第二章裂解反应系统

第二章：裂解反应系统一、裂解反应原理和工艺流程（一）裂解反应原理1、裂解的一次反应和二次反应烃类热裂解的过程非常复杂，它分为一次反应和二次反应。一次反应是指由原料烃类经裂解生成乙烯和丙烯的反应。二次反应主要是指一次反应生成的乙烯、丙烯等低级烯烃进一步发生反应生成多种产物，甚至最后结焦或生碳的反应。烃类热裂解的一次反应主要是发生脱氢和断链反应。脱氢反应是C－H键断裂的反应，生成烯烃和氢气。如：R－CH2－CH3R－CH=CH2+H2（烷烃裂解通式）断链反应是C－C键断裂的反应，反应产物是碳原子数少的烷烃和烯烃。R－CH2－CH2－R’R－CH=CH2+R’H（烷烃裂解通式）或（Cm+nH2（m+n）+2）CmH2m+CnH2n+2脱氢和断链都是吸热反应，所以裂解时必须供给大量的热。在相同的裂解温度下，脱氢比断链所需的热量大，要加快脱氢反应必须采取更高温度。环烷烃、芳香烃、烯烃等也均可发生一次反应（断链和脱氢），但均有各自不同的特点。烃类热裂解过程的二次反应比一次反应复杂，原料烃一次反应后生成了氢，甲烷和一些低分子量的烯烃如乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、戌烯等。在裂解温度下，氢及甲烷很稳定，而烯烃可继续反应，主要的二次反应有：①反应生成的较大分子烯烃可以继续裂解生成乙烯，丙烯等小分子烯烃或二烯径；②烯烃能够发生聚合，环化，缩合，最后直至转化成焦；③烯烃加氢和脱氢；④烃类分解生碳。总之，在二次反应中除了较大分子的烯烃裂解能够增产乙烯外，其余的反应都要消耗乙烯，降低乙烯收率。尤其是结焦和生碳反应，只要有结焦和生碳的条件，就能在设备表面形成固体结焦层，给正常操作带来不利影响。因此，在裂解炉的设计过程中，均采用高温、短停留时间、低烃分压和快速急冷为设计条件，以保证目的产品。2、自由基反应机理烃类热裂解过程甚为复杂。据研究认为烃类热裂解是自由基型连锁反应。在高温下，C－C键发生断链，形成非常活泼的反应基团—自由基，它很容易与其他自由基成分子发生反应，现以轻柴油中的链烷烃为例说明如下：自由基连锁反应是分三个阶段进行的：a）链引发R1HR2+R3b）链传递R2+R1HR2H+R1R3+R1HR3H+R1CnH2n+R4c）链终止R1+R4生成物首先，原料烃R1H的C－C链在高温下断链生成两个游离自由基R2和R3，然后R2和R3与原料烃反应脱氢生成游离基R1，由于R1对热不稳定，所以R1分解成烯烃CnH2n和游离基R4，最后R4和R1反应生成稳定的生成物。因此，在高温条件下，各种烃类在这种机理的作用下，不断反应生成各种复杂产物，在合理时间控制下，可得到最佳目的产物。（二）工艺流程1、裂解炉工艺流程油品罐区来的石脑油，由石脑油进料泵P101A/B/C/D打出，经石脑油预热器E107和E111A1预热80℃后，分别去F101X、F102X、F103X、F109、F110、F111裂解炉的石脑油进料系统。每台裂解炉的石脑油在各组流量的控制下，进入裂解炉的对流段进行进一步预热，并与一定比例的稀释蒸汽混合后，进入裂解炉的辐射段进行热裂解，出辐射段的裂解气进入急冷锅炉进行急冷，以终止裂解反应，同时回收高温热量，发生超高压蒸汽。然后裂解气进入急冷器用循环急冷油降到200℃，进入油冷塔。油品罐区来的加氢尾油，由加氢尾油进料泵P100C/D打出，分别去F101X、F102X、F109、F111裂解炉的加氢尾油进料系统。每台裂解炉的加氢尾油在各组流量的控制下，进入裂解炉的对流段进行进一步预热，并与一定比例的稀释蒸汽混合后，进入裂解炉的辐射段进行热裂解，出辐射段的裂解气进入急冷锅炉进行急冷，以终止裂解反应，同时回收高温热量，发生超高压蒸汽。然后裂解气进入急冷器用循环急冷油降到200℃，进入油冷塔。由乙烯精馏塔底返回的乙烷，经回收冷量并汽化后，分别去F103X、F106、F108炉的乙烷进料系统，每台裂解炉的乙烷在各组流量的控制下，进入裂解炉的对流段进行预热，并与一定比例的稀释蒸汽混合后，进入裂解炉的辐射段进行热裂解，出辐射段的裂解气进入急冷锅炉进行急冷，以终止裂解反应，同时回收高温热量，发生超高压蒸汽。然后裂解气进入急冷器用循环急冷油降到200℃，进入油冷塔。由稀释蒸汽发生器来的0.6MPa、219℃的稀释蒸汽，分别去F101X、F102X、F103X、F106、F108、F109、F110、F111的稀释蒸汽进料系统，每台裂解炉的稀释蒸汽，一部分在各组流量的控制下并按一定的比例直接与经过对流段预热的烃进料混合（有一次蒸汽注入的裂解炉），另一部分稀释蒸汽在各组流量的控制下并按一定的比例进入裂解炉的对流段进行过热，与烃进料混合后，进入混合过热段。由高压锅炉给水泵P102A/B/C来的高压锅炉水，分别去各裂解炉的锅炉给水系统，每台裂解炉的高压锅炉给水在高压汽包液位的控制下，进入裂解炉的对流段进行预热，然后进入高压汽包，高压汽包里的锅炉水进入急冷锅炉与高温裂解气进行换热，产生超高压蒸汽返回高压汽包内，产生的超高压蒸汽进入到裂解炉的高温对流段进行过热后，并入装置超高压蒸汽管网，用于驱动裂解气压缩机的透平。2、急冷工艺流程自裂解炉来的200℃裂解气，进入油冷塔D104X塔釜，急冷油循环的目的是稳定D104X塔的热量并从裂解气中回收热量。自D104X塔釜出来的循环急冷油经过滤器过滤，并由急冷油循环泵P120AX/BX/CX加压后，分出一小股去燃料油汽提塔D102-SM，大部分经急冷油/稀释蒸汽发生器E132AX/BX/CX/DX回收热量，然后分为两股，一股去裂解炉区与裂解气混合，一股与部分中间油（154℃）混合作为D104X的下段进料，这部分中间油的流量由塔中段的液位控制。同时，从D104X中段抽出一股中间急冷油，经过滤、加压后作为部分工艺用户的加热介质，其用户包括E127AM/BM、E129AM/BM、E107、E201AX/BX、E291A/B-SX。换热后的中间急冷油在E111A2/A3对急冷水进行加热后，分为两股，一股回D104X作为中段进料，一股经E135X作为裂解燃料油（40℃）送出界区。送到燃料油汽提塔D102-SM的急冷油进入塔顶部，中压蒸汽（0.9MPa(G)）进入D102底部，对循环急冷油进行汽提，油中的较轻组分（气相）从D102顶返回D104X底部，这些较轻组分有利于降低循环急冷油的粘度，从而减少D104X塔釜的结垢；重组分作为燃料油经E112-SX冷却后（85℃）送出界区。自D104X塔顶出来的裂解气温度为110℃，进入水冷塔D101M下部，经水冷塔冷却裂解气温度降至40℃，送裂解气压缩系统。水冷塔D101M采用急冷循环水作为介质，通过直接接触来冷却裂解气，在冷却过程中，将裂解气中的稀释蒸汽和部分汽油馏分冷凝分离出来。35℃的急冷水从D101M塔顶进入，54℃的急冷水从D101M塔中部进入，水冷塔底的水/油混合物在油水分离罐R156X中分离，汽油馏分大部分作为油冷塔D104X的回流，剩余部分（由R156X的油相液位控制）经E315冷却后（40℃），与D308X塔底汽油一起作为汽油产品送出界区。自R156X分离出的急冷水（84℃）经E111A2/A3换热后与部分工艺用户换热，然后用空冷器E110和后冷器E133AX/BX冷却，一股返回D101M中段，另一股再经E130、E109-SX冷却到35℃，返回D101M顶部作为回流，回流量由塔顶裂解气温度调节。其中与急冷水换热的用户包括E205、E258X、E209、E256X、E332AX/BX以及E322AX/BX、E336X、E317X。另外，从循环急冷水中抽出一股水经工艺水预过滤器S115A/B和聚结器R107后，在E126X和E127AM/BM中预热到112℃，进入酸水汽提塔D103M，被低压蒸汽汽提，除去水中的轻烃和酸性杂质，作为产生稀释蒸汽的工艺水。D103M塔顶的轻烃和酸性杂质返回R156X。D103M的水进料由R156X的界面液位控制，蒸汽进料量由塔顶气相流量控制，其塔釜液位控制排污量和来自R150X的低压凝液回流量。稀释蒸汽发生系统的作用是将冷凝分离出来的急冷水重新发生稀释蒸汽，以减少污水量。它包括工艺水汽提塔D105X、急冷油/稀释蒸汽发生器E132AX/BX/CX/DX和中压蒸汽/稀释蒸汽发生器E114-SX及稀释蒸汽过热器E117X。从酸水汽提塔D103M塔底来的工艺水，在注入吗啉（使工艺水的PH值在9.0左右，防止稀释蒸汽系统腐蚀）后，经过预热器E128X、E129AM/BM，用D105X塔底排污水和中间急冷油加热到132℃进入D105X，进料温度由中间急冷油流量调节。D105X塔底水去E132AX/BX/CX/DX和E114-SX，用急冷油和中压蒸汽进行汽化，产生的蒸汽返回D105X。从D105X顶部出来的稀释蒸汽经E117X过热至219℃送到裂解炉区使用。二、通用部分（一）填空题1、裂解炉高压汽包在急冷锅炉的上方，水通过（热虹吸）作用而流过急冷锅炉，产生饱和超高压蒸汽。2、裂解炉提高生产负荷时，投油量不宜超过设计值的（110%），裂解炉降低生产负荷时，投油量不低于设计值的（70%）。3、石油化学工业是指（石油）和（天然气）为原料的化学工业。4、裂解炉废热锅炉的作用，一是将裂解气（降温），减少二次反应的发生，二是回收裂解气的（热量），发生超高压蒸汽。5、表示裂解反应的停留时间方法主要有（真实）停留时间、（表观）停留时间、（当量）停留时间、（平均）停留时间。6、燃烧空气中，首先与燃料混合的那部分空气的风门称为（一次风门），，为了补充一次空气不足，向燃料供给的辅助空气的风门称为（二次风门）。7、近年来，各乙烯生产国普遍采用新工艺、新技术，对原有装置进行改、扩建，以期提高（乙烯收率），增加生产能力，扩大原料的（灵活性），降低（物耗）和（能耗）。8、评价一种裂解原料的优劣，一要看乙烯、丙烯等目的产物的（收率），二要看裂解炉的运行（周期）。乙烯、丙烯等的收率（越高），炉子运行周期（越长），则该原料的裂解性能就越好。9、裂解炉汽包连续排污的作用是保证（炉水）水质，防止有害物质（积累）。10、在PID调节器中，积分时间越小，表示积分速度（越大），积分作用（越强）。11、在PID调节中，P、I、D分别表示（比例调节），（积分调节），（微分调节）。12、裂解炉初次升温烘炉，升温速度应小于（30℃/h）,以后开车过程中，升温速度应小于（100℃/h）。13、燃烧必须具备的条件为（可燃物）、（助燃物）、（着火源）。14、裂解炉的共同特点是：（高温）、（短停留时间）、（低烃分压）。15、裂解炉在升温过程中，一般分为四个温度层次，分别为（200℃）、（400℃）、（600℃）、（760℃）。16、所谓三级安全教育指（厂级安全教育）、（车间安全教育）、（班组安全教育）。17、通常我们所说的“三废”是指（废水）、（废气）、（废渣）。18、疏水器的作用是阻止（蒸汽）通过，将（凝液）排出。19、高温裂解气急冷的方式有两大类，一类是（直接急冷），另一类是（间接急冷），废热锅炉对裂解气的冷却属于（间接急冷）。20、离心泵的主要性能参数有（流量）、（扬程）、（效率）、（轴功率）。21、提高换热器传热效率的途径有增大（传热面积），提高（冷、热流体的平均温差）、提高（传热系数）。22、烧嘴的基本结构由（喷嘴）、（调风器）、（火道）三部分组成。23、影响裂解炉炉管使用寿命的因素主要有（渗碳）、（弯曲变形）、（蠕变）三种基本形式。24、物质的三种状态是（固态）、（液态）、（气态）。25、灭火的基本方法有（隔离法）、（窒息法）、（冷却法）、（抑制法）。26、DCS控制中，MAN为（手动）状态，AUTO为（自动）状态，CAS为（串级）状态，IOP为（输入开路）状态。27、（降温）和（加压）是使气体液化的有效手段。28、工业仪表的两个基本技术指标是（精度级）、（灵敏度）。29、一个控制回路由（检测器）、（调节器）及（气动执行机构）所组成。30、润滑油的作用是（冷却）和（润滑）。（二）选择题单选题1、裂解炉停止进料后，吹扫原料管