管式裂解炉及其工艺流程介绍

管式裂解炉及其工艺流程
管式裂解炉是用于烃类裂解制乙烯及其联产品的一种生产设备，为目前世界上大型石油化工厂所普遍采用。

组成
管式裂解炉是在炉管内进行烃类裂解反应的设备。

主要由辐射室(炉膛)、对流室、烟囱和供给热源的喷嘴组成。

燃料油从喷嘴喷到炉膛内燃烧，生成的烟气流经对流室后从烟囱排出。

辐射室、对流室内均装有炉管，原料油在炉管内加热到所需温度进行裂解反应生成裂解气(烯烃)，裂解气经急冷后进入分离装置。

炉管选用合金钢浇铸管。

由于温度和流速对炉管内裂解反应产品有重大的影响，因而要求严格控制炉管长度方向的温度分布及产品在炉管内的停留时间，对炉型选择、喷嘴及炉管的布置都有特别的要求。

发展
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，约为85～125MJ/(mh)。

20世纪50年代，裂解炉结构有较大改进，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。

热强度可达210MJ/(mh)。

至60年代，反应管开始由横置式改为直立吊装式，这是管式炉的一次重大技术改进。

它采用单排管双面辐射加热，进一步把炉管表面热强度提高到约250MJ/(mh)，并采用多排短焰侧壁烧嘴，以提高反应的径向和轴向温度分布的均匀性。

美国鲁姆斯公司短停留时间裂解炉（简称SRT炉）是初期立
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。

种类
早年使用裂解管水平布置的方箱式炉，由于热强度低，裂解管受热弯曲，耐热吊装件安装不易，维修预留地大等原因，已被淘汰。

由于裂解管布置方式和烧嘴安装位置及燃烧方式的不同，管式炉的炉型有多种。

管式裂解炉种类较多，按炉型分为方箱炉、立式炉、梯台炉等；按炉管布置方式分为横管式和竖管式裂解炉；按燃烧方式分为直焰式和无焰辐射式裂解炉等。

近年各国竞相发展垂直管双面辐射管式裂解炉，炉型各具特色，其中美国炉姆斯公司开发的短停留时间裂解炉采用的国家较多。

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,可耐1050℃高温。

由于工艺要求进一步提高炉管表面热强度，至70年代以后又改用含镍35％、铬25％的HP-40合金钢,可耐1100℃高温。

反应管管径为2～7in（1in等于2.54cm），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。

炉型
目前国际上应用较广的管式裂解炉有短停留时间炉、超选择性炉、林德- 西拉斯炉、超短停留时间炉。

1、短停留时间炉
是鲁姆斯公司在60和70年代开发的炉型（SRT）,有三种:即SRT-、SRT-1及SRT-型，其中SRT-又可分为高选择性(HS)和高生产能力(HC)两种。

SRT-
型由等径管组成；SRT-及SRT-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。

由于三种反应管采用了不同的管径及排列方式，其工艺特性差异较大。

2、超选择性裂解炉
简称USC炉它是美国斯通－韦伯斯特公司在70年代开发的一种炉型，炉子的基本结构与SRT炉大体相同，但反应管由多组W型变径管组成，每组四根管,前两根材质为HK-40,后两根为HP-40，全部离心浇铸和内部机械加工平整,管径由小到大，一般为50～83mm,长为10～20m。

按照生产能力的要求，每台炉可装16、24或32个管组，裂解产物离开反应管后迅速进入一种专用急冷锅炉(USX),每两组反应管配备一个急冷锅炉。

3、林德－西拉斯裂解炉
简称LSCC炉是林德公司和西拉斯公司在70年代初合作研制而成的一种炉型。

炉子的基本结构与SRT炉相似炉膛中央吊装构形特殊的反应管（图4[LSCC炉反应管排列方式]）,每组反应管是由12根小口径管（前8根组成4对平列管,后4根组成两对平列管）以及4根中口径管（由4根管组成两对平列管）和一根大口径管组成，管径为6～15cm，管总长45～60m。

裂解产物离开反应管后立即进入急冷锅炉骤冷。

4、超短停留时间裂解炉
简称USRT炉，或称毫秒裂解炉。

是美国凯洛格公司和日本出光石油化学公司在70年代末共同开发成功的新型管式裂解炉。

炉子由十多根直径约为2.54cm,长约10m的单根直管并联组成。

反应管吊在辐射室中央，由底部
烧嘴进行双面辐射加热。

物料由下部进入上部离开并迅速进入专用的USX 型急冷锅炉,每两根反应管合用一个USX，多个USX合接一个二次急冷锅炉。

裂解过程停留时间可低于100ms,从而显著提高了反应的选择性。

同传统的管式裂解炉相比，乙烯相对收率约可提高10％，甲烷和燃料油则有所减少。

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。

管式炉裂解工艺流程
管式炉裂解工艺经过不断改进，目前不仅产品收率大为改善，而且对原料的适应性越来越强，可用于轻烃至重柴油的各种裂解原料的裂解。

管式炉裂解法具有操作稳定、热量回收完善、能耗低、原料适应性强等优点，使得其至今在乙烯生产中保持着主导地位。

管式炉裂解工艺的典型流程如下图所示。

管式炉裂解工艺典型示意图
BWF-锅炉给水；QW-急冷水；QO-急冷油；FO-燃料油；CW-冷却水；
MS-中压蒸汽；1-原料油泵；2-原料预热器；3-裂解炉；4-急冷锅炉；5-汽包；6-急冷器；7-汽油分馏塔；8-燃料油汽提塔；9-急冷油泵；10-燃料油泵；11-水洗塔；12-油水分离器；13-急冷水泵；14-裂解汽油回流泵；15-工艺水泵；16-急冷水冷却器；17-工艺水汽提塔；18-工艺水泵；19、20-稀释蒸汽发生器；21-汽油汽提塔；22-裂解汽油泵
管式裂解炉优缺点
优点是设备简单，连续操作，动力消耗少，裂解气质量好，便于实现大型化，已被广泛应用于烯烃的生产。

缺点是耐高温合金钢耗量大，由于有结焦问题，不宜用重油、原油为原料。