CN113234472A - 一种纯氧乙烯裂解反应系统及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯氧乙烯裂解反应系统，包括裂解炉，其包括：燃烧段，所述燃烧段的进料口连接氧气输送管线和燃料输送管线，所述燃烧段将通入的氧气和燃料进行燃烧，生成包括一氧化碳、二氧化碳、氢气和水蒸气的高温烟气；裂解段，位于所述燃烧段的下游，所述裂解段的上端入口连接原料输送管线和燃烧段的高温烟气排出口，所述裂解段将通入的原料和高温烟气进行混合反应，生成裂解气；裂解气急冷器，连接于所述裂解段的出料口，用于对反应生成的裂解气进行急冷降温；及裂解气冷却设备和分离设备，对冷却的裂解产物进一步冷却和分离。本发明提出的纯氧乙烯裂解系统及其工艺，提高反应收率，增加装置处理量，减少投资成本。

Description

一种纯氧乙烯裂解反应系统及其工艺

技术领域

本发明涉及化工装置工艺设计领域，具体涉及一种纯氧乙烯裂解反应系统及其工艺。

背景技术

乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75％以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上乙烯生产的技术路线很多，主要有管式炉蒸汽裂解、砂子炉裂解、催化裂解、合成气制乙烯等方法，其中形成生产规模、占据产量99％以上的是管式炉裂解技术，这种技术是生产乙烯最为成熟的技术。

裂解法生产乙烯，是在高温条件下将石油烃类裂解发生碳链断裂或者脱氢反应得到的。反应非常复杂，按照反应的先后顺序可以分为一次反应和二次反应，一次反应是烃类裂解成乙烯和丙稀等低级烯烃的反应，二次反应是由一次反应产生的低级烃进一步反应生成多种产物，直至最后生成焦或炭的反应。研究表明影响乙烯裂解效果的因素主要有：裂解温度、停留时间、烃分压。

裂解温度越高越有利于一次反应的发生，对生成乙烯、丙烯越有利，且适当升高温度，烃裂解生成乙烯反应速率的提高大于烃分解为碳和氢的反应速率，有利于乙烯收率的提高。但过高温度会导致炭的生成。所以当采用高温时必须缩短停留时间，以减少结焦量和生成乙炔量。一般不同的温度就有不同的最佳停留时间，温度高停留时间相对就短。

裂解反应中气相碳氢化合物的分压降低，亦能增大一次反应对二次反应的相对速度，提高乙烯收率，抑制结焦反应速率，缓解结焦。但过度降低压力，反应物浓度降低，反应速率也随之降低。

管式炉蒸汽裂解工艺相比其他工艺在提高温度、缩短时间以及降低烃分压等方面都做了很大优化。用该方法生产乙烯的工艺技术很多，其中包括国际著名技术提供者Lummus、S&W、KBR和Linde等技术专利商、国内目前正在积极开发和应用的包括中国石油下属中国寰球工程公司的乙烯裂解技术和中国石化开发的技术。他们都在不断的开发高选择性的管式裂解炉。中石化等多家单位开发的CBL型裂解炉通过将对流段中稀释蒸汽与烃类传统方式的一次混合改为二次混合的方法使物料进入辐射段的温度可提高50℃以上；Lummus公司SRT型裂解炉通过不断地改进了炉管的炉型及炉子的结构不断的缩短停留时间，改变烧嘴的布置方案来提高热负荷的利用率。S&W公司USC型裂解炉通过采用的较小的炉管管径来方便调整停留时间、裂解温度和烃分压条件的选择，使生成的产品中乙烷等副产品较少，使裂解反应具有良好的选择性。

然而，受炉管金属材质和管式炉传热能力的限制，现有的乙烯裂解炉的金属壁温最高承受1100℃左右，裂解温度难以继续提高，二次反应速率仍然较高，结焦严重需频繁清焦。为了解决二次反应的问题，需要缩短停留时间，而缩短停留时间，炉管的处理能力降低，产能下降。且不同的原料需要不同的温度和停留时间，导致管式裂解炉通用性受限。为降低烃分压，需要补充大量蒸汽，这导致能耗消耗量变大，压力难以提高，低压反应单套装置处理量小，设备投资大。

专利CN103788988A公开了一种在包括裂解炉和急冷装置裂解装置中实施的蒸汽裂解方法，该方法将烯烃和水蒸气的混合物与液体裂解原料混合，并将得到的裂解原料混合物在对流段内加热，使得裂解原料混合物汽化并加热至横跨温度，然后将汽化的裂解原料混合物加到辐射段进行第一裂解反应，得到第一裂解反应产物；将含有烯烃的物流与第一裂解反应产物在辐射段的出口处混合以进行第二裂解反应，并将得到的第二裂解反应产物注入急冷装置进行冷却分离，但仍无法较好的解决温度受限、停留时间长、单炉处理量难以提升的问题。

发明内容

针对现有乙烯工艺裂解温度提高受到限制、停留时间难以缩短、烃分压降低受限、单炉处理量难以提升的问题，本发明提出一种新的纯氧乙烯裂解系统及其工艺，以达到提高反应收率，增加装置处理量，减少投资的目的。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种纯氧乙烯裂解反应系统，包括：

裂解炉，其包括：

燃烧段，所述燃烧段的进料口连接氧气输送管线和燃料输送管线，所述燃烧段将通入的氧气和燃料进行燃烧，生成包括一氧化碳、二氧化碳、氢气和水蒸气的高温烟气；

裂解段，位于所述燃烧段的下游，所述裂解段的上端入口连接原料输送管线和燃烧段的高温烟气排出口，所述裂解段将通入的原料和高温烟气进行混合反应，生成裂解气；

裂解气急冷器，连接于所述裂解段的出料口，用于对反应生成的裂解气进行急冷降温；及

裂解气冷却设备和分离设备，对冷却的裂解产物进一步冷却和分离。

进一步地，所述裂解炉的燃烧段上部设置裂解炉喷嘴，所述氧气输送管线和燃料输送管线均连接至所述裂解炉喷嘴上。

进一步地，所述裂解炉喷嘴还连接用于通入蒸汽的蒸汽输送管线，及用于通入脱盐水的脱盐水输送管线。

进一步地，所述燃料输送管线上设有燃料加压设备。

进一步地，所述燃烧段的高温烟气排出口经所述裂解段的上端入口进入所述裂解段。

进一步地，所述裂解段的上端入口连接原料喷嘴所述原料输送管线连接至所述原料喷嘴上，所述原料输送管线上设有原料加压设备和原料预热设备，原料经增压预热送至原料喷嘴均匀分散后与高温烟气瞬间混合反应，反应停留时间短。

进一步地，所述裂解气急冷器连接高压锅炉给水管线及蒸汽热回收管线。

进一步地，所述裂解炉内衬耐火砖。

进一步地，所述燃料为燃料气或燃料油，所述燃料气主要包括天然气、炼厂气，所述燃料油主要包括石脑油、加氢尾油、轻柴油、重柴油、渣油。

进一步地，所述裂解原料包括烃类物质或馏分油，所述烃类物质主要包括乙烷、丙烷、丁烷，所述馏分油主要包括石脑油、抽余油、加氢尾油、轻柴油、减压柴油。

一种纯氧乙烯裂解工艺，采用上述的反应系统进行，具体步骤为：

(1)将氧气和燃料通入裂解炉的燃烧段进行燃烧，生成包括一氧化碳、二氧化碳、氢气和水蒸气的高温烟气；

(2)将原料和高温烟气通入裂解炉的裂解段进行裂解反应，生成裂解气；

(3)裂解气经裂解气急冷器急冷降温，再经裂解气冷却设备和分离设备进一步冷却和分离，分离后气液相反应产物分别送去下游处理。

步骤(1)控制燃料与氧气的流量使燃烧后的烟气温度达到所需反应温度，作为后续反应提供热源和稀释剂；

所述裂解炉的裂解段内的压力控制在0～4MPag，温度控制在800～1500℃。

与传统的乙烯裂解管式炉相比，本发明纯氧带压乙烯裂解技术的优点在于：

1、增加了纯氧燃烧段，燃烧烟气直接混入裂解原料作热源，裂解温度可以进一步提高至1100～1500℃，温度容易控制，乙烯收率提高；

2、裂解原料瞬间被加热至裂解温度，缩短反应停留时间，减少二次反应和结焦反应，反应时间从0.X秒提升至0.00X秒，提升两个数量级；

3、燃烧烟气作裂解反应的稀释剂，取代了传统采用补入蒸汽的方式降低烃分压，降低了装置的能耗；

4、操作压力不受限制，一般裂解反应操作压力从微正压～4MPaG，带压反应提升了装置处理能力，降低后续压缩机功率，节省设备投资；

5、裂解炉内衬了耐火砖，裂解原料不与金属接触，消除结焦反应活性中心，使裂解炉的平稳运行；

6、炉温调节方便，同种炉型适用多种燃料；

7、反应空间大，延长清焦时间。

附图说明

图1为本发明纯氧乙烯裂解系统示意图。

图中标号名称：1-燃料加压设备；2-原料加压设备；3-原料预热设备；4-裂解炉；5-裂解气急冷器；6-裂解气冷却设备；7-分离设备；8-裂解炉喷嘴；9-裂解炉燃烧段；10-原料喷嘴；11-裂解炉裂解段；12-燃料；13-裂解原料；14-蒸汽；15-氧气；16-气相反应产物；17-液相反应产物；18-脱盐水；19-高压锅炉给水；20-热回收蒸汽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1，一种纯氧乙烯裂解反应系统，该反应系统包括裂解炉4，裂解炉4由裂解炉燃烧段9及裂解炉裂解段11组成，裂解炉燃烧段9上端设有裂解炉喷嘴8，裂解炉裂解段11与裂解炉燃烧段9之间设有原料喷嘴10，裂解炉喷嘴8上分别连接氧气输送管线、燃料输送管线、脱盐水输送管线、蒸汽输送管线，可以分别通入氧气15、燃料12、脱盐水18和蒸汽14，燃料输送管线上设有燃料加压设备1。

原料喷嘴10连接原料输送管线，用于通入裂解原料13，原料输送管线上设有原料加压设备2和原料预热设备3，原料经增压预热送至原料喷嘴均匀分散后与高温烟气瞬间混合反应，反应停留时间短。

裂解炉裂解段11出口端连接裂解气急冷器5，用于对反应生成的裂解气进行急冷降温，裂解气急冷器5出口依次连接裂解气冷却设备6和分离设备7，对冷却的裂解产物进一步冷却和分离，分离后得到的气相反应产物16、液相反应产物17分别送去下游处理。裂解气急冷器5连接用于通入高压锅炉给水19的高压锅炉给水管线及排出热回收蒸汽20的蒸汽热回收管线，用于换热。

裂解炉内衬耐火砖，裂解原料不与金属接触，消除结焦反应活性中心，使裂解炉的平稳运行。燃烧段将通入的氧气和燃料进行燃烧，生成包括一氧化碳、二氧化碳、氢气和水蒸气的高温烟气，裂解段将通入的原料和高温烟气进行混合反应，生成裂解气。燃料为燃料气或燃料油，燃料气主要包括天然气、炼厂气，燃料油主要包括石脑油、加氢尾油、轻柴油、重柴油、渣油。裂解原料包括烃类物质或馏分油，所述烃类物质主要包括乙烷、丙烷、丁烷，所述馏分油主要包括石脑油、抽余油、加氢尾油、轻柴油、减压柴油。

一种纯氧乙烯裂解工艺，采用上述的反应系统进行，具体步骤为：

(1)将氧气和燃料通入裂解炉的燃烧段进行燃烧，生成包括一氧化碳、二氧化碳、氢气和水蒸气的高温烟气；

(2)将原料和高温烟气通入裂解炉的裂解段进行裂解反应，生成裂解气；

(3)裂解气经裂解气急冷器急冷降温，再经裂解气冷却设备和分离设备进一步冷却和分离，分离后气液相反应产物分别送去下游处理。

步骤(1)控制燃料与氧气的流量使燃烧后的烟气温度达到所需反应温度，作为后续反应提供热源和稀释剂；裂解炉的裂解段内的压力控制在0～4MPag，温度控制在800～1500℃。

以下为某一具体实际应用。

在某中试装置中，使用石脑油作为燃料和原料，石脑油由两台计量泵从石脑油储罐打入石脑油裂解反应器，一股作为燃料通过石脑油燃料输送泵直接打入反应器上部，与氧气混合后点燃，温度升高至1500℃，蒸汽调温；另一股石脑油通过石脑油裂解输送泵经低温与高温油电加热器气化后打入反应器进行裂解反应，反应压力0.5MPa(G)。急冷水从下部加入，裂解后的产物经过冷却后再进行分离等后处理。

本发明通过增加纯氧燃烧段，燃烧烟气直接混入裂解原料作热源，裂解温度提高，温度容易控制，乙烯收率提高，裂解原料瞬间被加热至裂解温度，缩短反应停留时间，减少二次反应和结焦反应，燃烧烟气作裂解反应的稀释剂，取代了传统采用补入蒸汽的方式降低烃分压，降低装置的能耗。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纯氧乙烯裂解反应系统，其特征在于，包括：

裂解炉，其包括：

燃烧段，所述燃烧段的进料口连接氧气输送管线和燃料输送管线，所述燃烧段将通入的氧气和燃料进行燃烧，生成包括一氧化碳、二氧化碳、氢气和水蒸气的高温烟气；

裂解段，位于所述燃烧段的下游，所述裂解段的入口连接原料输送管线和燃烧段的高温烟气排出口，所述裂解段将通入的原料和高温烟气进行混合反应，生成裂解气；

裂解气急冷器，连接于所述裂解段的出料口，用于对反应生成的裂解气进行急冷降温；及

裂解气冷却设备和分离设备，对冷却的裂解产物进一步冷却和分离。

2.根据权利要求1所述的一种纯氧乙烯裂解反应系统，其特征在于，所述裂解炉的燃烧段上部设置裂解炉喷嘴，所述氧气输送管线和燃料输送管线均连接至所述裂解炉喷嘴上。

3.根据权利要求2所述的一种纯氧乙烯裂解反应系统，其特征在于，所述裂解炉喷嘴还连接用于通入蒸汽的蒸汽输送管线，及用于通入脱盐水的脱盐水输送管线，所述燃料输送管线上设有燃料加压设备。

4.根据权利要求1所述的一种纯氧乙烯裂解反应系统，其特征在于，所述裂解段的上端入口连接原料喷嘴，所述原料输送管线连接至所述原料喷嘴上，所述原料输送管线上设有原料加压设备和原料预热设备，所述燃烧段的高温烟气排出口经所述裂解段的上端入口进入所述裂解段。

5.根据权利要求1所述的一种纯氧乙烯裂解反应系统，其特征在于，所述裂解气急冷器连接高压锅炉给水管线及蒸汽热回收管线。

6.根据权利要求1所述的一种纯氧乙烯裂解反应系统，其特征在于，所述裂解炉内衬耐火砖。

7.根据权利要求1所述的一种纯氧乙烯裂解反应系统，其特征在于，所述燃料为燃料气或燃料油，所述燃料气主要包括天然气、炼厂气，所述燃料油主要包括石脑油、加氢尾油、轻柴油、重柴油、渣油。

8.根据权利要求1所述的一种纯氧乙烯裂解反应系统，其特征在于，所述裂解原料包括烃类物质或馏分油，所述烃类物质主要包括乙烷、丙烷、丁烷，所述馏分油主要包括石脑油、抽余油、加氢尾油、轻柴油、减压柴油。

9.一种纯氧乙烯裂解工艺，其特征在于，采用如权利要求1-8任意一项所述的反应系统进行，具体步骤为：

(1)将氧气和燃料通入裂解炉的燃烧段进行燃烧，生成包括一氧化碳、二氧化碳、氢气和水蒸气的高温烟气；

(2)将原料和高温烟气通入裂解炉的裂解段进行裂解反应，生成裂解气；

(3)裂解气经裂解气急冷器急冷降温，再经裂解气冷却设备和分离设备进一步冷却和分离，分离后气液相反应产物分别送去下游处理。

10.根据权利要求9所述的一种纯氧乙烯裂解工艺，其特征在于，步骤(1)控制燃料与氧气的流量使燃烧后的烟气温度达到所需反应温度，作为后续反应热源和稀释剂；所述裂解炉的裂解段内的压力控制在0～4MPag，温度控制在800～1500℃。

Images