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，以及所述裂解炉的炉墙为异型结构炉墙，从而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。

【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。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。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，停留时间也随之由0.5s以上降低至0.15～0.25s，而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。专利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、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。专利CN101062881B提出了一种新型排布单程炉管的乙烯裂解炉，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、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。专利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。上述专利的关注点都集中于裂解炉辐射段内的单程炉管如何设计和排布以保证单程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，物料在进入单程炉管后要快速升温，即单程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，炉膛内的辐射传热过程没有很好的考虑以适应单程炉管的特点。从裂解炉炉管的角度看，在反应的初期，由于原料急剧升温，吸收大量热量，所以要求热强度大，较多较小的管径可使比表面积增加，从而满足要求；在反应的后期，由于转化率已经较高，热强度开始减小，较少较大的管径不会显著影响传热效果。综上所述，一般而言，在设计裂解炉管时在裂解炉管的入口(即反应初期)采用较多较小的管径，在裂解炉管的出口采用较少较大(即反应末期)的管径。从裂解炉炉膛的角度看，裂解炉炉管反应需要的热量全部由炉膛提供，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，其中辐射传热是主要的传热方式，占总传热量的85％以上。而裂解炉炉膛辐射传热受到多种复杂因素的影响，如炉膛的结构和尺寸、燃料的种类及供热方式、燃烧器的种类等等。目前传统的裂解炉采用陶瓷纤维或者耐火砖作为裂解炉的炉墙，利用燃料气燃烧的高温烟气和炉墙的辐射传热对裂解炉辐射炉管内的反应物料进行加热，裂解炉的炉墙全部采用平整的炉墙结构，从辐射传热的角度而言，裂解炉炉墙的辐射对炉管的入口部分和出口部分都是一样的。目前的裂解炉炉膛传热过程存在如下两个问题，一是裂解炉炉膛传热面积不足，裂解炉炉膛传热过程主要是辐射传热，辐射传热量主要取决于辐射面的传热面积。对于炉管而言，其外表面积在裂解炉能力确定时也基本确定，而且增加炉管外表面积由于炉管价格贵而导致成本很高。对于炉墙而言，其表面积与炉膛大小和炉墙的形状有关系。二是裂解炉炉墙辐射传热对于炉管管排而言无任何差别，即裂解炉的炉墙无论对于入口管排还是出口管排其传热面积均一致，对于热通量大的区域和热通量小的区域也同样，这会导致裂解炉局部受热不均，从而造成炉管局部温度过高，减少裂解炉的运行周期。因此，如何从裂解炉炉膛和炉管设计两个方面考虑，克服裂解炉炉膛辐射传热与裂解炉炉管不相匹配的问题，提供一种蒸汽裂解方法，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裂解炉炉膛辐射传热与裂解炉炉管不相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，以及所述裂解炉的炉墙为异型结构炉墙。

【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，以及所述裂解炉的炉墙为异型结构炉墙。2.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1.1-1.3。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述单程辐射炉管的出口端的管内径为35mm-65mm，优选为45mm-60mm；所述单程辐射炉管的入口端的管内径为25mm-50mm，优选为35mm-45mm。4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，所述单程辐射炉管的入口管所正对的炉墙为异型结构炉墙，而所述单程辐射炉管的出口管所正对的炉墙为平整结构炉墙。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述异型结构炉墙为波形曲面结构型炉墙...

【专利技术属性】
技术研发人员：张利军，张永刚，周丛，刘俊杰，周先锋，杜志国，张兆斌，王国清，
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