[发明专利]新型超声波管式热裂解系统

说明书

本发明涉及一种新型超声波管式热裂解系统，属于石油化工技术领域。所述的新型超声波管式热裂解系统，包括热裂解反应炉管，在热裂解反应炉管的外部串联安装至少一组超声波装置，每组超声波装置包含面对面设置的2个超声波换能器；热裂解反应炉管的外部设有超声波发生器，超声波发生器依次与超声波换能器、分布器、热裂解反应炉管相连。本发明解决了传统技术中存在的裂解炉运行周期短、裂解炉管使用寿命短、能耗高、生产效率低的问题，在不改动现有装置的前提下，增加简易的设备就可提高乙烯装置的高附收率，并减少副反应的发生，提高了裂解反应的选择性和装置的经济效益，简化了结构设计，便于制造、安装与检维修操作。

技术领域

本发明涉及一种新型超声波管式热裂解系统，属于石油化工技术领域。

背景技术

乙烯装置是大型石化企业的龙头装置，生产能耗大部分消耗于裂解炉，裂解炉的运行状况对乙烯装置的效益具有举足轻重的作用。

全球大部分乙烯生产采用管式炉蒸汽裂解工艺，烃类原料与蒸汽在高温炉管内进行热裂解反应，生成氢气、乙烯、丙烯、丁二烯等小分子目标产物，同时伴随着大量副反应，产生重油、焦油及焦炭等大分子量的低价值副产物，副反应给乙烯生产带来了诸多不良影响：不仅导致目标产物收率降低，还导致装置处理能力下降、能耗增加及运行周期缩短等一系列不利影响；另一方面炉管因催化结焦引起管壁金属离子的迁移而发生渗碳蠕变现象，有损炉管原有的抗氧化性能，导致机械性能下降，最终需要更换炉管,导致生产效率下降，直接影响装置的经济效益。目前中石化将目标产物：氢气、乙烯、丙烯、丁二烯和苯的收率之和称作高附收率，作为衡量乙烯装置经济技术水平的主要指标，高附收率越高，装置的目标产物的选择性越高，装置的经济技术性越好。

在原料结构不变的情况下，现有的提高乙烯高附收率的方法主要有三类：一、采用新型的裂解技术和工艺；二、提高裂解炉的炉管出口裂解温度(COT)；三、提高裂解蒸汽的稀释比或水油比。第一种提高乙烯高附收率的方法需要投入巨量资金更换整套裂解炉，短时间内难以达成，切化工市场价格变动快，投资收益无法保障；第二种方法有利于提高乙烯高附收率，但裂解炉出口裂解温度的提高会引起裂解炉的结焦等副反应急剧增加，导致裂解炉的运行周期大幅缩短，裂解炉管的寿命变短，影响生产效率，并增加额外的能耗，有可能得不偿失；第三种方法有利于提高提高乙烯高附收率，但效果有限，且增加的稀释蒸汽严重影响装置的处理能力，影响生产效率，并大幅增加装置能耗，有可能得不偿失。

超声波是近年来发展迅速的一项新技术，利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化、脱气、除尘除垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。CN91210284.5公开了一种强超声解凝发生器，可以利用超声波破坏直链大分子，使其成为小分子，其不足是没有实施例，仅有2个数据，并不能说明其有效性，且其无法处理石脑油这类带支链的大分子，具有很大局限性。

CN01145130公开了一种反向射流混合加热裂解装置及生产乙烯的方法，以氢或甲烷为燃料，和氧以化学当量比流入燃烧室，使其完全燃烧形成载体气，由水蒸气调节降低气至所需温度，载体气流通过拉伐尔喷管加速至超音速后流入裂解段，与反向超音速载体气流快速混合升温，开始裂解，停留所需时间后，混合物流被水冷热交换器冷却，将裂解得到的产品冻结下来。通过此法优化的裂解工艺可使乙烯产量提高，适用于乙烯的生产过程。但其存在以下缺陷：一、反应条件非常苛刻，需要将载体气流加速至超音速；二、装置结构复杂，需要新建装置；三、还需要配套的专用装置，增加了额外物耗能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型超声波管式热裂解系统，解决了传统技术中存在的裂解炉运行周期短、裂解炉管使用寿命短、能耗高、生产效率低的问题，具有结构设计简单、便于制造、安装和检维修、投资小、经济效益好的特点。