[发明专利]一种蒸汽裂解方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸汽裂解方法。

背景技术

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。

以管式裂解炉蒸汽裂解工艺及其下游的深冷分离工艺为核心技术所建立的生产装置称为乙烯装置。该装置的核心设备是管式裂解炉，它是由对流段和辐射段组成的。裂解原料和稀释水蒸气首先分别在对流段炉管内加热，二者混合并气化后加热至起始裂解温度（即“横跨温度”），然后进入辐射段炉管裂解。在工业裂解炉辐射段内，通常排布了若干组构型相同的炉管。炉管内通入裂解原料，炉管外采用由液体燃料或气体燃料燃烧所放出的热量来加热管壁，并且通过管壁的传热，将热量传递给炉管内的裂解原料。

众所周知，裂解是指饱和石油烃在高温条件下，发生碳链断裂或脱氢反应生成烯烃及其他产物的过程。裂解的目的是以生产乙烯、丙烯为主，同时副产丁烯、丁二烯等烯烃和裂解汽油、柴油、燃料油等产品。

近年来，以丁二烯为单体的合成橡胶和合成树脂迅猛发展，丁二烯产品的价格也节节攀升，丁二烯产品也成为乙烯装置重要的利润来源。不同的裂解原料相应的丁二烯收率也不尽相同，对于气体裂解原料（C5以下的低碳烷烃）而言，丁二烯的收率较低，比如正丁烷的裂解产品中丁二烯的收率仅仅在4%左右；对于液体裂解原料（如石脑油、加氢尾油等）而言，丁二烯收率相对较高，比如加氢尾油的裂解产品中丁二烯的收率高达7%。对于那些通常认为不能作为裂解原料的烯烃而言，有些烯烃的丁二烯收率相当高，比如，顺丁烯的丁二烯收率能够惊人地达到18%，因此如果希望增加丁二烯产量，可以将烯烃如顺丁烯加到裂解炉进行裂解反应。

通常而言，乙烯装置的裂解部分由若干台液体裂解炉和一台气体裂解炉组成。气体裂解炉的原料通常为乙烷、丙烷以及C4烷烃等，这些裂解原料在进料时的相态为气相，无需在裂解炉的对流段进行汽化，裂解炉的对流段设计往往相对简单；液体裂解炉的原料通常为石脑油、柴油和加氢尾油等，由于这些裂解原料进料时的相态为液相，需要在裂解炉的对流段进行汽化，该裂解炉的对流段的设计往往相对比较复杂一些。如果希望能够在正常的情况下增加丁二烯的收率，就必须考虑不饱和烃在液体原料裂解炉中的裂解，原因在于气体裂解炉的数量太少。

一般而言，裂解炉的对流段的作用主要有两个，一是将裂解原料预热、汽化并过热至初始裂解温度（横跨温度），二是回收烟气中的余热，以提高炉子的热效率。因此，正常情况下对流段根据不同的工艺要求有不同的换热段排布方式，大致包含以下几个换热段：原料预热段、锅炉给水预热段、稀释蒸汽过热段、超高压蒸汽过热段和混合加热段。随着技术的发展，裂解炉的对流段技术也不断发展，一是裂解炉对流段的段数越来越多，比如原料预热段会根据烟气余热的能量不同分为上原料预热段、中原料预热段和下原料预热段；二是稀释蒸汽的注入方式多样化，根据原料的不同采用不同的注汽方式，如一次注汽和二次注汽。采用不同的注汽方式是为了防止原料在对流段的结焦，对于石脑油、柴油以及加氢尾油等液体原料，其在对流段加热过程中存在汽化的过程，如果原料中存在烯烃，则在汽化初期，气相中的烯烃含量较高，容易引起结焦；在汽化末期，液相中的烃类组分较重，同样容易引起结焦。然而裂解炉的对流段一旦出现严重结焦，不仅会严重影响对流段的传热过程，而且会引起对流段压降骤增，从而降低裂解炉的产量，达到某一极限时必须将裂解炉停炉进行机械清焦。因此需要开发出一种新的蒸汽裂解方法，以适应原料中混入烯烃组分工况下的操作。

对于多种不同的裂解原料进入裂解炉的对流段，现有技术中提出了一些实施方案。例如，CN1077978A提出了一种对流段采用两次注汽的石油烃蒸汽裂解制乙烯的方法，该方法采用三点分注法注入一次蒸汽和一点注入二次蒸汽的进料方式，使得裂解炉既能适应轻质原料，也能适应重质原料，而且在原料切换时不需要更换管线。该专利申请的方法仅是蒸汽注入方式的改变，不影响整个裂解工艺最终的裂解收率和产品的质量。

CN1501898A提出了一种轻质进料在用于裂解重质进料裂解的裂解炉中裂解的方法，该方法包括将一部分轻质进料在裂解炉对流段的进料入口送入，而将另外的轻质进料与稀释气体一起送入对流段。该专利申请的方法解决了当裂解原料由重质原料更换为轻质原料时，轻质原料如何进入裂解炉的问题，使得轻质原料通过原料预热段时不至于有过大的压降。