第3章乙烯生产工艺与技术

不 能 回 收 高 品位 的 热 流接触空间大
能
结焦比较严重
不同裂解原料的急冷方式
裂解原料 稀释蒸 汽含量
乙、丙 较少 丁烷
石脑油 中等
急冷 负荷
较小
中等
重组分液 结焦 间接 油直
体产物含
急冷 冷
量
较少
较不 易
中等
较易
水直 冷
轻柴油 较多 较大 很多
较易
重柴油 很多 很大 很多
很易
急冷换热器工艺要求
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
3.3.3 结焦与清焦
结焦的判断
在进料量不变的情况下，检查进料 压力的变化，因为进料压差与设备 压差有关，而结焦则影响压差
原料进出口的温差不变，若燃料消 耗量增加，则说明传热性差，应是 结焦严重，热能利用率低
② 大大减少污水排放量 ③ 合理的热量回收 ④ 急冷油用于发生稀释蒸汽 ⑤ 急冷水用于分离系统的工艺
加热
3.3.2 预分馏主要过程--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 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
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
乙烯裂解炉管
乙烯裂解炉雄姿
SRT裂解炉的结构及改进
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 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-4 提高热强度
100～110℃
180～200℃
预分馏的目的和任务
① 尽可能降低裂解气的温度 ② 尽可能分馏出裂解气的重组分 ③ 在裂解气的预分馏过程中将裂解
气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式 分离回收，用以再发生稀释蒸汽 ④ 继续回收裂解气低能位热量
预分馏过程的作用
① 保证裂解气压缩机的正常运转， 并降低裂解气压缩机的功耗，减 少进入压缩分离系统的进料负荷
重组分，如燃料油、裂解汽油、水分
等通过冷却手段进行分馏，再送至下
一步压缩、净化、深冷分离工段
轻烃裂解装置的预分馏流程
原料 800～900℃ 裂解炉
200～300℃
废热锅炉
急冷水 水洗塔
冷 却
裂解气 40℃
裂解汽油
稀释蒸汽发生器
油水分离器
80℃
馏分油裂解装置裂解气预分馏过程
950～1050℃
220～300℃
3.2 管式裂解炉 3.2.1 SRT(Short Residence Time)
管式裂解炉的发展
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
3.3.2 热裂解的工艺方法
✓ 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
热裂解的工艺方法改进的目标
扩大裂解原料 获得最大的乙烯产率 付出最少的能量
有效的除焦方法 先进的供热和热能回收手段
经一段加氢可作为高辛烷值汽油组分
进行两段加氢经芳烃抽提分离芳烃产品
全部加氢 C5 C6~C8 C9-204℃
裂解燃料油（乙烯焦油）
烃类裂解副产的沸点在200℃以上的重组分 分类及控制指标
– 裂解轻质燃料油 200~360℃馏分 相当柴油馏分 闪点应控制在70~75℃以上
不同裂解炉改进措施对工艺 性能的影响
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
表3-20 表3-21 表3-22 表3-23
3.2.2 其它管式裂解炉
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
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
急冷方式比较
直接急冷
间接急冷
设备费少 操作简单 回收高品位的热能
传热效果好
能量利用合理
产 生 大 量 含 油 污 水 ， 无污水
难分离
不 如 直 接 方 式 中 冷 热 物
裂解产物中乙烯的含量下降
结焦的后果
传热系数下降（热量利用率低） 压差升高（设备阻力增大） 乙烯收率下降 能耗增大
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。切换物料
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
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
使裂解气在0.01~0.1s内骤冷至露点左右 (但不能低于露点。为什么？) 油蒸汽在露点及低于露点时，容易冷凝聚 集在急冷换热器的管壁上，在高温裂解气 长期作用下，容易结焦。
减少急冷换热器结焦的措施
控制停留时间 一般控制在0.04s以下
毫秒炉（USRT) 直径较小的单程直管
混合管裂解炉(LSCC) 单双排混合型变径炉管
3.3 裂解气的预分馏
天津100万吨/年乙烯装置流程图
⑵ 装置工艺流程
预分馏的目的与任务 急冷与急冷换热器 结焦与清焦 预分馏工艺过程 裂解汽油与裂解燃料油
3.3.1 预分馏过程
将裂解炉出口的高温裂解气中的
C + O2 2C + O2 C + H2O
CO2 + Q 2CO + Q CO + H2+ Q
出口干气中CO+CO2含量低于 0.2%~0.5% 清焦结束
3.3.4 裂解汽油与裂解燃料油
裂解汽油
C5至沸点204℃以下的所有裂解副产物 其组成与原料油性质和裂解条件有关
用途
表3-25 裂解汽油组成举例
第三章 乙烯生产工艺与技术
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热裂解反应过程的特点 热裂解工艺方法 SRT管式裂解炉的技术发展 其它管式裂解炉
3.1 烃类热裂解反应过程的特点 及热裂解工艺
3.1.1 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
裂解装置的性能和技术水平