[发明专利]一种烃类蒸气裂解装置抑制结焦的方法

说明书

一、技术领域：

本发明是一种用于烃类蒸汽裂解装置进行除焦和抑制结焦的设备内部清理的方法。

二、背景技术：

在常规的使用裂解炉的裂解工艺中，烃类物料和蒸汽的反应混合物流过用燃料气加热的裂解炉管来生产乙烯和其它烯烃、二烯烃、芳烃。燃料气一般通过燃烧烃类燃料得到，例如天然气和燃料油。燃料气通过炉管壁向炉管中流过的物料传递热量.一般情况下物料可加热到750℃～950℃。最近，，有一个发展趋势是把物料加热到更高的温度来得到更多的乙烯产品，也就是用较高的裂解温度来获得更好的乙烯选择性。

较高的裂解温度促进或加快了焦的形成和积累，焦是一种在炉管内壁累积起来的裂解反应的副产物。现在认为，积焦是由气相中发生的均相热反应和气相中的物料与金属管壁之间发生的非均相热反应共同生成的半纯碳。

炉管内的积焦会带来很多有害的影响，例如：

A.积焦会阻止热量向炉管内的物料传递，使燃料气中的热量只有少部分得到利用，而大部分都损失到烟道气中去了。

B.由于热量传递受到较大的阻碍，为了保证炉管内物料的裂解温度，不得不提高炉管管壁的温度，这样一来，不但燃料消耗增大，炉管管壁也更容易损蚀，从而降低了高合金炉管的寿命。

C.炉管内形成的积焦阻碍了物料的流动并导致料流压差增大。结果在压缩裂解产物时就要消耗更多的能量。

D.积焦还会减小反应区内反应混合物的体积，从而降低乙烯收率、减少了其它有价值的副产品产量，却增加了不希望的副产物(例如甲烷、焦油等)，也就是说裂解反应的选择性降低了。这样，要获得同样的目标产物必须消耗更多的原料。

热交换器或(通常是指TLX、TLE和急冷器)中的积焦也是一个严重的问题。这类积焦通常称为催化积焦。热交换器或TLX的作用是从离开裂解炉的高温产物中尽可能多的回收热量。裂解产物料流中包含水蒸气、未反应的物料、目标裂解产物和副产物，高压水蒸气是TLX中的一个非常有价值的副产物，焦沉积在热交换器上，会导致热交换效果变差，从而减少了高压水蒸气的产量。而且热交换器中的积焦同样会导致料流压差增大。

除了在以上所说的已知部位会发生积焦外，管子连接处以及其它与物料高温接触的金属表面都有可能形成积焦。积焦的一个更为细微的影响就是焦炭会以固体溶液的形式进入炉管管壁的合金层，并与合金中的铬反应生成碳化铬沉积，这种现象，被称为渗碳，会导致合金失去它的最初的抗氧化能力，同时更易受化学攻击，炉管的机械性质也会受到负面影响。渗碳也可能因为在合金中铁和镍的存在而发生。

在热裂解装置中，积焦形成并积聚在裂解炉管及热交换器或TLE中，最后变得如此的严重以致於必需进行清焦。现在常用的除焦手段必须停掉裂解装置，首先停止进油(即烃类物料)，水蒸气继续加入，因为水蒸气可以与积焦发生缓慢的反应生成碳氧化物和氢气。接下来，向水蒸气中加入空气，在炉管内的高温下，焦与空气中的氧气快速反应生成碳氧化物，一般在1～3天以后，积焦基本清除干净。这一过程就是通常所指的“烧焦”。

然而，热交换器中的积焦不能同样容易的除掉或气化，因为热交换器中的温度比裂解炉管内要低的多。热交换器内的积焦通常使用机械的方法清除。当然机械的方法也可以用来清除裂解炉管内的积焦。

蒸气-空气混合烧焦的缺点是在烧焦期间裂解炉管内的燃烧温度不能得到有力的控制。这是由于蒸汽-氧气混合物与积焦的反应是放热反应。结果，当裂解炉管内积焦量较大的时候，很容易发生局部过热。如此的过热可能会超过裂解炉管的温度极限。通常，过热会导致炉管的裂开、变形和其它类型破坏，尤其是在焊缝的附近。

对於传统的热裂解装置，根据物料性能的优劣和裂解条件的苛刻度，一般运行30到60天就要烧焦。烧焦通常需要一到三天，因此装置频繁停车一年内就可能造成乙烯产量几个百分点的损失。同时，烧焦还要消耗可观的人力、物力和能源。因此，延长裂解炉运行时间是乙烯生产厂的强烈要求。

人们提出了很多方法来减少或抑制焦的生成，希望烃类热裂解装置能够长周期连续运行。举例来说，优化工艺操作条件、提高物料的性能都可以使积焦速率有所下降。然而，采取这些措施需要投入高昂的费用，其效果却不明显。

已有在水蒸气-物料料流中加入抑制剂或催化剂的工艺报道。如果加入抑制剂，积焦可能被抑制或减到最少。如果加入催化剂，推测积焦和水蒸气之间的反应可被促进或催化。不管是那一种情况，焦在金属表面的沉积速率降低了。