乙烯裂解工艺与原料

综述乙烯工业2007,19(3) 1-3ETHYLENE INDUSTRY乙烯裂解工艺与原料李玉民(中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司烯烃厂,辽宁辽阳111003)摘要:目前乙烯工业的发展与原料供应紧张的矛盾日益突出,原料在现阶段制约了乙烯工业的扩大与发展。如何应用现有原料最大限度地提高乙烯收率是目前极为现实的课题。文中就裂解原料优化及裂解工艺的技术改进进行了论述。关键词:蒸汽裂解;裂解炉;原料随着裂解原料向多样化、重质化方向发展,裂关,一般来讲,正构烷烃裂解乙烯收率最高,环烷解原料就不可能同以往一样以单一品种为主。由居中,而芳烃最差。芳烃在裂解过程中在辐射炉于裂解炉的生产受裂解原料的影响极大,因而,各管内及急冷锅炉中结焦趋势又较上述二种烃类严乙烯化工厂在不改造裂解炉的前提下,如何优化重,直接影响裂解炉的运行周期，同时也影响三烯裂解原料资源配制及尽最大可能提高裂解炉的生总收率。因此,优化裂解原料应是原料族组成的产潜力是各乙烯装置面临的主要问题。如在辐射优化。从现代裂解炉的裂解工艺发展现状来看，炉管材质允许的前提下,最大限度的把裂解反应裂解工艺技术的发展可完全适应原料变重的要温度提高,以提高两烯收率。乙烯装置能否满负求。如CBL- IV型炉就可以加工加氢尾油干点到荷运行,维持在较高的开工水平,应首先从裂解炉550C。但对于重质原料来说,其芳烃指数BMCI优化运行抓起。解决此问题的关键是如何延长裂值应尽量控制低- -点,因为BMCI值越低其原料中解炉的运行周期,也是各乙烯厂、设计和科研部门芳烃含量就越少,相应的正构烷烃含量就越高,乙正在研究解决的课题。烯收率也就越高。CBL- IV型炉加工用的加氢尾油见表1。1裂解原料优化配制及裂解工艺的技术改进表1 CBL- N型炉加工加氧尾油工况优化裂解原料及改进裂解工艺技术的主要目项目1999-09-17设计值的是为了获得较高的乙烯收率,同时使裂解炉具相对密度D唱80.845 60.8395馏程/C有较长的运行周期,其最终目的是为了获得良好342.8305.050g%433.1412.0的经济效益。495.5457.0546.8475.01.1优化裂解原料资源配置BMCI值12.21原料对于乙烯裂解来说,其占乙烯生产成本稀释比裂解温度/C0.792 90.800 0816826的70%左右。目前,我国各乙烯厂裂解原料总的乙烯收率(w), %29.4726.50趋势是向多元化发展。扩大深度加工多产化工用丙烯收率(w),%15.8515.81丁烯收率(w),%6.24 .6.48油，以拓宽裂解用原料,如加氢尾油等。因此,无三烯总收率(w).%51.56论是改造原有的裂解炉还是新建裂解炉都必须以注:CRI- NV删馆T艺标定时加氦尿油性盾。中国煤化工原料的多样化和重质化为前提确定其工艺路线。牧YHCNMHG另外无论裂解用料轻与重,首先应优化原料的族作者简介:李玉民(1934-),男,高级工程师。一直从事乙烯组成。因蒸汽裂解的乙烯收率和原料的族组成有生产与管理工作。参与了CBL- I、H .IV型裂解炉的开发。乙烯工业第19卷因此,对于我国目前的乙烯原料现状,应从炼表2 CBL 型炉加工"轻、重"原料运行标定结果油工艺人手,生产改质的裂解用料。无论“轻、中、项目1999-09-06 999-9-13油品石脑油加氢尾油重",只要是族组成符合裂解工艺要求均可作为裂投油量/(kg*h-I)28 71527 75022 003解原料。应提倡能化工用决不做燃料,而燃料决稀释蒸汽量/(hgh~I)14 329水/油比0.499 00.792 9不化工的原则来配置裂解用原料。负荷(w),%100.7100.51.2裂解炉对流段 与辐射段工艺完善裂解温度/C41816裂解炉对流段最早以加工轻质油品为主一产品收率(w),%氢气1.210.65石脑油及轻柴油，配汽工艺采用- -次配汽。由于乙烯31.3729.47丙烯15.93 .15.85加工原料变重,一次配汽已不适合原料在对流段丁二烯5.165.31预热的工艺,为避免物料在对流段管内结焦,而选产气率80.6273.46择了二次配汽工艺。众所周知,蒸汽在乙烯裂解1.3 急冷工艺选择过程中在辐射炉管内起- -种惰性物质的作用,可我国从20世纪70年代初期由外国引进的乙以延缓并减少烯烃类物质的聚合-缩合反应,也烯裂解工艺,全部是以加工石脑油和轻柴油为主。可以消耗在辐射炉管中已形成的一部分焦炭,即其急冷工艺均采用间接式- -级急冷工艺,以双套赤热的焦碳与蒸汽发生水煤气反应。管式施密特急冷锅炉为主,同时伴随直接式油急冷工艺。90 年代初为尽量多回收一部分低位能热C+ H20-→CO2+ H2量和更有效的抑制裂解气在高温段的二次反应发C+H20一→C0 +H2生,技术人员开发并设计了二次急冷工艺,同样伴为使油和蒸汽在对流段进行充分混合,技术有直接式油急冷工艺。人员在CBL型炉中设计出- -种 特殊结构形式的混该新型急冷工艺的特点是:第- - 级采用大口合器,即第1和第2混合器,使其既能加工轻质油径的套管式冷却器,并直接与辐射管出口相连,因品又能加工加氢尾油,并可以随时根据原料的变此裂解气从高温区辐射管出来后立即进入急冷化更换工艺,不停工进行原料切换。区。此急冷方式优于裂解气经集合管输送进入急裂解炉的辐射段,目前主要从炉管的结构形冷区方式,可减少烯烃损失,而被冷却至500 C左式停留时间及最高可耐热温度等方面进行技术右的裂解气再次进入列管式二级急冷器二次急改进。辐射炉管的发展趋势是向高温短停留时间冷。图1为CBL- IV型炉采用二级急冷工艺工况下，发展,S/V增大。因此,辐射炉管的传热效果有明裂解气在各级急冷器冷却后出口温度变化曲线。显的改善。同时,由于加工原料变重,生产过程结600p焦趋势加大,并且辐射段炉管温度运行末期明显so -提高,通常约1100 C,所以辐射段炉管材质应适。500f应新的裂解工艺要求,即提高炉管的耐高温性能。如CBL-IV型炉选用KHRCT-HiSi材质,使炉管暂450]-耐高温性能可达1 100 C。由于选用了HiSi材质,由400一方面提高了炉管的抗渗碳性能,另一方面改善soF了炉管的高温蠕变性能。同时由于物料在辐射段300I 3s7 1151792123252729”1 11184345479515355停留时间的缩短,裂解炉的选择性也有所提高。间1d中国煤化工表2为CBL- IV型炉工艺运行标定结果。从表1,表2来看,CBL型裂解炉既能加工重YH_C NMH G员炉出口温度曲线◆1-1; + r1 -2;一51-1; -*-I-2质原料也能加工轻质原料。I-1.I -2第1急冷锅炉;I -1.0 -2第2急冷锅炉第I9卷李玉民.乙烯裂解工艺与原料从图1温度曲线变化看,在急冷工况初始阶图2、图3是根据F- 108炉两次原料交叉裂段,由于新投入的急冷锅炉在‘冷壁"状态下沿壁解时,在同一裂解周期内急冷锅炉出口温度变化冷后温度较低,这样沿壁会产生部分油冷凝液。.状况(日平均温度)绘制出的温度趋势。同时冷凝液附着在冷却管壁上,形成一定厚度的560油膜,热阻变大,从而使管壁传热效果降低,故出550540口温度在曲线上有一-上升段。当急冷后温度达- -530定值后,油冷凝液就会越来越少,这样急冷锅炉出，52510口温度出现-一个相对稳定阶段,一般这段相对时间较长。同时由于温度曲线上升梯度相对很小，裂解炉运行时间/d故在相对稳定阶段会有少量凝液冷凝沿管壁积聚。随着时间的加长积油层也会加厚,长时间在图2 F- 108炉第1次原料交叉裂解急冷锅炉出口温度及平均值曲线(2004年7月22日起)高温作用下油层脱氢而形成焦碳,热阻变大。这时急冷锅炉传热效果变差,其出口温度急剧上升，.80p560|这说明急冷锅炉运行到了末期。540-二级急冷工艺由于初级急冷器所采用的急冷感520-500-管直径较大,一般可适用于轻重油品的裂解急冷460工艺。实践证明,该工艺通过蒸汽或空气烧焦过程就可以脱除急冷管内所结的焦碳,而无须用机裂鮃炉运行时间1d械方法清焦,可减少停炉升降温周期。83 F- 108炉第2次原料交叉裂解急冷锅炉出口1.4 轻质油、重质油交叉裂解工艺温度及平均值曲线(2004年9月21日起)中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司烯烃厂乙烯装置由于原料品种的变化,为了满从图2.3可看到,二次原料交叉裂解累计运足原料的供应现状,利用1台CK- Il型裂解炉行时间均超过50天。采用交叉裂解工艺其优点(F-108)以不停炉为原则进行轻质油.重质油交是一方面可减少停炉烧焦次数;另一方面只要调叉裂解。该裂解炉设计有二次配汽。表3、表4为整工艺参数就可以随时更换裂解用原料。F- 108交叉裂解概况。表3 F-108 炉第1次交叉裂解概况(2004年)2结论项07-2207-24 08-02 08-31 09- 16随着乙烯工业的发展与原料供应紧张矛盾的石脑油"烧焦加氢尾油”J日益突出,笔者认为:第一,应优化化工用油与燃.石脑油裂解温度 835 C。料用油的配置比例,树立能化工用原料油,决不用加氢尾油裂解温度785 C。于燃料,而燃料型用油也不用于化工用油。第二，表4 F- 108炉第2次交叉裂解概况(2004年)无论是改造现有裂解炉还是新建裂解炉，其硬件09-2109-2811- 12石脑油*部分在设计时即应考虑能满足轻、重质油加工工加氢尾油"艺。第三,完善“轻、重"油料的交叉裂解工艺,减%石脑油裂鮃温度 835 C。**加氯尾油裂解温度 785 C。少原料切换过程的工艺波动。中国煤化工MYHCNMHG