[发明专利]一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及高效蒸汽裂解烃装置，具体涉及一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置。

背景技术

乙烯和丙烯是重要的有机化工原料，随着乙烯和丙烯需求的逐年增加，丙烯/乙烯(P/E)需求比呈上升趋势，2016年全世界乙烯消费量约为1.64亿吨/年，丙烯消费量约为1.01亿吨/年，P/E需求比上升至0.616。

烃的蒸汽裂解是石化龙头工艺，也是生产乙烯和丙烯的传统技术，虽然经过几十年的发展，技术不断完善，但其管式炉裂解通常采用较高的反应温度(800-900℃)，而且P/E产出质量比为0.4-0.6。烃的蒸汽裂解制乙烯、丙烯装置是石化工业第一大耗能装置，其能耗在石化工业中约占40％。因此烃的蒸汽裂解技术的研究，对于控制乙烯、丙烯工业过程总能耗和产物，节能降耗提质增效有重大意义，并且能解决和突破制约我国乙烯、丙烯工业节能和产物调控技术发展的瓶颈问题。

设计合理的蒸汽裂解烃试验装置是研究蒸汽裂解反应过程的必要条件，在此基础上可进行蒸汽裂解烃新工艺的开发研究，对原料或催化剂性能进行评价等。目前现有的蒸汽裂解烃小型试验装置，升温速率较慢，进油量较大，反应时间也比较长，无法做到瞬时取样，故此类装置用于大量探索性实验会造成时间和能源的过多消耗。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，以便于研究蒸汽裂解反应过程。

本发明所提供的技术方案为：

一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，包括进样机构、裂解机构、冷却机构和气液分离机构，所述裂解机构包括可拆卸的裂解反应管路以及用于加热裂解反应管路的直流电机，所述直流电机通过铜电极焊接于裂解反应管路两端；所述裂解反应管路一端的连接管路上安装有绝缘接头。

上述技术方案中，进样机构、裂解机构、冷却机构和气液分离机构都是通过连接管路进行连接，连接管路可以选用耐高压钢管。裂解反应管路可以选用高温合金钢管，由于裂解反应管路是可拆卸的，便于对裂解反应管路进行预处理。拆卸后的裂解反应管路的预处理包括：先用浓硫酸酸蚀钝化，然后甲苯清洗反应管，最后高温氧化钝化。

此外，裂解机构中采用直流电机加热反应管路，可对较大流量(最大为4g·s^-1)的混合物提供足够高的热流密度(最高为4MW·m^-2)，使其迅速升温进而发生裂解反应，可以在裂解反应管路内同时实现预热和裂解反应。相比于交流电机，直流电机采用更低的电压就可以达到相同的加热功率，因此直流电机更安全。

绝缘接头安装在裂解反应管路一端的连接管路上，能够避免连接管路也形成电路回路，从而达到只加热裂解反应管路的目的。

优选的，所述小型试验装置包括数据采集机构；所述数据采集机构主要由计算机、压力传感器和热电偶组成，所述压力传感器和热电偶分别与计算机连接，所述热电偶焊接于裂解反应管路的表面，所述压力传感器分别安装于裂解反应管路两侧的连接管路上。反应管路表面的温度由焊接的热电偶测量，进出口的压力值由进出口的压力传感器测量，所有数据均由数据采集系统每秒1次记录于计算机中。

优选的，所述数据采集机构还包括铠装热电偶，所述裂解反应管路出口处设有三通接头，所述铠装热电偶安装在三通接头内，且与计算机连接。所述铠装热电偶与裂解反应管出口处的混合物直接接触，从而更准确的测得混合物温度。

优选的，所述进样机构包括两组原料罐和恒流泵，两恒流泵的出口合流处安装有油水混合器。两组原料罐分别用于储藏液态烃和水，液态烃优选为石脑油或加氢尾油等。通过两恒流泵可以控制两者的比例，便于研究不同的液态烃和水的混合比对蒸汽裂解反应的影响。油水混合器则是为了实现液态烃和水的充分混合。

优选的，所述油水混合器出口一侧的连接管路上安装有质量流量计，所述质量流量计与计算机连接。通过控制质量流量计能够控制进料流量以及原料混合物在裂解反应管内停留时间，便于研究不同停留时间对蒸汽裂解反应的影响。

优选的，所述小型试验装置包括电子背压阀，所述电子背压阀与计算机连接。电子背压阀能够控制试验装置内的压力，压力范围优选为0.1-5MPa，便于研究不同压力条件对蒸汽裂解反应的影响。

优选的，所述冷却机构为排式冷凝器。排式冷凝器的作用是冷却从裂解反应管路出来的高温混合物。

优选的，所述排式冷凝器两侧安装有在线过滤器。在线过滤器的作用是收集混合物中的胶状物和固体焦。