一种蒸汽裂解方法技术

本发明专利技术涉及化工领域，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组单程辐射炉管组成的辐射炉管管排，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，所述单程辐射炉管为带有扭曲片管的变径炉管，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％；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。

Steam cracking method

The present invention relates to the field of chemical industry, discloses a steam cracking method, the method is implemented in cracking furnace, the furnace includes convection and radiation, the radiation furnace consists of many sets of single radiant tube pipe row vertically arranged radiation section of the internal bottom burner at the bottom of the layout of the radiation section the method comprises the following steps: the raw material for cracking vaporization and preheating in convection section into the radiation section of cracking reaction, wherein the single radiant tube with twisted slice for reducing furnace tube, and the bottom of the burner using oxygen enriched air as combustion gas, heat supply and the bottom of the burner the radiation furnace pipe row material in at least the total calories for 60%; to get a method with high selectivity of cracking, and also can effectively improve the thermal efficiency of cracking furnace Reduce the energy consumption and increase the operation cycle of the cracking furnace.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工领域，具体地，本专利技术涉及一种蒸汽裂解方法。
技术介绍
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。随着管长的缩短，停留时间也随之由0.5s以上降低至0.15～0.25s。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。缩短管长的同时也降低了炉管中物料的压降，压降由原来的0.15MPa左右降低到0.04MPa或者更低。由于烃分压下降，使选择性提高，但缩短管长也带来了传热面积不足的缺点。CN100338182C提出了一种单程变径炉管的裂解炉，该裂解炉包括：炉体、高压汽包、对流段、炉管、燃烧器、燃烧室和废热锅炉，其特征是其单程变径炉管为立式炉管，且其出口端的内径大于进口端的内径。CN101062881B提出了一种新型排布单程辐射炉管的乙烯裂解炉，该裂解炉同样包括高压汽包、对流段、辐射段炉管、燃烧器、辐射段和急冷锅炉，其特征是每个单程立式变径炉管的出口端内径大于入口端内径，多个炉管连接在集合管上成为一个炉管束，在每一个炉管束中的集合管都是水平布置的。该专利通过在变径炉管中间设置弯管段和炉管入口段之前的弯曲连接件，改善炉管受热后的热应力状况，避免炉管的弯曲。CN10169012B提出了一种单程辐射炉管的乙烯裂解炉，该裂解炉包括辐射段、对流段、急冷锅炉、集合管和分配管，分配管的一端连接在设在裂解炉下部的集合管，另一端连接辐射炉管。其专利技术目的是最大限度额利用炉管空间，减少裂解炉的几何尺寸和占地面积；其相邻组的炉管呈对称结构，从而使得炉管受热均匀，延长运行周期；由于其辐射炉管在辐射段呈两排排列，因此其采用弯管连接，以减轻炉管弯曲程度。上述专利文献的关注点都集中于裂解炉辐射段内的单程辐射炉管如何设计和排布以保证单程辐射炉管在炉膛高温下不发生扭曲变形，同时能够在极短停留时间内快速升温。也就是说，这些专利文献仅专注于在炉管构型上的改进来适应裂解炉的高温和短停留时间。对于单程辐射炉管，由于物料在炉管内的停留时间很短，因此通常认为，物料在进入单程辐射炉管后要快速升温，即单程辐射炉管入口部分的热强度较大，这样才能使物料在进入炉管后快速升温，这样可以相应的降低单程辐射炉管后段的供热量和管壁温度，从而减少后段的结焦，延长裂解炉的运行周期。因此，单程辐射炉管在设计时往往采用入口端管径小出口端管径大的设计，这样在入口端，物料温度低，结焦速率慢，但需要的热通量大，采用小管径设计有利于传热过程；在出口端，物料温度高，结焦速率快，炉管压降高，采用大管径有利于压降的控制。在上述单程辐射炉管的设计中，均只考虑了炉管一侧，而没有考虑炉膛一侧，也就是说，炉膛内的燃料气燃烧过程没有很好的考虑以适应单程辐射炉管的特点。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，使炉膛燃烧的特性与炉管设计特性相匹配，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。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服单程炉管裂解炉的燃烧系统底部供热不足、烟气黑度不高，与单程辐射炉管不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，本专利技术提供了一种蒸汽裂解方法。为了实现上述目的，本专利技术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组单程辐射炉管组成的辐射炉管管排，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，所述单程辐射炉管为带有扭曲片管的变径炉管，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％。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，对于单程辐射炉管，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，在燃烧系统和单程辐射炉管之间存在一个匹配的问题。而如果在裂解炉的燃烧器中，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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组单程辐射炉管组成的辐射炉管管排，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，所述单程辐射炉管为带有扭曲片管的变径炉管，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％。

【技术特征摘要】
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组单程辐射炉管组成的辐射炉管管排，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，所述单程辐射炉管为带有扭曲片管的变径炉管，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％。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60-90％，优选为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22-60体积％，优选为25-40体积％，更优选为27-33体积％。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述单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，优选为1.1-1.4。5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，所述单程辐射炉管的出口端的管内径为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国清，申东发，张利军，周丛，周先锋，刘俊杰，杜志国，张永刚，张兆斌，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11