3.3管式裂解炉及裂解工艺过程
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而回收热能。
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
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
管式裂解炉组成
以SRT为例，管式裂 解炉通常由对流室和 辐射室两部分组成。 一般是两台炉子对称 组合成门字形结构， 采用自然或强制排烟 系统。SRT炉是最典 型的一种管式裂解炉 （图1）。
对流室与辐射室
辐射室由耐火砖（里层）、 隔▪ 热对砖流(室外内层设)砌有成水。平裂解炉 管悬放吊置在的辐数射组室换中热央管。这是 管式以裂预解热炉原的料核、心工部艺分，裂 解反稀应释管用的蒸结汽构、及急尺冷寸随炉 型而锅变炉。进炉水膛以的及侧过壁热和底部 安装高有压燃蒸烧汽器等以。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
产生大量含油污水，难分离 不能回收高品位的热能
不如直接方式中冷热物流 接触空间大
结焦比较严重
3.3.2.2 急冷换热器
工艺要求： ▪ 传热强度大 ▪ 能够承受大压差和热量传递所引起的温差 ▪ 便于清焦
减少急冷换热器结焦的措施
▪ 增大裂解气在急冷换热器中的线速度 一般控制在0.04s以下
▪ 控制裂解气冷却温度不低于其露点 急冷换热器出口温度 T出 = 0.56TB +α
影响全装置的能耗和原料的单耗
急冷方式
直接急冷 冷却介质（水、油）与裂解气直接接触，适用于
极易结焦的重质烃
间接急冷 急冷锅炉 废热锅炉 用换热器回收大量的热量，冷却介质用高压水，
以提高蓄热能力
一般工业上采用间接急冷
直接急冷
设备费少 操作简单 传热效果好
间接急冷
回收高品位的热能 能量利用合理 无污水
结焦的判断
▪ 裂解炉辐射盘管管壁温度超过设计规定值 ▪ 裂解炉辐射段入口压力增加值超过设计值
▪ 急冷换热器出口温度超过设计值 ▪ 急冷换热器进出口压差超过设计值
工业上清焦的方法
停炉清焦：切断进料及出口，用惰性气体或水蒸 气清扫管线，再用空气和水蒸气烧焦
在线清焦：交替裂解法和水蒸气、氢气清焦法 其它方法：加入助剂，起到抑制作用
清焦的化学反应和控制指标：
C + O2 2C + O2
C + H2O
CO2 + Q 2CO + Q CO + H2+ Q
清焦结束 出口干气中CO+CO2含量低于0.2%~0.5%
管式裂解炉
热裂解反应中的特点
• 热裂解为强吸热过程 • 提高裂解温度对于生成烯烃是有利的 • 存在二次反应 • 采用尽可能短的停留时间 • 降低压力有利于提高乙烯平衡组成，抑制结焦
▪ 超选择性裂解炉（USC) 单排双面辐射多组变径炉管 出口与在线USX直接相连接
▪ 毫秒炉（USRT) 直径较小的单程直管
▪ 混合管裂解炉(LSCC) 单双排混合型清焦
3.3.2.1 急冷
急冷的目的
终止裂解反应
回收废热
急冷的意义
决定清焦周期，甚至决定裂解炉的周期
3.3 管式裂解炉及裂解工艺
热裂解反应过程的特点
▪ 强吸热反应
高温
▪ 存在二次反应
短停留时间 低烃分压
▪ 反应产物是复杂的混合物
供热方式
裂解设备
热裂解反应器
▪ 间接供热 管式炉裂解 ▪ 直接供热 以小颗粒固体如金属氧化物、砂
子、焦炭为载热体，由气化的烃原料和水蒸气使 之流态化并进行裂解反应。
蓄热炉裂解 沙子炉裂解 流化床裂解
3.3.3.1 SRT型短停留时间裂解炉
▪ 炉型：烧嘴 侧壁无焰烧嘴 侧壁烧嘴与底部烧嘴联合
▪ 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 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
短 停 留 时 间 型 裂 解 炉
▪ 短停留时间炉（SRT）是Lummus公司在60和70 年代开发的炉型（SRT）,有SRT-Ⅰ、SRT-1Ⅱ及 SRT-Ⅲ型等几种，
▪ SRT 型炉是目前世界上大型乙烯装置中应用最多 的炉型。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。
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 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
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
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
管式裂解炉组成
以SRT为例，管式裂 解炉通常由对流室和 辐射室两部分组成。 一般是两台炉子对称 组合成门字形结构， 采用自然或强制排烟 系统。SRT炉是最典 型的一种管式裂解炉 （图1）。
对流室与辐射室
辐射室由耐火砖（里层）、 隔▪ 热对砖流(室外内层设)砌有成水。平裂解炉 管悬放吊置在的辐数射组室换中热央管。这是 管式以裂预解热炉原的料核、心工部艺分，裂 解反稀应释管用的蒸结汽构、及急尺冷寸随炉 型而锅变炉。进炉水膛以的及侧过壁热和底部 安装高有压燃蒸烧汽器等以。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
产生大量含油污水，难分离 不能回收高品位的热能
不如直接方式中冷热物流 接触空间大
结焦比较严重
3.3.2.2 急冷换热器
工艺要求： ▪ 传热强度大 ▪ 能够承受大压差和热量传递所引起的温差 ▪ 便于清焦
减少急冷换热器结焦的措施
▪ 增大裂解气在急冷换热器中的线速度 一般控制在0.04s以下
▪ 控制裂解气冷却温度不低于其露点 急冷换热器出口温度 T出 = 0.56TB +α
影响全装置的能耗和原料的单耗
急冷方式
直接急冷 冷却介质（水、油）与裂解气直接接触，适用于
极易结焦的重质烃
间接急冷 急冷锅炉 废热锅炉 用换热器回收大量的热量，冷却介质用高压水，
以提高蓄热能力
一般工业上采用间接急冷
直接急冷
设备费少 操作简单 传热效果好
间接急冷
回收高品位的热能 能量利用合理 无污水
结焦的判断
▪ 裂解炉辐射盘管管壁温度超过设计规定值 ▪ 裂解炉辐射段入口压力增加值超过设计值
▪ 急冷换热器出口温度超过设计值 ▪ 急冷换热器进出口压差超过设计值
工业上清焦的方法
停炉清焦：切断进料及出口，用惰性气体或水蒸 气清扫管线，再用空气和水蒸气烧焦
在线清焦：交替裂解法和水蒸气、氢气清焦法 其它方法：加入助剂，起到抑制作用
清焦的化学反应和控制指标：
C + O2 2C + O2
C + H2O
CO2 + Q 2CO + Q CO + H2+ Q
清焦结束 出口干气中CO+CO2含量低于0.2%~0.5%
管式裂解炉
热裂解反应中的特点
• 热裂解为强吸热过程 • 提高裂解温度对于生成烯烃是有利的 • 存在二次反应 • 采用尽可能短的停留时间 • 降低压力有利于提高乙烯平衡组成，抑制结焦
▪ 超选择性裂解炉（USC) 单排双面辐射多组变径炉管 出口与在线USX直接相连接
▪ 毫秒炉（USRT) 直径较小的单程直管
▪ 混合管裂解炉(LSCC) 单双排混合型清焦
3.3.2.1 急冷
急冷的目的
终止裂解反应
回收废热
急冷的意义
决定清焦周期，甚至决定裂解炉的周期
3.3 管式裂解炉及裂解工艺
热裂解反应过程的特点
▪ 强吸热反应
高温
▪ 存在二次反应
短停留时间 低烃分压
▪ 反应产物是复杂的混合物
供热方式
裂解设备
热裂解反应器
▪ 间接供热 管式炉裂解 ▪ 直接供热 以小颗粒固体如金属氧化物、砂
子、焦炭为载热体，由气化的烃原料和水蒸气使 之流态化并进行裂解反应。
蓄热炉裂解 沙子炉裂解 流化床裂解
3.3.3.1 SRT型短停留时间裂解炉
▪ 炉型：烧嘴 侧壁无焰烧嘴 侧壁烧嘴与底部烧嘴联合
▪ 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 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
短 停 留 时 间 型 裂 解 炉
▪ 短停留时间炉（SRT）是Lummus公司在60和70 年代开发的炉型（SRT）,有SRT-Ⅰ、SRT-1Ⅱ及 SRT-Ⅲ型等几种，
▪ SRT 型炉是目前世界上大型乙烯装置中应用最多 的炉型。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。
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 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