CN109749771A - 一种单程炉管裂解炉系统和裂解方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及裂解领域，具体地，涉及一种单程炉管裂解炉系统和裂解方法。单程炉管裂解炉系统包括单程裂解炉管(4)、裂解原料源(1)、第一进出口切换阀(2)、第二进出口切换阀(6)和裂解产物收集装置(7)；其中第一进出口切换阀(2)的进口与裂解原料源(1)相连，第一进出口切换阀(2)的出口与单程裂解炉管(4)的两个端口以可自由切换的方式分别相连；第二进出口切换阀(6)的进口与单程裂解炉管(4)的两个端口以可自由切换的方式分别相连，第二进出口切换阀(6)的出口与裂解产物收集装置(7)相连；两个端口的管内径不同，管内径之差不超过12mm。本发明的单程炉管裂解炉系统和裂解方法能够有效延长裂解炉的运行周期。

Description

一种单程炉管裂解炉系统和裂解方法

技术领域

本发明涉及裂解领域，具体地，涉及一种单程炉管裂解炉系统和裂解方法。

背景技术

乙烯是石油化学工业的基础原料。乙烯的产量、生产规模和技术标志着一个国家石油化工的发展水平。目前生产乙烯的方法以管式炉石油烃蒸汽裂解技术为主，据统计，世界上大约99％的乙烯和50％以上的丙烯通过该方法生产。

乙烯装置的核心设备是管式裂解炉，它是由对流段和辐射段组成。裂解原料和稀释水蒸气首先在对流段炉管内加热，将原料气化并加热至起始裂解温度(即“横跨温度”)，然后进入辐射段炉管裂解。在工业裂解炉辐射段内，通常排布了若干组构型相同的炉管。管内通以裂解原料，管外用液体燃料或气体燃料燃烧所放出的热量来加热管壁，而通过管壁的传热，将热量传递给管内的反应物料。由于裂解反应温度较高(约800℃-900℃，而且有向高温发展的趋势)，因此管壁温度一定要更高，才能把热量传到管内去。炉膛内的传热过程主要是通过辐射方式来进行的。

众所周知，裂解是指石油烃在高温条件下，发生碳链断裂或脱氢反应生成烯烃及其他产物的过程。裂解目的是以生产乙烯、丙烯为主，同时还副产丁烯、丁二烯等烯烃和裂解汽油、柴油、燃料油等产品。石油烃裂解的化学反应是强吸热反应，而且石油烃裂解反应有一次反应和二次反应之分，一般的说，一次反应是烃分子由大变小即链烷烃进行脱氢和断链反应、环烷烃和芳烃进行脱氢开环反应，通过一次反应生产乙烯、丙烯等烯烃产品；二次反应是烃分子由小变大即烯烃、炔烃进行聚合、脱氢缩合反应以及环烷烃和芳烃进行脱氢缩合和脱氢稠环化反应等，反应导致生成焦碳，这一点对于裂解炉的正常运转尤其不利，因为生成的焦碳附着在裂解炉管内壁，既增加了导热阻力，也增加了反应系统的阻力。所以要求裂解反应在炉管中进行一次反应后尽量减少二次反应就降温结束，这就要求较短的停留时间。

由于辐射段要在较短的停留时间内传递大量的热，因此管壁的温度较高，达到950℃～1100℃，高温造成了管壁的附近二次反应发生严重，从而结焦，进而影响到裂解炉的烃分压及运行周期等，如何能够降低辐射段的热负荷，将是减缓结焦延长运行周期的一个重要方向。

显然，如何能够避免结焦是解决裂解炉周期性停车的根本方法。

专利CN101062881A发明了一种单程炉管乙烯裂解炉，该发明的单程变径立式炉管的出料管口内径大于进料管口内径，炉管中间有弯管段，该炉管克服了等径炉管结焦速度快、1-1型两程炉管选择性较差的缺点以及单程炉管吸收热应力差的缺点，并保留了各自的优点。裂解炉采用这种炉管后，辐射段炉管的选择性得到提高，炉管机械性能改善，运行周期合理。

专利CN101619012A发明了一种单程辐射炉管乙烯裂解炉，该裂解炉将集合管设在辐射段的下部，分配管的一端连接集合管，另一端连接辐射炉管。相邻的小组炉管为对称结构，使炉管的受热均匀，延长运行周期。其采用的弯管结构能有效的降低炉管膨胀差对炉管的影响，减轻了炉管弯曲的程度，也对裂解炉的运行周期有好处。

专利CN103788981A发明了一种单程辐射段炉管的乙烯裂解炉，该裂解炉辐射段单程炉管中设置有强化传热元件，不仅实现了良好的传热效果，降低了乙烯裂解炉的结焦速率，延长炉管的清洗周期，还能够便于进行清焦操作，提高乙烯裂解炉的整体性能，有效降低炉管内的压降，提高产物烯烃的收率。

上述可知，对于单程炉管裂解炉，一般采用特殊的炉管结构或者特殊的强化传热元件来实现裂解炉的长周期运行。这样的方式虽然能够延长裂解炉的运转周期，但毕竟有限，只是在原有基础上的有限提高，对于工业生产而言，这样的延长带来的好处并不足够，因此需要寻求新的方式来延长裂解炉的运行周期。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的存在的裂解炉的运行周期不够长的问题，提供一种单程炉管裂解炉系统和裂解方法。本发明的单程炉管裂解炉系统和裂解方法能够有效延长裂解炉的运行周期。

本发明的发明人发现，在正常裂解炉运行一段时间后，裂解炉管出口部分由于管壁温度高，结焦速度快，焦层厚度较大，而入口部分由于管壁温度低，结焦速度慢，焦层厚度小。由此，本发明的发明人想到，在裂解炉中增加炉管的进口和出口切换系统，通过切换系统切换后，原先炉管的入口部分剩余结焦容量大，能够容下更多的焦，进而延长裂解炉的运行周期。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种单程炉管裂解炉系统，其中，所述单程炉管裂解炉系统包括单程裂解炉管、裂解原料源、第一进出口切换阀、第二进出口切换阀和裂解产物收集装置；其中所述第一进出口切换阀的进口与所述裂解原料源相连，所述第一进出口切换阀的出口与所述单程裂解炉管的两个端口以可自由切换的方式分别相连；所述第二进出口切换阀的进口与所述单程裂解炉管的两个端口以可自由切换的方式分别相连，所述第二进出口切换阀的出口与所述裂解产物收集装置相连；所述单程裂解炉管的两个端口的管内径不同，管内径之差不超过12mm。

本发明另一方面提供了一种裂解方法，其中，该裂解方法在本发明的单程炉管裂解炉系统中进行，所述裂解方法包括：在裂解反应的过程中，将所述单程炉管裂解炉系统的第一进出口切换阀和第二进出口切换阀同时进行切换，从而改变物料在所述单程裂解炉管中的流动方向。

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

图1是根据本发明的一种具体实施方式的单程炉管裂解炉。

附图标记说明

1裂解原料源；2第一进出口切换阀；3文丘里管； 4单程裂解炉管；5裂解产物出料管道；6第二进出口切换阀； 7裂解产物收集装置；8反吹蒸汽阀；9、裂解原料进料管道

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下，使用的连接术语通常是指参考附图所示的连接关系。

本发明一方面提供了一种单程炉管裂解炉系统，如图1所示，其中，所述单程炉管裂解炉系统包括单程裂解炉管4、裂解原料源1、第一进出口切换阀2、第二进出口切换阀6和裂解产物收集装置7；其中所述第一进出口切换阀2的进口与所述裂解原料源1相连，所述第一进出口切换阀2的出口与所述单程裂解炉管4的两个端口以可自由切换的方式分别相连；所述第二进出口切换阀6的进口与所述单程裂解炉管4的两个端口以可自由切换的方式分别相连，所述第二进出口切换阀6的出口与所述裂解产物收集装置7相连；所述单程裂解炉管4的两个端口的管内径不同，管内径之差不超过12mm。

根据本发明的单程炉管裂解炉系统，所述单程裂解炉管4的两个端口的管内径不超过12mm时即可以有效地延长裂解炉管的运行周期。在优选的情况下，所述单程裂解炉管4的两个端口的管内径之差为1-6mm；更优选地，所述单程裂解炉管4的两个端口的管内径之差为2-5mm，优选为4-5mm。

根据本发明的单程炉管裂解炉系统，所述单程裂解炉管4的其他特征和参数没有特别的限定，可以按照本领域常规的单程裂解炉管进行选择。例如，所述单程裂解炉管的管内径较小端的管外径可以为40-60mm(优选为 45-58mm)，管壁厚度可以为5-8mm；所述单程裂解炉管的管内径较大端的管外径可以为45-72mm(优选为50-65mm)，管壁厚度可以为5-8mm；所述单程裂解炉管的总长度可以为8000-15000mm。在本发明中，所述管内径＝管外径－管壁厚度×2。

根据本发明的单程炉管裂解炉系统，所述单程炉管裂解炉系统还包括分别设置于连接所述第一进出口切换阀2和所述单程裂解炉管4的两个端口的裂解原料进料管道9上的文丘里管3。该文丘里管3能够平均分配裂解原料，有利于各组炉管之间的裂解反应条件保持一致，从而保证设定的裂解反应最优操作条件可控制。

根据本发明的单程炉管裂解炉系统，所述单程炉管裂解炉系统还包括设置于裂解原料进料管道9和裂解产物出料管道5上的反吹蒸汽阀8，如图1 所示，其中所述裂解原料进料管道9为连接所述第一进出口切换阀2和所述单程裂解炉管4的两个端口的管道，所述裂解产物出料管道5为连接所述单程裂解炉管4的两个端口和所述第二进出口切换阀6之间的管道。通过设置所述反吹蒸汽阀8，可以用稀释蒸汽对单程炉管裂解炉系统进行吹扫，目的在于防止切换系统在其闲置时由于残留的裂解原料而产生结焦从而导致系统的堵塞，有利于切换系统的快速切换，同时稀释蒸汽泄露到裂解炉管中不会造成裂解产物的污染。

本发明另一方面提供了一种裂解方法，其中，该裂解方法在本发明的单程炉管裂解炉系统中进行，所述裂解方法包括：在裂解反应的过程中，将所述单程炉管裂解炉系统的第一进出口切换阀2和第二进出口切换阀6同时进行切换，从而改变物料在所述单程裂解炉管4中的流动方向。

根据本发明的裂解方法，优选地，所述裂解方法还包括：裂解原料的初始流动方向为：从所述单程裂解炉管4的管内径较小的端口向管内径较大的端口方向流动。也就是说，在本发明的裂解方法中，先从所述单程裂解炉管 4的管内径较小的端口向管内径较大的端口方向流动，再切换成从所述单程裂解炉管4的管内径较大的端口向管内径较小的端口方向流动。这样的流动方式能够有效地延长裂解炉管的运行周期。

根据本发明的裂解方法，在优选的情况下，所述切换的时机为：当满足以下两者中的任意一个时即进行切换，

当裂解反应运行至若不进行切换时的理论运行周期的70％-95％时，

当裂解反应运行到温度距离所述单程裂解炉管4的材质的耐温极限为 10-50℃时。

根据本发明的裂解方法，所述“若不进行切换时的理论运行周期”是本领域技术人员可以明确地进行判断得到的，通常也会记载于所购买的单程炉管裂解炉的说明书中。在裂解反应运行至若不进行切换时的理论运行周期的 70％-95％时进行切换能够有效的延长裂解炉管的运行周期，优选地，当裂解反应运行至若不进行切换时理论运行周期的80-90％时进行切换。

根据本发明的裂解方法，所述“单程裂解炉管4的材质的耐温极限”也是本领域技术人员可以明确地进行判断得到的，通常也会记载于所购买的单程炉管裂解炉的说明书中。当裂解反应运行到温度距离所述单程裂解炉管4 的材质的耐温极限为10-50℃时进行切换能够有效的延长裂解炉管的运行周期，优选地，当裂解反应运行到温度距离所述单程裂解炉管4的材质的耐温极限为15-30℃时进行切换。

根据本发明的裂解方法，优选地，所述方法还包括：在所述单程炉管裂解炉系统的运行过程中，通过反吹蒸汽阀8对正在闲置的裂解原料进料管道 9和/或裂解产物出料管道5用稀释蒸汽进行吹扫，从而能够防止切换系统在其闲置时由于残留的裂解原料而产生结焦从而导致系统的堵塞，有利于切换系统的快速切换，同时稀释蒸汽泄露到裂解炉管中不会造成裂解产物的污染。

根据本发明的裂解方法，裂解反应的其他条件和参数按照本领域常规的方式即可。

通过本发明的上述裂解方法，可以使裂解炉管的运行周期延长至若不进行切换时理论运行周期的130％以上，在优选情况下可以达到若不进行切换时理论运行周期的145％以上，在更优选情况下可以达到若不进行切换时理论运行周期的170％以上。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

在图1所示的单程炉管裂解炉系统中进行裂解反应，其中所用的单程裂解炉管4的炉管一端的管外径为54mm，管壁厚度5mm，炉管另一端的管外径61mm，管壁厚度6mm，炉管总长度为11800mm。根据该单程炉管裂解炉的说明书的记载，该单程裂解炉管的若不进行切换时的理论运行周期为38 天，该单程裂解炉管的材质的耐温极限为1115℃。

按照以下条件进行裂解反应：投料量为16吨/小时，水油比为0.5，横跨温度(XOT)为630℃，裂解炉出口温度(COT)为865℃。乙烯收率为 30.51wt％。

在运行至32天(理论运行周期的84％)时，切换第一进出口切换阀2 和第二进出口切换阀6，使单程裂解炉管4的入口和出口进行切换，切换后投料量为16吨/小时，水油比为0.5，横跨温度(XOT)为645℃，裂解炉出口温度(COT)为872℃。乙烯收率为30.51wt％，炉继续运行35天，炉管最高管壁温度至1100℃，停车烧焦。裂解炉一共运行67天，为理论运行周期的176％。

实施例2

按照实施例1的方法进行，不同之处在于使用了不同的单程裂解炉管，该单程裂解炉管4的炉管一端的管外径为48mm，管壁厚度5mm，炉管另一端的管外径52mm，管壁厚度6mm，炉管总长度为11800mm。根据该单程炉管裂解炉的说明书的记载，该单程裂解炉管的若不进行切换时的理论运行周期为26天，该单程裂解炉管的材质的耐温极限为1115℃。

同样在理论运行周期的84％时(第21天)进行切换。最终裂解炉一共运行38天，为理论运行周期的146％。

实施例3

按照实施例1的方法进行，不同之处在于使用了不同的单程裂解炉管，该单程裂解炉管4的炉管一端的管外径为50mm，管壁厚度5mm，炉管另一端的管外径55mm，管壁厚度6mm，炉管总长度为11800mm。根据单程炉管裂解炉的说明书的记载，该单程裂解炉管的若不进行切换时的理论运行周期为30天，该单程裂解炉管的材质的耐温极限为1115℃。

同样在理论运行周期的84％时(第25天)进行切换。最终裂解炉一共运行48天，为理论运行周期的160％。

实施例4

按照实施例1的方法进行，不同之处在于切换时机不同，具体在理论运行周期的80％时(第30天)进行切换。

最终裂解炉一共运行65天，为理论运行周期的171％。

实施例5

按照实施例1的方法进行，不同之处在于切换时机不同，具体在理论运行周期的90％时(第34天)进行切换。

最终裂解炉一共运行66天，为理论运行周期的173％。

实施例6

按照实施例1的方法进行，不同之处在于切换时机不同，具体在理论运行周期的70％时(第27天)进行切换。

最终裂解炉一共运行60天，为理论运行周期的158％。

实施例7

按照实施例1的方法进行，不同之处在于切换时机不同，具体在理论运行周期的95％时(第36天)进行切换。

最终裂解炉一共运行58天，为理论运行周期的152％。

对比例1

采用与实施例1相同的单程裂解炉管，在相同的条件下进行裂解反应，不同之处在于不进行切换。

最终裂解炉运行了38天，符合理论运行周期。

对比例2

按照实施例1的方法进行，不同之处在于使用的专利申请 CN101062881A中的炉管并且不进行切换，并且其中所涉及的具体参数均采用该专利申请中所公开的范围的中间点。

最终裂解炉运行了35天。

对比例3

按照专利申请CN101619012A的实施例1所公开的单程辐射炉管乙烯裂解炉和裂解方法进行。最终其单程辐射炉管乙烯裂解炉运行了33天。

对比例4

按照实施例1的方法进行，不同之处在于使用专利申请CN103788981A 中的炉管并且不进行切换，并且其中所涉及的具体参数均采用该专利申请中所公开的范围的中间点。

最终裂解炉运行了40天。

从以上实施例和对比例可以看出，根据本发明的单程炉管裂解炉系统和裂解方法进行裂解反应，可以使裂解炉的运行周期延长至若不进行切换时的理论运行周期的145％以上，并且在更优选的情况下可以达到若不进行切换时的理论运行周期的170％以上，远远高于不进行切换的对比文件1(即为“若不进行切换时的理论运行周期”的实际验证)。并且运行天数也远远多于根据现有技术的单程炉管裂解炉和方法进行的对比例2-4。因此可以证明，本发明的单程炉管裂解炉系统和裂解方法能够有效延长裂解炉的运行周期。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单程炉管裂解炉系统，其特征在于，所述单程炉管裂解炉系统包括单程裂解炉管(4)、裂解原料源(1)、第一进出口切换阀(2)、第二进出口切换阀(6)和裂解产物收集装置(7)；其中所述第一进出口切换阀(2)的进口与所述裂解原料源(1)相连，所述第一进出口切换阀(2)的出口与所述单程裂解炉管(4)的两个端口以可自由切换的方式分别相连；所述第二进出口切换阀(6)的进口与所述单程裂解炉管(4)的两个端口以可自由切换的方式分别相连，所述第二进出口切换阀(6)的出口与所述裂解产物收集装置(7)相连；所述单程裂解炉管(4)的两个端口的管内径不同，管内径之差不超过12mm。

2.根据权利要求1所述的单程炉管裂解炉系统，其中，所述单程裂解炉管(4)的两个端口的管内径之差为1-6mm。

3.根据权利要求2所述的单程炉管裂解炉系统，其中，所述单程裂解炉管(4)的两个端口的管内径之差为2-5mm。

4.根据权利要求1所述的单程炉管裂解炉系统，其中，所述单程炉管裂解炉系统还包括分别设置于连接所述第一进出口切换阀(2)和所述单程裂解炉管(4)的两个端口的裂解原料进料管道(9)上的文丘里管(3)。

5.根据权利要求1所述的单程炉管裂解炉系统，其中，所述单程炉管裂解炉系统还包括设置于裂解原料进料管道(9)和裂解产物出料管道(5)上的反吹蒸汽阀(8)，其中所述裂解原料进料管道(9)为连接所述第一进出口切换阀(2)和所述单程裂解炉管(4)的两个端口的管道，所述裂解产物出料管道(5)为连接所述单程裂解炉管(4)的两个端口和所述第二进出口切换阀(6)之间的管道。

6.一种裂解方法，其特征在于，该裂解方法在权利要求1-5中任意一项所述的单程炉管裂解炉系统中进行，所述裂解方法包括：在裂解反应的过程中，将所述单程炉管裂解炉系统的第一进出口切换阀(2)和第二进出口切换阀(6)同时进行切换，从而改变物料在所述单程裂解炉管(4)中的流动方向。

7.根据权利要求6所述的裂解方法，其中，所述裂解方法还包括：裂解原料的初始流动方向为：从所述单程裂解炉管(4)的管内径较小的端口向管内径较大的端口方向流动。

8.根据权利要求6所述的裂解方法，其中，所述切换的时机为：当满足以下两者中的任意一个时即进行切换，

当裂解反应运行至若不进行切换时的理论运行周期的70％-95％时，

当裂解反应运行到温度距离所述单程裂解炉管(4)的材质的耐温极限为10-50℃时。

9.根据权利要求8所述的裂解方法，其中，当裂解反应运行至若不进行切换时理论运行周期的80-90％时。

10.根据权利要求8所述的裂解方法，其中，当裂解反应运行到温度距离所述单程裂解炉管(4)的材质的耐温极限为15-30℃时。