專利名稱：石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法。
背景技術(shù)：
乙烯裂解爐是石油化工工業(yè)制備乙烯、丙烯、丁二烯和芳烴等產(chǎn)品最關(guān)鍵的單元 之一。石油烴在裂解爐輻射段的爐管內(nèi)經(jīng)高溫加熱，熱裂解反應(yīng)產(chǎn)生了含有乙烯、丙烯、丁 二烯和芳烴等的混合產(chǎn)品。近年來(lái)由于裂解工藝不斷發(fā)展，產(chǎn)品的收率也不斷地提高，這種 烯烴收率提高確實(shí)是從事石油化工工作和事業(yè)的人們所最為關(guān)心的。但是，目前要使產(chǎn)品 收率再有很大幅度的提高已很困難。乙烯裂解爐最關(guān)鍵的元素是輻射室和它們的爐管構(gòu)型，它直接反映著裂解爐的特 性。以工業(yè)上石油烴裂解生產(chǎn)乙烯裝置的規(guī)模而言，其年產(chǎn)量都是萬(wàn)噸至幾十萬(wàn)噸，因此， 對(duì)乙烯裂解爐輻射段爐管作微小的改進(jìn)，就可使生產(chǎn)企業(yè)獲得巨大的收益。因?yàn)榧词挂蚁?收率增加一個(gè)百分點(diǎn)或者二個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)一個(gè)萬(wàn)噸級(jí)規(guī)模的工業(yè)裝置來(lái)說(shuō)，不需改動(dòng)任何 設(shè)備，不需增加投資，一年就凈增加數(shù)百噸的產(chǎn)品，提高了裝置操作效率，降低了原料消耗。目前工業(yè)上最廣泛應(yīng)用的有兩程式爐管和多程式爐管裂解爐，特別是兩程式裂解 爐最為典型，應(yīng)用得也最為廣泛。從兩程式裂解爐爐管構(gòu)型分類來(lái)看，有1-1型、2-1型，還 有 4-1、6-1 和 8-1 型。所謂1-1型，裂解爐爐管基本構(gòu)型是第一程為1枝爐管，第二程也是1枝爐管。2-1 型的基本構(gòu)型是第一程為并聯(lián)的2枝相同的爐管，在末端處得以合并；第二程是1枝管徑較 大的爐管。4-1型的基本構(gòu)型是第一程為并聯(lián)4枝相同的爐管，在末端處得以合并；第二程 是1枝管徑更大的爐管。從目前掌握的科學(xué)技術(shù)資料來(lái)看，普遍都認(rèn)為高溫短停留時(shí)間、低烴分壓有利于 烯烴收率提高，延長(zhǎng)運(yùn)行周期。所以在工業(yè)上有單程爐管的毫秒爐管，有兩程式的1-1型構(gòu) 型爐管，2-1型分枝變徑爐管，也有三程式的2-1-1形分枝變徑爐管，還有更多程的爐管構(gòu) 型的裂解爐爐型，它們都能較好地生產(chǎn)乙烯、丙烯、丁二烯等產(chǎn)品。文獻(xiàn)CN200410086298.9公開(kāi)了一種單程裂解爐。單程的毫秒裂解爐或亞毫秒裂 解爐的乙烯收率在通常情況下比其他形式的裂解爐雖然要高些，但是它們運(yùn)行的周期是短 的。工業(yè)上毫秒裂解爐運(yùn)行周期以石腦油為原料時(shí)，僅僅只有7 14天，而亞毫秒裂解爐 也只有20天左右。由于運(yùn)行周期短，裂解爐清焦操作非常頻繁，直接影響到工廠操作強(qiáng)度， 設(shè)備維修任務(wù)增加，并且還會(huì)造成能耗的上升。所以單程式的毫秒爐或亞毫秒爐至今在工 業(yè)上還沒(méi)有被廣泛地應(yīng)用。通常工業(yè)應(yīng)用中的爐管形狀都是圓柱形爐管，而圓柱形爐管屬等徑爐管。烴類沿 著爐管前進(jìn)的裂解反應(yīng)過(guò)程，由于裂解分子不斷增大，體積也不斷膨脹，流速也不斷地增 大，壓降也隨之增加，當(dāng)然烴分壓也在變大。即使采用異徑管作一次變徑或者二次變徑，但 是爐管部分還都是圓柱形的，烴類反應(yīng)物似在一個(gè)階梯式體積變化的反應(yīng)器內(nèi)作流動(dòng)，這 種壓降雖然比不變徑有所降低，但是還不十分滿意，還不能降低到最佳程度。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在單程裂解爐由于運(yùn)行周期短，造成裂解爐清焦操作頻繁、 影響生產(chǎn)工期；或者兩程或多程裂解爐采用等徑圓柱形爐管，造成烴分壓增加，烯烴收率的 提高受到限制的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中存在單程裂解爐由于運(yùn)行周期短，造成 裂解爐清焦操作頻繁、影響生產(chǎn)工期；或者兩程或多程裂解爐采用等徑圓柱形爐管，造成烴 分壓增加，烯烴收率的提高受到限制的問(wèn)題，提供一種新的石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法。該 方法具有不易結(jié)焦，運(yùn)行周期長(zhǎng)，明顯提高乙烯、丙烯收率的特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的 方法，以石油烴為原料，在輻射段爐管出口溫度780 890°C、輻射段爐管出口壓力0. 7 1. 2MPaG、水蒸汽與石油烴的質(zhì)量比為0. 3 1. 0條件下，原料在裂解爐輻射爐管發(fā)生熱裂 解反應(yīng)生成含乙烯、丙烯的產(chǎn)物，其特征在于所述裂解爐的輻射段爐管至少為兩程，并且至 少最后一程為變徑管；所述變徑管出口端的內(nèi)徑Cl1大于進(jìn)口端的內(nèi)徑d2上述技術(shù)方案中，爐管的變徑優(yōu)選方案之一為所述變徑管進(jìn)口端的內(nèi)徑最小，自 進(jìn)口端至出口端，管內(nèi)徑逐漸變大，至出口端內(nèi)徑最大。爐管的變徑優(yōu)選方案之二為所述變 徑管由進(jìn)口段管子41和出口段管子42連接而成，進(jìn)口段管子41為等徑管，其內(nèi)徑為d2 ；出 口段管子42為變徑管，其出口處內(nèi)徑為Cl1 > d2 ；其中等進(jìn)口段管子41的長(zhǎng)度L1與出口 段管子42的長(zhǎng)度L2的比值優(yōu)選范圍為0. 1 10，更優(yōu)選范圍為1 5。輻射段爐管出口 溫度優(yōu)選范圍為830 870°C，輻射段爐管出口壓力優(yōu)選范圍為0. 75 1. 2MPaG，水蒸汽與 石油烴的質(zhì)量比優(yōu)選范圍為0. 3 0. 85。所述石油烴優(yōu)選方案為選自乙烷、丙烷、LPG、拔 頭油、石腦油、柴油或加氫尾油中的至少一種。本發(fā)明的優(yōu)選方案之一為所述爐管為兩程，第一程為等徑管，第二程全程為變徑 管；所述變徑管進(jìn)口端的內(nèi)徑最小，自進(jìn)口端至出口端，管內(nèi)徑逐漸變大，至出口端內(nèi)徑最 大。本發(fā)明的優(yōu)選方案之二為所述爐管為兩程，第一程為等徑管，第二程由部分的等 徑管和部分的變徑管組合；所述變徑管由進(jìn)口段管子41和出口段管子42連接而成，進(jìn)口段 管子41為等徑管，其內(nèi)徑為d2 ；出口段管子42為變徑管，其出口處內(nèi)徑為Cl1 > d2。本發(fā)明的優(yōu)選方案之三為爐管為兩程，且兩程爐管均為變徑管；所述變徑管進(jìn)口 端的內(nèi)徑最小，自進(jìn)口端至出口端，管內(nèi)徑逐漸變大，至出口端內(nèi)徑最大。本發(fā)明的優(yōu)選方案之四為所述爐管為兩程，且兩程爐管均為變徑管；所述變徑管 由進(jìn)口段管子41和出口段管子42連接而成，進(jìn)口段管子41為等徑管，其內(nèi)徑為d2;出口段 管子42為變徑管，其出口處內(nèi)徑為Cl1 > d2。本發(fā)明的優(yōu)選方案之五為所述爐管為三程或四程，并且至少最后一程為變徑管； 所述變徑管出口端的內(nèi)徑Cl1大于進(jìn)口端的內(nèi)徑d2。本發(fā)明中，裂解爐的爐管至少為兩程，并且至少最后一程為變徑管，其出口端的內(nèi) 徑Cl1大于進(jìn)口端的內(nèi)徑d2。所述變徑爐管最適合在兩程輻射爐管的裂解爐上應(yīng)用，也可在 四程式裂解爐上應(yīng)用。該變徑爐管布置在直立段，替代了全部的圓柱形爐管或部分圓柱形 爐管，從而使?fàn)t管沿著反應(yīng)物的前進(jìn)方向呈現(xiàn)出漸進(jìn)式擴(kuò)徑改變。因?yàn)榱呀夥磻?yīng)使分子不斷增加，加上溫度的提升，反應(yīng)體積迅速膨脹，使流速增大。由于是變徑爐管，它是漸進(jìn)地?cái)U(kuò) 徑，所以能防止反應(yīng)物因流速過(guò)快引起壓降增大，也改善了似階梯式變徑爐管大小徑之間 突變帶來(lái)的附加壓降，從而有效地把烴分壓降低。使用本發(fā)明方法中的兩程式裂解爐，在相 同條件下，其乙烯收率可達(dá)30. 9%，比采用兩程等徑圓柱形爐管裂解爐提高了 2. 7%;同時(shí)， 丙烯收率可達(dá)17. 1%，比采用兩程等徑圓柱形爐管裂解爐提高了 4. 9%。此外，采用本發(fā)明 方法中的兩程式裂解爐，在保證乙烯、丙烯收率的前提下，運(yùn)行周期延長(zhǎng)了 10%，取得了較 好的技術(shù)效果。


圖1為本發(fā)明中裂解爐結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)兩程式1-1型等徑爐管示意圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)兩程式2-1型等徑爐管示意圖。圖4為現(xiàn)有技術(shù)兩程式4-1型等徑爐管示意圖。圖5為現(xiàn)有技術(shù)兩程式6-1型等徑爐管示意圖。圖6為現(xiàn)有技術(shù)兩程式8-1型等徑爐管示意圖。圖7 圖10為本發(fā)明中兩程式1-1型變徑爐管示意圖。圖11為本發(fā)明中兩程式4-1型變徑爐管示意圖。圖12為本發(fā)明中四程式M型變徑爐管示意圖。圖1中，1為輻射室，2為對(duì)流段，3為急冷換熱器，4為爐管，5為燃燒器，6為引風(fēng) 機(jī)。在輻射室1的側(cè)壁或底部分別或均安裝有燃燒器5。輻射室1與對(duì)流段2的中心軸平 行，且輻射室1頂部側(cè)面與對(duì)流段2底部相連通。對(duì)流段2上部設(shè)置有引風(fēng)機(jī)6。急冷換熱 器3位于輻射室1上部，平行于對(duì)流段且與爐管4相連通。爐管4深入輻射室1內(nèi)。圖2 圖12中，7為第一程爐管，8為第二程爐管，9為第三程爐管，10為第四程爐 管。圖2中，兩程爐管都是圓柱形等徑爐管。圖3中，第一程爐管是并聯(lián)2枝圓柱形等徑爐管，在末端處得以合并；第二程爐管 是1枝管徑較大的圓柱形等徑爐管。圖4中，第一程爐管是并聯(lián)4枝圓柱形等徑爐管，在末端處合并；第二程爐管是1 枝管徑更大的圓柱形等徑爐管。圖5中，第一程爐管是并聯(lián)6枝圓柱形等徑爐管，在末端處合并；第二程爐管是1 枝管徑更大的圓柱形等徑爐管。圖6中，第一程爐管是并聯(lián)8枝圓柱形等徑爐管，在末端處合并；第二程爐管是1 枝管徑更大的圓柱形等徑爐管。圖7中，第一程爐管是圓柱形等徑管。第二程爐管全程是變徑管，其進(jìn)口端的內(nèi)徑 最小，自進(jìn)口端至出口端，管內(nèi)徑逐漸變大，至出口端內(nèi)徑最大。圖8中，第一程爐管它是圓柱形等徑管。第二程爐管是部分等徑爐管和部分變徑 爐管組合，由進(jìn)口段管子41和出口段管子42連接而成，進(jìn)口段管子41為等徑管，出口段管 子42為變徑管，出口段管子42出口處內(nèi)徑大于進(jìn)口段管子41內(nèi)徑。圖9中，兩程爐管都是變徑管，其進(jìn)口端的內(nèi)徑最小，自進(jìn)口端至出口端，管內(nèi)徑逐漸變大，至出口端內(nèi)徑最大。圖10中，兩程爐管都是由等徑爐管和變徑爐管組合而成，都是由進(jìn)口段管子41和 出口段管子42連接而成，進(jìn)口段管子41為等徑管，出口段管子42為變徑管，出口段管子42 出口處內(nèi)徑大于進(jìn)口段管子41內(nèi)徑。圖11中，第一程爐管是并聯(lián)4枝圓柱形等徑爐管，在末端處合并。第二程爐管由 進(jìn)口段管子41和出口段管子42連接而成，進(jìn)口段管子41為等徑管，出口段管子42為變徑 管，出口段管子42出口處內(nèi)徑大于進(jìn)口段管子41內(nèi)徑。圖12中，第一、二程均為圓柱形等徑爐管，第三、四程采用部分等徑與部分變徑管 組合而成的爐管，進(jìn)口段管子41為等徑管，出口段管子42為變徑管，出口段管子42出口處 內(nèi)徑大于進(jìn)口段管子41內(nèi)徑。這種型式的爐管通常應(yīng)用在氣體原料裂解爐上。下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖7所示兩程式1-1型裂解爐，包括輻射室1、對(duì)流段2、急冷換熱器3、爐管4、 燃燒器5、引風(fēng)機(jī)6 ；其中在輻射室1的側(cè)壁或底部分別或均安裝有燃燒器5 ；輻射室1與對(duì) 流段2的中心軸平行，且輻射室1頂部側(cè)面與對(duì)流段2底部相連通；對(duì)流段2上部設(shè)置有引 風(fēng)機(jī)6 ；急冷換熱器3位于輻射室1上部，平行于對(duì)流段且與爐管4相連通；爐管4深入輻 射室1內(nèi)。爐管4為兩程式1-1型，第一程爐管是圓柱形等徑管；第二程爐管進(jìn)口端的內(nèi)徑 最小，自進(jìn)口端至出口端，管內(nèi)徑逐漸變大，至出口端內(nèi)徑最大。具體裂解爐爐管參數(shù)、裂解 條件及效果見(jiàn)表1。對(duì)比例1采用如圖2所示兩程式1-1型裂解爐，兩程爐管都是圓柱形等徑爐管。具體裂解 爐爐管參數(shù)、裂解條件及效果見(jiàn)表1。表 權(quán)利要求
1.一種石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法，以石油烴為原料，在輻射段爐管出口溫度780 890°C、輻射段爐管出口壓力0. 7 1. 2MPaG、水蒸汽與石油烴的質(zhì)量比為0. 3 1. 0條件 下，原料在裂解爐輻射爐管發(fā)生熱裂解反應(yīng)生成含乙烯、丙烯的產(chǎn)物，其特征在于所述裂解 爐的輻射段爐管至少為兩程，并且至少最后一程為變徑管；所述變徑管出口端的內(nèi)徑Cl1大 于進(jìn)口端的內(nèi)徑d2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法，其特征在于所述變徑管進(jìn)口端 的內(nèi)徑最小，自進(jìn)口端至出口端，管內(nèi)徑逐漸變大，至出口端內(nèi)徑最大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法，其特征在于所述變徑管由進(jìn)口 段管子(41)和出口段管子(42)連接而成，進(jìn)口段管子(41)為等徑管，其內(nèi)徑為d2 ；出口段 管子(42)為變徑管，其出口處內(nèi)徑為Cl1汍〉^。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法，其特征在于所述等徑爐管(41) 的長(zhǎng)度L1與變徑爐管(42)的長(zhǎng)度L2的比值為0. 1 10。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法，其特征在于所述等徑爐管(41) 的長(zhǎng)度L1與變徑爐管(42)的長(zhǎng)度L2的比值為1 5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法，其特征在于所述爐管為兩程， 第一程為等徑管，第二程為變徑管；所述變徑管進(jìn)口端的內(nèi)徑最小，自進(jìn)口端至出口端，管 內(nèi)徑逐漸變大，至出口端內(nèi)徑最大；或者所述變徑管由進(jìn)口段管子(41)和出口段管子(42) 連接而成，進(jìn)口段管子(41)為等徑管，其內(nèi)徑為d2，出口段管子(42)為變徑管，其出口處內(nèi) 徑為 Cl1, Cl1 > d2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法，其特征在于所述爐管為兩程， 且兩程爐管均為變徑管；所述變徑管進(jìn)口端的內(nèi)徑最小，自進(jìn)口端至出口端，管內(nèi)徑逐漸變 大，至出口端內(nèi)徑最大；或者所述變徑管由進(jìn)口段管子(41)和出口段管子(42)連接而成， 進(jìn)口段管子(41)為等徑管，其內(nèi)徑為d2，出口段管子(42)為變徑管，其出口處內(nèi)徑為C^d1> d2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法，其特征在于所述爐管為三程或 四程，并且至少最后一程為變徑管；所述變徑管出口端的內(nèi)徑Cl1大于進(jìn)口端的內(nèi)徑d2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法，其特征在于輻射段爐管出口溫 度為830 870°C，輻射段爐管出口壓力為0. 75 1. 2MPaG，水蒸汽與石油烴的質(zhì)量比為 0. 3 0. 85。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法，其特征在于所述石油烴選自 乙烷、丙烷、LPG、拔頭油、石腦油、柴油或加氫尾油中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在單程裂解爐由于運(yùn)行周期短，造成裂解爐清焦操作頻繁、影響生產(chǎn)工期；或者兩程或多程裂解爐采用等徑圓柱形爐管，造成烴分壓增加，烯烴收率的提高受到限制的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)采用以石油烴為原料，在輻射段爐管出口溫度780～890℃、輻射段爐管出口壓力0.7～1.2MPaG、水蒸汽與石油烴的質(zhì)量比為0.3～1.0條件下，原料在裂解爐輻射爐管發(fā)生熱裂解反應(yīng)生成含乙烯、丙烯的產(chǎn)物，其特征在于所述裂解爐的輻射段爐管至少為兩程，并且至少最后一程為變徑管；所述變徑管出口端的內(nèi)徑d1大于進(jìn)口端的內(nèi)徑d2的技術(shù)方案較好地解決了該問(wèn)題，可應(yīng)用于石油烴裂解生產(chǎn)乙烯的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號(hào)C07C4/04GK102002384SQ20091019489
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者周瑩, 楊德芝, 王江義, 王祖真, 陳明輝 申請(qǐng)人:中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司, 中國(guó)石油化工集團(tuán)公司