分析烃类热裂解的操作影响因素ppt课件.ppt

分析烃类热裂解的操作影响因素 裂解温度 停留时间 压力及稀释蒸汽用量 1 一 裂解温度 裂解是吸热反应 需要在高温下才能进行 温度越高对生成乙烯 丙烯越有利 但对烃类分解成碳和氢的副反应 即二次反应反应 也越有利 2 提高反应温度 有利于提高一次反应对二次反应的相对速率 有利于乙烯收率的提高 3 乙烷转化率及乙烯收率的关系 理论上烃类裂解制乙烯的最适宜温度一般在750 900 之间 4 裂解温度 750 生成乙烯的可能较小 750 生成乙烯的可能性较大 750 900 温度愈高 反应的可能性愈大 乙烯的产率愈高 900 生焦生碳反应 5 二 停留时间 停留时间是指裂解原料由进入裂解辐射管到离开裂解辐射管所经过的时间 即反应原料在反应管中停留的时间 停留时间一般用 来表示 单位为秒 6 选择合适的停留时间 如果裂解原料在反应区停留时间太短 大部分原料还来不及反应就离开了反应区 原料的转化率很低 这样就增加了未反应原料的分离 回收的能量消耗 原料在反应区停留时间过长 对促进一次反应是有利的 故转化率较高 但二次反应更有时间充分进行 一次反应生成的乙烯大部分都发生二次反应而消失 乙烯收率反而下降 同时二次反应的进行 生成更多焦和碳 缩短了裂解炉管的运转周期 既浪费了原料 又影响正常的生产进行 7 停留时间对乙烷转化率和乙烯收率的影响 8 停留时间的选择主要取决于裂解温度 当停留时间在适宜的范围内 乙烯的生成量较大 而乙烯的损失较小 即有一个最高的乙烯收率称为峰值收率 1 843 2 816 3 782 不同的裂解温度 所对应的峰值收率不同 温度越高 乙烯的峰值收率越高 相对应的最适宜的停留时间越短 这是因为二次反应主要发生在转化率较高的裂解后期 如控制很短的停留时间 一次反应产物还没来得及发生二次反应就迅速离开了反应区 从而提高了乙烯的收率 9 三 裂解反应的压力 10 1 压力对平衡转化率的影响 C3H8CH4 C2H41体积1体积1体积烃类裂解的一次反应是分子数增加的反应 降低压力对反应平衡向正反应方向移动是有利的 11 降低压力对烃的裂解是有利的 对于反应后气体体积增大的可逆反应 降低压力有利于反应向正方向进行 即有利于提高乙烯的平衡产率 相反 聚合 缩合 生焦等二次反应 都是体积缩小的反应 降低压力可以抑制这些反应的进行 即减轻了生焦的速度 因此 降低压力对烃的裂解是有利的 12 2 稀释剂的降压作用 思考在生产中能不能直接采用减压操作 为什么 怎么办 13 添加惰性稀释剂以降低烃分压 工业上常用的办法是在裂解原料气中添加稀释剂以降低烃分压 而不是降低系统总压 稀释剂可以是惰性气体 例如氮 或水蒸汽 工业上都是用水蒸汽作为稀释剂 14 稀释剂的作用 稀释剂不仅起到降低烃分压的明显作用 而且还可提高管内裂解气体的速度 减少生焦反应的发生 有利于炉管传热和保护炉管的寿命 15 水蒸汽作为稀释剂的优点 1 易于从裂解气中分离水蒸汽在急冷时可以冷凝 很容易就实现了稀释剂与裂解气的分离 2 可以抑制原料中的硫对合金钢管的腐蚀 16 3 可脱除炉管的部分结焦水蒸汽在高温下能与裂解管中沉淀的焦碳发生如下反应 C H2O H2 CO 使固体焦碳生成气体随裂解气离开 延长了炉管运转周期 4 减轻了炉管中铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用水蒸汽对金属表面起一定的氧化作用 使金属表面的铁 镍形成氧化物薄膜 可抑制这些金属对烃类气体分解生碳反应的催化作用 17 5 稳定炉管裂解温度水蒸汽的热容大 水蒸汽升温时耗热较多 稀释水蒸汽的加入 可以起到稳定炉管裂解温度 防止过热 保护炉管的作用 6 降低烃分压的作用明显稀释蒸汽可降低炉管内的烃分压 水的摩尔质量小 同样质量的水蒸汽其分压较大 在总压相同时 烃分压可降低较多 18 水蒸汽的加入量随裂解原料而异 水蒸汽的加入量随裂解原料而异 一般地说 轻质原料裂解时 所需稀释蒸汽量可以降低 随着裂解原料变重 为减少结焦 所需稀释水蒸汽量将增大 注意 实训根据COT调整DS 19 裂解生产要求 原料烃的裂解宜采用高的裂解温度 短的停留时间和较低的烃分压 产生的裂解气要迅速离开反应区 并加以急冷 以获得较高的乙烯产率 生产乙烯和丙烯烃类裂解的基本特点是 高温 快速 急冷 低烃分压 20 总结 烃类裂解的生产原理 烃类的一次裂解反应 烷烃裂解的一次反应 断链反应 Cm nH2 m n 2 CnH2n CmH2m 2 脱氢反应 CnH2n 2 CnH2n H2 环烷烃的断链 开环 反应 2C3H6 C2H4 C4H6 H2 C2H4 C4H8 3 2C4H6 3 2H2 C4H6 C2H6 芳烃的断侧链反应 烯烃的断链反应 C5H10 C3H6 C2H4 21 任务3烃类热裂解的主要设备 裂解条件需要高温 短停留时间 所以裂解反应的设备 必须是一个能够获得相当高温度的裂解炉 裂解原料在裂解炉管内迅速升温并在高温下进行裂解 产生裂解气 22 裂解炉的概念 反应器与加热炉融为一体 称为裂解炉 原料在辐射炉管内流过 管外通过燃料燃烧的高温火焰 产生的烟道气 炉墙辐射加热将热量经辐射管管壁传给管内物料 裂解反应在管内高温下进行 管内无催化剂 也称为石油烃热裂解 同时为降低烃分压 目前大多采用加入稀释蒸汽 故也称为蒸汽裂解技术 23 24 裂解炉的工作原理 裂解炉的工作原理是裂解原料首先进入裂解炉的对流室升温 到一定温度后与稀释剂混合继续升温 到600 650 然后通过挡板进入裂解炉的辐射室继续升温到反应温度 800 850 并发生裂解反应 最后高温裂解产物通过急冷换热器将温后 到后续分馏塔 25 26 一 管式炉的基本结构和炉型 管式炉炉型结构简单 操作容易 便于控制和能连续生产 乙烯 丙烯收率较高 动力消耗少 热效率高 裂解气和烟道气的余热大部分可以回收 27 一 管式炉的基本结构 包括对流段 或称对流室 和辐射段 或称辐射室 组成的炉体 炉体内适当布置的由耐高温合金钢制成的炉管 燃料燃烧器等三个主要部分 28 裂解炉基本结构 l 辐射段 2 垂直辐射管 3 侧壁燃烧器 4 底部燃烧器 5 对流段 6 对流管 29 1 炉体 由两部分组成 即对流段和辐射段 裂解炉管垂直放置在辐射室中央 为放置炉管 还有一些附件如管架 吊钩等 30 2 炉管 对流管 辐射管 炉管前一部分安置在对流段的称为对流管 对流管内物料被管外的高温烟道气以对流方式进行加热并气化 达到裂解反应温度后进入辐射管 故对流管又称为预热管 炉管后一部分安置在辐射段的称为辐射管 通过燃料燃烧的高温火焰 产生的烟道气 炉墙辐射加热将热量经辐射管管壁传给物料 裂解反应在该管内进行 故辐射管又称为反应管 31 炉管工艺流程 在管式炉运行时 裂解原料的流向是先进入对流