[发明专利]一种两程炉管裂解炉系统和裂解方法

说明书

本发明涉及裂解领域，具体地，涉及一种两程炉管裂解炉系统和裂解方法。两程炉管裂解炉系统包括两程裂解炉管(4)、裂解原料源(1)、第一进出口切换阀(2)、第二进出口切换阀(6)和裂解产物收集装置(7)；其中第一进出口切换阀的进口与裂解原料源相连，第一进出口切换阀的出口与第一程裂解炉管(401)的入口和第二程裂解炉管(402)的出口以可自由切换的方式分别相连；第二进出口切换阀的进口与第一程裂解炉管的入口和第二程裂解炉管的出口以可自由切换的方式分别相连，第二进出口切换阀的出口与裂解产物收集装置相连；第一程裂解炉管的管内径不大于第二程裂解炉管，之差不超过14mm。本发明能够有效延长裂解炉的运行周期。

技术领域

本发明涉及裂解领域，具体地，涉及一种两程炉管裂解炉系统和裂解方法。

背景技术

乙烯是石油化学工业的基础原料。乙烯的产量、生产规模和技术标志着一个国家石油化工的发展水平。目前生产乙烯的方法以管式炉石油烃蒸汽裂解技术为主，据统计，世界上大约99％的乙烯和50％以上的丙烯通过该方法生产。

乙烯装置的核心设备是管式裂解炉，它是由对流段和辐射段组成。裂解原料和稀释水蒸气首先在对流段炉管内加热，将原料气化并加热至起始裂解温度(即“横跨温度”)，然后进入辐射段炉管裂解。在工业裂解炉辐射段内，通常排布了若干组构型相同的炉管。管内通以裂解原料，管外用液体燃料或气体燃料燃烧所放出的热量来加热管壁，而通过管壁的传热，将热量传递给管内的反应物料。由于裂解反应温度较高(约800℃-900℃，而且有向高温发展的趋势)，因此管壁温度一定要更高，才能把热量传到管内去。炉膛内的传热过程主要是通过辐射方式来进行的。

众所周知，裂解是指石油烃在高温条件下，发生碳链断裂或脱氢反应生成烯烃及其他产物的过程。裂解目的是以生产乙烯、丙烯为主，同时还副产丁烯、丁二烯等烯烃和裂解汽油、柴油、燃料油等产品。石油烃裂解的化学反应是强吸热反应，而且石油烃裂解反应有一次反应和二次反应之分，一般的说，一次反应是烃分子由大变小即链烷烃进行脱氢和断链反应、环烷烃和芳烃进行脱氢开环反应，通过一次反应生产乙烯、丙烯等烯烃产品；二次反应是烃分子由小变大即烯烃、炔烃进行聚合、脱氢缩合反应以及环烷烃和芳烃进行脱氢缩合和脱氢稠环化反应等，反应导致生成焦碳，这一点对于裂解炉的正常运转尤其不利，因为生成的焦碳附着在裂解炉管内壁，既增加了导热阻力，也增加了反应系统的阻力。所以要求裂解反应在炉管中进行一次反应后尽量减少二次反应就降温结束，这就要求较短的停留时间。

由于辐射段要在较短的停留时间内传递大量的热，因此管壁的温度较高，达到950℃～1100℃，高温造成了管壁的附近二次反应发生严重，从而结焦，进而影响到裂解炉的烃分压及运行周期等，如何能够降低辐射段的热负荷，将是减缓结焦延长运行周期的一个重要方向。

显然，如何能够避免结焦是解决裂解炉周期性停车的根本方法。

专利CN103773421A发明了一种用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管，该炉管在第一程炉管和第二程炉管之间采用弯管连接，消除了辐射炉管高温下产生的应力，延长了炉管的使用寿命，同时，由于采用弯管形式，管内反应物料流动波动较小，没有流动滞留区域，降低了管内物料的停留时间，有利于烃类裂解反应，提高了目的产物的收率。

专利CN101723784A发明了一种乙烯裂解炉，该裂解炉的每个辐射段炉管包括一个第一程管和一个第二程管以及用于连接第一程管和第二程管的一个连接件。在高温下，当第二程管向下膨胀时，连接件、第一程管均有规律的向同一方向运动，从而避免了炉管弯曲。该裂解炉具有运转周期长、机械性能号和寿命长的优点。

上述可知，对于两程炉管裂解炉，一般采用特殊的炉管结构或者特殊的强化传热元件来实现裂解炉的长周期运行。这样的方式虽然能够延长裂解炉的运转周期，但毕竟有限，只是在原有基础上的有限提高，对于工业生产而言，这样的延长带来的好处并不足够，因此需要寻求新的方式来延长裂解炉的运行周期。

发明内容