CN106631660B - 一种蒸汽裂解方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工领域，公开了一种蒸汽裂解方法，该方法在裂解炉中实施，所述裂解炉包括对流段和辐射段，所述辐射段内垂直布置有由多程辐射炉管组成的辐射炉管管排，以及在所述辐射段的底部布置有底部燃烧器，该方法包括：将裂解原料在对流段进行汽化和预热后进入辐射段进行裂解反应，其中，所述多程辐射炉管为2‑4程炉管，以及所述底部燃烧器采用富氧空气作为助燃气体，且所述底部燃烧器对所述辐射炉管管排内的物料的供热量至少占总供热量的60％；以及所述裂解炉的炉墙为异型结构炉墙，从而得到一个具有适当运行周期、选择性高、热效率高、能耗低的新型裂解方法。

Description

一种蒸汽裂解方法

技术领域

本发明涉及化工领域，具体地，本发明涉及一种蒸汽裂解方法。

背景技术

乙烯、丙烯和丁二烯等低碳烯烃是石油化学工业的重要基础原料。目前，生产低碳烯烃的方法以管式炉石油烃蒸汽裂解工艺为主。据统计，世界上大约99％的乙烯、50％以上的丙烯和90％以上的丁二烯通过该工艺生产。

管式炉石油烃蒸汽裂解工艺的核心设备是管式裂解炉(以下简称“裂解炉”)，裂解原料如乙烷、丙烷、石脑油以及加氢尾油在裂解炉中被加热到高温时，会发生碳链断裂化学反应，生成低碳烯烃如乙烯、丙烯和丁二烯等。但是，热裂解反应过程十分复杂，除了目的产物低碳烯烃外，同时还会发生脱氢、异构化、环化、叠合和缩合等副反应，生成其他副产物。因此，如何控制反应条件，使反应产物中目的产物低碳烯烃最多是该领域一直研究的课题。

国内外的长期研究结果表明，原料烃类在高温、短停留时间、低烃分压的条件下对生成烯烃是有利的。在反应的初期，从压降方面看，由于反应的转化率较低，管内流体体积增大不多，管内流体的线速度也增大不多，较小的管径不会引起压降增加太多，不会严重影响平均烃分压增加；从热强度方面看，由于原料急剧升温，吸收大量热量，所以要求热强度大，较小的管径可使比表面积增加，从而满足要求；从结焦趋势看，由于转化率较低，二次反应尚不能发生，结焦速率较低，较小的管径也是允许的。在反应的后期，从压力降方面看，由于此时转化率较高，管内流体体积增大较多，同时，流体的线速度也急剧上升，较大管径比较适合；从热强度方面看，由于转化率已经较高，热强度开始减小，较大的管径不会显著影响传热效果；从结焦趋势方面看，由于转化率较高，二次反应较多，结焦速率增加，较大的炉管管径能够保证炉管通畅且不至于造成太大的压降。综上所述，一般而言，我们会在设计裂解炉管时在裂解炉管的入口(即反应初期)采用较小的管径，在裂解炉管的出口采用较大的管径。

为了实现“高温、短停留时间和低烃分压”的目标，几乎所有构型的新炉管均采用了缩短管长的方法，如lummus公司将管长由八程73m缩短到两程25m左右；石伟公司将管长由四程45m改为两程21m；KTI公司将管长由四程46m缩短到两程23m，停留时间也随之由0.5s以上降低至0.15～0.25s，而KBR公司甚至将炉管的管长降低到12m上下，停留时间降低至0.1s以下。

世界上开发乙烯管式裂解炉技术的专利商有ABB Lummus Global、Technip、Stone&Webster、Linde、KBR和Sinopec公司等，并且已经占据乙烯裂解技术的主导地位。目前，这些技术专利商都十分注重乙烯裂解炉新型技术的研究与开发，辐射段炉管的设计研究就是重要研究方向之一，辐射段盘管的设计是决定裂解选择性和提高裂解产品收率的关键步骤，改变辐射盘管的结构和排布，例如不分支变径、分支变径、单程等径等不同结构的辐射炉管已经成为炉管优化的重要方向。

正如本领域技术人员所知，裂解炉的辐射段炉管具有高温、短停留、低烃分压等特点，有利于乙烯生产的高选择性、高能力和长周期运行。上述裂解炉技术专利商较多采用两程分支变径或者两程变径高选择性炉管，第一程采用小直径炉管，利用比表面积大的特点达到快速升温的目的，第二程采用大直径的炉管，降低对烃类裂解反应后期的结焦敏感性。目前，工业应用的两程高选择性辐射炉管主要有2-1型、4-1型、5-1型、6-1型、8-1型以及U(1-1)型，高选择性炉管的比表面积大，升温速度快，非常有利于烃类裂解反应。

从裂解炉炉管的角度看，在反应的初期，由于原料急剧升温，吸收大量热量，所以要求热强度大，较多较小的管径可使比表面积增加，从而满足要求；在反应的后期，由于转化率已经较高，热强度开始减小，较少较大的管径不会显著影响传热效果。综上所述，一般而言，在设计裂解炉管时在裂解炉管的入口(即反应初期)采用较多较小的管径，在裂解炉管的出口采用较少较大(即反应末期)的管径。

从裂解炉炉膛的角度看，裂解炉炉管反应需要的热量全部由炉膛提供，在裂解炉的炉膛内，燃料气(主要是甲烷和氢)燃烧提供热量，这些热量通过辐射传热和对流传热进入炉管，其中辐射传热是主要的传热方式，占总传热量的85％以上。而裂解炉炉膛辐射传热受到多种复杂因素的影响，如炉膛的结构和尺寸、燃料的种类及供热方式、燃烧器的种类等等。目前传统的裂解炉采用陶瓷纤维或者耐火砖作为裂解炉的炉墙，利用燃料气燃烧的高温烟气和炉墙的辐射传热对裂解炉辐射炉管内的反应物料进行加热，裂解炉的炉墙全部采用平整的炉墙结构，从辐射传热的角度而言，裂解炉炉墙的辐射对炉管的入口部分和出口部分都是一样的。

目前的裂解炉炉膛传热过程存在如下两个问题，一是裂解炉炉膛传热面积不足，裂解炉炉膛传热过程主要是辐射传热，辐射传热量主要取决于辐射面的传热面积。对于炉管而言，其外表面积在裂解炉能力确定时也基本确定，而且增加炉管外表面积由于炉管价格贵而导致成本很高。对于炉墙而言，其表面积与炉膛大小和炉墙的形状有关系。二是裂解炉炉墙辐射传热对于炉管管排而言无任何差别，即裂解炉的炉墙无论对于入口管排还是出口管排其传热面积均一致，对于热通量大的区域和热通量小的区域也同样，这会导致裂解炉局部受热不均，从而造成炉管局部温度过高，减少裂解炉的运行周期。

从裂解炉的传热角度看，在裂解炉的炉膛内，燃料气(主要是甲烷和氢)燃烧提供热量，这些热量通过辐射传热和对流传热进入炉管。通常裂解炉都采用燃料气与空气的混合燃烧来提供裂解反应所需的热量。一般而言，燃烧反应是燃料中的可燃分子与氧分子之间发生高能碰撞而引起的，所以氧的供给状况决定了燃烧过程。

因此，如何从炉膛燃烧和炉管设计两个方面考虑，使炉膛燃烧的特性、炉管设计特性以及裂解炉炉膛的炉墙相匹配，进而发挥出各自的最大优势，得到一个具有适当运行周期、选择性高、热效率高、能耗低的新型裂解方法还需要进一步开发和研究。

发明内容

本发明的目的是为了克服空气燃烧带来的燃料消耗问题和裂解炉炉膛辐射传热与裂解炉炉管不相匹配而导致蒸汽裂解过程中的运行周期短、选择性低、热效率低，能耗高的问题，提供一种蒸汽裂解方法。

传统的裂解炉一般采用空气作为助燃气体，由于空气中氧气含量仅有21％，大部分为氮气，因此在燃烧过程中，燃料气的燃烧速度较慢，燃烧火焰较长，在裂解炉膛的高度方向，炉膛温度呈曲线分布，在炉膛底部供热量少，炉膛中部则供热量最多，炉膛上部供热量开始降低。对于多程炉管的裂解炉，由于其停留时间较长，炉膛供热与炉管吸热之间的矛盾尚不突出，对于单程炉管，这一矛盾便凸显出来，在炉管的入口端，物料继续快速升温，继续大量的热量，然而传统燃烧系统的底部供热量较少；而在炉管出口端，物料的结焦速率急剧增加，需要控制二次反应的发生，然而传统燃烧系统的中上部供热量开始达到最大。也就是说，在燃烧系统和单程炉管之间存在一个匹配的问题。

如果采用比空气含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，相比于空气燃烧而言，具有较多优点：一是由于辐射换热是裂解炉传热的主要方式，按照气体辐射的特点，只有三原子气体和多原子气体具有辐射能力，双原子气体几乎没有辐射能力，常规空气助燃的情况下，无辐射能力的氮气所占比例很高，烟气的黑度很低，影响了烟气对炉管管排的辐射传热过程。采用富氧空气助燃，因氮气含量少，空气量和烟气量均显著减少，故火焰温度和黑度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高，进而提高火焰辐射强度和强化辐射传热；二是采用富氧空气助燃，燃烧的火焰变短，燃烧强度提高，燃烧速度加快，这样将有助于燃烧反应完全，提高燃料的使用效率，进而提高裂解炉的热效率；三是采用富氧空气助燃，可以适当降低过剩空气系数，减少排烟体积，减少燃烧后的烟气量，进而降低排烟损失，促进裂解炉的节能。

为了实现上述目的，本发明提供一种蒸汽裂解方法，该方法在裂解炉中实施，所述裂解炉包括对流段和辐射段，所述辐射段内垂直布置有由多程辐射炉管组成的辐射炉管管排，以及在所述辐射段的底部布置有底部燃烧器，该方法包括：将裂解原料在对流段进行汽化和预热后进入辐射段进行裂解反应，其中，所述多程辐射炉管为2-4程炉管，以及所述底部燃烧器采用富氧空气作为助燃气体，且所述底部燃烧器对所述辐射炉管管排内的物料的供热量至少占总供热量的60％；以及所述裂解炉的炉墙为异型结构炉墙。

本发明的发明人经研究发现，通过将布置在管式裂解炉的辐射段的底部燃烧器中的助燃气体改为富氧空气，且使得底部燃烧器对辐射炉管管排内的物料的供热量至少占总供热量的60％，以及所述多程辐射炉管为2-4程炉管，可以很好的解决单程辐射炉管裂解炉的燃烧系统对单程辐射炉管的底部供热不足、烟气黑度不高的问题，以及通过增加了裂解炉炉膛内炉墙的辐射传热面积，大大降低了裂解炉的燃料用量，而且在使用管式裂解炉制备乙烯、丙烯和丁二烯等低碳烯烃时可以获得超高的选择性，从而获得了一种具有超高选择性的裂解方法，并且同时还可以有效提高裂解炉的热效率、降低能耗、增加裂解炉的运行周期。

本发明的其它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为采用本发明的方法进行蒸汽裂解的示意图；

图2为波形曲面结构型炉墙的俯视图；

图3为凹凸起伏结构型炉墙的俯视图；

图4为波形曲面结构型炉墙的侧视图；

图5为波形曲面结构详细结构示意图。

附图标记说明

1、风机 2、对流段

3、辐射炉管管排

4、燃烧系统

5、辐射段 6、急冷锅炉

具体实施方式

以下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。

本发明提供了一种蒸汽裂解方法，该方法在裂解炉中实施，所述裂解炉包括对流段和辐射段，所述辐射段内垂直布置有由多程辐射炉管组成的辐射炉管管排，以及在所述辐射段的底部布置有底部燃烧器，该方法包括：将裂解原料在对流段进行汽化和预热后进入辐射段进行裂解反应，其中，所述多程辐射炉管为2-4程炉管，以及所述底部燃烧器采用富氧空气作为助燃气体，且所述底部燃烧器对所述辐射炉管管排内的物料的供热量至少占总供热量的60％；以及所述裂解炉的炉墙为异型结构炉墙。

根据本发明的蒸汽裂解方法，所述裂解原料没有具体限定，优选地，所述裂解原料可以为乙烷、丙烷、液化石油气、石脑油和加氢尾油中的至少一种；优选所述裂解原料为石脑油。

根据本发明的蒸汽裂解方法，将裂解原料在对流段进行汽化和预热后进入辐射段进行裂解反应，其中，裂解原料对流段预热的温度即裂解炉的横跨温度(XOT)没有具体限定，可以为本领域技术人员的常规选择，优选为550-630℃，裂解炉的辐射段出口温度(COT)没有具体限定，可以为本领域技术人员的常规选择，优选为820-860℃。

根据本发明的蒸汽裂解方法，优选地，所述底部燃烧器对所述辐射炉管管排内的物料的供热量占总供热量的60-90％，进一步优选为70-85％；其中，在本发明中，所述术语“总供热量”是指所述底部燃烧器对所述辐射炉管管排内的物料的供热量和所述侧壁燃烧器对所述辐射炉管管排内的物料的供热量的总和。

根据本发明的蒸汽裂解方法，该裂解炉还可以包括高压汽包、燃烧系统和急冷锅炉，其中，裂解炉的燃烧系统可以采用包括但不限于甲烷或者甲烷氢气混合物作为燃料，采用富氧空气作为助燃气体，降低氮含量，节约燃料。

根据本发明的蒸汽裂解方法，在所述富氧空气中，氧气的体积分数可以为22％-60％，优选为25％-40％，更优选为27％-33％；其中，所述富氧空气可以采用变压吸附或者膜渗透法获得。

根据本发明的蒸汽裂解方法，所述多程辐射炉管可以为2-4程炉管，优选为两程炉管，其中，第一程可以为两根平行竖直进口管，第二程可以为一根竖直出口管，组成一个2-1型辐射炉管；或者第一程可以为四根平行竖直进口管，第二程可以为一根竖直出口管，组成一个4-1型辐射炉管。

根据本发明的蒸汽裂解方法，优选地，所述多程辐射炉管的出口端的管内径与入口端的管内径的比值可以为大于1且小于等于1.4，优选为1.1-1.3。其中，“管内径”是指多程辐射炉管的管口内部的直径。

根据本发明的蒸汽裂解方法，所述多程辐射炉管的出口端的管内径可以为45mm-120mm，优选为60mm-95mm。

根据本发明的蒸汽裂解方法，所述多程辐射炉管的入口端的管内径可以为25mm-60mm，优选为35mm-55mm。

所述的裂解炉中异型结构炉墙的布置，按照裂解炉辐射传热更多的传向裂解炉炉管的入口部分的原则进行布置。即在裂解炉与裂解炉炉管出口部分同样高度的炉墙上全部或者部分采用异型结构炉墙，该部分炉墙的辐射面朝向裂解炉炉管的入口部分，加速裂解原料在入口处的裂解反应，降低裂解炉炉管的出口部分的热强度，这样将降低裂解炉炉管的最高管壁温度，从而有利于裂解炉长周期运行。

根据本发明的蒸汽裂解方法，所述异型结构炉墙为波形曲面结构型炉墙、凹凸起伏结构型炉墙和柱状体分散结构炉墙中的一种或多种，优选为波形曲面结构型炉墙或凹凸起伏结构型炉墙；并且，所述异型结构炉墙方向与裂解炉烟气流动方向一致，降低由于炉墙异型结构所带来的烟气压降的增加。

根据本发明的蒸汽裂解方法，所述异型结构炉墙的辐射面积增加率为1.05-1.4，优选为1.1-1.4；在本发明中，所述术语“辐射面积增加率”为异型结构炉墙的实际表面积与其垂直投影面积(即平面炉墙时)的比。

根据本发明的蒸汽裂解方法，所述异型结构炉墙的面积占总炉墙面积的比例可以为10-80％，优选为30-60％，且所述异型结构炉墙位于裂解炉炉膛高度的1/2-5/6处，优选为1/2-2/3处。

一般而言，异型结构炉墙不在裂解炉燃烧系统的火焰高度范围内使用，原因在于：裂解炉燃烧系统的火焰的燃烧状况与其燃料气和空气的混合状况相关，如果采用异型结构炉墙，将会影响到燃料气与空气的混合，从而影响火焰的正常形状，进而改变燃烧系统的热通量分布，影响裂解炉的运行。

根据本发明的蒸汽裂解方法，优选地，所述单程辐射炉管的管腔内还可以布置有强化传热元件，以利于传热。所述强化传热元件没有具体限定，可以为本领域技术人员的常规选择，在本发明中，所述强化传热元件可以选自螺旋片内插件、扭带内插件、交叉锯齿形内插件、线圈芯体内插件、绕花丝多孔体和球状基体内插件中的一种或多种；进一步优选地，在所述单程辐射炉管的管腔内可以布置有相同或不相同的强化传热元件；更进一步优选地，在所述单程辐射炉管的管腔内可以布置有不相同的强化传热元件。

根据本发明的蒸汽裂解方法，所述底部燃烧器可以布置在所述辐射炉管管排的两侧；优选地，在所述管式裂解炉的辐射段的侧壁上还可以布置有侧壁燃烧器，所述侧壁燃烧器布置在所述辐射炉管管排的两侧；因而，在本发明中，裂解炉的燃烧系统可以仅有底部燃烧器或者由底部燃烧器和侧壁燃烧器组成，底部燃烧器和侧壁燃烧器分布在炉膛中辐射炉管管排的两侧。

根据本发明的蒸汽裂解方法，所述底部燃烧器可以在所述辐射炉管管排的两侧对称排列，所述侧壁燃烧器可以在所述辐射炉管管排的两侧对称排列。

优选地，所述底部燃烧器和所述侧壁燃烧器各自沿着所述辐射炉管管排对称排列。

根据本发明的蒸汽裂解方法，与所述多程辐射炉管的每一程相对应的底部燃烧器的数目可以为2-8个，优选3-6个。

根据本发明的蒸汽裂解方法，当所述管式裂解炉还具有侧壁燃烧器时，与所述多程辐射炉管的每一程相对应的所述侧壁燃烧器的数目可以为2-16个，优选为4-10个。

根据本发明的蒸汽裂解方法，所述底部燃烧器和所述侧壁燃烧器均可以采用但不限于甲烷或者甲烷和氢气的混合物作为燃料。

以下将通过具体的实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

本实施例在于说明采用本发明的方法进行蒸汽裂解。

采用图1所示的蒸汽裂解示意图进行裂解反应，具体过程包括：

该方法在含有风机1和急冷锅炉6的裂解炉中实施，所述裂解炉包括对流段2和辐射段5，将60℃的裂解原料石脑油经过对流段2进行汽化和预热后进入由两程辐射炉管组成的辐射炉管管排3进行裂解反应，其中，石脑油在对流段预热的温度即裂解炉的横跨温度(XOT)为598℃，裂解炉的辐射段出口温度(COT)为841℃；

其中，辐射段内垂直布置有由两程辐射炉管组成的辐射炉管管排3，以及在所述辐射段的底部布置有12个底部燃烧器，在所述辐射段的侧面布置有36个侧壁燃烧器，辐射段5的燃烧系统4采用底部燃烧器与侧壁燃烧器结合方式，其中，底部燃烧器对辐射炉管管排内的物料的供热占总供热量的80％；采用富氧空气作为助燃气体，且所述富氧空气中含有的氧气浓度为30体积％(V/V)；

其中，辐射段炉管3采用两程炉管，且第一程为两根平行竖直进口管，第二程为一根竖直出口管，组成一个2-1型辐射炉管；且炉管的入口管为51mm，炉管管长为12.8m；炉管的出口管径为73mm；然后经急冷锅炉6选择性收集裂解产物。

其中，所述的裂解炉炉墙采用图2所示的波形曲面结构型炉墙，炉膛中的异型结构炉墙位于火焰的高度以上(炉膛中的异型结构炉墙位于炉膛的高度的一半以上)，由于采用富氧燃烧，火焰高度范围内的热通量较大，因此异型结构炉墙的辐射面对着炉管中部以及中部靠下部分(即火焰高度以上靠近入口端的部分)，综合计算，辐射传热面积相比平面炉墙增加了10％。

裂解炉的其他工艺参数如表1所示；通过对裂解炉燃料气进行分析得知，裂解炉燃料气的组成如表2所示。

对比例1

按照与实施例1相同的方法进行蒸汽裂解，所不同的是，所述的裂解炉炉墙采用传统的平整结构炉墙；

结果从表1可以看出，所述的裂解炉炉墙采用传统的平整结构炉墙；裂解炉的燃料气用量为6993Nm³/h，同时，裂解炉的运行周期为56天。

表1

表2

组分	mol％
		氢气	3.6
甲烷	95.8
		乙烷	0.23
丙烷	0.08
		其他	0.29
合计	100.00

从表1可以看出，采用富氧燃烧后，由于助燃氧气所携带的氮气量降低，裂解炉的燃料气用量降低；以及采用异型炉墙后，由于炉膛的辐射传热面积增加，裂解炉的燃料气用量降低；以及通过采用富氧空气作为助燃气体的底部燃烧器与采用多程辐射炉管的相互匹配，裂解炉的燃料气用量从对比例1的6993Nm³/h降低到6835Nm³/h，燃料气节约了大约2.26％；同时，裂解炉的运行周期也从对比例1的56天延长到72天，这是由于在炉管入口端裂解反应吸热量增加，在炉管出口端的热强度相对降低，从而引起裂解炉最高管壁温度降低，裂解炉运行周期延长。

实施例2

本实施例在于说明采用本发明的方法进行蒸汽裂解。

按照与实施例1相同的方法进行蒸汽裂解。

所不同的是：

底部燃烧器对辐射炉管管排内的物料的供热占总供热量的80％；

采用富氧空气作为助燃气体，且所述富氧空气中含有的氧气浓度为32体积％(V/V)。

对比例2

按照与实施例1相同的方法进行蒸汽裂解。

所不同的是：

采用空气作为助燃气体，且所述空气中含有的氧气浓度为21体积％(V/V)；

结果从表3可以看出，裂解炉的燃料气用量为6902Nm³/h。

同时，裂解炉的运行周期为57天。

表3

结果从表3可以看出，采用富氧燃烧后，由于助燃氧气所携带的氮气量降低，裂解炉的燃料气用量降低；以及采用异型炉墙后，由于炉膛的辐射传热面积增加，裂解炉的燃料气用量降低；以及通过采用富氧空气作为助燃气体的底部燃烧器与采用多程辐射炉管的相互匹配，裂解炉的燃料气用量从对比例2的6902Nm³/h降低到6820Nm³/h，燃料气节约了大约1.2％；同时，裂解炉的运行周期也从对比例2的57天延长到68天，这是由于在炉管入口端裂解反应吸热量增加，在炉管出口端的热强度相对降低，从而引起裂解炉最高管壁温度降低，裂解炉运行周期延长。

实施例3

本实施例在于说明采用本发明的方法进行蒸汽裂解。

按照与实施例1相同的方法进行蒸汽裂解，所不同的是，底部燃烧器对辐射炉管管排内的物料的供热占总供热量的85％；采用富氧空气作为助燃气体，且所述富氧空气中含有的氧气浓度为33体积％(V/V)；

其中，辐射段炉管采用两程炉管，且第一程为两根平行竖直进口管，第二程为一根竖直出口管，组成一个2-1型辐射炉管，且炉管的入口管径为45mm，炉管的出口管径为49.5mm，炉管管长为12.8m，炉管采用下进上出；然后经急冷锅炉选择性收集裂解产物；以及

其中，所述的裂解炉炉墙采用图3所示的凹凸起伏型炉墙，炉膛中的异型结构炉墙位于火焰的高度以上，由于采用富氧燃烧，火焰高度范围内的热通量较大，因此异型结构炉墙的辐射面对着炉管中部以及中部靠下部分(即火焰高度以上靠近入口端的部分)，综合计算，辐射传热面积相比平面炉墙增加了20％。

对比例3

按照与实施例3相同的方法进行蒸汽裂解，所不同的是，所述单程辐射炉管不是带有扭曲片管的变径炉管，炉管的入口管径与炉管的出口管径均为45mm；结果如表4所示。

表4

结果从表4可以看出，采用富氧燃烧后，由于助燃氧气所携带的氮气量降低，裂解炉的燃料气用量降低，以及采用异型炉墙后，由于炉膛的辐射传热面积增加，裂解炉的燃料气用量降低；以及通过采用富氧空气作为助燃气体的底部燃烧器与采用多程辐射炉管的相互匹配，裂解炉的燃料气用量从对比例3的6916Nm³/h降低到6810Nm³/h，节约了燃料气；同时，裂解炉的运行周期也从对比例3的57天延长到67天，这是由于在炉管入口端裂解反应吸热量增加，在炉管出口端的热强度相对降低，从而引起裂解炉最高管壁温度降低，裂解炉运行周期延长。

实施例4

本实施例在于说明采用本发明的方法进行蒸汽裂解。

按照与实施例1相同的方法进行蒸汽裂解，所不同的是，辐射炉管管排采用48根2-1型两程炉管，共分为6组，每组裂解炉炉管管排中16根入口管与8根出口管分别排列；以及

所述的裂解炉炉墙采用图3所示的凹凸起伏型炉墙，炉膛中的凹凸起伏型炉墙位于火焰的高度以上，由于采用富氧燃烧，火焰高度范围内的热通量较大，因此凹凸起伏型炉墙的辐射面对着炉管中部以及中部靠下部分(即火焰高度以上靠近入口端的部分)，综合计算，辐射传热面积相比平面炉墙增加了30％。

对比例4

按照与实施例4相同的方法进行蒸汽裂解，所不同的是，采用空气作为助燃气体，且所述空气中含有的氧气浓度为21体积％(V/V)；以及所述单程辐射炉管不是带有扭曲片管的变径炉管，炉管的入口管径与炉管的出口管径均为51mm；结果如表5所示。

表5

从表5可以看出，采用富氧燃烧后，由于助燃氧气所携带的氮气量降低，裂解炉的燃料气用量降低，以及采用异型炉墙后，由于炉膛的辐射传热面积增加，裂解炉的燃料气用量降低；以及通过采用富氧空气作为助燃气体的底部燃烧器与采用多程辐射炉管的相互匹配，裂解炉的燃料气用量从对比例4的6917Nm³/h降低到6802Nm³/h，节约了燃料气；同时，裂解炉的运行周期也从对比例4的58天延长到67天，这是由于在炉管入口端裂解反应吸热量增加，在炉管出口端的热强度相对降低，从而引起裂解炉最高管壁温度降低，裂解炉运行周期延长。

从以上实施例1-2和对比例1-4以及表1-5中的数据可知：本发明的发明人通过将布置在管式裂解炉的辐射段的底部燃烧器中的助燃气体改为富氧空气，且使得底部燃烧器对辐射炉管管排内的物料的供热量至少占总供热量的60％，以及所述多程辐射炉管为2-4程炉管，可以很好的解决多程辐射炉管裂解炉的燃烧系统对多程辐射炉管的底部供热不足、烟气黑度不高的问题，另外，通过增加了裂解炉炉膛内炉墙的辐射传热面积，大大降低了裂解炉的燃料用量，而且在使用管式裂解炉制备乙烯、丙烯和丁二烯等低碳烯烃时可以获得超高的选择性，从而获得了一种具有超高选择性的裂解方法，并且同时还可以有效提高裂解炉的热效率、降低能耗、增加裂解炉的运行周期。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (18)

1.一种蒸汽裂解方法，该方法在裂解炉中实施，所述裂解炉包括对流段和辐射段，所述辐射段内垂直布置有由多程辐射炉管组成的辐射炉管管排，以及在所述辐射段的底部布置有底部燃烧器，该方法包括：将裂解原料在对流段进行汽化和预热后进入辐射段进行裂解反应，其特征在于，所述多程辐射炉管为2-4程炉管，以及所述底部燃烧器采用富氧空气作为助燃气体，且所述底部燃烧器对所述辐射炉管管排内的物料的供热量至少占总供热量的60-90％；以及所述裂解炉的炉墙为异型结构炉墙，所述富氧空气中含有的氧气的浓度为22-60体积％，所述异型结构炉墙为波形曲面结构型炉墙、凹凸起伏结构型炉墙和柱状体分散结构炉墙中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述底部燃烧器对所述辐射炉管管排内的物料的供热量占总供热量的70-85％。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述富氧空气中含有的氧气的浓度为25-40体积％。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述富氧空气中含有的氧气的浓度为27-33体积％。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多程辐射炉管的出口端的管内径与入口端的管内径的比值为大于1且小于等于1.4。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多程辐射炉管的出口端的管内径与入口端的管内径的比值为1.1-1.3。

7.根据权利要求1、5或6所述的方法，其中，所述多程辐射炉管的出口端的管内径为45mm-120mm；所述多程辐射炉管的入口端的管内径为25mm-60mm。

8.根据权利要求1、5或6所述的方法，其中，所述多程辐射炉管的出口端的管内径为60mm-95mm；所述多程辐射炉管的入口端的管内径为35mm-55mm。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多程辐射炉管为两程炉管，第一程为两根平行竖直进口管，第二程为一根竖直出口管，组成一个2-1型辐射炉管；或者第一程为四根平行竖直进口管，第二程为一根竖直出口管，组成一个4-1型辐射炉管。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述异型结构炉墙的辐射面积增加率为1.05-1.4。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述异型结构炉墙的辐射面积增加率为1.1-1.4。

12.根据权利要求1或10所述的方法，其中，所述异型结构炉墙的面积占总炉墙面积的比例为10-80％，且所述异型结构炉墙位于裂解炉炉膛高度的1/2-5/6处。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述异型结构炉墙的面积占总炉墙面积的比例为30-60％。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述裂解炉的辐射段的侧壁上还布置有侧壁燃烧器，所述底部燃烧器和所述侧壁燃烧器各自沿着所述辐射炉管管排对称排列。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，与所述多程辐射炉管的每一程相对应的所述底部燃烧器的数目为2-8个。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，与所述多程辐射炉管的每一程相对应的所述底部燃烧器的数目为3-6个。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，与所述多程辐射炉管的每一程相对应的所述侧壁燃烧器的数目为2-16个。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，与所述多程辐射炉管的每一程相对应的所述侧壁燃烧器的数目为4-10个。