乙烯的生产及重要作用资料.精讲

乙烯装置裂解技术进展及国产化进程王子宗，什么连根(中国石化工程建设有限公司，北京)摘要：简述了蒸汽分解技术的发展过程、发展方向及当前现状。介绍了目前裂解技术在辐射管相关技术、节能和环境保护相关技术、大规模、裂解炉改造、先进控制和优化中的主要发展过程，并说明了哪些技术工作良好，哪些技术仍然存在问题。简要回顾了中国北方炉(CBL)裂解技术的开发过程，探讨了工艺国产化、设备国产化、工程设计国产化、大型化的情况。介绍了裂解炉的CBL裂解炉节能改造、天津和镇海1000 kt/a乙烯装置的工业应用、150 CBL- kt/a裂解炉的工业应用以及200 kt/a裂解炉的开发现状。最后指出，蒸汽分解技术突破性进展中存在的瓶颈在于防止结焦，CBL技术发展了30年，最终在进入国际市场的过程中，每一步都总结了解决的问题。介绍了CBL裂解技术的特点，指出了比国外技术的优势。关键字：蒸汽分解；分解炉；分解炉。北路；北路。国产化石油化学工业的大部分生产设备以烯烃和芳烃为基础。其总量约占石油化工生产中消耗的原料的四分之三。用碳氢蒸气制造乙烯的技术主要是碳氢蒸气分解，乙烯工厂生产多种烯烃和芳烃1。到2012年，全球乙烯产量约为1.5亿吨，中国乙烯年生产能力为1616.5万吨，生产了32套乙烯工厂，居世界第二位。中国石化集团公司(以下简称“中国”)拥有18套乙烯工厂，乙烯生产能力达947.5万吨，其中合资企业有4套，乙烯生产能力达368万吨2；中国石油天然气集团公司拥有乙烯产能达511万吨3的乙烯工厂11套。最近，也有一些乙烯、丙烯、重油或渣油催化裂化生产以及甲醇和烯烃的生产，但以碳氢化合物蒸汽分解为主导。因此，乙烯厂是石油化工厂的龙头。乙烯生产专利技术具有复杂的工艺流程，半个世纪以来一直被美国Lummus、SW、KBR、德国Linde和法国Technip的五大专利企业垄断，典型的生产工艺包括顺序分离技术路径(包括顺序“渐近”分离技术路径)、全脱丙烷分离技术路径和全脱乙烷分离技术路径，各有分解技术原中国石化总公司从成立初期开始，将乙烯裂解技术开发确定为重点科技开发项目，从1984年开始组织中国石化乙烯裂解技术研发工作，1988年启动第一台北工业试验用裂解炉1。中国石化工程建设有限公司(SEI)、北京化学研究所和南京工业炉所代表的研究开发单位，经过近30年的持续研发，实现了碳氢蒸汽裂解工艺技术、工程设计技术和设备的国产化，在国内得到了广泛应用，进军了国外。1裂解技术进展乙烯裂解炉在乙烯工厂中具有特殊地位，成为乙烯工厂的领导者，是乙烯工厂的核心及核心工艺专利设备。在乙烯工厂，裂解炉的综合能源消耗约占乙烯工厂综合能源消耗的50%至60%。裂解炉的投资根据裂解原料约占整个乙烯厂投资的1/4 1/3 8-9。因此裂解技术的进步对乙烯技术的发展起着决定性的作用。中国乙烯工厂规模为20世纪60、70年代的乙烯100-300 kt/a，70、80年代的乙烯300-600 kt/a，80、90年代的乙烯600-800 kt/a，以及目前的1000 kt/a以上。为了适应乙烯装置规模扩大的需要，裂解炉的单炉容量也在相应地扩大。乙烯裂解技术的发展主要集中在热分解选择性增强原料消耗减少、能源消耗减少、污染物排放减少、大型化、低投资等方面。1.1海外裂解炉类型现状碳氢化合物通过蒸汽分解乙烯的反应过程发生在裂解炉的辐射段管上，裂解选择性的增加主要归功于辐射段管配置的改进，各种炉型的开发直接关系到辐射管的改进。第一阶段是在20世纪60年代初期长期停留，少量水平布局管从60年代后期开始采用垂直排列的辐射段管。第二阶段的特点是从70年代开始采用4 6程分支管，将停留时间缩短到0.4 0.6s；第三阶段的特点是，采用80年代的双向或单向管，将停留时间提高到0.2 s左右或以下，提高乙烯、丙烯的选择性。一般趋势是炉管结构实现了裂解反应所需的高选择性：反应温度提高；碳氢化合物在管内的停留时间短。碳氢化合物分割低。总效果是以石脑油为原料，乙烯收率达到28% 33% 1，8。商业化分解炉类型的现状总结如下1，4-7，10。(1)美国卢米斯公司美国卢穆斯公司开发的SRT型分解炉的特点是停留时间短、热强度高、碳氢分压低的分叉变径管。1994年推出以4-1型二元管为特征的SRT-型高炉后，21世纪初推出了SRT-X型炉(辐射管沿现有辐射段从炉长布局改为该纵向)，随后又推出了SRT-型(8-1)双炉分解炉，进一步缩短了停留时间，采用了整体地板加热。最近的气体原料是SRT- (4-2-1-1-1-1-1)型或SRT- (4-2-1-1)型炉(停留时间0.4 s左右)，液体原料为SRT-、SRT-型二重管(停留时间0.2 s左右)、急冷锅炉为浴缸、快速急冷等一级多管束锅炉。加热是由地板和侧壁结合而成，最近还使用了地板加热或综合加热(地板燃烧器附近安装了燃烧器)。Srt-型、SRT-型双轮管的底部与锥形收集器的牢固连接连接，特点是管容易弯曲。管结构和每个4-1或8-1管的处理能力很大，不能连接到线性锅炉，只能连接到大型锅炉。(2)美国Stone Webster(SW)公司SW公司管子开裂的主要特征是没有分支减少管的超选择套管(USC)、双炉结构、气体原料的w和m(停留时间0.30.6 s)、液体原料的u型管子(停留时间0.2 s左右)急冷锅炉是线性的，煤气原料也是二次，加热是第一期王子品种等：乙烯装置裂解技术进步及国产化过程第三层占主导地位。u型双向管底部的特点是大肘的灵活连接，使管不易弯曲。由于管处理少，通常连接到线性锅炉。(3)美国凯洛格布朗根(KBr)公司美国凯洛格公司从20世纪70年代开始研究毫秒分解炉，20世纪80年代在其设计中广泛使用的乙烯工厂。单程管，以停留时间0.050.1 s为特点。烯烃收率高4% 8%。美国keleger和bronrod合并了KBR公司，与ExxonMobil签订了合同，销售了Exxon mobo的LRT裂解炉(停留时间超过0.1 s)，更名为选择性裂解(SC)。炉型主要以单炉双单行辐射管结构为主，以煤气和液体原料的SC-1(单程管)为主。急冷锅冷以线为主，石脑油，煤气原料也以二次急冷，供暖以全地板供暖为主要。其特点是管停留时间短，烯烃的产率高。乙烷原料的单程乙烯产量可达58%，石脑油原料的单程乙烯产量可达35%。(4)德国Linde公司Linde与Selas合作开发LSCC类型(Linde-Selas-Combined Coil)，目前Pyrocrack型(以气体原料为基础的pyro crack 4-2(2-2-2-1-1-1-1)型，停留时间为0.5 s左右)，pyro crack 2-2-2Linde设计了采用双辐射段、单对流段结构的分解炉。裂解气急冷锅炉以前是急冷锅炉，现在都采用线性急冷锅炉。采用的供暖方案约占侧壁的40%，底部约占60%。2-1管的底部连接以对称大弯头的灵活连接为特征这根管子不容易弯曲。(5)法国Technip公司Technip于21世纪初收购了荷兰国际动态技术公司(KTI)。KTI从70年代开始开发了Gradient Kinetic Furnace。GK型裂解炉使用单辐射段、单对流段结构，而超大型裂解炉使用双辐射段单对流段结构。对于气体原料，请使用SMK型4正(1-1-1-1-1)管(停留时间0.3至0.6s)；对于液体原料，请使用GK-型(1-1) 2正管(停留时间0.2 s左右)热解气体冷却，SMK气体分解炉的二次淬火，一次淬火锅炉为套管形式，最近设计的GK-型高炉为线性淬火或二次淬火。加热由地板和侧壁共同加热。侧壁燃烧器除了使用无壁火焰燃烧器外，采用与底部燃烧器类似的最新结构，火焰垂直上升，仅采用侧壁燃烧器的一排。Gk-型加热炉具有双排结构，减小了炉尺寸，但由于热量不均，管子容易弯曲，这是其特点。总之，除了KBR公司的单程管外，其他公司以双向管为主。单向管烯烃产率高，但工作周期短。以二元管为例，存在SRT-型、SRT-型管和GK-型管容易弯曲的差异。1.2裂解装置技术进展乙烯工厂的裂解炉由对流区、辐射段(包括辐射管和燃烧器)和淬火锅炉系统三部分组成。热解反应发生在辐射段管中生成乙烯和丙烯等。对流区回收高温烟气的余热，从气化及过热原料加热到反应所需的交叉温度，同时预热锅炉供水和超高压蒸汽。急冷锅炉系统的作用是结束热解二次反应，回收热解气体的高温热，产生超高压蒸汽。总的来说，到目前为止，蒸汽裂解技术还没有突破性的发展，软件提出陶瓷管裂解炉，但仍未产业化。但是，提高裂解性能的单元技术中仍有不少新技术或产品出现。热分解装置技术的进展以传热、传质、流体流动、反应等三大部分为中心，满足以下几个要求“四低”要求，低能耗，低物质消耗，低污染物排放，低维护；与乙烯工厂大型化相关的“5高”要求，能力高，原料适应性高，自动化水平高，可靠性高，在线率高。为了满足上述要求，裂解技术的发展主要在以下方面。1.2.1辐射管相关技术进展(1)散热器管机设计最近，对于液体原料的热分解，目前使用了很多双向或单向管，气体原料主要使用多向管。细管规划的进度主要在细管阵列和底端连接型式中。SW在文献11中提出了入口管和出口管交替排列的类型(单行)，以使管均匀散热。在文献12中，Linde建议单行排列，以便在管底端使用对称弯头连接组合来消除管应力。在文献13-15中，用入口与出口管道平面对称的三条线布置了管子。Technip在文献13中提出的结构是为了克服GK-6双排布局管的缺点。卢穆斯公司在文献16中提出了管阵。垂直于裂解炉的轴(传统管沿炉轴排列)，但没有产业化。Exxon化学专利在文献174化工进步(2014年第33卷)中，提出了在炉内对称排列裂解炉轴的平行双列单管阵列。从技术上说，单行排列更有利于裂解的工艺性能，多行排列可以减少炉的大小，从而节省部分投资，但即使造成工艺性能上的损失，也没有这样的好处。(2)新型管材料为了实现高选择性，必须缩短停留时间，提高分解温度，因此，由于分解，启动周期和放射管的寿命受到限制，出现了解决这种问题的新的管材料。新合金材料。凯洛格公司开发的关于管HR160的文献18报道说，这是能有效减少结焦的Ni-Co-Cr-Si合金。文献19-20介绍了为经受1150 的高温，在35Cr45Ni合金中添加了铌、钛、稀土元素，这是加拿大west can表面工程产品公司。文献21介绍说，德国施密特克莱门斯新开发了添加铝和微量元铌的妮基中央ht e合金，具有稳定的Al2O3高密度层，能经受1150以上的高温，降低焦化速度。铁基抗热氧化扩散的强化(ODS)合金8，20-21是由JGC公司和SpeciAl MetAls公司共同研发的、没有Ni、al和Cr含量高的铁基合金。高蠕变强度(HP合金的2 3倍)和高耐蚀性，用这种合金制作的裂解炉管耐1300 ，在当前条件下，延长乙烯裂解炉的运行周期，提高产能，可以在高分解深度下运行，不会产生不利影响。用陶瓷管代替金属管。陶瓷管不仅能承受更高的温度，还克服了金属管含有镍促进结焦的缺点，抑制了在裂解温度高的情况下运行，形成催化剂结焦的物质生成。因此，比一般分解炉的转化率高20%以上，分解炉的运行周期大幅延长。软件公司正在研究陶瓷分解炉22-23(LPH破解技术)。使用该技术的气体原料分解炉的单炉容量达到700 kt/a。IFP和Gaz de France开发了6，21作为工艺温度超过1000 ，乙烷转化