低碳烯烃裂解设备以及裂解方法技术

本发明专利技术涉及石油裂解领域，公开了低碳烯烃裂解设备以及裂解方法。所述低碳烯烃裂解设备包括依次连通的对流段(2)、辐射段(5)、急冷锅炉(6)、分离塔(8)、以及减压装置(10)，所述减压装置将所述对流段(2)、所述辐射段(5)、所述急冷锅炉(6)以及分离塔(8)的流经物料的管路处于负压状态，所述辐射段(5)包括炉膛、设置在所述炉膛内壁上的炉墙(11)以及设置在所述炉膛内部的至少一个管束(3)，所述管束(3)包括以所述管束中心点为中心排布成圆形或椭圆形的多个炉管(12)。本发明专利技术通过减压装置，将流经物料的管路均处于负压状态，重质裂解原料在对流段能够充分气化，能够节省工艺成本并有效降低裂解炉的结焦。

Low carbon olefin cracking equipment and cracking method

【技术实现步骤摘要】
低碳烯烃裂解设备以及裂解方法
本专利技术涉及石油裂解领域，具体涉及在减压环境下裂解原油的低碳烯烃裂解设备以及采用该低碳烯烃裂解设备制备低碳烯烃的裂解方法。
技术介绍
低碳烯烃通常指碳四及碳四以下的不饱和碳氢化合物的总称，主要包括乙烯、丙烯、异丁烯、丁二烯等具有高经济价值的有机化工原料。随着我国经济的发展，这些有机化工原料的需求量逐年增大，尽管低碳烯烃的生产规模也在逐年增长，但还无法满足日益增长的需求量。有效提高低碳烯烃产量的技术有着广泛的应用前景。长期以来，主要采用石油烃裂解制备低碳烯烃产品。随着石化企业生产装置规模的大型化，单套炼油装置的处理能力早已超过1000万吨/年，而与之配套的乙烯装置的乙烯生产能力也达到了百万吨/年。随着清洁能源的发展，人们对化石燃料的需求量在减少，并伴随经济发展，石油化工产品的需求量却日益增长，传统炼厂的燃料路线兼顾裂解原料方式已难以满足要求。也就是说，将重质烃类，特别是未经加工处理的原油作为裂解原料，利用相对简化的工艺单元加工得到裂解装置的原料，能够规避传统大型炼油厂多套流程装置的高投资和运行成本，有利于降低烯烃生产装置原料成本和能源消耗，适应市场供需的变化。在裂解装置中，核心是管式裂解炉(以下简称“裂解炉”)，裂解原料如石油烃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、丙烯和丁二烯等目的产物。专利商为了降低建设投资和生产成本，进行了裂解炉的大型化、改善和提高裂解炉的选择性及产品收率、延长裂解炉的运行周期等研究。特别是随着乙烯装置规模的扩大，裂解炉大型化的不断发展。专利CN921048882描述了一种热解加热炉，该炉辐射段中各垂直炉管呈多个平行列排列，各管排由与各管排平行的底部烧嘴加热，辐射段最好呈立方形，即其高度长度宽度基本相等。专利CN038135825描述了一种加热更均匀的裂解炉，该裂解炉包括沿着辐射段对侧设置的两个对流段，其裂解炉管布置成平行的排，各排互相平行布置在辐射段炉膛中，管排之间设置燃烧器。专利CN200710118074提出了一种乙烯裂解炉，该裂解炉的炉管位于辐射段，每个炉管由进口管和出口管组成，炉管在辐射段呈两排排列，每一排形成一个管排平面，炉管的进口管和出口管都是以交替间隔的形式分别位于两个不同的管排平面内，通过一个对称的U型连接件在底部连接在一起。其认为这样可以实现裂解炉的大型化，炉管排布方式改善了辐射传热效率，延长了运行周期，降低了产品能耗。专利CN2014102289158描述了一种裂解炉，其辐射段底部布置四排燃烧器和两组辐射炉管，每组辐射炉管都呈两排排列，从而在辐射段内共设有四排辐射炉管，其认为这样可以实现裂解炉的大型化，减少占地和投资。专利CN2014102292004描述了一种乙烯裂解炉，其包括辐射段、对流段、急冷换热器以及引风机和烟囱，其中辐射段内设有两排辐射炉管，包括由一排入口管形成的入口管管排和由一排出口管形成的出口管管排，两排辐射炉管两侧布置多个燃烧器，燃烧器被布置为能够不对称地向辐射炉管供热，使得靠近入口管管排的燃烧器放热量大于靠近出口管管排的燃烧器的放热量。其认为这样的裂解炉运行周期长、产品收率高、生产能力大。专利CN2013102366997公开了一种乙烯裂解炉，其包括辐射段盘管组件，该组件由在辐射段内沿炉体长度方向垂直于底面排布的X型辐射盘管模块构成，每个X型辐射盘管模块由四组辐射盘管构成，每组辐射盘管由炉管构成。四组辐射盘管在X型辐射盘管模块中心共同连有四合一立体聚合管作为物料出口，四组辐射盘管距离X型辐射盘管模块中心最远关口作为物料的入口并共同连有入口集合管，底部燃烧器设置在每两个相邻辐射盘管之间的空隙处。其认为该专利技术各独立辐射盘管上每个炉管受热均匀，延长了炉管的使用寿命并提高了乙烯生产能力。然而，上述这些专利的关注点集中于裂解炉辐射段内的炉管如何排布，以保证在炉膛中布置更多的炉管同时提高辐射传热，使得炉管内的物料能够在极短停留时间内快速升温。但其布置无论如何，管排都是处于某个平面之内或者两个垂直交互的平面之内，炉管仍然是呈直线分布，进口炉管和出口炉管存在交叉布置的现象。炉管管排布置在同一个平面内，对于在裂解炉中广泛应用的两程炉管而言，需要对其进口管和出口管进行连接，而在同一平面布置，无疑会带来每个辐射炉管(包括一个入口管和一个出口管)的互相交叉，从而造成每个辐射炉管的长度或者结构不一致，形成炉管间结构上的微小差别，进而影响到炉管内裂解原料的反应。另外，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，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。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，但对于单程炉管，这一矛盾便凸显出来。单程炉管中，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，燃烧系统和单程炉管之间存在一个匹配的问题。如果采用比空气含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，相比于常规空气燃烧而言，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传热过程。采用富氧空气助燃，因氮气含量少，空气量和烟气量均显著减少，故火焰温度和黑度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高，进而提高火焰辐射强度和强化辐射传热；二是采用富氧空气助燃，燃烧的火焰变短，燃烧强度提高，燃烧速度加快，这样将有助于燃烧反应完全，提高燃料的使用效率，进而提高裂解炉的热效率；三是采用富氧空气助燃，可以适当降低过剩空气系数，减少排烟体积，减少燃烧后的烟气量，进而降低排烟损失，促进裂解炉的节能。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，从辐射传热的角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低碳烯烃裂解设备，其特征在于，所述低碳烯烃裂解设备包括依次连通的对流段(2)、辐射段(5)、急冷锅炉(6)、分离塔(8)以及减压装置(10)，所述减压装置将所述对流段(2)、所述辐射段(5)、所述急冷锅炉(6)以及分离塔(8)的流经物料的管路处于负压状态，所述辐射段(5)包括炉膛、设置在所述炉膛内壁上的炉墙(11)以及设置在所述炉膛内部的至少一个管束(3)，所述管束(3)包括以所述管束中心点为中心排布成圆形或椭圆形的多个炉管(12)。/n

【技术特征摘要】
1.一种低碳烯烃裂解设备，其特征在于，所述低碳烯烃裂解设备包括依次连通的对流段(2)、辐射段(5)、急冷锅炉(6)、分离塔(8)以及减压装置(10)，所述减压装置将所述对流段(2)、所述辐射段(5)、所述急冷锅炉(6)以及分离塔(8)的流经物料的管路处于负压状态，所述辐射段(5)包括炉膛、设置在所述炉膛内壁上的炉墙(11)以及设置在所述炉膛内部的至少一个管束(3)，所述管束(3)包括以所述管束中心点为中心排布成圆形或椭圆形的多个炉管(12)。


2.根据权利要求1所述的低碳烯烃裂解设备，其特征在于，所述管束(3)包括4～20个所述炉管(12)；
优选地，所述管束(3)包括6～12个所述炉管(12)。


3.根据权利要求2所述的低碳烯烃裂解设备，其特征在于，所述炉管距离所述管束中心的距离为350～1500mm；
优选地，所述炉管距离所述管束中心的距离为400～1200mm。


4.根据权利要求2所述的低碳烯烃裂解设备，其特征在于，所述炉管为单程炉管或多程炉管。


5.根据权利要求4所述的低碳烯烃裂解设备，其特征在于，当所述炉管为单程炉管时，所述单程炉管为管径恒定的管或从入口端到出口端管径逐渐变大的管。


6.根据权利要求5所述的低碳烯烃裂解设备，其特征在于，当所述单程炉管为从入口端到出口端管径逐渐变大的管时，
所述入口端的管口内径为25～60mm；
优选地，所述入口端的管口内径为35～45mm。


7.根据权利要求5所述的低碳烯烃裂解设备，其特征在于，当所述单程炉管为从入口端到出口端管径逐渐变大的管时，
所述出口端的管口内径为35～75mm；
优选地，所述出口端的管口内径为45～65mm。


8.根据权利要求5所述的低碳烯烃裂解设备，其特征在于，所述单程炉管之间的间距与所述单程炉管的直径之比为1.2～3.0；
优选地，所述炉管之间的间距与所述炉管的直径之比为1.6～2.2。


9.根据权利要求4所述的低碳烯烃裂解设备，其特征在于，当所述炉管为多程炉管时，所述多程炉管为两程炉管、四程炉管或六程炉管；
优选地，所述多程炉管为两程炉管。


10.根据权利要求9所述的低碳烯烃裂解设备，其特征在于，所述多程炉管包括多个辐射炉管，每个辐射炉管包括一个或多个入口管、一个出口管以及连接所述入口管和所述出口管的连接管。


11.根据权利要求10所述的低碳烯烃裂...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丛，李蔚，张利军，王国清，石莹，张兆斌，张永刚，
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