CN111100685A - 一种高温裂解反应系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高温裂解反应系统和方法，所述系统包括高温裂解反应器、气固分离器、电磁感应线圈和高频电感应加热设备。本发明的系统和方法乙炔和氢气收率高。

Description

一种高温裂解反应系统和方法
技术领域
本发明涉及一种高温裂解反应系统和方法。
背景技术
在国内，由于原油储量减少和环保意识增强，劣质油的可获得性和加工利润的增大，使得低品质汽油柴油市场份额降低。同时高品质汽油需求的增大，经济减缓导致柴油结构性过剩，柴油市场份额越来越少，而低碳烯烃与芳烃等化工原料依旧短缺，需要实现炼油转型求发展，因此需要开发劣重质油生产化工原料的高温裂解技术，从而实现炼油向化工的转型。
乙炔是重要的基础有机化工原料。生产乙炔的工业方法主要有电石法、甲烷部分氧化法和甲烷电弧裂解法，其中电石法乙炔工艺成熟，工业生产中占绝对比例，但是污染和能耗均相对较高。等离子体裂解煤制乙炔是一条新的、有前景的煤直接化工转化途径，相关研究始于20世纪60年代的英国Sheffield大学：在高温、高焓、高反应活性的电弧热等离子体射流中，煤的挥发分甚至固定碳可直接转化为乙炔。此后，大量的研究集中在英国、美国、德国、印度、前苏联等国家。我国学者及工程技术人员从90年代开始，在这一领域进行了大量的基础研究和工程研究。随着技术的发展，也有研究人员将等离子体用于煤焦油、沥青质、油浆等生产乙炔的研究中，但未见工业报道。
传统的气化制氢技术，一般采用煤作为原料，以石英砂作为床料，空气(氧气)、水蒸汽或氧气和水蒸汽的混合气体为流化气体，在气化反应器内煤颗粒进行部分燃烧和气化，分别生成燃烧产物与气化产物，收集后得到一定纯度的燃料气体，气化所需热量由煤的燃烧过程提供；缺点是煤燃烧产生的烟气掺混到煤气化产生的气化产物中，燃料气体品质低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温裂解反应系统和方法，本发明的方法和系统乙炔和氢气收率高。
为了实现上述目的，本发明提供一种高温裂解反应系统，所述系统包括高温裂解反应器、气固分离器、电磁感应线圈和高频电感应加热设备；
所述高温裂解反应器包括沿轴向竖直设置的外套管，与外套管顶部开口密封连接的上封头，与外套管底部密封连接的下封头，以及设置于外套管、上封头和下封头中的反应内管；所述反应内管沿轴向竖直设置且底端抵靠在所述下封头内壁，顶端抵顶在所述上封头内壁，两端之间的外壁与所述外套管、上封头和下封头的内壁之间形成环隙；所述上封头设置有裂解原料入口和载气入口，所述下封头设置有裂解产物出口，所述反应内管的下部设置有急冷介质入口，所述裂解原料入口和载气入口通过所述反应内管的内部空间与所述裂解产物出口流体连通，所述电磁感应线圈绕设在所述外套管的外周以用于给反应内管加热，所述反应内管的上部设置有用于通过裂解原料的多孔构件；
所述气固分离器设置有物料入口和物料出口，所述气固分离器的物料入口与裂解产物出口连通，所述电磁感应线圈与所述高频电感应加热设备连接。
可选的，所述反应内管的材料选自钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆、稀土硼化物、稀土碳化物、稀土氮化物、稀土硅化物、稀土磷化物和稀土硫化物中的一种或多种，所述稀土选自镧、铈、镨和钕中的一种或多种。
可选的，所述多孔构件为过滤网；所述反应内管的下部设置有用于过滤碳黑的过滤构件。
可选的，所述反应内管由上至下依次包括同轴且流体连通的圆环段、圆筒段和空心圆台段；所述圆环段连接在圆筒段顶端且圆环段的顶端抵顶在所述上封头内壁；所述空心圆台段的内径和外径由上至下逐渐增加，且空心圆台段顶端与所述圆筒段底端相连，空心圆台段底端抵靠在所述下封头内壁；所述圆筒段和空心圆台段的高度之比为1-2，所述急冷介质入口设置于所述空心圆台段上。
可选的，所述上封头的内径由上至下逐渐增大，所述下封头的内径由上至下逐渐减小；所述下封头的内壁向内延伸有用于抵靠所述反应内管底端的环形凸起。
可选的，所述反应器还包括测温仪，所述下封头上设置有用于向所述反应内管插入测温仪的测温仪入口；所述测温仪为热电偶。
可选的，所述外套管、上封头和下封头为石英管，所述外套管和上封头的密封连接处均设置有磨砂层，所述外套管和下封头的密封连接处均设置有磨砂层。
可选的，所述系统还包括第一预热炉和第二预热炉；所述第一预热炉设置有裂解原料入口和预热物料出口，第一预热炉的预热物料出口与所述裂解原料入口连通；所述第二预热炉设置有载气入口和预热物料出口，所述第二预热炉的预热物料出口与所述载气入口连通。
可选的，所述系统还包括过滤器和气体收集器，所述气固分离器的物料出口通过所述过滤器与所述气体收集器连通。
本发明还提供一种采用所提供的高温裂解反应系统进行乙炔生产的方法，该方法包括：
将裂解原料与载气分别从裂解原料入口和载气入口引入高温裂解反应器的反应内管中并由上至下进行裂解反应，得到反应产物经来自急冷介质入口的急冷介质急速冷却后，从裂解产物出口离开高温裂解反应器并进入气固分离器中进行气固分离，得到含有乙炔的气体产物；其中，所述裂解反应的条件包括：温度为1000-2500℃，反应时间为5毫秒-100毫秒，载气与裂解原料的单位时间进料比例为3-150升/克；所述裂解原料包括劣质油和/或催化裂化反应产物。
可选的，所述方法还包括：将裂解原料与载气分别经第一预热炉和第二预热炉预热后再送入反应内管中；其中，经预热后的裂解原料的温度为200-500℃，经预热后的载气的温度为500-2000℃。
可选的，所述劣质油选自减压渣油、煤焦油和溶剂脱沥青油中的一种或多种，所述催化裂化反应产物选自催化裂化油浆、催化裂化柴油和催化裂化回炼油中的一种或多种；
所述载气选自氮气、氦气、氩气、甲烷和C2-C4轻烃中的一种或多种。
可选的，所述急速冷却所用急冷介质选自水、氮气和氩气中的一种或多种；
经急速冷却后的反应产物的温度为200-500℃。
可选的，所述裂解反应的条件包括：温度为1200-2000℃，反应时间为10毫秒-70毫秒，载气与裂解原料的单位时间进料比例为10-80升/克。
本发明的优点在于：
(1)电磁感应线圈加热高温裂解反应器，可以实现高温裂解反应器的快速升温，并且反应温度控制简单、操作稳定。
(2)可以提供超高温、极短反应时间，实现劣质油和/或催化裂化反应产物的直接裂解，具有高乙炔、氢气收率。
(3)、反应内管上部设置多孔构件可以对来自裂解原料入口的裂解原料进行阻挡气化，从而通过载气入口通入载气的流速控制裂解原料通过多孔构件和反应内管的速率，以控制反应停留时间。
(4)设置的外套管和上下封头可以使反应内管外部充满载气，从而对反应内管进行保护，尤其能够有效防止钼管的氧化。
(5)反应内管下部设置过滤构件，能够有效过滤掉反应所产生的碳黑，防止碳黑堵塞后续管路。
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包括本发明系统一种具体实施方式的结构示意图，也包括本发明方法一种具体实施方式的流程示意图。
附图标记说明
1反应内管 11圆环段 12圆筒段
13空心圆台段
2外套管 21上封头 22下封头
23环形凸起 24测温仪入口
3裂解原料入口 4测温仪 5载气入口
6裂解产物出口 7多孔构件 8过滤构件
9电磁感应线圈 10环隙 61急冷介质入口
100第一预热炉 200第二预热炉 300高频电感应加热设备
400气固分离器 500过滤器 600气体收集器
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。
如图1所示，本发明提供一种高温裂解反应系统，所述系统包括高温裂解反应器、气固分离器400、电磁感应线圈9和高频电感应加热设备300；
所述高温裂解反应器包括沿轴向竖直设置的外套管2，与外套管2顶部开口密封连接的上封头21，与外套管2底部密封连接的下封头22，以及设置于外套管2、上封头21和下封头22中的反应内管1；所述反应内管1沿轴向竖直设置且底端抵靠在所述下封头22内壁，顶端抵顶在所述上封头21内壁，两端之间的外壁与所述外套管2、上封头21和下封头22的内壁之间形成环隙10；所述上封头21设置有裂解原料入口3和载气入口5，所述下封头22设置有裂解产物出口6，所述反应内管1的下部设置有急冷介质入口61，所述裂解原料入口3和载气入口5通过所述反应内管1的内部空间与所述裂解产物出口6流体连通，所述电磁感应线圈9绕设在所述外套管2的外周以用于给反应内管1加热，所述反应内管1的上部设置有用于通过裂解原料的多孔构件7；
所述气固分离器400设置有物料入口和物料出口，所述气固分离器400的物料入口与裂解产物出口6连通，所述电磁感应线圈9与所述高频电感应加热设备300连接。
本发明采用电磁感应加热高温裂解反应器，从而能够实现高温裂解反应器快速升温，且温度稳定，与等离子体反应器相比设备简单，容易实施，操作方便，且设备体积大幅度缩小，有利于实验室装置的搭建，而且乙炔和氢气产率能够达到等离子体反应器裂解的水平。
根据本发明，所述反应内管1的材料可以选自钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆、稀土硼化物、稀土碳化物、稀土氮化物、稀土硅化物、稀土磷化物和稀土硫化物中的一种或多种，其中稀土可以为镧、铈、镨和钕中的一种或多种；电磁感应线圈套设在外套管外周，以通过电磁感应线圈所产生的交变磁场加热反应内管。高频电感应加热设备是本领域技术人员所熟知的，一方面能够对电磁感应线圈进行供电，另一方面可以设置有电磁加热控制器以控制输入电磁感应线圈中交流电的频率，电磁加热控制器是本领域技术人员所熟知的，本发明不再赘述。
一种实施方式，所述反应内管1优选为钼管，钼的熔点为2620℃，可以在裂解反应温度下长期保持良好的形状，而且钼管可以在电磁感应线圈所产生的交流磁场下快速升温，缩短升温时间，钼管的长度可以为40-1000毫米，内径可以为5-100毫米。由于钼管容易被氧化，本发明设置的外套管和上下封头也可以有效隔绝空气和钼管，提高钼管的使用寿命。优选情况下，电磁感应线圈内径的大小与外套管的直径相匹配，例如电磁感应线圈内径略大于外套管的外径1-2毫米，电磁感应线圈的圈数、构成线圈导线的直径可以根据需要进行调整，线圈内通过交流电，电流优选为10-60安培，频率优选3k-8k赫兹。
本发明中，多孔构件一方面用于使裂解原料短暂停留并气化，另一方面可以通过载气的流速控制裂解原料通过多孔构件的时间，进而控制反应停留时间。本发明对多孔构件的结构和形状并没有特殊限制，例如可以是多孔板(钼板、陶瓷板)或者过滤网等，优选为过滤网，更优选为石英棉过滤网。
本发明中，裂解原料在裂解反应温度下裂解为气体和碳黑等产物，气体可以通过裂解产物出口6进行后续处理，而碳黑却会堵塞后续的管路，因此，如图1所示，所述反应内管1的下部可以设置有用于过滤碳黑的过滤构件8，该过滤构件可以通过气体并可以将碳黑收集在反应内管中以便于反应结束后集中处理，该过滤构件可以是过滤网，优选石英棉过滤网。
一种实施方式，如图1所示，所述反应内管1由上至下依次包括同轴且流体连通的圆环段11、圆筒段12和空心圆台段13；所述圆环段11连接在圆筒段12顶端且圆环段11的顶端抵顶在所述上封头21内壁；所述空心圆台段13的内径和外径由上至下逐渐增加，且空心圆台段13顶端与所述圆筒段12底端相连，空心圆台段13底端抵靠在所述下封头22内壁，所述急冷介质入口61设置于所述空心圆台段13上。通过设置圆环段11可以使反应内管顶部与上封头21保持良好的接触，减少裂解原料和载气进入环隙10中，并防止反应内管在裂解原料和载气作用下发生晃动，提高其稳定性；通过空心圆台段可以使反应内管稳定地抵靠在下封头22内壁。根据反应需要，所述圆筒段12和空心圆台段13的高度之比可以为1-2。
根据本发明，外套管的长度可以为50-1500毫米，内径可以为10-150毫米，本发明对上下封头的结构和形状并没有特殊限制，例如可以是管形封头、球形封头、锥形封头和蝶形封头，优选为管形封头。为了提高上下封头与反应内管接触效果，如图1所示，所述上封头21的内径可以由上至下逐渐增大，所述下封头22的内径可以由上至下逐渐减小；所述下封头22的内壁向内可以延伸有用于抵靠所述反应内管1底端的环形凸起23。通过上下封头的内径变化，可以使反应内管的顶端和底端始终存在一位置与上下封头相接触，并通过上封头和反应内管的重量提高三者的连接牢固性和密封效果，减少气体从环隙10通过。
为了控制和检测反应温度，如图1所示，所述反应器还可以包括测温仪4，所述下封头22上可以设置有用于向所述反应内管1插入测温仪的测温仪入口24，所述测温仪4优选为热电偶，更优选为S形热电偶，热电偶的长度可以为200-1000毫米，直径可以为3-7毫米。通过测温仪可以测定反应内管出口附近的温度，进而通过该温度调整热源的加热功率，优选通过PID控制器以闭路控制方式时时根据测温仪所测定的温度调整热源的加热功率。
根据本发明，所述外套管2、上封头21和下封头22可以为石英管，所述外套管2和上封头21的密封连接处均可以设置有磨砂层，所述外套管2和下封头22的密封连接处均可以设置有磨砂层，例如如图1所示，外套管顶端的外周、底端的内周可以设置磨砂层，而上封头和下封头的内周可以设置有磨砂层，通过磨砂层可以很好地防止反应器内部的气体逸出。优选情况下，在相接的磨砂层之间可以涂抹凡士林，从而使凡士林在反应内管发生反应时处于液体状态，能更好地保持磨砂层之间的密封性。
根据本发明，如图1所示，所述系统还可以包括第一预热炉100和第二预热炉200；所述第一预热炉设置有裂解原料入口和预热物料出口，第一预热炉的预热物料出口与所述裂解原料入口3连通；所述第二预热炉设置有载气入口和预热物料出口，所述第二预热炉的预热物料出口与所述载气入口5连通。将裂解原料和载气进行预热可以使裂解原料和载气在高温裂解反应器中快速达到反应温度，并提高乙炔和氢气产率。
本发明中，根据控制反应器内压力和反应停留时间等需要可以调整裂解产物出口6和载气入口5的数量，例如，所述裂解产物出口6和载气入口5各自设置为一个或多个，优选均为两个。所述裂解产物出口6、载气入口5、裂解原料入口3和测温仪入口24可以流体连通有导管，该导管可以根据需要设定伸入反应器内的深度。
根据本发明，为了进一步净化和收集气体产物，所述系统还可以包括过滤器和气体收集器，所述气固分离器的物料出口可以通过所述过滤器500与所述气体收集器600连通，所述气固分离器用于对反应产物进行粗分离，可以是旋风分离、沉降分离等方式，所述过滤器对气固分离器分离所得气体产物进行进一步分离，可以为金属烧结滤芯或装有洗涤液的容器，金属烧结滤芯的过滤精度可以为5微米以下，气体收集器可以为气罐、气袋等容器。
本发明还提供一种采用本发明所提供的高温裂解反应系统进行乙炔生产的方法，该方法包括：
将裂解原料与载气分别从裂解原料入口3和载气入口5引入高温裂解反应器的反应内管1中并由上至下进行裂解反应，得到反应产物经来自急冷介质入口61的急冷介质急速冷却后，从裂解产物出口6离开高温裂解反应器并进入气固分离器400中进行气固分离，得到含有乙炔的气体产物；其中，所述裂解反应的条件包括：温度为1000-2500℃，反应时间为5毫秒-100毫秒，载气与裂解原料的单位时间进料比例为3-150升/克；所述裂解原料包括劣质油和/或催化裂化反应产物。
根据本发明，为了使裂解原料和载气在高温裂解反应器中快速达到反应温度，所述方法还可以包括：将裂解原料与载气分别经第一预热炉100和第二预热炉200预热后再送入反应内管1中；其中，经预热后的裂解原料的温度可以为200-500℃，经预热后的载气的温度可以为500-2000℃。
根据本发明，劣质油和催化裂化反应产物是本领域技术人员所熟知的，例如所述劣质油可以选自减压渣油、煤焦油和溶剂脱沥青油中的一种或多种，所述催化裂化反应产物可以选自催化裂化油浆、催化裂化柴油和催化裂化回炼油中的一种或多种，本领域技术人员也可以采用或掺入其它裂解原料，本发明不再赘述。载气一方面用于控制反应时间，使裂解原料快速通过高温裂解反应器，另一方面在于提供裂解的高温均匀氛围，提高乙炔和氢气产率，所述载气可以选自氮气、氦气、氩气、甲烷和C2-C4轻烃中的一种或多种。
根据本发明，急速冷却用于使反应产物快速降温以终止反应，提高乙炔和氢气产物的收率，所述急速冷却所用急冷介质可以选自水和/或氮气，所述水可以选自水、氮气和氩气中的一种或多种，所述氮气可以为液氮；经急速冷却后的反应产物的温度可以为200-500℃。
根据本发明，裂解反应在超高温和极短时间内进行，与等离子体反应器相比，本发明裂解反应操作简单，实施方便，从而更加容易控制反应过程，而且能耗也降低，所述裂解反应的条件优选包括：温度为1200-2000℃，反应时间为10毫秒-70毫秒，载气与裂解原料的单位时间进料比例为10-80升/克。
下面结合附图通过具体实施方式来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。
本发明提供的高温裂解反应系统进行高温裂解反应的步骤如下：
(1)、将外套管2放置于下封头22上方使二者密封连接，并将上封头21放置于外套管2上方使二者密封连接，接着将载体从载体入口5通入上封头21中并依次通过外套管2内部空间和下封头22内部空间从裂解产物出口6离开，以将外套管2、上封头21和下封头22内部的空气由载体所置换；然后将上封头21从外套管2上取下，迅速将反应内管1放入外套管2中并使其底端抵靠在所述下封头22内壁，然后将上封头21盖合在外套管2上并与反应内管1顶端相抵顶。将第一预热炉100的预热物料出口与裂解原料入口3通过管线相连，第二预热炉200的预热物料出口通过管线与载气入口5相连，裂解产物出口6与气固分离器400的物料入口相连，气固分离器400的物料出口通过所述过滤器500与所述气体收集器600连通，急冷介质入口61通过穿过下封头22的管线与储存急冷介质的容器相连。将连通高频电感应加热设备300的电磁感应线圈9套设在外套管2外周。
(2)、反应系统装配完毕后，通过电磁感应线圈9将反应内管1升温至预设的反应温度，然后将通过第一预热炉100预热的裂解原料在经第二预热炉200预热的氮气等载气的载流下从裂解原料入口引入上封头21并进入反应内管1中的多孔组件7上方，受到多孔组件7的阻挡，裂解原料进行气化并从多孔组件的孔道中穿过以在反应内管1中进行裂解反应，此时通过控制从载气入口5进入的氮气等载气的流速即可控制裂解原料在反应内管中的反应停留时间，进而优化裂解反应产物分布，载气的流量可以根据需要在较大范围内进行调整，例如为50-2000毫升/分钟。从反应内管1裂解所得裂解反应产物从反应内管1底端进入下封头22中并从裂解产物出口6离开反应器依次经气固分离器400和过滤器500进行净化后进入气体收集器600中。
下面通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。
实施例和对比例中：
反应温度是指电磁感应线圈所覆盖反应管中部温度；
反应时间＝反应内管长度/反应内管中反应物料的流速；
氢气收率＝气体产物中氢气重量/裂解原料重量×100％；
乙炔收率＝气体产物中乙炔重量/裂解原料重量×100％；
气体反应产物采用气相色谱进行测定。
实施例1
本实施例在图1所示的系统上按照前述具体实施方式的流程以性质如表1所述的催化柴油为裂解原料，预热温度为300℃，载气为氮气，预热温度为800℃。钼管作为反应内管，反应内管包括圆环段、圆筒段和空心圆台段，圆筒段的内径为10毫米，高度为290毫米，空心圆台段的顶部内径为10毫米，底部内径为15毫米，高度为20毫米；外套管为石英管，内径为35毫米，高度为380毫米，石英管中部1/3高度上外周套有电磁感应线圈，电磁感应线圈内径为40；多孔构件为钼板，多孔构件距离钼管顶部距离为10毫米，开孔率为32.45％，孔径大小为0.053毫米；过滤构件为石英棉过滤网，石英棉过滤网距离钼管底部距离为10毫米，网孔大小为60目；上封头和下封头也为石英材料，通过磨砂层与外套管相连，上封头设置一个载气入口，下封头设置一个产物出口。空心圆台段距离底端20毫米处的急冷介质入口通入液氮作为急冷介质，液氮流速为4升/分钟，控制反应内管出口处反应温度为300℃。气固分离器为碳黑过滤瓶，过滤器为碳黑洗涤瓶，碳黑洗涤瓶中装有水，气体收集器为气体收集袋，具体反应条件和反应结果如表3所示。
实施例2-5
实施例2-5与实施例1的反应系统和反应流程基本相同，不同之处在于反应条件不同，具体反应条件和反应结果如表3所示。
实施例6-10
实施例6-10与实施例1的反应系统和反应流程基本相同，不同之处在于反应条件不同，具体反应条件和反应结果如表4所示。
实施例11-15
实施例6-10与实施例1的反应系统和反应流程基本相同，不同之处在于反应条件不同，所用裂解原料为减压渣油(性质见表2)，具体反应条件和反应结果如表5所示。
对比例1-4
对比例1-4与实施例1的反应流程基本相同，不同之处在于反应条件不同，具体反应条件和反应结果如表6所示。
实施例16
实施例16与实施例1的反应流程基本相同，不同之处在于裂解原料和载气未经预热直接送入反应器中进行反应，具体反应条件和反应结果如表6所示。
从表3-6可以看出，本发明的生产方法可以取得高乙炔和氢气收率。具体地，与实施例1相比，对比例1的反应温度仅为900℃，其氢气和乙炔收率远低于实施例1；而与实施例2相比，即使对比例2的反应温度升高至2600℃，其氢气和乙炔收率不升高反而下降；与实施例6相比，对比例3的反应时间增加至110毫秒，而对比例4的反应时间缩短至3毫秒，二者氢气和乙炔收率也是降低的，说明在低裂解温度的情况下即使很短的反应时间也是不利于乙炔的生成的；与实施例1相比，实施例16的裂解原料和载气未经预热直接进行反应，氢气和乙炔收率大幅降低。从表4可以看出，与实施例7-9相比，实施例6的反应温度较低、即使反应时间较短，而实施例10的反应温度较高、但是反应时间较长，二者的收率也有所降低，因此，本发明要得到较高产率的乙炔和氢气，优选裂解温度为1500-2000℃，优选反应时间为5毫秒-20毫秒。
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发明的内容。
表1
原料名称 催化柴油
密度(20℃)/(克/厘米<sup>3</sup>) 0.8965
折射率(20℃) 1.5579
硫含量/(重量％) 0.231
氮含量/(微克/克) 548
碳的占比/重量％ 89.23
氢的占比/重量％ 10.32
烃类组成/℃
链烷烃，重量％ 16.9
环烷烃，重量％ 6.0
单环芳烃，重量％ 56.0
双环芳烃，重量％ 21.1
三环芳烃，重量％ 0.0
总芳烃，重量％ 77.1
胶质，重量％ 0.0
表2
原料名称 减压渣油
密度(20℃)/(克/厘米<sup>3</sup>) 0.97
黏度(100℃)/毫米<sup>2</sup>/秒 850
元素分析/(重量％)
C 85.3
H 11.8
S 1.28
N 0.92
残炭(重量％) 13.9
相对分子质量 930
金属分析/(微克/克)
Ni 47
V 2.2
表3
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
裂解原料 催化柴油 催化柴油 催化柴油 催化柴油 催化柴油
反应温度，℃ 1300 1300 1300 1300 1300
载气流量，升/分钟 4 6 7 8 9
进油速度，克/分钟 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
进油时间，分钟 5 5 5 4 4
反应时间，毫秒 47 33 28 24 22
氢气收率，重量％ 12.39 10.05 11.06 11.08 11.37
乙炔收率，重量％ 8.83 10.96 11.67 11.88 12.34
合计，％ 21.22 21.01 22.73 22.96 23.71
表4
项目 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10
裂解原料 催化柴油 催化柴油 催化柴油 催化柴油 催化柴油
反应温度，℃ 1100 1300 1600 1800 2200
载气流量，升/分钟 42 2.8 4 15 1.2
进油速度，克/分钟 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
进油时间，分钟 5 5 5 4 4
反应时间，毫秒 5 70 40 10 100
氢气收率，重量％ 9.11 11.44 15.56 16.71 8.99
乙炔收率，重量％ 8.12 10.79 8.98 10.45 10.52
合计，重量％ 17.23 22.23 24.54 27.16 19.51
表5
项目 实施例11 实施例12 实施例13 实施例14 实施例15
裂解原料 减压渣油 减压渣油 减压渣油 减压渣油 减压渣油
反应温度，℃ 1400 1400 1400 1400 1400
载气流量，升/分钟 4 6 7 8 9
进油速度，克/分钟 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
进油时间，分钟 5 5 5 4 4
反应时间，毫秒 47 33 28 24 22
氢气收率，重量％ 14.45 11.83 12.98 12.79 12.34
乙炔收率，重量％ 10.41 12.08 12.79 13.86 13.98
合计，重量％ 24.86 23.91 25.77 26.65 26.32
表6
项目 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 实施例16
裂解原料 催化柴油 催化柴油 催化柴油 催化柴油 催化柴油
反应温度，℃ 900 2600 1100 1100 1300
载气流量，升/分钟 4 6 1.8 70.1 4
进油速度，克/分钟 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
进油时间，分钟 5 5 5 4 5
反应时间，毫秒 47 33 110 3 47
氢气收率，重量％ 6.92 7.89 8.03 2.78 10.51
乙炔收率，重量％ 3.83 8.24 2.53 3.45 8.49
合计，重量％ 10.75 16.13 10.56 6.23 19

Claims (14)

1.一种高温裂解反应系统，其特征在于，所述系统包括高温裂解反应器、气固分离器(400)、电磁感应线圈(9)和高频电感应加热设备(300)；
所述高温裂解反应器包括沿轴向竖直设置的外套管(2)，与外套管(2)顶部开口密封连接的上封头(21)，与外套管(2)底部密封连接的下封头(22)，以及设置于外套管(2)、上封头(21)和下封头(22)中的反应内管(1)；所述反应内管(1)沿轴向竖直设置且底端抵靠在所述下封头(22)内壁，顶端抵顶在所述上封头(21)内壁，两端之间的外壁与所述外套管(2)、上封头(21)和下封头(22)的内壁之间形成环隙(10)；所述上封头(21)设置有裂解原料入口(3)和载气入口(5)，所述下封头(22)设置有裂解产物出口(6)，所述反应内管(1)的下部设置有急冷介质入口(61)，所述裂解原料入口(3)和载气入口(5)通过所述反应内管(1)的内部空间与所述裂解产物出口(6)流体连通，所述电磁感应线圈(9)绕设在所述外套管(2)的外周以用于给反应内管(1)加热，所述反应内管(1)的上部设置有用于通过裂解原料的多孔构件(7)；
所述气固分离器(400)设置有物料入口和物料出口，所述气固分离器(400)的物料入口与裂解产物出口(6)连通，所述电磁感应线圈(9)与所述高频电感应加热设备(300)连接。
2.根据权利要求1所述的高温裂解反应系统，其特征在于，所述反应内管(1)的材料选自钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆、稀土硼化物、稀土碳化物、稀土氮化物、稀土硅化物、稀土磷化物和稀土硫化物中的一种或多种，所述稀土选自镧、铈、镨和钕中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高温裂解反应系统，其特征在于，所述多孔构件(7)为过滤网；所述反应内管(1)的下部设置有用于过滤碳黑的过滤构件(8)。
4.根据权利要求1所述的高温裂解反应系统，其特征在于，所述反应内管(1)由上至下依次包括同轴且流体连通的圆环段(11)、圆筒段(12)和空心圆台段(13)；所述圆环段(11)连接在圆筒段(12)顶端且圆环段(11)的顶端抵顶在所述上封头(21)内壁；所述空心圆台段(13)的内径和外径由上至下逐渐增加，且空心圆台段(13)顶端与所述圆筒段(12)底端相连，空心圆台段(13)底端抵靠在所述下封头(22)内壁；所述圆筒段(12)和空心圆台段(13)的高度之比为1-2，所述急冷介质入口(61)设置于所述空心圆台段(13)上。
5.根据权利要求1所述的高温裂解反应系统，其特征在于，所述上封头(21)的内径由上至下逐渐增大，所述下封头(22)的内径由上至下逐渐减小；所述下封头(22)的内壁向内延伸有用于抵靠所述反应内管(1)底端的环形凸起(23)。
6.根据权利要求1所述的高温裂解反应系统，其特征在于，所述反应器还包括测温仪(4)，所述下封头(22)上设置有用于向所述反应内管(1)插入测温仪的测温仪入口(24)；所述测温仪(4)为热电偶。
7.根据权利要求1所述的高温裂解反应系统，其特征在于，所述外套管(2)、上封头(21)和下封头(22)为石英管，所述外套管(2)和上封头(21)的密封连接处均设置有磨砂层，所述外套管(2)和下封头(22)的密封连接处均设置有磨砂层。
8.根据权利要求1所述的高温裂解反应系统，其特征在于，所述系统还包括第一预热炉(100)和第二预热炉(200)；所述第一预热炉设置有裂解原料入口和预热物料出口，第一预热炉的预热物料出口与所述裂解原料入口(3)连通；所述第二预热炉设置有载气入口和预热物料出口，所述第二预热炉的预热物料出口与所述载气入口(5)连通。
9.根据权利要求1所述的高温裂解反应系统，其特征在于，所述系统还包括过滤器(500)和气体收集器(600)，所述气固分离器的物料出口通过所述过滤器与所述气体收集器连通。
10.一种采用权利要求1-9中任意一项所述的高温裂解反应系统进行乙炔生产的方法，该方法包括：
将裂解原料与载气分别从裂解原料入口(3)和载气入口(5)引入高温裂解反应器的反应内管(1)中并由上至下进行裂解反应，得到反应产物经来自急冷介质入口(61)的急冷介质急速冷却后，从裂解产物出口(6)离开高温裂解反应器并进入气固分离器(400)中进行气固分离，得到含有乙炔的气体产物；其中，所述裂解反应的条件包括：温度为1000-2500℃，反应时间为5毫秒-100毫秒，载气与裂解原料的单位时间进料比例为3-150升/克；所述裂解原料包括劣质油和/或催化裂化反应产物。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：将裂解原料与载气分别经第一预热炉(100)和第二预热炉(200)预热后再送入反应内管(1)中；其中，经预热后的裂解原料的温度为200-500℃，经预热后的载气的温度为500-2000℃。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述劣质油选自减压渣油、煤焦油和溶剂脱沥青油中的一种或多种，所述催化裂化反应产物选自催化裂化油浆、催化裂化柴油和催化裂化回炼油中的一种或多种；
所述载气选自氮气、氦气、氩气、甲烷和C2-C4轻烃中的一种或多种。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述急速冷却所用急冷介质选自水、氮气和氩气中的一种或多种；
经急速冷却后的反应产物的温度为200-500℃。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述裂解反应的条件包括：温度为1200-2000℃，反应时间为10毫秒-70毫秒，载气与裂解原料的单位时间进料比例为10-80升/克。
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