毕业设计论文-吉林石化乙烯裂解炉校验

毕业设计论文-吉林石化乙烯裂解炉校验内容摘要：

7）裂解深度函数 考虑到温度和停留时间对裂解深度的影响，有人将裂解温度 T 与停留时间θ按下式关联。 S=Tθ m 式中 m可 采用 或 ； S称为裂解深度函数。 （ 8）动力学裂解深度函数 如果将原料的裂解反应的作为一级反应处理，则原料转化率 X和反应速率常数 k及停留时间θ之间存在如下关系： ∫ kdθ =ln (1/1X) ∫ kdθ可以表示温度分布和停留时间分布对裂解原料转化率或裂解深度的影响，在一定程度可以定量表示裂解深度。 但是， ∫ kdθ不仅是温度和时间分布的函数，同时也是裂解原料性质的函数。 为避开裂解原料性质的影响，将正戊烷裂解所得 ∫ kdθ定义为动力学裂解深度函数（ KSF） . KSF=∫ k5dθ =∫ A5exp(E5/RT)dθ 式中 k5— 正戊烷裂解反应速率常数； A5— 正戊烷裂解反应的频率因子； E5— 正戊烷裂解反应的活化能。 辽宁石油化工大学职业技术学院毕业设计 12 在表 13 的裂解深度各项指标中，科研和设计最常用的有动力学裂解深度函数 KSF 和转化率 X，在生产上最常用的有出口温度 Tout,它们之间最在着一定的关系，可以进行彼此的换算。 表 13 裂解深度的常用指标 裂解深度指数 适用范围 特点 局限 原料转化率 X 轻烃 容易分析测定 对于重馏分油原料由于反应复杂，不易确 定代表组分 甲烷收率 y(C1o) 各种原料 容易分析测定 反应初期甲烷收率低 乙烯对丙烯收率比 y(C2=)/y(C3=) 各种原料 容易分析测定 不宜用于裂解深度极高时 甲烷对丙烯收率比 y(C1o)/y(C3=) 各种原料 容易分析测定，在裂解温度高时，特别灵敏 裂解深度较浅时不敏感 液体产物氢碳原子比 （ H/C） L 较重烃 可作为液相脱氢程度和引起结焦倾向的度量 轻烃裂解，液体产物不多时，用此指标无优点 出口温度 Tout 各种原料 测量容易 不能用于不同炉型和不同操作条件的比较 裂解深度函 数 S 各种原料 计算简单 不能用于停留时间过长情况 动力学裂解深度函数 KSF 各种原料 结合原料性质、温度和停留时间三个因素 不能用于停留时间过长情况 超选择性管式裂解炉（ USC 炉 ） 的简介 早在 20世纪 30年代就开始研究用管式裂解炉高温法裂解石油烃。 20 世纪 40 年代美国首先建立裂解炉裂解乙烯的工业装置。 进入 20世纪 50 年代后，由于石油化工的发展，世界各国竞相研究提高乙烯生产水平的工艺技术，并找到通过高温短停留时间的技术措施可以大幅度提高乙烯收率。 本设计使用的是 USC 炉即超选择性管式裂解炉，下面以斯通 韦伯斯特（ Samp。 W）公司为例进行简单的介绍。 辽宁石油化工大学职业技术学院毕业设计 13 Samp。 W 公司早期大多使用西拉斯裂解炉， 1966 年在西拉斯裂解炉的基础上开发了 USC 型裂解炉（超选择性裂解炉）。 USC 型裂解炉是根据停留时间、裂解温度和烃分压条件的选择，使生成的产品中乙烷等副产品较少，乙烯收率很高而命名的。 Samp。 W 公司的 USC 型裂解炉为单排双辐射立管式裂解炉，辐射盘管为 W型或 U型盘管。 由于采用的炉管管径较小，因而单台裂解炉盘管组数较多（ 16~18 组）。 每 2 组或 4 组辐射盘管配一台 USX 型（套管式）一级废热锅炉，多台 USX 废热锅炉出口裂解气再汇总送入一 台二级废热锅炉。 近期开始采用双程套管式废热锅炉（ SLE） ，将两级废热锅炉合并为一级。 USC 型裂解炉对流段设置在辐射段上部一侧，对流段顶部设置烟道与引风机。 对流段内设置进料和稀释蒸汽、锅炉给水及超高压蒸汽过热等热量回收设施。 大多数 USC 型裂解炉为一个对流段对应一个辐射段，也有两个辐射段对应一个对流段的情况。 当装置燃料全部采用气体燃料时， USC 型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴；如装置需要使用部分液体燃烧时，则采用侧壁烧嘴与底部烧嘴联合布置方案。 底部烧嘴可烧气也可烧油，其热量可占总热负荷的 60%~70%。 由于 USC 型裂解炉辐射盘管为小管径、短管长炉管，胆单管处理能力低，每台裂解炉盘管数较多。 为保证对流段进料能均匀地分配到没跟辐射盘管，在辐射盘管入口设置了文丘里喷管。 Samp。 W 公司从 20 世纪 60 年代后期开发的 USC 型裂解炉采用的炉管构型有 W 型、 U型和 M型，其中 W型与 U 型都是小管径、短管长炉管。 W型炉管相对较长，处理能力较大； U型炉管管长较短，处理能力较小，但裂解选择性较高；近期多采用 U型管。 而 M型炉管则采用较大口径的炉管，此种炉管多采用六程管，其处理能力大，停留时间长，通常用于乙烷、丙烷裂解。 20 世纪 80 年代中期， Samp。 W 公司又推出了新式的 USC 型裂解炉，仍然是“ W”型。 但管径变细，以轻柴油为原料，裂解炉出口温度为 808℃，停留时间为 ，乙烯收率为 %（质），丙烯收率为 %（质）。 20 世纪 80年代末 90 年代初该公司推出了 U型裂解炉，第一程管径为 45mm,第二程为 56mm,每程长 ,停留时间为 ~，乙烯收率进一步提高。 辽宁石油化工大学职业技术学院毕业设计 14 USC 型裂解炉不同炉管的数据比较如表 14所示。 表 14 USC 型裂解炉不同炉管的数据比较 炉型 炉管构型 管内径 /mm 管长 /m 停留时间 /s 第一程 第二程 第三程 第四程 USCW 四程 73 89 USCU 双程 51 — — ~ 35~65 20— 30 ~ USCM 四程 100~125 60— 80 ~ 新型裂解炉与裂解技术 Samp。 W 公司开发了超高温裂解乙烯的陶 瓷炉，裂解温度超过 1000℃，且不宜结焦，实现了超高温裂解。 该炉乙烷制乙烯转化率超过 95%，而传统炉管仅为 65%~70%，对乙烯的选择性高达 %。 Nova 和 IFP 计划采用该陶瓷炉建一套 10kt/a 示范装置。 韩国 LG石油化学公司开发了石脑油催化裂化新工艺，催化剂为特定的金属氧化物，可降低裂解温度 50~100℃，与传统水蒸气裂解新工艺相比，能耗大幅度减少，炉管结焦率下降，并延长了连续运行时间和炉管寿命。 该工艺可大幅度提高烯烃产率，乙烯收率提高 20%，丙烯收率提高 10%，操作成本降低。 LG 公司正在韩国丽川 一套装置上进行试验。 日本化学工业协会与工业技术研究所组织出光石油化学等 5个公司，研究开发成功了一种新的催化剂裂解制乙烯、丙烯技术。 该技术以石脑油为原料，用 2%P 和 10%La 载于 ZSM5分子筛上，在反应温度 650℃，蒸汽 /原料比为 、原料含量 %的条件下，乙烯和丙烯的收率为 61%，乙烯 /丙烯比为 ，该新技术增加了乙烯和丙烯收率 40%~50%，乙烯生产成本大幅度下降，但尚未解决大型反应器催化剂频繁再生困难问辽宁石油化工大学职业技术学院毕业设计 15 题。 针对国内丰富的重油资源，中国洛阳石油化学工程公司开发成功 重油直接裂解制乙烯（ HCC） 技术，并在抚顺石油化工公司进行工业试验。 研究表明，以 100%大庆常压渣油为原料进行催化裂解，使用的催化剂 LCM5显示出良好的活性、选择性和稳定性。 抑制裂解炉结焦技术 裂解炉结焦会降低产物收率，增加能耗，缩短炉管寿命和运行周期。 近年来在抑制结焦技术方面有很多重要进展。 首先，添加结焦抑制剂技术进一步发展， Nove 公司开发的 CCA500 抗垢剂，已在加拿大 Saskatchewan 乙烯装置上完成工业试验。 以已用于美国德州斯维尼和休斯顿的装置上。 还开发了硫化物和磷化物混合的 抑制剂。 Technip 公司也推出裂解炉用新型抗垢剂 CLX 添加剂，目前已在一些乙烷和石脑油裂解炉上应用。 改进裂解炉管表面化学结构可有效抑制催化结焦和高温热结焦的生成，延长运行周期。 它包括表面涂层和预氧化表面处理技术。 Westaim 表面工程产品公司的 Cotalloy 技术采用等离子体和气相沉积工艺使合金和陶瓷相结合，并经过表面热处理后形成涂层。 该公司 1997 年开始在 KBR（ Kellogg Brown amp。 Root）公司裂解炉的一组炉管上采用 Cotallpy 技术。 炉管基材是 35Cr/45Ni，进料为 95%乙烷， 稀释蒸汽比为 ，转化率保持在 70%。 实验 1年后发现，相对而言，该公司没有涂层的炉管压降增加 ，则有涂层的炉管压降平均才增加。 1999 年初，该公司把所有炉管更换为Westaim 炉管，并实验将转化率提高 80%，以便利用结焦率低来提高产量，降低操作费用。 Westaim 公司在埃德蒙顿的大型炉管生产厂已投产，预计对 10 家乙烯生产商的裂解炉技术进行改造。 另一种 Alon 表面技术公司的 Alcroplex 涂层技术也在推广应用之中。 预氧化技术可使炉管表面形成催化活性低的 Cr2O3/SiO2表面，形成抗渗碳的阻 隔层。 Nova化学公司进来开发的 ANK400 抗结焦技术是在非常低的氧化气氛下处理表面，使炉管内壁形成可抑制焦炭生成的纳米尖晶石表面，可使清焦周期延长 10 倍。 辽宁石油化工大学职业技术学院毕业设计 16 最近韩国 SK 公司开发了一种在线原位涂覆系统，在炉管清焦后，于高温下依次注射一些化学添加剂，形成涂覆层，工业试验表明可提高运转周期 1 倍。 综上所述，由于烃类热裂解生产烯烃的技术在整个化学工业中所占有的举足轻重的地位，依次国内外化学工作者对于其新工艺、新设备的研究，新材料的应用，过程的优化配置等诸方面仍给予极大关注，并不断有新的技术出现，这应引起我们的极大 重视。 裂解炉的节能措施 乙烯装置节能效果最明显的区域是在裂解炉区，乙烯生产的能耗很大部分消耗于裂解炉的燃料，而机泵的功耗中，绝大多数是由裂解炉回收的高压蒸汽供给。 通过提高乙烯收率、提高裂解炉热效应，可使乙烯能耗明显下降。 因此，乙烯生产的能耗在很大程度上取决于裂解炉系统的设计和操作。 优化燃料结构 裂解炉在运行中需消耗大量的燃料，其燃料消耗量大约为裂解炉烃进料量得 15%~18%，随原料性质和对流段热量回收方案的不同可能会有一定的变化。 裂解炉以气体作为燃料时，应注意控制如下一些指标。 1）热值 裂解炉通常以装置副产甲烷氢为裂解炉主要气体燃料，其低热值约为34000kj/m3(N)。 根据气体烧嘴的设计，替代燃料气的低热值不宜相差过大。 一般裂解炉在开车阶段均使用 C3或 C4液化气做燃料，副产甲烷合格后再切换为甲烷。 裂解炉烧嘴的设计一般可以适应这种变化。 2）双烯烃 为避免燃料气管线和烧嘴因聚合物堵塞，要求燃料气中双烯烃含量不能过高。 经验表明，未经丁二烯抽屉分离的裂解碳四馏分作为气体燃料使用时，烧嘴易产生结焦堵塞，而未经加氢的裂解 C5 作为气体燃料使用时，堵塞更加严重。 3）硫含量 随着裂解炉热效率的提 高，其排烟温度相应降低，为保证排烟温度不低于酸性气体的露点温度，对燃料（包括气体燃料和液体燃料）的硫含量必须加以控制，否则需要提高对流段材质等级，以避免腐蚀。 当裂解炉温度提高到 %以上时，其排烟温度降至100℃以下，相应要求燃料中硫含量控制在 5ml/m3以下。 辽宁石油化工大学职业技术学院毕业设计 17 提高裂解选择性 对相同裂解原料而言，在相同工艺设计的装置中，乙烯生产能耗随着乙烯收率的提高而相应的降低。 因此，改善裂解的选择性，提高乙烯收率显然是降低乙烯装置能耗的重要因素，由此不仅达到节能的效果，而且相应减少原料油消耗，在降低生产成本方 面起到十分明显的作用。 因此，改善裂解的选择性，提高乙烯的收率一直是乙烯装置重要地课题之一。 在相同工艺技术水平的前提下，乙烯收率主要取决于裂解原料的性质。 不同裂解原料，其综合能耗相差较大。 因此，裂解原料的选择在很大程度上决定乙烯生产的能耗水平。 提高裂解炉的热效率 20 世纪 70 年代初期，裂解炉热效率一般为 86%~87%。 能源危机后，至 20世纪 70年代末期，新设计的裂解炉热效率普遍提高到 92%以上。 近期，裂解炉的热效率大多提高到 93%~94%，对无硫燃料而言，可将裂解炉的热效率提高到 95%以上。 由于热效 率的提高，在相同工艺技术条件下，生产 1t 乙烯的燃料消耗比 20 世纪 70 年代初期降低 10%左右。 为提高裂解炉的热效率，通常采取如下措施： 1）降低裂解炉排烟温度。 在其他条件不变的前提下，裂解炉热效率与排烟温度直接相关。 20 世纪 70 年代初期，裂解炉排烟温度大概控制在 220~230℃，相应的热效率则为 86%~87%。 至 20世纪 70 年代末期，新设计的裂解炉排烟温度降至 130~140℃，相应，裂解炉的效率提高到 92%~93%。 近年来，进一步将排烟温度降至 100℃以下，裂解炉热效率提高到 95%以上。 但是，由于受烟气中酸性 气露点的影响，为防止对流段发生腐蚀，或需提高对流段炉管材质等级，或需对使用的燃料含硫量严格限制。 因此，目前大多数裂解炉设计均将排烟温度控制在 110℃左右，相应裂解热效率维持在 94%的水平。