 4.32 | 4.28 | 4.40 | 4.34 |
| 丙炔和丙二烯 | 0.88 | 0.91 | 0.94 | 0.89 | 0.90 |
| 丙烯 | 12.40 | 12.70 | 12.75 | 12.50 | 12.65 |
| 丙烷 | 0.20 | 0.20 | 0.19 | 0.21 | 0.21 |
| 丁二烯 | 5.13 | 5.10 | 5.02 | 5.04 | 4.99 |
| 丁烯 | 3.72 | 3.62 | 3.75 | 3.60 | 3.67 |
| 丁烷 | 0.12 | 0.12 | 0.15 | 0.14 | 0.14 |
| C5 | 3.00 | 2.90 | 2.15 | 3.01 | 3.00 |
| C6-C8的非芳烃 | 2.30 | 2.40 | 2.32 | 2.42 | 2.34 |
| 苯 | 8.30 | 8.10 | 8.25 | 8.00 | 8.07 |
| 甲苯 | 3.80 | 3.70 | 3.75 | 3.58 | 3.65 |
| 乙苯和二甲苯 | 1.10 | 1.02 | 1.03 | 1.05 | 1.06 |
| 苯乙烯 | 1.40 | 1.60 | 1.55 | 1.45 | 1.50 |
| C9 | 0.23 | 0.26 | 0.24 | 0.25 | 0.25 |
| 燃料油 | 7.32 | 7.43 | 6.52 | 7.62 | 6.28 |
由表2的结果可以看出，本发明提供的微型裂解反应器体积小、易于操作，所需原料少、能量消耗少，可以有效地对裂解原料进行裂解；使用本发明提供的含有上述微型裂解反应器的裂解原料在线评价系统对石脑油进行评价的结果和对比例1相比，可以同样准确的对裂解原料进行评价，但是本发明提供的裂解原料在线评价系统体积更小，能量消耗更少，运行成本更低，操作也更简单，携带方便，可以直接在生产一线对裂解原料的性质进行快速评价，满足了对裂解原料的在线测试要求。
Claims (10)
1.一种微型裂解反应器，其特征在于，该反应器包括基体(21)和加热装置，所述基体(21)内设置有微通道(22)，用于提供反应区域，所述加热装置用于对通过所述微通道(22)的反应物料进行加热，其中，所述微通道(22)的内径为100-1000μm，长度为10-2000mm。
2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述微通道(22)的内径为80-500μm，长度为100-600mm。
3.根据权利要求1或2所述的反应器，其中，所述微型裂解反应器的长度为10-2000mm，优选20-1500mm。
4.根据权利要求1或2所述的反应器，其中，所述基体(21)内设置有多个微通道(22)；
优选地，所述多个微通道(22)以矩阵形式排布。
5.根据权利要求4所述的反应器，其中，所述加热装置包括加热部件(23)，所述加热部件(23)设置于任意两排相邻的微通道(22)之间。
6.根据权利要求1或4所述的反应器，其中，所述加热部件(23)为电热丝。
7.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述基体(21)的材质为Cr35Ni45或硅，优选为单晶硅。
8.根据权利要求7所述的反应器，其中，所述微通道(22)内表面施覆有防结焦层；
优选地，当所述基体(21)的材质为Cr35Ni45时，所述防结焦层的材质为尖晶石。
9.一种裂解原料在线评价系统，该系统包括微型裂解反应器(2)和色谱分析仪(4)，所述色谱分析仪(4)用于对来自所述微型裂解反应器(2)的反应产物进行分析，其中，所述微型裂解反应器(2)为权利要求1-8中任意一项所述的微型裂解反应器。
10.根据权利要求9所述的裂解原料在线评价系统，其中，所述系统还包括气液分离器(3)，所述气液分离器(3)用于对来自所述微型裂解反应器(2)的反应产物进行气液分离，并向所述色谱分析仪(4)供给待分析样品。
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