CN116023974A - 制备烯烃的裂解炉、裂解制备烯烃的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及裂解领域，公开了制备烯烃的裂解炉、裂解制备烯烃的方法及应用。该裂解炉包括依次连通的气化段、裂解段和急冷段，其中，所述气化段用于预热裂解原料和蒸汽；所述裂解段用于在预热后的蒸汽的存在下，使预热后的裂解原料裂解；所述急冷段用于冷却裂解后的裂解产物；其中，所述气化段和所述裂解段的热源为电供热源，该裂解炉可以大大减少裂解过程中的碳排放，环境友好，热效率高、体积小，工艺流程简单，成本低。

Description

制备烯烃的裂解炉、裂解制备烯烃的方法及应用

技术领域

本发明涉及裂解领域，具体涉及制备烯烃的裂解炉、裂解制备烯烃的方法及应用。

背景技术

传统乙烯裂解炉一般采用甲烷、氢气为燃料，通过混入空气燃烧为裂解提供热量，但是燃烧后会产生大量二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物和硫化物，污染环境，并且，利用烟道气对对流段进行加热，工艺复杂，设备成本高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的环境污染，工艺复杂及成本高的技术问题，提供制备烯烃的裂解炉、裂解制备烯烃的方法及应用。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备烯烃的裂解炉，该裂解炉包括依次连通的气化段、裂解段和急冷段，其中，

所述气化段用于预热裂解原料和蒸汽；

所述裂解段用于在预热后的蒸汽的存在下，使预热后的裂解原料裂解；

所述急冷段用于冷却裂解后的裂解产物；

其中，所述气化段和所述裂解段的热源为电供热源。

本发明第二方面提供一种裂解制备烯烃的方法，该方法包括：

(1)将裂解原料和蒸汽混合后进行预热；

(2)在预热后的蒸汽的存在下，使预热后的裂解原料裂解；

(3)将裂解后的裂解产物冷却；

其中，所述预热和所述裂解的热源为电供热源。

本发明第三方面提供上述裂解炉在裂解制备烯烃中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)使用清洁能源电力(如太阳能、核能、风能、潮汐能等)作为裂解反应的供热源，可以大大减少裂解过程中的碳排放；

(2)不使用燃气或燃料油对裂解炉加热，可以减少裂解炉氮氧化物、硫化物的排放；

(3)气化段直接电加热裂解原料和稀释蒸汽，减少了现有技术中的裂解装置中的对流段，没有裂解原料、稀释蒸汽和烟道气的热交换，设备，工艺流程简单，成本低。

(4)本发明的裂解炉没有传统裂解炉中100℃以上烟道气，可直接排空，从而提高裂解炉热效率。

(5)本发明的裂解炉的裂解段的宽度大幅降低，可减少加热炉体积。

附图说明

图1是是本发明一个实施方式的制备烯烃的裂解炉的结构示意图。

附图标记说明

1气化段、2裂解段、3急冷段、4气液分离器

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。

本发明第一方面提供一种裂解炉，参考图1，该裂解炉包括依次连通的气化段1、裂解段2和急冷段3，其中，

所述气化段1用于预热裂解原料和蒸汽；

所述裂解段2用于在预热后的蒸汽的存在下，使预热后的裂解原料裂解；

所述急冷段3用于冷却裂解后的裂解产物；

其中，所述气化段1和所述裂解段2的热源为电供热源。

本发明中，急冷段3的管内是裂解气，裂解气的压力低于0.1MPa，温度高达750-900℃，进入急冷段3后冷却至350-600℃。管外是高压热水，压力约为11-12MPa，吸热后产生高压水蒸汽，出口温度320-350℃。

在本发明的一些实施方式中，为了使裂解段的炉管和电加热炉内壁贴合紧密，具有更好的加热效果，所述裂解段2的高宽比为20-280，其中，所述高宽比为裂解段内部高度和宽度的比，不包括炉墙厚度。

在本发明的一些实施方式中，所述裂解段2的炉管的排列方式为水平式或悬挂式。

在本发明的一些实施方式中，所述裂解炉还包括气液分离器4，优选为汽包，所述气液分离器4与所述急冷段3连通，所述急冷段3的冷却介质经所述急冷段3换热后进入所述气液分离器4进行气液分离，所得的液相作为冷却介质返回所述急冷段3。本发明中，对急冷段的具体形式不做限定，例如可以为一级急冷或二级急冷。并且，对冷却段冷却介质与裂解产物的流向不做特别限定，例如，可以采用逆流或并流的方式。

本发明中，所述气化段1和所述裂解段2的保温衬里由3层结构组成，最外层为轻质浇注料，中间层选自碳化硅、多晶莫来石和轻质高铝耐火砖的至少一种，最内层选自硅酸铝纤维、硅酸钙板、矿渣棉和高铝陶的至少一种。所述的裂解炉根据所需温度，加热丝选用螺旋状铁铬铝合金丝 (0Cr27Al17Mo2最高使用温度1400℃)、镍铬合金丝(Cr30Ni70最高使用温度1250℃)或硅碳棒(最高使用温度1450℃)。

本发明第二方面提供一种裂解制备烯烃的方法，该方法包括：

(1)将裂解原料和蒸汽混合后进行预热；

(2)在预热后的蒸汽的存在下，使预热后的裂解原料裂解；

(3)将裂解后的裂解产物冷却；

其中，所述预热和所述裂解的热源为电供热源。

在本发明的一些实施方式中，为了提高烯烃收率，步骤(1)中，所述蒸汽和裂解原料的重量比为0.25-0.8。

在本发明的一些实施方式中，所述裂解原料选自乙烷、丙烷、丁烷、石脑油和柴油中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，为了保证裂解原料充分预热并减少气化过程中的结焦，所述预热的条件包括：温度优选为550-650℃。

在本发明的一些实施方式中，为了提高烯烃收率，所述裂解在裂解炉中进行，所述裂解的条件包括：温度为750-1000℃，优选780-860℃，停留时间0.05-0.5s，所述裂解炉的裂解段出口压力为0.16-0.2MPa。

在本发明的一些实施方式中，对所述冷却的冷却介质不做特别限定，只要能够将裂解产物冷却即可。例如，所述冷却的冷却介质为水，优选温度为 320-350℃，压力为11-12MPa的水。

本发明中，裂解气在进行冷却时，优选地，裂解气的压力低于0.1MPa，温度高达750-900℃，在进行所述冷却后，温度降至350-600℃。本发明对冷却的方式不做限定，例如可采用一级或二级冷却，只要能够实现将裂解气冷却的目的即可。

本发明中，所述方法在上述裂解炉中进行。

本发明第三方面提供上述裂解炉在裂解制备烯烃中的应用。

本发明中，烯烃是指乙烯、丙烯、丁二烯、异戊二烯中的一种或多种。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

烃类裂解制烯烃在电加热裂解炉中进行，该电加热裂解炉选用的加热丝为螺旋状铁铬铝合金丝(0Cr27Al17Mo2)，具体过程如下：

(1)将稀释蒸汽和乙烷按照重量比为0.3直接送入电加热裂解炉的气化段进行混合、预热，预热后的乙烷温度为600℃；

(2)将气化段得到的乙烷和水蒸汽混合气通入到裂解段(高宽比为 136)，稀释蒸汽和乙烷的重量比为0.3，裂解炉辐射段炉管出口温度为865℃，裂解炉辐射段出口压力为0.17MPa，停留时间0.3s，乙烷进料量为4.5吨/小时，裂解后得到裂解气；

(3)采用一级急冷的方式对裂解气进行急冷。裂解气入口温度为860℃，在急冷锅炉中冷却至412℃后进入后续系统进行分离，所得裂解气组成详见表1。其中，采用高压热水对裂解气进行冷却。急冷锅炉中高压热水(温度 328℃，压力12MPa)为逆序进料，高压热水从急冷锅炉出口处进入，从急冷锅炉入口处排出，得到温度为328℃的高压蒸汽，该高压蒸汽进入汽包后留作他用。所得裂解气组成详见表1。

实施例2

烃类裂解制烯烃在电加热裂解炉中进行，该电加热裂解炉选用的加热丝为硅碳棒，具体过程如下：

(1)将稀释蒸汽和石脑油按照重量比为0.5直接送入电加热裂解炉的气化段进行混合、预热，预热后的乙烷温度为600℃；

(2)将气化段得到的水蒸汽和柴油混合气通入到裂解段(高宽比为20)，水蒸汽与石脑油的重量比为0.5，裂解炉辐射段炉管出口温度为838℃，裂解炉辐射段出口压力为0.17MPa，停留时间0.2s，乙烷进料量均为8吨/小时，裂解后得到裂解气；

(3)采用二级急冷的方式对裂解气进行急冷。第一急冷锅炉裂解气入口温度为838℃，出口温度为574℃；第二急冷锅炉裂解气入口温度为570℃，出口温度为399℃。在急冷锅炉中冷却后进入后续系统进行分离，所得裂解气组成详见表1。其中，第一和第二急冷锅炉都采用高压热水(温度328℃，压力12MPa)对裂解气进行冷却。急冷锅炉中高压热水为逆序进料，高压热水从急冷锅炉出口处进入，从急冷锅炉入口处排出，得到温度为328℃的高压蒸汽，该高压蒸汽进入汽包后留作他用。所得裂解气组成详见表1。

实施例3

烃类裂解制烯烃在电加热裂解炉中进行，该电加热裂解炉选用的加热丝为镍铬合金丝(Cr30Ni70)，具体过程如下：

(1)将稀释蒸汽和柴油按照重量比为0.8直接送入电加热裂解炉的气化段进行混合、预热，预热后的丙烷温度为600℃；

(2)将气化段得到的柴油和水蒸汽混合气通入到裂解段高宽比为280)，水蒸汽与柴油的重量比为0.8，裂解炉辐射段炉管出口温度为780℃，裂解炉辐射段出口压力为0.17MPa，停留时间0.2s，柴油进料量为4.5吨/小时，裂解后得到裂解气；

(3)采用一级急冷的方式对裂解气进行急冷。裂解气入口温度为780℃，在急冷锅炉中冷却至412℃后进入后续系统进行分离，所得裂解气组成详见表1。其中，采用高压热水对裂解气进行冷却。急冷锅炉中高压热水(温度 328℃，压力12MPa)为逆序进料，高压热水从急冷锅炉出口处进入，从急冷锅炉入口处排出，得到温度为328℃的高压蒸汽，该高压蒸汽进入汽包后留作他用。所得裂解气组成详见表1。

对比例1

轻烃裂解制烯烃在传统裂解炉中进行，其中，裂解段通过甲烷和氢气燃烧供热，对流段的热量通过烟道气换热获得，具体过程如下：

(1)将稀释蒸汽和乙烷按照重量比为0.3在对流段进行混合、预热，预热后的乙烷温度为600℃；

(2)将对流段得到的乙烷和水蒸汽混合气通入到裂解段(高宽比为 5.5)，水蒸汽与乙烷的重量比为0.3，裂解炉裂解段炉管出口温度为865℃，裂解炉裂解段出口压力为0.17MPa，停留时间0.3s，乙烷进料量为4.5吨/小时，裂解后得到裂解气；

(3)采用一级急冷的方式对裂解气进行急冷。裂解气入口温度为860℃，在急冷锅炉中冷却至412℃后进入后续系统进行分离，所得裂解气组成详见表1。其中，采用高压热水对裂解气进行冷却。急冷锅炉中高压热水(温度 328℃，压力12MPa)为逆序进料，高压热水从急冷锅炉出口处进入，从急冷锅炉入口处排出，得到温度为328℃的高压蒸汽，该高压蒸汽进入汽包后留作他用。所得裂解气组成详见表1。

表1

通过表1的结果可以看出，实施例1-3采用本发明的技术方案，能够实现轻烃裂解制烯烃，并且与对比例1的传统裂解炉相比，在裂解原料相同的情况下，乙烯、丙烯和丁二烯收率基本相当，具有热效率高、占地面积小、结构简单的优点。

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)

1.一种制备烯烃的裂解炉，其特征在于，该裂解炉包括依次连通的气化段、裂解段和急冷段，其中，

所述气化段用于预热裂解原料和蒸汽；

所述裂解段用于在预热后的蒸汽的存在下，使预热后的裂解原料裂解；

所述急冷段用于冷却裂解后的裂解产物；

其中，所述气化段和所述裂解段的热源为电供热源。

2.根据权利要求1所述的裂解炉，其中，所述裂解段的高宽比为20-280。

3.根据权利要求1或2所述的裂解炉，其中，所述裂解段的炉管的排列方式为水平式或悬挂式。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的裂解炉，其中，所述裂解炉还包括气液分离器，优选为汽包，所述气液分离器与所述急冷段连通，所述急冷段的冷却介质经所述急冷段换热后进入所述气液分离器进行气液分离，所得的液相作为冷却介质返回所述急冷段。

5.一种裂解制备烯烃的方法，其特征在于，该方法包括：

(1)将裂解原料和蒸汽混合后进行预热；

(2)在预热后的蒸汽的存在下，使预热后的裂解原料裂解；

(3)将裂解后的裂解产物冷却；

其中，所述预热和所述裂解的热源为电供热源。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(1)中，所述蒸汽和裂解原料的重量比为0.25-0.8。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述裂解原料选自乙烷、丙烷、丁烷、石脑油、加氢尾油和柴油中的至少一种。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述预热的条件包括：温度为550-650℃；

和/或，所述裂解在裂解炉中进行，所述裂解的条件包括：温度为750-1000℃，停留时间0.05-0.5s，所述裂解炉的裂解段出口压力为0.16-0.2MPa。

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法，其中，所述冷却的冷却介质为水，优选温度为320-350℃，压力为11-12MPa的水；

优选地，所述裂解产物在进行所述冷却后，温度降至350-600℃；

和/或，所述方法在权利要求1-4中任意一项所述的裂解炉中进行。

10.权利要求1-4中任意一项所述的裂解炉在裂解制备烯烃中的应用。

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