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乙烯裂解炉
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目录 CONTENT
01 第一章 概念& 原理
03 第三章
设备
02 第二章
方法
04 第四章 案例 2
1.概念
（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。
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： %
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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。
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热裂解工艺总流程图
10
温度、停留时间及烃分压对乙烯收率的影响
11
450kt·a-1乙烯装置不同裂解原料的主要技术经济指标比较
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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13 品。
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燕山石化公司乙烯装置66 ×104 t/a扩能改造方案
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1.扩能改造历史
1976 年：燕山石化公司30 ×104 t/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 ；
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
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（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。
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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、
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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。
自由基分解反应：R• → R’• + 烯烃 （生成烯烃的反应）R• → H• + 烯烃
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（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
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第二次扩能改造（1999 ～ 2001 年）：生产能力从45×104 t/a 增加到 了66 ×104 t/a(运行结果表明可达71 ×104 t/a), 生产每吨乙烯的能耗(以 标准油计)下降了96.5 kg , 单位乙烯增量的投资比第一次改造节约了30 %。
24wenku.baidu.com
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。
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。
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
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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）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
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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 ～ 0.47 s , 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。
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（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•
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
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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）。
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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
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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
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目录 CONTENT
01 第一章 概念& 原理
03 第三章
设备
02 第二章
方法
04 第四章 案例 2
1.概念
（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。
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： %
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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。
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热裂解工艺总流程图
10
温度、停留时间及烃分压对乙烯收率的影响
11
450kt·a-1乙烯装置不同裂解原料的主要技术经济指标比较
12
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13 品。
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燕山石化公司乙烯装置66 ×104 t/a扩能改造方案
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1.扩能改造历史
1976 年：燕山石化公司30 ×104 t/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 ；
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
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（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。
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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、
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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。
自由基分解反应：R• → R’• + 烯烃 （生成烯烃的反应）R• → H• + 烯烃
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（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
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第二次扩能改造（1999 ～ 2001 年）：生产能力从45×104 t/a 增加到 了66 ×104 t/a(运行结果表明可达71 ×104 t/a), 生产每吨乙烯的能耗(以 标准油计)下降了96.5 kg , 单位乙烯增量的投资比第一次改造节约了30 %。
24wenku.baidu.com
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。
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。
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
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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）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
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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 ～ 0.47 s , 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。
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（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•
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
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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）。
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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
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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