管式裂解炉优缺点-江西化学工业学校
化学工艺学-6烃类裂解及裂解气分离
C2H4+H2
ΔGo=8.87KJ/mol
问：乙烷热裂解能否得到乙烯和氢，需采取什么措施？ 判断化学反应能否自发进行的判据不是ΔGo ，而是 ΔG，根据经验，当ΔGo ≈40KJ/mol时，已不能通过改变条件实 现ΔG <0，乙烷不发生脱氢反应。
6.1.3 裂解过程的动力学分析
1.反应机理
2.反应动力学
以乙烷裂解为例：
K K K P 3 P 1 P 2 乙烷 乙烯 乙炔 碳
温度，K
K
p1
K
p2
K
K p1 , T
p3
K p 1 ,1100
,T K p 2 ,1100
p2
K
1100 1200 1300 1400 1500
1.675 6.234 18.89 48.86 111.98
如何确定合理的裂解深度
选定T→确定θ （ θ 不能太短） 确定合理的裂解深度 选定 θ→确定T （ T 不能太高）
Ⅱ）温度的限制
反应温度T ↑,炉管管壁温度Tw ↑
Cr25Ni20耐热合金 钢Tmax<1100℃ Cr25Ni35耐热合金 钢Tmax<1150℃
一般管式炉解炉出口温度<950℃
Ⅲ）热强度限制
6.2 原料性能指标及工艺参数
6.2.1 原料性质指标及其对裂解过程的影响
① 族组成-PONA值 1）P-Paraffin 烷烃 3）N-Naphthene 环烷烃 2）O-Olefin 烯烃 4）A-Aromatics 芳烃
根据上述种烃类裂解成烯烃的能力规律： ① 原料越轻，含P越多，乙烯收率越高，轻柴油最理想。 ② 随烃分子量增加，N+A含量升高，乙烯收率下降，液态 裂解产物收率升高 ③ 不希望A高，O高，∵易生焦
管式裂解炉
请收集热裂解法反应设备——管式炉的结构，并从烃类裂解生产烯烃的角度出发，比较各反应设备的优缺点。
热裂解法反应设备有：1.短停留时间炉2.凯洛格毫秒裂解分区域裂解炉3.超选择性裂解炉4.林德－西拉斯裂解炉5.超短停留时间裂解炉6.除了上述几种主要炉型外，工业上曾得到应用的还有日本三菱倒梯台炉（采用椭圆形裂解反应管）、法国石油研究院(IFP)的梯台炉、美国福斯特-惠勒梯台炉、多区炉等，但这些炉子现已很少为生产厂采用。
结构：管式裂解炉通常由对流室和辐射室两部分组成。
一般是两炉子对称组合成门字形结构，采用自然或强制排烟系统。
对流室内设有水平放置的数组换热管以预热原料、工艺稀释用蒸汽、急冷锅炉进水以及过热高压蒸汽等。
辐射室由耐火砖（里层）、隔热砖(外层)砌成。
新型炉也有的使用可塑耐火水泥作为耐火材料。
裂解炉管悬吊在辐射室中央。
这是管式裂解炉的核心部分，裂解反应管的结构及尺寸随炉型而变。
炉膛的侧壁和底部安装有燃烧器以加热反应管。
裂解反应产物离开反应管后立即进入急冷锅炉，被高压水骤冷以中止反应并生产10～12MPa的高压蒸汽，从而回收热能。
急冷锅炉随裂解炉型而有所不同。
1.短停留时间炉（图1）是鲁姆斯公司在60和70年代开发的炉型（SRT）,有三种:即SRT-Ⅰ、SRT-1Ⅱ及SRT-Ⅲ型（图2），其中SRT-Ⅱ又可分为高选择性(HS)和高生产能力 (HC)两种。
SRT-Ⅰ型由等径管组成；SRT-Ⅱ及SRT-Ⅲ则为前细后粗的变径管，四股平行进料以强化前期加热，缩短停留时间和后期降低烃分压,从而提高选择性,增加乙烯产率。
2.凯洛格毫秒裂解分区域裂解炉凯洛格毫秒裂解炉MSF(Milli Second Furnace)美国凯洛格公司（M.Kelogg co.）在60 年代开始研究此种炉型，1978年开发成功。
在高裂解温度下，使物料在炉管内的停留时间缩短到0.05～0.1s（50～100ms），是一般裂解炉停留时间的1/4～1/6。
乙烯生产工艺流程及设备认知 管式裂解炉
燃烧器
辐射段
SRT型管式裂解炉结构
炉管
对流管 管内物料被管外的高温烟道气以对流方式 进行加热并气化，达到裂解反应温度。
辐射管 热量经辐射管管壁传给物料，裂解反应在 该管内进行，故辐射管又称为反应管。
SRT型管式裂解炉结构
燃烧器（烧嘴）
作用：
提供管式炉所需的热量。
烧嘴因其所安装的位置不同分为底部 烧嘴和侧壁烧嘴。
目
CONTENTS
录
01 管式裂解炉的结构 02 管式裂解炉的传热方式 03 管式裂解炉的优缺点
01
管式裂解炉的结构
SRT型管式裂解炉结构
炉体 炉管
对流段（或称对流室） 辐射段（或称辐射室） 耐高温合金钢
燃料燃烧器
SRT型管式裂解炉结构
炉体
对流段
换热管
预热
对流段
辐射段
耐火砖（里层） 隔热砖（外层）
管式裂解炉的优缺点
缺点
重质原料的适应性还有一定限制； 原料利用不高； 燃料油消耗增加； 公用工程费大； 反应过程的结焦。
小
结
1.管式裂解炉的结构 2.管式裂解炉的传热方式 3.管式裂解炉的优缺点
裂解反应设备—— 管式裂解炉
烃类裂解装置
管式炉裂解工艺是目前较成熟的生产乙烯工艺技术。 管式炉炉型结构简单，操作容易，便于控制和能连
续生产，乙烯、丙烯收率较高，动力消耗少，热效 率高，裂解气和烟道气的余热大部分可以回收。
管式炉裂解技术的反应设 备是裂解炉，它既是乙烯 装置的核心，又是挖掘节 能潜力的关键设备。
02
管式裂解炉的传热方式
管式裂解炉的传热方式
辐射室中燃 料燃烧产生
的火焰
辐射
炉管的外 表面
管式炉催化裂解
管式炉催化裂解一、用途及特点1、实验室管式炉催化裂解是测定石油烃类裂解反应和其他有机物裂解反应过程的有效手段，能根据实验结果找出最适宜的操作条件，给工业操作提供可靠的参考数据，同时为放大提供必要的参数。
2、该反应器内部装有催化裂解催化剂，内部插入热电偶套管，能测定床内任意位置的温度，结构简单，流程紧凑，反应操作灵活，性能可靠。
装置是教学、科研、工业设计必备的设备之一。
（注：1.若反应器内装催化裂化催化剂，可进行催化裂化反应；2.原料可以根据催化剂的性能自己选择。
）3、装置可根据用户的使用要求进行组合，如：原料为气体、液体、气液混合物，进料方式可以从反应管上部进入（普通流程），亦可从反应管下部进入（特殊流程），不同进料方式在冷凝器的安装位置上也不同，使用中可方便地改变各接口位置，以达到所需要的操作方式。
4、教学实验采用普通上加料的流程，不能改变加料位置。
5、化工操作工中级培训及考核：操作工、仪表工、设备维修工等。
二、技术指标1、最大使用压力0.25Mpa；热电偶套管φ3mm，热电偶φ1.5mm，K型；2、管式炉φ12-18mm，四段加热自动控制，各段加热功率1.5KW，最高使用温度800℃；3、预热器直径20mm ，长400mm. 加热功率1KW；4、湿式流量计：2L；5、两台电磁泵，流量0.079-0.79L/h ；6、色谱仪GC7700，TCD、FID双检测器；7、带控制、采集软件，可控制与采集系统温度数据；三、技能要求1、了解石油烃类在管式炉高温条件下，热裂解的工作原理；巩固所学的有关动力学方面的知识。
2、掌握设备中的液体加料系统的操作；3、在操作中学会控制液体空速、反应温度和开停车的方法；4、掌握温度的计算机数据采集和控制方法；掌握获的反应动力学数据的方法和手段。
5、学会动力学数据的处理方法；根据动力学方程求出相应的参数值。
四、流程与面板示意图1、装置流程见图1。
图1、流程示意图2、面板布置见图2。
2024年裂解工(初级)职业技能考试题库及答案
2024年裂解工（初级）职业技能考试题库及答案一．选择题1、急冷水乳化的原因大多是由于PH值而引起的。
A.过低B.过高C中性答案：B2、裂解炉烟道气氧含量一般控制在。
A.5—6％B.2—3％C.1—2％答案：B3、汽油分馏塔温度过高，将导致裂解汽油干点。
A.提高B.降低C.不变答案：A2、下列属于酸性氧化物的是A.CaOB.NaOC.CO答案：C3、裂解炉汽包连续排污的目的是A.正常控制汽包的液位B.事故状态保证汽包液位c.防止汽包液位过高D.防止杂质在汽包内积累答案：D4、裂解炉的停留时间是指A.原料进对流段至出急冷器的时间B.原料进辐射段至出辐射段时间C.原料进对流段至出车身段的时间答案：B5、下列碳原子数同的烃在同样条件下裂解时，的乙烯收率最高。
A.烯烃B.正构烷烃C.异构烷烃D.环烷烃答案：B6、炉出口压力是指处的压力。
A辐射段出口B.废热锅炉出口C.急冷器出口答案：A二．填空题1、裂解炉炉体的对流和辐射段之间有一横跨段，其目的是（）（）。
答案：使辐射室顶部炉管不会因辐射散热而降低温度2、裂解炉辐射段炉管第一程采用较小口径的炉管，是因为（）（）（）。
答案：小口径管子有较大的受热面积，可以更迅速均匀地使进料达到反应温度，以进行裂解反应。
3、裂解炉辐射段炉管在最后一程采用大管径，是为了（）。
答案：减少二次反应，提高乙烯收率4、一般在只需切断而不需流量调节的地方为减少管道阻力，选用（）阀。
答案：闸5、在工艺流程中，需要调节流量及压力高的场合，宜选用（）阀或（）阀。
答案：截止针形6、对于阀门的连接形式，在低、中压场合，≤1??时，一般用（）或（）连接，≥2??时，常用（）连接答案：丝扣插焊法兰7、对于高压阀门（11500磅/寸）时，≤1??一般用（），≥2??时常采用（）连接。
答案：插焊对焊8、对于长距离输送较高温度介质的管线，其热补偿最好选用（）。
答案：膨胀节9、CH的爆炸极限是（），丙烯的爆炸极限是（），裂解气的爆炸极限是（）。
常用乙烯裂解炉简介
常用乙烯裂解炉简介①鲁姆斯公司的SRT型裂解炉鲁姆斯公司的SRT型裂解炉(短停留时间裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉，已从早期的SRT-I型发展为近期的SRT-Ⅵ型。
SRT型裂解炉的对流段设置在辐射室上部的一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。
对流段设置进料、稀释蒸汽和锅炉给水的预热。
从SRT-Ⅵ型炉开始，对流段还设置高压蒸汽过热，由此取消了高压蒸汽过热炉。
在对流段预热原料和稀释蒸汽过程中，一般采用一次注入蒸汽的方式，当裂解重质原料时，也采用二次注汽。
早期SRT型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴烧燃料气，为适应裂解炉烧油的需要，目前多采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合的布置方案。
底部烧嘴最大供热量可占总热负荷的70％。
SRT-Ⅲ型炉的热效率达93.5％。
图1—21为SRT型裂解炉结构示意图。
图1-21鲁姆斯SRT-Ⅱ型裂解炉结构示意图②斯通-伟伯斯特(S.W)公司的USC型裂解炉S.W的USC裂解炉(超选择性裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉，辐射盘管为W型或U型盘管。
由于采用的炉管管径较小，因而单台裂解炉盘管组数较多(16-48组)。
每2组或4组辐射盘管配一台USX型(套管式)一级废热锅炉，多台USX废热锅炉出口裂解气再汇总送入一台二级废热锅炉。
近期开始采用双程套管式废热锅炉(SLE)，将两级废热锅炉合并为一级。
USC型裂解炉对流段设置在辐射室上部一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。
对流段设有原料和稀释蒸汽预热、锅炉给水预热及高压蒸汽过热等热量回收段。
大多数USC型裂解炉为一个对流段对应一个辐射室，也有两个辐射室共用一个对流段的情况。
当装置燃料全部为气体燃料时，USC型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴；如装置需要使用部分液体燃料时，则采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。
底部烧嘴可烧气也可烧油，其供热量可占总热负荷的60％-70％。
由于USC型裂解炉辐射盘管为小管径短管长炉管，单管处理能力低，每台裂解炉盘管数较多。
为保证对流段进料能均匀地分配到每根辐射盘管，在辐射盘管入口设置了文丘里喷管。
管式炉裂解
管式炉裂解 - 正文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纳的一种烃类裂解方法。
管式炉裂解生产乙烯的工艺已有60多年的历史。
管式裂解炉是其核心设备。
为了满足烃类裂解反应的高温、短停留时间和低烃分压的要求，以及提升加热炉的热强度和热效率，炉子和裂解炉管的结构经历了不断的改善。
新型的管式裂解炉的热强度可达 290～375MJ/〔m2·h〕，热效率已可达92％～93％,停留时间可低于0.1s,管式炉出口温度可到900℃，从而提升了乙烯的产率。
工艺流程可分为裂解和急冷-分馏两部分〔图1〕。
管式炉裂解①裂解裂解原料经预热后，与过热蒸汽〔或称稀释蒸汽〕按一定比例〔视原料不同而异〕混合，经管式炉对流段加热到500～600℃后进入辐射室，在辐射炉管中加热至780～900℃，发生裂解。
为防止高温裂解产物发生二次反应，由辐射段出来的裂解产物进入急冷锅炉，以迅速降低其温度并由换热产生高压蒸汽，回收热量。
②急冷-分馏裂解产物经急冷锅炉冷却后温度降为350～600℃，需进一步冷却，并分开出各个产品馏分。
来自急冷锅炉的高温裂解产物在急冷器与喷入的急冷油直接接触，使温度降至200～220℃左右，再进入精馏系统，并分别得到裂解焦油、裂解柴油、裂解汽油及裂解气等产物。
裂解气则经压缩机加压后进入气体分开装置。
裂解原料和产品分布最初，美国管式炉裂解原料是用天然气、油田伴生气和炼厂气中回收的轻质烃，其中主要含有乙烷、丙烷、丁烷及碳五馏分。
50年代，西欧和日本的石油化工兴起，由于缺乏石油及天然气资源，因而采纳石脑油作裂解原料。
60年代后，又相继开发以轻柴油、重柴油和减压瓦斯油为原料的裂解技术，扩展了裂解原料来源。
关于不同的原料，裂解工艺参数不同、在适宜条件下的裂解产品分布也各异〔见表〕。
一般的规律是，随着原料相对密度的增加，乙烯产率下降；使用柴油原料时，则馏分越重，裂解技术越趋于复杂，裂解炉管中结焦加剧，从而缩短操作周期。
化工工艺学第四版思考题答案
化工工艺学第四版思考题答案化工工艺学第四版思考题答案「篇一」现代化学工业的特点是什么？P10-11 综合原料生产方法和产品的多样性复杂性；向大型化，综合化，精细化发展；多学科合作，技术密集型发展；重视能量的合理利用，积极采用节能技术；资金密集，投资大，利润高；安全和环保日益受到重视。
2 化学工艺学的研究范畴是什么？P9 其内容包括生产方法的评估，过程原理的阐述，工艺流程的组织，设备的选用和设计，以及生产过程中的节能环保和安全问题。
3 何谓转化率？何谓选择性？转化率(X)：指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的分率或百分率。
选择性(S)：体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。
什么是生产能力？什么是生产强度？生产能力：一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量，或在单位时间内处理的原料量。
生产强度：设备的单位特征几何量的生产能力，即设备的单位体积的生产能力，或单位面积的生产能力。
5 催化重整流程中预加氢工序的作用？ P45 为了保护重整催化剂，必须对原料油进行加氢精制预处理。
即石脑油与氢气在一定温度下通过预精制催化剂加氢，将其所含的硫、氮、氯及氧等，加氢转化为H2S、NH3、HCl和H2O，从石脑油中脱除；使烯烃加氢饱和；将金属有机物分解，金属吸附在催化剂的表面脱除。
重整原料经预加氢精制后，杂质含量满足重整装置对进料的质量要求，确保了重整催化剂性能的充分发挥，实现催化重整装置的长期稳定运转。
干气与湿气有何不同？一般来说，干气就是指甲烷含量比较高的天然气，湿气是指其中碳二到碳五等容易液化的组分较高，而不是水较多。
7 氧化反应的特征是什么？P63 强放热反应，必须严格控制反应温度，防范安全事故；反应途径多样，副产物多，分离困难；容易发生深度氧化，需要选择性优良的催化剂。
生产硫酸的主要原料有哪些？我国生产硫酸的主要原料是什么？P66 硫磺，冶炼烟气，硫铁矿和石膏，我国主要用硫铁矿，世界上广泛使用硫磺。
3.3管式裂解炉及裂解工艺过程
反应管材料
过去，一般采用主 要成分为含镍20％、 铬25％的HK-40合 金钢作为裂解反应 管材料 。 70年代以后又改用 含镍35％、铬25％ 的HP-40合金钢， 用离心浇铸法制成， 内部经机械加工平 整以减少反应过程 的结焦。
裂解炉炉型
▪ 目前国际上应用较广的管式裂解炉有： ▪ 短停留时间炉（SRT型炉） ▪ 超选择性炉（USC型炉） ▪ Linde-Selas炉（LSCC） ▪ 超短停留时间炉。（USRT炉）
简介
• 早期的管式裂解炉是沿用石油炼制工业的加热 炉的结构采用横置裂解炉管的方箱炉。反应管 放置在靠墙内壁处，采用长火焰烧嘴加热，炉 管表面热强度低。
• 20世纪50年代，炉管位置由墙壁处移至辐射室 中央，并采用短焰侧壁烧嘴加热，提高了炉管 表面热强度和受热均匀性。
• 20世纪60年代，反应管开始由横置式改为直立 吊装式。采用单排管双面辐射加热和多排短焰 侧壁烧嘴，提高了反应的径向和轴向温度分布 的均匀性。
3.3.3.2 SRT型裂解炉的优化及改进措施
热裂解的工艺方法改进的目标
提高设备生产能力 获得最大的乙烯产率 付出最少的能量
提高反应温度 缩短停留时间 降低烃分压
▪ 不同辐射盘管裂解工艺性能 ▪ 不同SRT炉型的裂解产品收率 ▪ 变径管分析 ▪ 不变径与变径反应管的比较
3.3.1.3 其它管式裂解炉
3.3.1 管式裂解炉
60年代初期 SRT-Ⅰ型炉
双辐射立管 实现了高温、短停留时间
60年代中期 SRT-Ⅱ型炉
分叉变径炉管 降低烃分压
70年代中期 SRT-Ⅲ型炉
材质 炉内管排增加 提高热强度 提高生产能力
80年代
SRT-Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型炉
烃类管式炉裂解制乙稀-第一章 烃类热裂解
第一章烃类热裂解第二节烃类管式炉裂解制乙稀特点：强吸热反应；高温；低烃分压短停留时间供热方式：间接供热——管式炉裂解直接供热——蓄热炉裂解砂子炉裂解一．烃类原料对裂解结果的影响问题1：烃类的四个指标是什么？（一）原料烃：1．族组成（PONA值）◆定义：是指原料中所含各族烃的质量百分比。
P—烷族烃 N—环烷族烃O—稀族烃 A—芳香族烃在管式裂解炉的裂解条件下，原料愈轻，乙稀收率愈高。
随着烃分子量增大，N+A含量增加，乙稀收率下降，液态裂解产物收率逐渐增加。
2．原料含氢量：◆定义：是指原料烃分子中氢原子的质量百分比；不包含溶解的H2。
相同碳原子时，含氢量：烷烃> 环烷烃> 芳烃含氢量高的原料，裂解深度可深一些，产物中乙稀收率也高。
表1-9各种烃和焦的含氢量对重质烃的裂解，按目前技术水平，原料含氢量控制在大于13%（质量），气态产物的含氢量控制在18%（质量），液态产物含氢量控制在稍高于7~8%（质量）为宜。
因为液态产物含氢量低于7~8%（质量）时，就易结焦，堵塞炉管和急冷换热设备。
3．芳烃指数（BMCI）：◆定义：BMCI=48640/Tv+473.7*d—456.8Tv=(T10+T30+T50+T70+T90)/5基准：n—C6H14的BMCI=0的BMCI=100当BMCI<35时，才能做裂解原料。
4．特性因子K：K=1.216（T立/d15.6度）^(1/3)T立=[0.1t10^(1/3)+0.2t30^(1/3)+0.2t50^(1/3)+0.2t70^(1/3)+0.2t90^(1/3)+0.1t100^(1/3)]^3小结：原料烃参数对裂解结果的影响：（1）当PONA增大，乙烯收率增大；（2）当氢含量增大，乙烯收率增大；（3）当BMCI减小，乙烯收率增大；（4）当K增大，乙烯收率增大。
几种原料裂解结果比较可知，原料不同，裂解产物组成不同，裂解条件不同。
表1-12生产1吨乙烯所需原料及连副产物量*B、T、X为苯、甲苯、二甲苯。
乙烯的生产—管式炉裂解工艺流程的组织
四、结焦与清焦
裂解炉和急冷锅炉的清焦方法：
①停炉清焦法 是将进料及出口裂解气切断（离线）后，将裂解炉和 急冷锅炉停车拆开，分别进行除焦，用惰性气体和水蒸汽清扫管线， 逐渐降低炉温，然后通入空气和水蒸汽烧焦。（周期较长，操作繁琐） ②在线清焦法 不停炉清焦是一个改进。它有交替裂解法、水蒸汽法、 空气清焦法等（周期短，节能） ③其它方法：加入助剂，起到抑制作用。 在裂解炉进行清焦操作时，废热锅炉均在一定程度上可以清理部分 焦垢，管内焦炭不能完全用燃烧方法清除，所以一般需要在裂解炉 1～2次清焦周期内对废热锅炉进行水力清焦或机械清焦。
设置原则：一般先间接急冷，即裂解产物先进急冷换热器， 后直接急冷，即油洗和水洗来降温。
三、急冷换热器
裂解装置五大关键设备之一
1、急冷要求（设备作用）
快速降温终止裂解反应,即在极短时间（0.01～0.1s内）骤 降到露点温度附近,传热强度约达418.7MJ/m2h左右。操作 苛刻。（在一定压力下判断：
烧焦过程主要反应为： C＋O2→CO2 C+H2O→CO+H2 CO+H2O→CO2+H2
检测出口尾气中CO2 ＜0.2%，可以认为在此温度 下清焦基本结束。
2、急冷的方式 ②间接急冷 急冷废热锅炉（急冷换热器（常以TLE或TLX表示）与汽 包构成的发生蒸汽系统） 用换热器回收大量的热量，冷却介质用高压热水。
二、急冷的目的和方式
2、急冷的方式 ③急冷方式比较
直接急冷 设备费用少 ； 操作简单 传热效果好 产生大量含油污水,难分离 不能回收高品位的热能
间接急冷 回收高品位的热能 不如直接方式中冷热物流接触空间大 无污水 能量利用合理 结焦比较严重
裂解炉有哪几部分组成？ 炉体（对流室、辐射室），炉管，燃烧器。
管式裂解炉（第六章）
管式裂解炉（第六章）第六章管式裂解炉第一节概述制取乙烯的方法很多，以管式炉裂解技术最为成熟，具有结构比较简单、运转稳定性好和烯烃收率高等优点，世界乙烯产量的99％都是由管式炉裂解法生产的。
管式裂解炉是乙烯装置的一个关键设备。
炉膛中设置了一定排列形式的金属管，管内通以裂解原料，裂解反应所需的热量，由管外的燃料燃烧来提供。
裂解炉的性能对乙烯收率有重大影响，并且影响整个乙烯装置的操作。
裂解炉的能耗占装置能耗的70％～85％左右。
由此可见裂解炉在乙烯装置中占举足轻重的地位。
自1964年开发成功垂直悬吊立管式裂解炉以来，乙烯裂解技术一直在发展，在缩短停留时间、改善裂解选择性、提高产品收率、降低能耗、增强对裂解原料的适应性等方面进行研究、开发。
本节就裂解的基本原理、裂解炉的炉型和结构等问题作简单介绍，以期对读者了解管式裂解炉有所帮助。
第二节管式炉裂解的工艺过程管式炉裂解的工艺流程包括原料供给和预热、对流段、辐射段、高温裂解气急冷和热量回收等几部分。
不同裂解原料和不同热量回收，形成各种不同的工艺流程。
图6—1是管式炉裂解的流程示意图。
一、裂解原料预热和稀释蒸汽注入裂解原料主要在对流段预热，为减少燃料消耗，也常常在进入对流段之前利用低位能热源进行预热。
裂解原料预热到一定程度后，需在裂解原料中注入稀释蒸汽。
稀释蒸汽注入的方式大致分为原料进入对流段之前注入，原料在对流段中预热到一定温度后注入和二次注入(原料先注入部分稀释蒸汽，在对流段中预热至一定程度后，再次注入经对流段预热后的稀释蒸汽)等。
二、对流段管式裂解炉的对流段用于回收烟气热量，回收的烟气热量主要用于预热裂解原料和稀释蒸汽，使裂解原料汽化并过热至裂解反应起始温度后，进入辐射段加热进行裂解。
此外，根据热量平衡也可在对流段进行锅炉给水的预热、助燃空气的预热和超高压蒸汽的过热。
稀释蒸汽是从对流段炉管注入裂解原料中的。
稀释蒸汽不仅对降低烃分压、减少结焦有利，而且也有助于烃类在对流段炉管中的气化。
传统催化裂化提升管反应器的弊端与两段提升管催化裂化
数 是在 实验 室完 成 的 ， 使 用 的反 应 器 包 括 固 定流 所
化床、 小型提升管或小 型下行管反 应器 。由于实验
室 条件 的限 制 ， 流 态 化 体 系 特 征 、 剂接 触 状 态 、 在 油 反 应动力 学参 数 的描述 等方 面 与工业 装置 存在 较大 差距 ， 而限 制 了利 用 实验 室 研 究 信 息 对工 业 装 置 从 运转 状况 的预 测 。 为 了了解工 业 Ｒ Ｃ Ｆ Ｃ提 升管反 应器 内所发 生 反 应 的实际情 况 ， 质 油 国家 重 点 实 验 室开 发 了一 种 重 特 殊 的工业 提升 管 在 线 采样 系统 ， 建 立 了相 应 的 并 样 品处 理和 分析 方 法 。在 线 采 样 系统 如 图 １所示 。 探 针一 般用 不锈 钢 管 制 造 ， 其顶 部具 有 一 个倾 斜 面 可 使探针 正 对提升 管 内气 流方 向 。探 针具 有 足够 的 长度 使探 头前 端伸 到提 升 管 的 中心 位 置 ， 端 有两 终
Ｄ ｎ ｙｎ ５ ０ １ Ｓ ａ ｄ ｎ ｒｖ ｃ ， ｉ ） ｏｇ ｉ ２ ７ ６ ， ｈｎ ｏ Ｐｏｉ ｅ Ｃ ｎ ｇ ｇ ｎ ｈ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ，ｉ ｄ ｓｒ ｅ ｔｄ ｔ ，ａ ｌ ａ ｉ ｒ ｔ ｒ ｎｏ ｍａｉｎ，ｔｅ ｔ ｄ ｔ ｎ ｌｒ ｅ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｘ ｅｉ ｍｅ ｔｌ ｓ ｌ ｒ ｓ ｎ ｕ ｔ ａ ｔｓ ａａ ｓｗｅｌ ｓ ｌ ｅ ａ ｕ ｅ ｉ ｆｒ ｔ ｉ ｌ ｔ ｏ ｈ ｒ ｉ ｏ ａ ｓ ｒ ａ ｉ ｉ
摘要 ： 通过文 献调研 、 实验研究和重油催化裂化工业装置 现场 采样 ， 对传 统重油催 化裂化提 升管反应器 进行 了研 究。 结果 显示 ， 传统重油催 化裂 化普遍存 在反应时间过长 、 平均催化剂 活性 低和选择 性差及不 同反应组 分之间存在 恶性 竞争 等弊端 。在此基础 上 ， 出了两段提 升管催化裂化新概 念 ， 提 并分析 了其技术优势 。
管式加热炉概述
原料油
烟囱
对流室
辐射室
燃料
管式加热炉的类型简介
主要类型简介：
按炉体形状划分，可以分为:箱式炉、立式炉、园筒炉和无焰炉等。 1、箱式炉有斜顶炉和方箱炉，这种炉型历史悠久，是应用较早的炉型。其 长、宽、高大致接近，辐射室和对流室用火墙隔开，火嘴装于侧壁，烟 囱设于炉外，炉管水平排列。 2、立式炉炉膛为长方形，辐射管排于炉两侧，对流管排在辐射室上部的对 流室中，炉底部设有两排火嘴，炉中间砌一堵花墙，喷火嘴在花墙两边 燃烧。 3、圆筒炉与立式炉相似，方型的对流室位于辐射室上部，烟 囱安装在对流 室的上部，并装有烟道挡板，可调节风量，火嘴在炉底中央，火焰向上 喷射。其与立式炉不同的是辐射室为圆筒式，辐射管沿圆周垂直排列成 一圈，对流管分立式和水平两种。 4、无焰炉其外型与立式炉相似，炉中间排辐射管，顶部排对流管，两侧炉 墙布满火嘴，燃烧的速度快，在燃烧道里完成燃烧的全部过程，因此没 有火焰。
各种炉型示图一
管式加热炉的主要结构之一
燃烧器结构及作用：
燃烧器是管式加热炉的重要部件之一，加热炉所需热量是通 过燃料在燃烧器中燃烧得到的，一个完整的燃烧器包括燃料喷嘴、 配风器和燃烧道三个部分。 1、喷嘴的主要任务是燃料油雾化并形成便于与空气混合的良好条件。 2、配风器是分配和输送燃烧空气的机构，其作用是供给燃料适量的 空气，并使空气和燃料迅速完善的混合。用于烧油的配风器将供 给的空气分成一次风和二次风.一次风解决着火、稳燃和减少碳黑 生成等问题，二次风供给大量空气以保证完全燃烧。 3、燃烧道的耐火材料蓄积的热量为火焰根部提供热源，加速燃料油 的蒸发和着火，有助于形成稳定的燃烧；其次它能约束空气，迫 使其与燃料混合而不止散溢；第三是与配风气一起使气流形成理 想的流型。
管式加热炉剖析
第五章管式加热炉一、管式加热炉的工作原理管式加热炉一般由三个主要部分组成：辐射室、对流室及烟囱，图5-1是一典型的圆筒炉示意图。
炉底的油气联合燃烧器(火嘴)喷出高达几米的火焰，温度高达1000~1500℃、主要以辐射传热的方式，将大部分热量传给辐射室(又叫炉膛)炉管(也叫辐射管)内流动的油品。
烟气沿着辐射室上升到对流室，温度降到700~900℃。
以对流传热的方式继续将部分热量传给对流室炉管内流动着的油品，最后温度降至200~450℃的烟气从烟囱排人大气。
油品则先进入对流管再进入辐射管，不断吸收高温烟气传给的热量，逐步升高到所需要的温度。
辐射室是加热炉的核心部分，从火嘴喷出的燃料(油或气)在炉膛内燃烧，需要一定的空间才能燃烧完全，同时还要保证火焰不直接扑到炉管上，以防将炉管烧坏，所以辐射室的体积较大。
由于火焰温度很高(最高处可达1500~1800℃左右)，又不允许冲刷炉管，所以热量主要以辐射方式传送。
在对流室内，烟气冲刷炉管，将热量传给管内油品，这种传热方式称为对流传热。
烟气冲刷炉管的速度越快，传热的能力越大，所以对流室窄而高些，排满炉管，且间距要尽量小。
有时为增加对流管的受热表面积，以提高传热效率，还常采用钉头管和翅片管。
在对流室还可以加几排蒸汽管，以充分利用蒸汽余热，产生过热蒸汽供生产上使用。
烟气离开对流室时还含有不少热量，有时可用空气预热器进行部分热量回收，使烟气温度降到200℃左右，再经烟囱排出，但这需要用鼓风机或引风机强制通风。
有时则利用烟囱的抽力直接将烟气排入大气。
由于抽力受烟气温度、大气温度变化的影响，要在烟道内加挡板进行控制，以保证炉膛内最合适的负压，一般要求负压为2~3mm水柱，这样既控制了辐射室的进风量，又使火焰不向火门外扑，确保操作安全。
二、管式加热炉的主要工艺指标1.加热炉热负荷。
每小时传给油品的总热量称为加热炉热负荷(千卡/小时)，表明加热炉能力的大小，国内炼油厂所用的管式加热炉最大热负荷在4200万千卡／小时左右。
管式炉裂解
反应 分离准备
高压蒸气流程：
蒸汽包
①
③
11MPa,447℃
① 入管网
3、急冷油和燃料油系统 急冷油设备：
分离
油急冷器：
油洗塔：塔稀顶释为蒸氢汽、和气酸态性烃气、体裂。解汽油、
裂解轻柴油汽提塔：
指标：
燃料油汽提塔：
50℃以下的运动粘度：
问题： 急冷油系统结焦 4·5～5·0×10－5m2/s
措施：急冷油系统设过滤网
绝热过程
常压下都是气体，沸点很低
分离温度太低，需要大量冷量
解决办法
提高压力 实现 压缩机
95页图3-26
问题2：为什么要多级压缩？ ①节约压缩功耗
压缩段数越多
越接近等温压缩
②降低出口温度
控制压缩后温度≦100℃。(聚合） ③段间净化分离
水、 C3及C3以上重组分
减少负荷，节省冷量。
举例： T2=T1（P1/P2）（-1）/ 绝热指数： =1·228
3、抑制裂解炉结焦技术 ①使用涂覆技术降低炉管结焦
表面热处理后形成涂层。 已经成熟投产。
②使用结焦抑制剂（FSI)
Forest Star International
实验证明： 两次清焦运行期增加3倍， 由原来每45天清焦一次的100小时
135天费时2～4小时。
任务： 1、开发耐高温的裂解管材 2、寻找耐高温、高选择性催化剂
④再生气洗涤塔：用水洗涤再生气体后去 火炬。
（6）丙酮吸收法脱乙炔流程
①溶剂
√
丙酮、 二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、
乙酸乙酯等。
94页图3-25
用途：乙炔回收
脱炔后C2馏分去乙烯塔
C2馏分
管式裂解炉结构-江西化学工业学校
单元 管式裂解炉的结构与特点
【任务指导】
三、管式裂解炉中炉管的性能及布置方式
1.管式裂解炉中炉管的性能 (1)对炉管的要求 能承受900℃左右的高温、各种介质的腐蚀以及一定的压力和荷载， 具有好的导热性能、高传热强度、内外表面光滑和材料成分均匀等特点。 (2)管子规格 Φ3～7 in（1in=2.54cm）。 (3)管子材质 国外材质型号有HK－40等，国内材质型号ZG40Cr25Ni35Nb、 ZG40Cr35Ni45Nb等。管子用离心浇铸法制成，内部经机械加工平整以减少反应过程的 结焦。 2.管式裂解炉中布管方式 管式裂解炉中，工艺物料（原料气或裂解气）涉及的管路分为对流段和辐射段，对流段 为工艺物料管路在对流室的部分，辐射段为工艺物料管路在辐射室的部分。原料气先经 对流段由烟道气预热，再到辐射段由火焰辐射传热产生高温而裂解，裂解气离开辐射段 后立即进入急冷锅炉。 对流段，工艺物料涉及管路的管子采用水平放置。辐射段，工艺物料涉及管路的管子有 水平放置和垂直放置两种。早年使用的裂解炉为方箱炉，辐射段的炉管采用水平放置， 但由于传热强度低、炉管受热弯曲、耐热吊装件安装不易等原因已被淘汰，而SRT炉， 辐射段的炉管采用方式
单元 管式裂解炉的结构与特点
【任务指导】
三、管式裂解炉优缺点 (1)优点 炉型结构简单；操作容易；便于控制；能连续生产；乙 烯、丙烯收率高；裂解气质量好；动力消耗小；热效率高；原料 的使用范围日渐扩大；便于实现大型化。 (2)缺点 重质原料的适应性还有一定限制；原料利用不高、燃料 油增加、公用工程费大、耐高温合金钢耗量大、反应过程的结焦 等。 SRT炉的主要工艺特性，如表6-1所示。
单元 管式裂解炉的结构与特点 【任务指导】 一、管式裂解炉结构
管式裂解炉既是一个管式 反应器，又是一个高传热 强度的传热设备。
各种反应器特点优缺点及应用
特点：适于快速和中速反应过程。具有逐板操作的特点，各板上维持相当的液量、以 进行气液相反应。
优点：由于采用多板，可将轴向返混降到最低，并可采用最小的液流速率进行操作， 从而获得极高的液相转化率。气液剧烈接触，气液相界面传质和传热系数大，是强化传质 过程的塔型，因此适用于传质过程控制的化学反应过程。板间可设置传热构件，以移出和 移入热量。
4.鼓泡塔
特点：储液量大，适于速度慢和热效应大的反应。
缺点：掖相袖向返混严重，连续操作型反应速率明显下降。在单一反应器中，很难达 到高的液相转化率，因此常用多级鼓泡塔串联或采用间歇操作方式。
典型反应： 全回流塔式反应器制备二氢月桂烯醇
2
四． 固定床反应器
优点：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高 选择性。②催化剂机械损耗小。③结构简单。
典型反应： （1）将乙烷热裂解以生产乙烯：
（2）二氟一氯甲烷分解反应为：
1
三．塔式反应器
1.填料塔
特点：结构简单，耐腐蚀，适用于快速和瞬间反应过程，轴向返混可忽略。 优点：能获得较大的液相转化率。由于气相流动压降小，降低了操作费用，特别适宜于 低压和介质具腐蚀性的操作。 缺点：液体在填料床层中停留时间短，不能满足慢反应的要求，且存在壁流和液体分布 不均等问题，其生产能力低于板式塔。
典型反应： 自由流化床合成乙酸乙烯：乙烯气相水合后与气化乙酸直接酯化生成乙酸乙酯。 CH2CH2+CH3COOH == CH3COOCH2CH3
3
典型反应： 乙苯脱氢制苯乙烯主反应：
主反应：
副反应：
五．流化床反应器
优点： 1. 由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可高达 3280~16400m²/m³），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。 2. 由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层与内浸换 热表面间的传热系数很高[200～400W/（m²•K）]，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利 于强放热反应的等温操作。 3. 流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两 个流化床之间大量循环。这使得一些反应—再生、吸热—放热、正反应—逆反应等反应耦合 过程和反应—分离耦合过程得以实现。使得易失活催化剂能在工程中使用。 4. 流态化操作总的经济效果是有利的，特别是传热和传质速率快、床层温度均匀、操作 稳定的突出优点，对于热效应很大的大规模生产过程特别有利
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单元
管式裂解炉的结构与特点
【任务指导】 三、管式裂解炉中炉管的性能及布置方式
1.管式裂解炉中炉管的性能 (1)对炉管的要求 能承受900℃左右的高温、各种介质的腐蚀以及一定的压力和荷载， 具有好的导热性能、高传热强度、内外表面光滑和材料成分均匀等特点。 (2)管子规格 Φ3～7 in（1in=2.54cm）。 (3)管子材质 国外材质型号有HK－40等，国内材质型号ZG40Cr25Ni35Nb、 ZG40Cr35Ni45Nb等。管子用离心浇铸法制成，内部经机械加工平整以减少反应过程的 结焦。 2.管式裂解炉中布管方式 管式裂解炉中，工艺物料（原料气或裂解气）涉及的管路分为对流段和辐射段，对流段 为工艺物料管路在对流室的部分，辐射段为工艺物料管路在辐射室的部分。原料气先经 对流段由烟道气预热，再到辐射段由火焰辐射传热产生高温而裂解，裂解气离开辐射段 后立即进入急冷锅炉。 对流段，工艺物料涉及管路的管子采用水平放置。辐射段，工艺物料涉及管路的管子有 水平放置和垂直放置两种。早年使用的裂解炉为方箱炉，辐射段的炉管采用水平放置， 但由于传热强度低、炉管受热弯曲、耐热吊装件安装不易等原因已被淘汰，而SRT炉， 辐射段的炉管采用垂直放置，且双面受辐射传热。
图6-2 SRT炉三种炉型的布管方式
单元
管式裂解炉的结构与特点
【任务指导】 三、管式裂解炉优缺点 (1)优点 炉型结构简单；操作容易；便于控制；能连续生产；乙 烯、丙烯收率高；裂解气质量好；动力消耗小；热效率高；原料 的使用范围日渐扩大；便于实现大型化。 (2)缺点 重质原料的适应性还有一定限制；原料利用不高、燃料 油增加、公用工程费大、耐高温合金钢耗量大、反应过程的结焦 等。 SRT炉的主要工艺特性，如表6-1所示。
化学反应器与操作
单元 管式裂解炉的结构与特点
江西省化学工业学校精品课程
单元
管式裂解炉的结构与特点
【ห้องสมุดไป่ตู้务目标】
●掌握管式裂解炉结构 ●掌握管式裂解炉的传热方式 ●掌握管式裂解炉中炉管的性能及布置方式 ●了解管式裂解炉优缺点
【任务指导】
一、管式裂解炉结构
裂解炉是石油烃裂解的主要设备。 1.管式裂解炉炉型 目前应用较广的管式裂解炉有短停留时间炉（简称SRT炉）、超选择性炉（简称USC 炉）、林德-西拉斯炉（简称LSCC炉）、超短停留时间炉（简称USRT炉，或称毫秒裂 解炉）。 美国鲁姆斯公司短停留时间裂解炉（SRT炉）是立管式裂解炉的典型装置。现在世界上 大型乙烯装置多采用立式裂解反应管。中国的燕山石油化工公司，扬子石油化工公司和 齐鲁石油化工公司的 300kt乙烯生产装置均采用此种裂解炉。 超选择性炉（简称USC炉）、超短停留时间炉（USC炉）也常被石化企业采用。例如， 中国大庆石油化工总厂以及世界上一些石油化工厂采用USC炉来生产乙烯等产品，中国 兰州石油化学公司将采用USRT炉生产乙烯。而LSCC裂解炉在工业上也得到一定的应 用，单台炉的乙烯年产量可达70kt。 管式裂解炉按外形分，有方箱炉、立式炉、门式炉、梯台式炉等，以立式炉为主流。按 燃烧方式分，有直焰式、无焰辐射式和附墙火焰式。按烧嘴位置分，有底部燃烧、侧壁 燃烧、顶部燃烧和底部侧壁联合燃烧等。
单元
管式裂解炉的结构与特点
【任务指导】 一、管式裂解炉结构
管式裂解炉既是一个管式 反应器，又是一个高传热 强度的传热设备。
图6－1 SRT管式裂解炉结构
单元
管式裂解炉的结构与特点
【任务指导】
二、管式裂解炉的传热方式
辐射室中燃料燃烧产生的火焰，主要以辐射方式将热量传给炉管的外表面， 同时传给炉墙。炉管外表面接受了火焰的辐射热量，以导热的方式将热量 从炉管外表面传到内内表面，炉管内表面以对流的方式将热量传递给管内 原料气，管内原料气受热呈现高温而发生裂解反应。 裂解炉中大部分的热量传递是在辐射室内进行。热源向炉管表面给热途径 主要是辐射传热方式。 原料气在进入辐射室之前，先在对流室进行预热。在对流室高温烟道气以 对流传热方式将热量传给管内的原料气。
单元
管式裂解炉的结构与特点
【任务指导】 三、管式裂解炉中炉管的性能及布置 方式
SRT炉在布管方式方面也不断改进，前后发展Ⅰ 型、Ⅱ型、Ⅲ型等三种炉型，如图6-2所示。Ⅰ型 炉中有8根立管，从原料气进口到裂解气出口在辐 射段有8程，造成在辐射段的停留时间长；Ⅱ型炉 中也有8根立管，但从原料气进口到裂解气出口在 辐射段有4程(第1程4根炉管细，第2程2根炉管较 细，第3、4程2根炉管较粗)，因而在辐射段的停 留时间短；Ⅲ型炉中也有10根立管，但从原料气 进口到裂解气出口在辐射段有6程，因而在辐射段 的停留时间介于Ⅰ型炉的停留时间与Ⅱ型炉的停 留时间之间。 立管式裂解炉的辐射盘管大多采用单排管，以此 保证辐射盘管受热均匀。也有采用双排盘管的， 可在较低投资前提下获得较大的单炉乙烯生产能 力，综合单排盘管和双排盘管的优缺点，也有采 用混排辐射盘管的。
单元
管式裂解炉的结构与特点
【任务指导】 一、管式裂解炉结构
管式裂解炉主要由炉体和裂解管两大部分组成。炉体用钢构体和耐火材料 砌筑，分为对流室和辐射室。原料预热管及蒸汽加热管安装在对流室内， 裂解管布置在辐射室内。在辐射室的炉侧壁和炉顶或炉底安装了一定数量 的烧嘴(燃料喷嘴、火嘴等)。 SRT炉是最典型的一种管式裂解炉，其结构如图6-1所示。对流室内设有水 平放置的数组换热管以预热原料、工艺稀释用蒸汽，预热急冷锅炉进水以 及产生过热高压蒸汽等，在布置对流段管排时，应按烟气余热能位高低合 理安排换热管。辐射室由耐火砖（里层）、隔热砖(外层)砌成。新型炉也有 的使用可塑耐火水泥作为耐火材料。管式裂解炉的核心部分是辐射室，预 热后的原料气在辐射室的炉管中完成裂解反应。裂解炉的炉管悬吊在辐射 室中央，炉管的尺寸及布管方式随炉型而变。炉膛的侧壁和底部安装有燃 烧器，燃料燃烧主要以辐射传热方式加热炉管和管中的原料气。原料气在 炉管中获高温而裂解，裂解产生的裂解气离开辐射室后立即进入急冷锅炉， 被高压水骤冷以终止反应。高压水受热生产 10～12MPa的高压蒸汽，并回 收热能。急冷锅炉随裂解炉的炉型不同而有所不同。