[发明专利]乙烯炉辐射段炉管除焦方法

说明书

本申请根据35U.S.C.§119要求于2007年5月7日提交的美国临时 申请60/928,093的权益，该临时申请的全部内容通过引用结合在此。

发明领域

本发明涉及用于对乙烯装置的炉子除焦的方法。利用炉管出口 温度的变化量控制除焦方法的开始。在除焦工艺过程中，控制空气流量、 水蒸汽流量和炉管出口温度，以防止管子损坏、使除焦时间最小化和使结 焦物除去最大化。

发明背景

乙烯在世界上大量生产，主要用作其它材料用的化学结构单元 (building block)。乙烯作为大量的中间体产物出现于19世纪40年代，此 时油和化学品生产公司开始从炼油厂废气中分离乙烯，或者由从炼油厂副 产物流得到的乙烷和由天然气制备乙烯。

大多数乙烯是通过用水蒸汽热裂解烃制备的。典型的乙烯裂解 炉的布置示于图1中。烃裂解通常发生在炉子的辐射段中的燃烧的管状反 应器中。在对流段，烃流可以通过与来自炉子燃烧器的废气热交换而预热， 并且使用水蒸汽进一步加热，以将温度升高至初始的裂解温度，取决于原 料典型地为500-680℃。

预热后，原料流进入到管形式的炉子的辐射段，其在本文中称 作辐射段炉管。应当理解，所述和所要求保护的方法可以在具有任何类型 的辐射段炉管的乙烯裂解炉中进行。在辐射段炉管中，将烃流在受控的停 留时间、温度和压力下短时间地加热，典型地加热至约780-895℃的范围 内的温度。在原料流中的烃裂解成为更小的分子，包括乙烯和其它烯烃。 然后使用各种分离或化学处理步骤，将裂解的产物分离成为所需要的产 物。

在裂解工艺过程中生成各种副产物。在生成的副产物中，有结 焦物，所述的结焦物可以沉积在炉子中的管的表面上。辐射段炉管的结焦 降低了传热和裂解工艺的效率以及增加炉管的压降。因此，周期性地，达 到极限，并且需要对炉管除焦。

乙烯炉的除焦典型地隔20至70天进行。由于除焦过程通常难 以监测，因此现有的除焦程序是根据经验通过使空气和水蒸汽流量以过去 可接受的值匀变(ramp)而完成的。使用这些工序，可能难以控制结焦物燃 烧速率。还难以检测需要更慢、更谨慎的除焦程序的条件(空气流量的更慢 匀变)。这可能导致损坏辐射段炉管或者不适宜慢的除焦，从而延长炉子停 工时间和减少产量。

例如，为了避免损坏辐射段炉管，一些更谨慎的除焦程序在除 焦程序开始时利用低的空气和水蒸汽流量和流量匀变速率，以避免快速结 焦物燃烧。这些更谨慎的除焦程序可能导致增加的停工时间和损失产量。 另一方面，太快的空气和水蒸汽流量和流量匀变速率可能引起炉管侵蚀或 局部快速燃烧，这可能损坏辐射段炉管。

当首先将空气引入炉子中以开始结焦物的燃烧时，可能发生辐 射段炉管的过热，从而引起炉管寿命降低。初始空气引入步骤的控制是困 难的，原因在于不能获得结焦物燃烧速率的直接测量。为了避免炉管损坏， 此步骤通常非常慢地进行，这可能不必要地延长用于除焦过程的时间。

解决此问题的一种尝试包括使用流出物分析仪，以监测在结焦 物燃烧过程中的CO₂的形成。这些分析仪通常在除焦过程开始时不适用， 原因在于相对少量的CO₂存在。此外，CO₂分析可能难以说明，原因在于 它实际上是消耗的空气百分比的度量，而不是结焦物的燃烧速率。

在除焦前结焦物剥落也是一个问题。结焦物可能由于在即将除 焦之前的工艺扰动而从炉管上剥落并且聚集在辐射段炉管中。此材料非常 容易燃烧，结果，管子区域可能过热。目前使用的方法可能难以检测结焦 物剥落，目前采用的方法典型地是视觉检查，或通过测量炉管压降。

因而，需要有一种用于对乙烯炉除焦的方法，该方法可以改善 控制，以减少用于除焦过程的时间和避免或降低对辐射段炉管的损坏。

发明概述