烃类热解方法及设备技术

本发明专利技术提供了一种改进的热解烃类以生产乙烯的方法和设备，它包括由一个非燃烧过热加热辐射段和一个燃烧辐射段组成的一台新奇加热炉，绝热管式反应器和急冷锅炉。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及烯烃生产方法和设备。更具体地说，本专利技术涉及由烃类生产乙烯及其它轻质烯烃的方法和设备。长期以来，石油化学工业使用天然烃原料来生产有价值的烯烃，如乙烯和丙烯。通常用气态烃（如乙烷和丙烷）作原料进行工业生产比较理想。但由于一直在消耗轻质烃，其可用资源日趋减少，所以最近越来越需要在工业上能裂解重质烃类。工业上正在使用沸点比气态烃高的烃类，如石脑油、常压柴油（AGO）和减压柴油（VGO）。由烃原料生产烯烃的一种典型方法是热裂解法。在该方法中，烃类在高温下经裂解生成含1至4个碳原子的烃类，特别是相应的烯烃。目前，可用于裂解重质烃以生产烯烃的方法很多。典型的方法是，把需要裂解的烃类送入由对流区和辐射区组成的加热炉。在对流区，烃类先被加热至尚未引专利技术显反应的温度;然后被送到辐射区，在这里被辐射燃烧器猛烈加热。美国专利No.3，487，121（哈利）给出了一种传统加热炉和方法的例子。例如，用管式燃烧加热器来提供反应所需热量。原料流经燃烧加热器内的一组蛇管，蛇管的配置应能使向流经管内的烃类的热量传递得到强化。然后将裂解产出物进行直接或间接急冷以使反应停止。在传统蛇管热裂解中，用稀释蒸汽抑制裂解蛇管中焦碳的形成。但是，不管用什么方法，在由烃原料生产烯烃过程中始终存在生成焦碳的问题。一般裂解反应会产生裂解燃料油，它是能堵塞设备的焦油和焦碳-->的一种前体。蒸汽稀释的另一好处是阻止焦碳在用于快速淬灭裂解反应的换热器中发生沉积。最近，已将热裂解方法用于一种能够在蒸汽存在下使烃原料通过一个反应器的设备中，且在该设备中同时使用热的粒状固体作热载体。裂解后，将产出物快速急冷以终止裂解反应，从产出物中分离固体，预热后循环使用。以往，在用乙烷至石脑油的轻质烃经热裂解法来生产烯烃时，每磅烃需要的稀释蒸汽在0.3至0.6磅左右。每磅重质烃则需要大约0.7至1.0磅稀释蒸汽。一般说来，为达到抑制热裂解过程中辐射蛇管内结焦速度所要求的烃分压，重质烃类需要更多的稀释蒸汽。相应地要增加加热炉的尺寸并需要更大的大型设备。众所周知，就烃类裂解方法而言，反应温度和反应停留时间是影响裂解度、转化率和选择性的两个主要变数。裂解度与裂解反应的强度有关。它与正戊烷的反应速度常数（单位为秒-1）和时间t（单位为秒）有关。转化率是对原料热解程度的量度（在经受与原料同样的处理时，正戊烷分解的百分比）。工业烃原料转化率可用下式与正戊烷转化率（C）相关联：Kt＝1n[C/（100-C）]其中K是正戊烷的反应速度常数（单位为秒-1），大约每20°F增加一倍;t是反应时间（单位为秒）。选择性是转化产品中含乙烯的比例。选择性通常表示为烯烃产品与燃料产品之比。裂解度低时，选择性高，但由于转化率低，故采用低裂解度操作-->不经济。通常低裂解度操作在温度1200至1400°F，停留时间2000至10000毫秒下进行。温度在1500至2000°F可达到高裂解度和高转化率。但是，温度超过1500°F时，选择性通常比较低，除非停留时间在200毫秒以下，通常在20至100毫秒时，反应可达到高裂解度。在这样短的停留时间下可以达到每磅甲烷2.5至4.0磅乙烯的选择性，转化率通常可超过原料重量的95%。虽然高裂解度是优选的，但由于传统燃烧反应器的物理限制，在工业上尚未广泛采用。限制之一是，在允许的停留时间参数范围内，不能将热量由产品流出物中除去。因此，大多数传统系统都在中等裂解度条件下操作，温度在1350至1550°F，停留时间在200至500毫秒。虽然转化率比低裂解度操作时高，但选择性低，大约为每磅甲烷2磅乙烯。但由于转化率较高，乙烯的实际收率高于低裂解度操作时得到的收率。热解燃料油（PFO）的收率随转化率的增加而提高。在临界转化率以上，PFO的生成速度明显提高，这里的临界转化率是原料性质的函数。对重质石脑油，它出现在转化率大约75%，对轻质石脑油，出现于转化率85%时。在高裂解度条件下，采用短停留时间可达到大约3∶1或者更高的选择性。结果，已开发出了很多提供高裂解度的热裂解方法。例如，开发了含有大量细管的加热炉，其中每根管子的出口直接与一个单独的间接急冷锅炉相连接。该方法的缺点是投资过大，因为急冷锅炉不能为多根高温炉管道出口所共有。因此，所需急冷锅炉的数目增加。而且，高温废热必须用来产生低温、高压蒸汽，从热效率观点出发，这是不理想的。最后，由于必须用在加热器对流段产生蒸汽的方法使-->烟道气的高温降下来，故又限制了方法的灵活性。在哈利的美国专利No.3，407，789中，加热炉包括一个对流预热区和一个辐射转化区域裂解区。在辐射段，被处理流体通过的管道长度较短，直径较小，压力降设计较低。急冷区与加热炉的反应产品出口管紧密相连并能将产出物由反应温度快速冷却至反应基本停止的温度，再用传统的换热方法使其得到进一步冷却。于是，由于反应时间缩短，有必要提高操作温度（P）以保持希望的转化率。一般认为，选择性和收率随停留时间的缩短而提高。但建造停留时间缩短至大约100毫秒的工厂存在几个障碍。运行时间，即蛇管除焦之间的周期由几个月缩短至几天。此外，投资和燃料成本都增加。反应器设计师为缩短反应时间所能使用的关系可用下式概括：t＝(D)/4·(H)/(Q)·d其中D＝蛇管内径，单位为呎H＝在辐射反应器中吸收的热量，单位为英热单位/磅d＝工艺流体的密度，单位为磅/呎3Q＝热通量，单位为英热单位/（秒·呎2）对于传统工厂，减小D、H或d的可能性很小。在制造长耐热合金管过程中的实际限制决定了D。H则听其自然，它等于为达到给定的原料转化率所需要的能量。工艺流体密度d基本取决于蛇管出口的最低实际压力。增大剩余参数Q，即热通量，会增大金属温度（M）和操作温度（P）的差值。-->已经指出，缩短t需要提高P。所以缩短t时，M和P都要提高，提高M取决于多因素，提高M或P都会加快结焦速度。由于工业实践都需要尽量提高辐射加热蛇管的转化率并尽量降低蛇管出口与急冷锅炉入口之间的连接管中的转化率而进一步恶化上述两个因素。增加Q需要提高辐射燃烧室的温度，也就增加了每英热单位H所需燃料的英热单位数以及生产1磅烯烃的燃料成本。因此，如果能找到一个热解系统，在热效率得到改善，投资比较低和t大大缩短的情况下的运行时间可达2至3个月，就可满足长期以来本
所希望的要求。申请人意外地发现，与先有技术的教导相反，通常状况下的液态烃转化率低于10至20%时，其使用的条件对烯烃收率或选择性影响很小或没有影响;在高于临界裂解度，即转化率65至75%时，焦碳的前体，热解燃料油的产率迅速提高;如果在同样时间内，在同样压力下达到目标转化率，反应的温度截面对收率和选择性就不会产生明显的影响;在转化率高于50%时，在给定的辐射燃烧室温度下，可用缩短辐射线长度的方法来降低金属的最高温度而对反应时间影响很小或没有影响。本专利技术的目的之一是提供一种改进的生产乙烯的热解方法和设备。本专利技术的目的之二是提供一种改进的生产乙烯的热解方法和设备，其中辐射加热蛇管保持在低于一临界裂解度。本专利技术的目的之三是提供一种改进的生产乙烯的热解方法和设备，其中超过临界裂解度的热解过程可在绝热条件下在辐射蛇管与急冷锅炉之间的连接管中完成。本专利技术的目的之四是提供一种改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种裂解烃原料以生产烯烃的加热炉包括：一个非燃烧辐射过热加热区；一个处于辐射过热加热区下游的燃烧辐射区；燃烧辐射区的辐射燃烧器；使来自辐射燃烧器的气体由辐射区流入过热加热区的设备；以及一种由过热加热区连续延伸至辐射区出口的工 艺蛇管。

【技术特征摘要】
US 1990-11-29 619,7401、一种裂解烃原料以生产烯烃的加热炉包括：一个非燃烧辐射过热加热区；一个处于辐射过热加热区下游的燃烧辐射区；燃烧辐射区的辐射燃烧器；使来自辐射燃烧器的气体由辐射区流入过热加热区的设备；以及一种由过热加热区连续延伸至辐射区出口的工艺蛇管。2、按照权利要求1的加热炉，还包括一个与辐射过热加热区直接连通的对流区;一个排放烟道气的烟道和对流区内的对流管道。3、按照权利要求2的加热炉，还包括过热加热区和辐射区之间一面公用墙，其中供气体由辐射区流入过热加热区的设备是该墙底部过热预热区与辐射区之间的一个开口。4、按照权利要求2的加热炉，还包括辐射区蛇管出口处的一个绝热反应器。5、按照权利要求4的加热炉，其中所说绝热反应器的部分结构是文氏管状。6、按照权利要求5的加热炉，还包括一个与绝热反应器出口相连的一种间接急冷锅炉。7、按照权利要求5的加热炉，还包括一组相邻的工艺蛇管;和将一组工艺蛇管在绝热反应器入口汇集成一根集管的设备。8、按照权利要求3的加热炉，其中辐射燃烧器是一排沿辐射区垂直墙壁排列并由加热炉顶向下延伸的辐射燃烧器。9、按照权利要求6的加热炉，其中急冷锅炉由一环状外冷侧和装在中间的一个内冷侧室组成。10、一种由烃原料生产烯烃的方法，该方法包括下述步骤：将烃原料输送至穿过一个非燃烧辐射过热加热区的工艺蛇管;和在由过热加热区延伸并穿过燃烧区的工艺蛇管中将烃原料由非燃烧辐射过热加热区送到燃烧辐射区。11、按照权利要求10的方法，还包括将烃原料由燃烧辐射区送往一个绝热反应器的步骤。12、按照权利要求11的方法，还包括在将原料送至非燃烧过热加热区之前靠对流来加热烃原料的步骤。13、按照权利要求12的方法，还包括间接急冷来自绝热反应器的产出物以终止产出物中反应。14、按照权利要求13的方法，其中所说绝热反应器结构为文氏管，可将来自燃烧辐射区的热产品气速度由大约800呎/秒降至大约250呎/秒。15、按照权利要求11的方法，其中非燃烧辐射过热加热器燃烧室...

【专利技术属性】
技术研发人员：HN沃克，
申请(专利权)人：史东及韦伯斯特工程公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]