[发明专利]一种蒸汽裂解方法

说明书

本发明涉及化工领域，公开了一种蒸汽裂解方法，该方法在裂解炉中实施，所述裂解炉包括对流段和辐射段，所述辐射段内垂直布置有由多组单程辐射炉管组成的辐射炉管管排，在所述辐射段的底部布置有底部燃烧器，该方法包括：将裂解原料在对流段进行汽化和预热后进入辐射段进行裂解反应，其特征在于，所述单程辐射炉管为带有扭曲片管的变径炉管，以及所述裂解炉的炉墙为异型结构炉墙，从而得到一个具有适当运行周期、选择性高、热效率高、能耗低的新型裂解方法。

技术领域

本发明涉及化工领域，具体地，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。

管式炉石油烃蒸汽裂解工艺的核心设备是管式裂解炉(以下简称“裂解炉”)，裂解原料如乙烷、丙烷、石脑油以及加氢尾油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。国内外的长期研究结果表明，原料烃类在高温、短停留时间、低烃分压的条件下对生成烯烃是有利的。

管式炉石油烃蒸汽裂解工艺的核心设备是管式裂解炉(以下简称“裂解炉”)，裂解原料如乙烷、丙烷、石脑油以及加氢尾油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。但是，热裂解反应过程十分复杂，除了目的产物低碳烯烃外，同时还会发生脱氢、异构化、环化、叠合和缩合等副反应，生成其他副产物。因此，如何控制反应条件，使反应产物中目的产物低碳烯烃最多是该领域一直研究的课题。

国内外的长期研究结果表明，原料烃类在高温、短停留时间、低烃分压的条件下对生成烯烃是有利的。在反应的初期，从压降方面看，由于反应的转化率较低，管内流体体积增大不多，管内流体的线速度也增大不多，较小的管径不会引起压降增加太多，不会严重影响平均烃分压增加；从热强度方面看，由于原料急剧升温，吸收大量热量，所以要求热强度大，较小的管径可使比表面积增加，从而满足要求；从结焦趋势看，由于转化率较低，二次反应尚不能发生，结焦速率较低，较小的管径也是允许的。在反应的后期，从压力降方面看，由于此时转化率较高，管内流体体积增大较多，同时，流体的线速度也急剧上升，较大管径比较适合；从热强度方面看，由于转化率已经较高，热强度开始减小，较大的管径不会显著影响传热效果；从结焦趋势方面看，由于转化率较高，二次反应较多，结焦速率增加，较大的炉管管径能够保证炉管通畅且不至于造成太大的压降。综上所述，一般而言，我们会在设计裂解炉管时在裂解炉管的入口(即反应初期)采用较小的管径，在裂解炉管的出口采用较大的管径。

为了实现“高温、短停留时间和低烃分压”的目标，几乎所有构型的新炉管均采用了缩短管长的方法，如lummus公司将管长由八程73m缩短到两程25m左右；石伟公司将管长由四程45m改为两程21m；KTI公司将管长由四程46m缩短到两程23m，停留时间也随之由0.5s以上降低至0.15～0.25s，而KBR公司甚至将炉管的管长降低到12m上下，停留时间降低至0.1s以下。

缩短管长同时也降低了炉管中物料的压降，压降由原来的0.15MPa左右降低到0.04MPa或者更低，由于烃分压下降，使选择性提高，但缩短管长也带来了传热面积不足的缺点。

专利CN100338182C提出了一种单程变径炉管的裂解炉，该裂解炉包括：炉体、高压汽包、对流段、炉管、燃烧器、燃烧室、废热锅炉，其特征是其单程变径炉管为立式炉管，且其出口端的内径大于进口端的内径。

专利CN101062881B提出了一种新型排布单程炉管的乙烯裂解炉，该裂解炉同样包括高压汽包、对流段、辐射段炉管、燃烧器、辐射段、急冷锅炉，其特征是每个单程立式变径炉管的出口端内径大于入口端内径，多个炉管连接在集合管上成为一个炉管束，在每一个炉管束中的集合管都是水平布置的。该专利通过在变径炉管中间设置弯管段和炉管入口段之前的弯曲连接件，改善炉管受热后的热应力状况，避免炉管的弯曲。