[发明专利]烃类热裂解设备

说明书

本发明是关于烃类热裂解设备的改进，裂解过程可以产生含有烯烃的裂解产物，如乙烯和丙烯。更确切地说，本发明是关于烃类热裂解的设备，在这种设备中，热裂解物质加热至最高温度的那部分采用了一种改进了的列管。

在目前采用的设备中，脂族饱和烃（以下简称烃类）如乙烷、石脑油等与蒸汽混合，所得的混合物被加热至高温，以便有效地进行热裂解，从而生产出一种含有乙烯、丙烯和/或含有四个或更多碳原子的其它烯烃（以下简称为烯烃）的热裂解产物。这种设备被大规模地用来完成烃类的热裂化作用，烃的热裂化作用是生产诸如乙烯、丙烯、丁二烯等烯烃的过程中的第一步骤，这些烯烃是生产各种化学产品的有用的原料。

烃类的热裂解过程，可采用下面的方法来完成：上述的混合物以较高的速度流过以并联流动方式连接起来的一组反应管（这股流体以下简称为反应流）。当该反应液抵达反应管的出口时，被反应管外燃烧燃料所产生的热力加热至800-950℃。用作此用途的每根反应管都由一根预热管和一根裂解管组成。预热管安装在该设备中的对流加热区内，预热管中的反应流被燃烧燃料所产生的废气预热至450-550℃。裂解管安装在该设备中的辐射加热区内，在裂解管内，预热的反应流被燃烧燃料所产生的辐射热进一步加热至800-950℃。裂解管的直径和长度可随不同的热裂设备的设计而变动。可并联地使用适当数目的裂解管，每根管的内径为25-200毫米，长度为8-100米。反应流在进料温度下进入各根反应管内，先在预热管内慢慢地加热至450-550℃，然后，被引入到裂解管内，在此，反应流被进一步地加热慢慢升温，最后达到在800-950℃之间的最高温度。然后，该反应流从裂解管中流出，成为一种热裂化产物，该产物可再流至接着的处理步骤中。

在上述的加热过程中，必须供应大量的热量给反应流，特别在裂解管的加热阶段中，须要快速地供应大量的热力，以使反应流达到所要求的高的热裂解温度，并可提供大量的热量，使得烃类的热裂过程可在很短的时间内产生，例如在短至1秒钟的时间内产生相应地，裂解管的每一单位面积的内部表面必须能获得极大的热量，因此，裂解管的壁温通常要比流经裂解管的反应流的温度至少高100℃，所以，在裂解管的出口附近，裂解管本身的温度可达1000℃或更高一些。在预热管内，由于内部温度较低，烃类只有轻度的热裂解，因此在选择制造预热管的材料时，不会产生实质的问题。然而在裂解管中，该反应流必须加热至800-950℃，因此，裂解管必须加热到比上述温度更高的温度。

烃的热裂化作用在裂解管中，烃类发生强烈的热裂解作用，其结果是一部分烃热裂解所形成的碳慢慢地沉积于裂解管的内表面上，因而阻碍了由裂解管至反应流的热量传递。因此，随着沉积的碳量的增加，裂解管的温度不得不逐渐增加，直至增到该管的耐热温度限度为止，这样才能使反应流的温度维持在所需的水平上。

虽然最好是让裂解设备连续不断地运转，但是为了清除裂解管中碳的沉积物，就不得不经常中断操作。在高温时，沉积了的碳分散于或渗入裂管的材料的显微结构内（这现象被称为粘固作用或渗碳作用），因而使制造裂解管的材料变坏。

要克服渗碳作用，必须采用一种含有大量的镍的材料来制造管子。为克服碳的沉淀及渗碳作用，在先有技术中采用了一种用奥氏体耐热离心浇铸管作为裂解管，其成分包括（以重量计算）0.01-0.6%的碳、0.1-2.5%的硅、0.1-2.0%的锰、20-30%的铬、18-40%的镍、0.01-0.15%的氮，剩余的可以单独是铁或是铁加上至少一种纵钼、钨和铌中挑选出来的附加元素，这种附加元素代替了一部分铁，其含量在0.1-5.0%之间。使用这种管，要经常进行除焦操作、每当裂解管温度由于沉积于裂解管内表面的碳增厚而须增加至某一个预定的温度时（通常每隔30至120日发生），便须使设备暂时停止运转，并只让蒸汽或空气或其混合物流过该裂解管，使沉积的碳气化，从而除去。