一种低碳烯烃的生产方法和裂解系统技术方案

本发明专利技术涉及低碳烯烃的生产方法，该方法在包括裂解炉和裂解气总管的裂解系统中进行，裂解系统还包括二氧化碳氧化脱氢设备，所述裂解炉的对流段包括第一、二空间，第一空间用以容纳二氧化碳氧化脱氢设备，第一空间与对流段的体积比为1∶6-15，该方法包括以下步骤：(1)将裂解物料经裂解炉对流段的第二空间送入辐射段进行蒸汽裂解，得到裂解气；(2)在二氧化碳氧化脱氢反应条件下，将轻烃与二氧化碳和催化剂接触，得到富含低碳烯烃的物流；(3)将步骤(1)所得裂解气和步骤(2)所得富含低碳烯烃的物流一起送入裂解气总管。本本发明专利技术还提供了一种乙烯蒸汽裂解系统。本发明专利技术有效地降低了现有蒸汽裂解系统的能耗和成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低碳烯烃的生产方法和一种裂解系统。
技术介绍
乙烯是石油化学工业的基础原料。乙烯的产量、生产规模和技术水平标志着一个国家石油化工的发展水平。目前生产乙烯的方法以管式炉石油烃蒸汽裂解技术为主，据统计，世界上大约99%的乙烯和50%以上的丙烯通过该方法生产。工业上，蒸汽裂解的原料多为轻烃、石脑油、加氢尾油和轻柴油等。在现代石油化工企业中，乙烯的蒸汽裂解生产工艺设备通常由若干台石脑油裂解炉、若干台重油裂解炉和一台乙烷裂解炉组成，各台裂解炉产生的含裂解产物和裂解副产物的裂解气汇总到裂解气总管中，裂解产物在后续的分离回收设备中分馏提纯，得到不同碳原子数的馏分，再从碳二、碳三馏分中分离出乙烯产品。裂解副产物经分离回收得到循环轻烃。循环轻烃通常是指碳原子数为2-4的烷烃。循环轻烃可以进一步作为蒸汽裂解的原料。虽然蒸汽裂解过程是现有的最有效的乙烯生产工艺，但是这个过程也是整个化学工业耗能最大的工艺过程，大约占整个化学工业总一次能耗的8 %。就蒸汽裂解过程中的单个工序而言，其中，高温裂解工序的能耗占整个蒸汽裂解过程中的能耗比例最高。所以，高温裂解炉的耗能技术改进成了当今蒸汽裂解的工程设计人员面对的最大挑战。管式炉蒸汽裂解炉主要分为辐射段、对流段和急冷部分，其中裂解反应主要发生在辐射段，对流段和急冷部分的主要功能是回收热量。管式炉蒸汽裂解炉经过几十年的发展，已日臻完善，其改进的空间已经十分有限。CN1405272A公开了一种裂解炉，该专利技术改造了裂解炉的辐射段燃烧设备，采用炉底和炉顶同时加热的方式为辐射段进行加热，辐射段产生的高温烟气经过横跨段进入对流段，对流段是多组对流盘管。该裂解炉仍然是传统的石油烃原料裂解炉，仅仅在辐射段燃烧设备做了改变，该裂解炉仍然无法处理自身所产生的副产物低碳烷烃，且该裂解炉的能耗较闻。CN1659257A公开了一种具有至少一个对流段的裂解炉，通过裂解炉的两个对流段使得裂解炉辐射段的烟气分布更加均匀。该专利技术仅仅通过两个对流段使得辐射段烟气分布更加均匀，对流段依然是排布若干传统的回收热量的换热管，因此，尽管该裂解炉可以使辐射段的烟气分布更加均匀，但本专利技术的裂解炉对于高温裂解需要高能耗的问题仍需进一步改善。由前述可知，在蒸汽裂解装置中，总是要设置一台气体裂解炉或若干组炉管来裂解循环的轻烃物流，以提高低碳烯烃的收率。随着新技术的不断发展，乙烷和丙烷生产低碳烯烃的方法已经不仅仅限于蒸汽热裂解，氧化脱氢是一种有着广阔前景的生产低碳烯烃的方法。氧化脱氢始于二十世纪60年代，此前， 烷烃的催化氧化研究主要在于燃烧反应。烷烃氧化脱氢产物中水的形成使该反应在热力学上相当有利，可使反应连续进行，且反应可在较低温度下发生，减少产生积炭，工艺大大简化。而且反应放热，可节能。近年来，在氧化脱氢的研究中，人们开始考虑用二氧化碳来代替分子氧作为氧化剂。二氧化碳的氧化活性温和，深度氧化等副反应易控制。与蒸汽裂解炉相比，二氧化碳氧化脱氢过程具有潜在的节能降耗和环保优势。而且，以二氧化碳作为氧化剂，开拓了温室气体的利用途径，是减少CO2排放的可行方法之一。如果采用二氧化碳作为氧化剂的二氧化碳氧化脱氢的方法来替代轻烃或乙烷裂解炉来处理轻烃物流，一方面，由于二氧化碳氧化脱氢可在较低温度下发生放热反应，因此能有效地降低乙烯生产过程中的能耗；同时，还可以减少CO2的排放。文献 Longya Xu, Jinxiang Liu, Hong Yang, Yide Xu, Qingxia Wang,Liwu Lin.Regeneration behaviors of Fe/S1-2 and Fe-Mn/S1-2 catalysts forC2Hedehydrogenation with CO2 to C2H4.Catalysis Letters, 1999,62:185-189 中公开了米用Fe/Silicate-2催化二氧化碳氧化乙烷脱氢制乙烯的反应，获得了较高的乙烷转化率和乙烯选择性。在800°C，C02/C2H6(体积比)为1/1，气体体积空速为IOOOtr1和0.1MPa的条件下，以催化剂的总量为基准，Fe的含量为9重量％时，Fe/S1-2催化剂的乙烷和二氧化碳转化率分别为62.1%和24.7%，乙烯的选择性为74.0%。添加K、Mn助剂后，活性增加，选择性有所提高。中国专利CN1181993A、CN1152566A中公开了 Cr/Si_2催化剂也具有较好的催化性能，相同反应条件下，以催化剂的总量为基准，Cr的含量为7%时，Cr/S1-2催化剂的乙烷和二氧化碳转化率分别为65.0%和15.3%，同样的，添加K、Mn助剂后，活性增加，选择性有所提高。而且，研究证明进料中稀释蒸汽的存在可显著抑制结焦现象。兰州化物所的刘育等在Na2W04-Mn/Si02催化剂上考察了 CO2作为氧化剂的乙烷脱氢反应(参见文献Y.Liu,J.Z.Xue, X.X.Liu, R.L.Hou, S.B.Li, Stud.Surf.Sc1.Catal., Natural gas conversion V，1998，119:593)。在800°C，体积空速为360( -1和C02/C2H6体积比为I时及常压条件下，乙烷转化率为53.3%，CO2转化率为43.3 %，乙烯的选择性为97.0%。Wang等在文献S.B.Wang,K.Murata, T.Hayakawa, S.Hamakawa, K.Suzuki, Chem.Lett, 1999, (7):569-570 中公开了Cr2O3担载在A1203、SiO2, TiO2, ZrO2载体上的二氧化碳氧化乙烷脱氢反应，发现催化剂的活性与载体本身性质密切相关。尽管目前乙烷二氧化碳氧化脱氢制乙烯的研究很多，但目前这些研究都停留在制备得到含乙烯的混合气体的阶段，没有技术将二氧化碳氧化脱氢后产生含乙烯的混合气分离提纯制备纯乙烯产品，并且这些实验均停留在小试阶段，没有人将低碳烷烃二氧化碳氧化脱氢制备低碳烯烃应用到工业化生产中，更没有技术将低碳烷烃二氧化碳氧化脱氢制备低碳烯烃的技术应用到蒸汽裂解生产乙烯的系统中，结合蒸汽裂解的分离回收方法来制备纯乙烯、丙烯产品等低碳烯烃的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服目前蒸汽裂解生产低碳烯烃时能耗高、需要增加额外的轻烃裂解炉设备来处理轻烃从而增加生产成本的缺点，提供一种能耗低、不需要额外的轻烃裂解炉的生产低碳烯烃的方法。本专利技术人经过广泛研究 ，发现由于在轻烃的二氧化碳氧化脱氢过程中，只会生成水、乙烯、甲烷、碳氧化物以及少量的碳三以上烃类，不含有酸、酯和醇等有机氧化物，其组分种类与蒸汽裂解产物相似，所以，二氧化碳氧化脱氢物流可循环回蒸汽裂解装置的分离系统。此外，在现有的液体石油烃裂解炉的对流段设置二氧化碳氧化脱氢设备，利用液体石油烃对流段的热能部分加热二氧化碳氧化脱氢设备，经二氧化碳氧化脱氢反应后产生的含低碳烯烃的二氧化碳氧化脱氢物流与裂解炉产生的裂解气一起送入现有乙烯裂解系统的裂解气总管中，经分离回收得到低碳烯烃产品。采用该方法生产低碳烯烃，既可有效降低蒸汽裂解装置的能耗，而且，不需要在乙烯裂解系统的裂解炉之外增设单独的乙烷裂解炉来处理循环的轻烃就可以得到低碳烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低碳烯烃的生产方法，该方法在裂解系统中进行，所述裂解系统包括裂解炉和裂解气总管，其特征在于，所述裂解系统还包括二氧化碳氧化脱氢设备，所述裂解炉的对流段包括第一空间和第二空间，所述第一空间用以容纳所述二氧化碳氧化脱氢设备，所述第一空间与对流段的体积比为1∶6?15，该方法包括以下步骤：(1)将含裂解原料和稀释蒸汽的裂解物料经裂解炉对流段的第二空间加热后送入辐射段进行蒸汽裂解，得到裂解气；(2)在二氧化碳氧化脱氢反应条件下，将轻烃与二氧化碳和二氧化碳氧化脱氢设备中的二氧化碳氧化脱氢催化剂接触，得到富含低碳烯烃的二氧化碳氧化脱氢物流；(3)将步骤(1)所得裂解气和步骤(2)所得富含低碳烯烃的二氧化碳氧化脱氢物流一起送入裂解气总管经分离回收得到含乙烷和/或丙烷的循环轻烃和低碳烯烃产品。

【技术特征摘要】
1.一种低碳烯烃的生产方法，该方法在裂解系统中进行，所述裂解系统包括裂解炉和裂解气总管，其特征在于，所述裂解系统还包括二氧化碳氧化脱氢设备，所述裂解炉的对流段包括第一空间和第二空间，所述第一空间用以容纳所述二氧化碳氧化脱氢设备，所述第一空间与对流段的体积比为1: 6-15，该方法包括以下步骤: (1)将含裂解原料和稀释蒸汽的裂解物料经裂解炉对流段的第二空间加热后送入辐射段进行蒸汽裂解，得到裂解气； (2)在二氧化碳氧化脱氢反应条件下，将轻烃与二氧化碳和二氧化碳氧化脱氢设备中的二氧化碳氧化脱氢催化剂接触，得到富含低碳烯烃的二氧化碳氧化脱氢物流； (3)将步骤(I)所得裂解气和步骤(2)所得富含低碳烯烃的二氧化碳氧化脱氢物流一起送入裂解气总管经分离回收得到含乙烷和/或丙烷的循环轻烃和低碳烯烃产品。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述二氧化碳氧化脱氢设备的进料口与所述分离回收设备通过轻烃管线相连，步骤(2)所述轻烃至少部分为步骤(3)所得含乙烷和/或丙烷的循环轻烃。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述裂解系统还包括二氧化碳捕集设备，所述二氧化碳捕集设备设置在所述裂解炉炉体的外部用以捕集来自所述裂解炉的辐射段燃料燃烧产生的烟气中的二氧化碳，步骤(2)中的所述二氧化碳来自二氧化碳捕集设备。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述第一空间的横截面的面积与对流段横截面的面积相同，第一空间的底端到所述裂解炉的对流段的顶端的高度与所述对流段的高度比为1: 1-3，使得第一空间至少部分利用第二空间的热能。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括以下步骤: (4)在步骤(2)之前，将所述轻烃与二氧化碳混合后预热至600-850°C。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述二氧化碳氧化脱氢催化剂是以铬为活性组分的金属氧化物催化剂，优选为Cr/S1-2催化剂，其中，以载体S1-2的重量为基准，Cr的含量为4-25%;步骤(2)中所述二氧化碳氧化脱氢反应条件包括:轻烃/ 二氧化碳的体积比0.2-25，优选为0.5-10 ;所述接触温度为550-850°C，优选为600-720°...

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