烃类管式炉裂解制乙稀-第一章烃类热裂解

1、第一章 烃类热裂解第二节 烃类管式炉裂解制乙稀特点：强吸热反应；高温；低烃分压 短停留时间供热方式：间接供热管式炉裂解 直接供热蓄热炉裂解 砂子炉裂解一 烃类原料对裂解结果的影响问题1：烃类的四个指标是什么？（一） 原料烃：1 族组成（PONA值）定义：是指原料中所含各族烃的质量百分比。P烷族烃 N环烷族烃O稀族烃 A芳香族烃在管式裂解炉的裂解条件下，原料愈轻，乙稀收率愈高。随着烃分子量增大，N+A含量增加，乙稀收率下降，液态裂解产物收率逐渐增加。2 原料含氢量：定义：是指原料烃分子中氢原子的质量百分比；不包含溶解的H2。相同碳原子时，含氢量： 烷烃 > 环烷烃 > 芳烃含氢量高的

2、原料，裂解深度可深一些，产物中乙稀收率也高。表1-9各种烃和焦的含氢量物 质 分 子 式含氢量，w %甲 烷乙 烷丙 烷丁 烷烷 烃CH4C2H6C3H8C4H10CnH2n+2252018.217.2(n+1)/(7*n+1)*100环戊烷环己烷C5H10C6H1214.2614.26苯甲苯萘蒽C6H6C7H8C10H8C14H107.78.76.255.62焦碳CaHbCn0.30.10对重质烃的裂解，按目前技术水平，原料含氢量控制在大于13%（质量），气态产物的含氢量控制在18%（质量），液态产物含氢量控制在稍高于78%（质量）为宜。因为液态产物含氢量低于78%（质量）时，就易结焦，堵塞

3、炉管和急冷换热设备。3 芳烃指数（BMCI）：定义：BMCI=48640/Tv+473.7*d456.8 Tv=(T10+T30+T50+T70+T90)/5 基准：nC6H14的BMCI=0 的BMCI=100当BMCI<35时，才能做裂解原料。4 特性因子K：K=1.216（T立/d15.6度）(1/3)T立=0.1t10(1/3)+0.2t30(1/3)+0.2t50(1/3)+0.2t70(1/3)+0.2t90(1/3)+0.1t100(1/3)3小结：原料烃参数对裂解结果的影响：（1）当PONA增大，乙烯收率增大；（2）当氢含量增大，乙烯收率增大；（3）当BMCI减小，乙烯收

4、率增大；（4）当K增大，乙烯收率增大。几种原料裂解结果比较可知，原料不同，裂解产物组成不同，裂解条件不同。表1-12生产1吨乙烯所需原料及连副产物量指 标 乙烷 丙烷石脑油轻柴油需原料量, t1. 302. 383. 183. 79链产品，t0. 29951. 382. 602. 79其中，丙烯，t0. 03740. 3860. 470. 538丁二烯，t0. 01760. 0750. 1190. 148B、T、X*0. 0950. 490. 50*B、T、X为苯、甲苯、二甲苯。二 操作条件对裂解结果的影响：问题2：转化率，选择性，收率的基本概念是什么，它们之间有何关系？（一） 常用指标：1

5、转化率X： 参加反应的原料量 X= *100%通入反应器的原料量例13.2 选择性S：实际所得的目的产物的量 *100%S=按反应掉原料计算应得的目的产物量 转化为目的产物的原料量=*100%反应掉的原料量 例143 收率和质量收率：转化为目的产物的原料量收率=X*S通入反应器的原料质量实际所得目的产物质量质量收率=*100%通入反应器的原料质量X：单程转化率，总转化率Y：单程收率， 总收率例：1000kg乙烷裂解，单程转化率为60%，乙烯产量464kg，分离出来未反应乙烷循环裂解，求总转化率？解：思路：原料加上回流的物料，一起去裂解、分离，一部分是产物，一部分回流。单程收率：（464/28）

6、/（1000/30）*100%=49.5%总收率:（464/28）/（600/30）*100%=82.9%总质量收率： （464/600）*100%=77.3%追求单程效率的提高。环境友好化工与上述三个指标的关系。三废零排放：CH2=CH2+Cl2+H2O>HOCH2CH2ClHOCH2CH2Cl+Ca(OH)2>C2O追求：“可持续发展的工艺路线”、“最大经济效益”问题3：裂解温度对烃类转化率有何影响？（二） 裂解温度的影响：温度对产物分布的影响：1 影响一次反应的产物分布。2 影响一次反应与二次反应的竞争。I温度升高，有利于乙烯，丙烯的收率升高。II热力学，动力学的综合分析：乙

7、烷裂解：C2H6> C2H4+H2（K11） C2H4> C2H2+H2(K12) C2H2> 2C+H2(K13)表1-14 乙烷分解生碳过程各反应的平衡常数温度， kp1 kp2kp3*827927 1027 1127 1227 1. 675 6. 234 18. 89 48. 86111. 980. 014950. 080530. 33501. 1343. 2486556000086620001570000344600103200G =RTlnpT升高，KP1升高，KP2升高，KP1/ KP2降低。KP3降低>> KP1,KP2 动力学分析：r=k*C k=

8、A*e(-E/RT)图1-7由图知：T增加，k1/k2增加，同时停留时间降低，乙烯收率上升。问题4：什么叫停留时间？停留时间与裂解温度对裂解产物分布有何影响？（三） 停留时间的影响定义：物料从反应开始到达某一转化率时在反应器内经历的反应时间。特点：非等温，非等容1 平均停留时间：近似式：VR/(*V原料)=t (V原料是平均值)表现停留时间：t= VR/V原 (V原是烃+水蒸气)2 停留时间对裂解结果的影响tm最佳停留时间条件：原料一定，温度一定。最佳停留时间时产品收率最大。3 温度停留时间效应表1-15 温度停留时间效应对石脑油产物分布关系出口温度，度78880081683783787189

9、9927停留时间，S1. 20. 650. 350. 1产物分布，w%CH4C2H4C3H6C4H6C5CH4/C2H4C2H4+C3H6+C4H615. 623. 013. 6 2. 232. 80.67838. 816. 625. 912. 7 3. 829. 70.64142. 416. 829. 312. 2 4. 227. 80.57545. 716. 733. 311. 7 4. 823. 00.50149. 8T增大，t减小，则乙烯收率增大，乙炔减小。总收率效益增大，乙烯，乙炔，丁二烯总量增大。问题5：压力对裂解反应有什么影响？为什么要采用加入稀释剂的办法来实现减压目的？水蒸气作

10、为稀释剂有什么优点？（四） 烃分压和稀释剂的影响：定义：烃分压是指进入管式炉管物料中，气态的碳氢化合物分压。1烃分压对化学平衡的影响：A>B+CKP=PB*PC/PA=(XB*XC/XA)*P(B+C-A)=(nB* nC/ nA)*(P/ni)V其中XB=nB/ni V=B+C-AV>0,P降低，则PV降低。KP不变，则XB*XC/XA增加。可降低压强至1atm进行操作加稀释剂：A+D>B+C+DKP=(XB*XC*XD)/(XA*XD)*PV=(nB* nC* nD)/(nA* nD)* (P/ni)V稀释剂可用N2，H2O，因为：1 热容量大（指H2O）；2 与产物易分

11、离；3 与产物不起反应；4 H2O还可以保护裂解炉管；5 H2O还有清焦作用。表1-16 不同裂解原料的水蒸气烯释比（管式炉裂解）裂解原料原料含氢量，W%结焦难易程度烯释比:水蒸气/烃，kg/kg乙烷丙烷 石脑油 轻柴油原油 20 18. 5 14. 1613. 613. 0 较不易 较不易较易很易极易0. 250.40. 30. 50. 50. 80.751. 03. 55. 0表1-17 水蒸气烯释比对公用工程的影响 项 目烯释比:水蒸气/烃，kg/kg 0. 6 1. 2燃料高压水蒸气冷却水回收热量 100 100 100 100 116 125 170 135问题6：什么叫动力学裂解深

12、度含数？为什么要用正戊烷作为衡量石脑油裂解深度的当量组分？（五） 动力学裂解深度KSF1 引出：石脑油，正戊烷作裂解的当量组分。2 定义式：KSF是综合考虑了原料性质，停留时间和裂解温度三方面的效应所定义的一个函数作为裂解原料裂解深度的指标。d(KSF)=k5dt 等温：KSF=k5*t（1） 正戊烷在石脑油等油品中总是存在的。（2） 正戊烷在裂解过程中只减小，不增加。（3） 正戊烷易分析。KSF与转化率的关联：Y=dC戊烷/dt=k5*C积分可得：ln(C0/C)=k5*tC=C0*(1-)/Ln/(1-)= k5*t=KSF三个区域：KSF=01 浅度裂解区 KSF=12.3 中度裂解区

13、KSF>2.3 深度裂解区KSF=3.54时,乙烯收率增加,丙烯收率减少,乙烯和丙烯总收率增加问题7：为了提高烯烃收率，烃类热裂解反应条件应如何控制？原料适合,温度高,低的烃分压,短的停留时间,这四的条件对提高乙烯收率有帮助.三.裂解炉裂解工艺流程:问题8：SRT型裂解炉具有哪些特点？表1-18 SRT型炉管排布及工艺参数炉型SRT-ISRT-II(HC)SRT-III炉管尺寸，外径（内径）mm1271P: 89(63)2P:114(95)3-6P:168(152)1P:89(64)2P:114(89)3-4P:178(146)炉管长度，m/组73.260.648.8炉管材质HK-40(

14、Cr25Ni20)HK-40HP-40(Cr25Ni35)适用原料乙烷-石脑油乙烷-轻柴油乙烷-减压柴油管壁温度，度（初期-末期）945-1040980-10401015-1100每台炉管组数444对流段换热管组数334停留时间，s0.6-0.70.4750.431-0.37乙烯收率，%（w）27（石脑油）23（轻柴油）23.25-24.5（轻柴油）炉子热效率，%8787-9192-93.5表中1.P-程。炉管内物料走向，一个方向为1程，如3P指第3程。2.HC-代表高生产能力炉。(一) 管式炉1. 鲁姆斯炉;(1) 特点:I.门型炉 II.双种加热方式III.炉管立式IV.炉管为变经管,1程

15、4根,2程2根,3,4程各1根 V.余热利用VI.裂解气急冷(2) 变经管降低压降原因分析:PL/P1.252. 毫秒炉：停留时间40毫秒3. 多区域炉4. 倒梯台炉5. 超选择性炉6. 正梯台炉 问题9：为什么要对裂解气进行急冷？急冷方式有哪些？（二）裂解气急冷与急冷换热器表1-21 裂解气露点原 料 裂解气露点 （摄氏度）要求出口温度，摄氏度炼厂气轻 油轻柴油297347 417447 347 347447 4475471 冷目的：终止反应2 急冷方法：间接法，直接法3 两个指标：（1）停留时间尽量短：40毫秒（2）裂解气出口温度高于冷凝温度问题10：管式炉炉管结焦现象有哪些？如何进行清焦？（三）结焦与清焦1 结焦现象：（1） 炉管进出口压差增大（2） 燃料量增大（3） 裂解气中乙烯含量降低2 清焦：停炉清焦>测出口CO2<0.2% 交替清焦3 加结焦抑制剂：含硫化合物（四）流程问题11：管式炉裂解的优点有哪些？（五） 管式炉的优缺点P58。1.优点：炉型结构简单，操作容易，便于控制，能连续生产，乙烯、丙烯收率较高，产物浓度高，动力消耗小