乙烯裂解炉

乙烯裂解炉01020304目录CONTENT第一章概念&原理第二章方法第三章设备第四章案例（1）乙烯：由两个双键连接的碳原子和四个氢原子组成的化合物。1.概念乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产量是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志。2014年全球乙烯产量区域分布：%（2）乙烯裂解炉：是乙烯生产装置的核心设备。其主要作用是把天然气、炼厂气、原油及石脑油等原料加工成裂解气，并提供给其它乙烯装置，最终加工成乙烯、丙烯及各种副产品。2.原理（1）生产方法工业上获得低级烯烃的主要方法是将烃类热裂解。烃类热裂解：即在隔绝空气条件下，将石油系烃类燃料（天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等）经高温作用，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成相对分子质量较少的烯烃、烷烃等。热裂解也可称为热解。一次反应：原料烃在裂解过程中首先发生的原料烃的裂解反应。●生成目的产物乙烯、丙烯（促使其充分进行）二次反应：一次反应产物继续发生的后继反应。●乙烯、丙烯消失，生成分子量较大的液体产物以至结焦生炭（抑制其进行）（2）反应机理烃类裂解的反应机理：自由基机理1）链引发（活化能高）：断裂C—C键，产生一对自由基2）链增长（活化能不大）：自由基夺氢反应，自由基分解反应3）链终止（活化能一般较低）：两个自由基形成稳定分子的过程自由基夺氢反应：H•+RH→H2+R•R’•+RH→R’H+R•自由基分解反应：R•→R’•+烯烃（生成烯烃的反应）R•→H•+烯烃（3）管式裂解炉原理1）对流传热对流传热速率-牛顿冷却定律2）辐射传热普朗克定律斯蒂芬-玻尔兹曼定律基尔霍夫定律3）间接供热原理dQtdS251/1bCTCEe4400()100bTETC440()()100100TTEACC石油烃通过管式裂解炉进行高温裂解反应以制取乙烯的过程。它是现代大型乙烯生产装置普遍采用的一种烃类裂解方法。热裂解工艺总流程图温度、停留时间及烃分压对乙烯收率的影响450kt·a-1乙烯装置不同裂解原料的主要技术经济指标比较管式炉裂解工艺过程为：将原料与30%左右的稀释蒸汽混合，在一定压力下进入裂解炉的对流段，被预热到580～600℃后，进入辐射段，达820～840℃，停留0.5ｓ左右；然后进入废热锅炉，通过急冷使裂解气迅速冷却下来，以抑制二次反应，同时回收热量。所得裂解气进入压缩分离系统进行分离，而得乙烯、丙烯等烯烃主产品。种类：1.乙烯裂解反应器供热方式直接式供热：蓄热炉裂解、沙子炉裂解、流化床裂解间接式供热：管式炉裂解2.其中管式裂解炉分类：从技术上：（1）双辐射室（2）单辐射室（3）毫秒炉从炉型上：CBL裂解炉、SRT裂解炉、USC裂解炉、KTIGK裂解炉、USRT裂解炉、pyrocrack裂解炉、LSCC裂解炉3.SRT裂解炉发展种类（Lummus公司）1）SRT-Ⅰ型炉（60年代初期）：双辐射立管，实现了高温、短停留时间。2）SRT-Ⅱ型炉（60年代中期）：分叉变径炉管，降低烃分压。3）SRT-Ⅲ型炉（70年代中期）：炉管材质改进，炉内管排增加，提高热强度，提高生产能力。4）SRT-Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型炉（80年代）：多分支变径管，带内翅片2程，停留时间缩短，降低管内热阻，延长清焦周期。对流段顶部设置烟道和引风机对流段内设置进料、稀释蒸汽和锅炉给水的预热烧嘴是工业燃料炉上用的燃烧装置的俗称。通常指的是燃烧装置本体部分，有燃料入口、空气入口和喷出孔，起到分配燃料和助燃空气并以一定方式喷出后燃烧的作用4.SRT裂解炉优化改进种类1）炉型：烧嘴侧壁无焰烧嘴→侧壁烧嘴与底部烧嘴联合2）盘管结构：炉管的排列、结构、管径、材质多程→双程：减少结焦部位，延长操作周期光管→带内翅片：降低管内热阻，延长清焦周期等径→分支：增大比表面积，传热强度量增加变径：缓解管内压力的增加HK-40→HP-40：提高热强度①相同条件下:裂解原料为全沸程石脑油，乙烯最大产率为27%（以质量计）（单程）和36%（乙烷循环）。燕山石化公司乙烯装置66×104t/a扩能改造方案1.扩能改造历史1976年：燕山石化公司30×104t/a乙烯装置是我国第一套从国外成套引进的大型乙烯装置,采用美国Lummus公司技术；第一次扩能改造（1992～1994年）：生产能力从30×104t/a增加到45×104t/a；第二次扩能改造（1999～2001年）：生产能力从45×104t/a增加到了66×104t/a(运行结果表明可达71×104t/a),生产每吨乙烯的能耗(以标准油计)下降了96.5kg,单位乙烯增量的投资比第一次改造节约了30%。2.实施第二次改造的必要性1994年该装置完成第一次45×104t/a改造后,在装置的技术先进性、规模经济性上仍然存在不少问题。它们主要是:（1）适应原料多样化的灵活性差第一次改造中没有对只能使用轻柴油作乙烯原料的SRT-Ⅱ型裂解炉进行改造。（2）装置能耗高第一次扩能改造未对20世纪70年代水平的高能耗设备及工艺作改造。（3）装置规模的经济性下降第一次改造后，经济上仍不具竞争力。3.改造方案中裂解炉的研究问题：老区SRT-Ⅱ型裂解炉是6程分支变径炉管,且炉管采用HK-40（25Cr20Ni）铬镍合金钢。停留时间在0.45～0.47s,乙烯收率低（28%~30%）,原料灵活性差,热效率低,必须淘汰,但拆旧更新,投资大,施工周期长。首选方案：辐射段炉管更新,对流段更新,改造进料、烧嘴、废热锅炉系统,炉子基础框架结构加固以淘汰SRT-Ⅱ炉。竞选公司：Lummus,KTI,Linde和我国SEI其中Linde公司初步研究后认为用他们的技术,SRT-Ⅱ型炉改造能力最大为4.3×104t/a,达不到所要求的5×104t/a以上的能力,未入选。Lummus,KTI,SEI改造建议的对比从右表可见,3家公司的方案改造内容相近,热效率相同,乙烯收率及运转周期处在同一水平。但KTI的改造方案单炉能力明显高于其他两家,可达6×104t/a,最具有吸引力。KTI为了使改造后能力最大化,辐射段采用了GK-Ⅴ型炉的2-1型炉管,但在布置上采用了如图示2(a)所示的沿炉子中心线两侧交叉排列的方法,第一程炉管距中心线的距离为300mm,与图2(b)GK-Ⅴ原型炉辐射段炉管排列方式明显不同。Linde公司LSCC2-2型炉2-2-1-1四程炉管的一、二程也采用过如图3沿中心线两侧交叉排列的方法,但距中心线仅100mm。辐射段炉的热量来自炉子底部及侧壁对称布置的烧嘴,炉管在中心线上布置受热均匀。但沿中心线两侧交叉布置且距中心线300mm是否会造成不均匀受热并影响乙烯收率的问题争议很大。综上，在对炉膛内热传递状况和温度场分布、炉管受均匀度分析后,决定采用KTI的裂解炉改造方案。为了推进我国裂解炉技术的进步,中国石化公司决定和Lummus公司合作开发能力为10×104t/a的SL-Ⅰ型裂解炉。为支持该技术尽快工业化,在用KTI技术改造SRT-Ⅱ型炉的同时,又决定采用合作开发技术,在炉区空地上新建2台SL-Ⅰ型炉。