乙烯的生产裂解.pptx

任务一任务一 生产方法的选择生产方法的选择任务二任务二 生产准备生产准备 任务三任务三 应用生产原理确定工艺条件应用生产原理确定工艺条件 任务四任务四 生产工艺流程的组织生产工艺流程的组织任务五任务五 正常生产操作正常生产操作任务六任务六 异常生产现象的判断和处理异常生产现象的判断和处理项目二项目二 乙烯的生产乙烯的生产 任务一任务一 生产方法的选择生产方法的选择一、烃类热裂解技术一、烃类热裂解技术 石油系烃类原料（如天然气、炼厂气、石脑石油系烃类原料（如天然气、炼厂气、石脑油、柴油、重油等），在高温、隔绝空气的条件油、柴油、重油等），在高温、隔绝空气的条件下发生分解反应，生成碳原子数较少，相对分子下发生分解反应，生成碳原子数较少，相对分子质量较低的烃类。制取乙烯、丙烯的同时联产丁质量较低的烃类。制取乙烯、丙烯的同时联产丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等基本原料，也称管式二烯、苯、甲苯、二甲苯等基本原料，也称管式炉裂解或蒸汽裂解技术。以三烯（乙烯、丙烯、炉裂解或蒸汽裂解技术。以三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）和三苯（苯甲、苯、二甲苯）总量计，丁二烯）和三苯（苯甲、苯、二甲苯）总量计，约约65来自乙烯装置。来自乙烯装置。乙烯生产能力是衡量一个乙烯生产能力是衡量一个乙烯生产能力是衡量一个乙烯生产能力是衡量一个国家和地区石油化工生产水平的标志。国家和地区石油化工生产水平的标志。国家和地区石油化工生产水平的标志。国家和地区石油化工生产水平的标志。任务一任务一 生产方法的选择生产方法的选择二、催化裂解技术二、催化裂解技术 烃类裂解反应在有催化剂存在下进行，可以烃类裂解反应在有催化剂存在下进行，可以降低反应温度，提高选择性和产品收率。研究认降低反应温度，提高选择性和产品收率。研究认为：催化裂解单位乙烯和丙烯的生产成本比蒸汽为：催化裂解单位乙烯和丙烯的生产成本比蒸汽裂解低裂解低10%左右，单位建设费用低左右，单位建设费用低1315%，原料，原料消耗降低消耗降低1020%，能耗降低，能耗降低30%。【中国化工报中国化工报中国化工报中国化工报】20092009年年年年8 8月月月月2828日，中国蓝星沈阳化工日，中国蓝星沈阳化工日，中国蓝星沈阳化工日，中国蓝星沈阳化工集团集团集团集团5050万吨万吨万吨万吨/年催化热裂解（年催化热裂解（年催化热裂解（年催化热裂解（CPPCPP）制乙烯项目成功投产，）制乙烯项目成功投产，）制乙烯项目成功投产，）制乙烯项目成功投产，堪称世界乙烯工业生产的重大技术革命。因操作条件缓堪称世界乙烯工业生产的重大技术革命。因操作条件缓堪称世界乙烯工业生产的重大技术革命。因操作条件缓堪称世界乙烯工业生产的重大技术革命。因操作条件缓和，设备投资相对较低，主要原料常压渣油价格较低，和，设备投资相对较低，主要原料常压渣油价格较低，和，设备投资相对较低，主要原料常压渣油价格较低，和，设备投资相对较低，主要原料常压渣油价格较低，CPPCPP生产比国内现有装置乙烯成生产本可降低生产比国内现有装置乙烯成生产本可降低生产比国内现有装置乙烯成生产本可降低生产比国内现有装置乙烯成生产本可降低20%20%。任务一任务一 生产方法的选择生产方法的选择三、合成气制乙烯三、合成气制乙烯 以天然气或煤为主要原料，先生产合成气，以天然气或煤为主要原料，先生产合成气，再经过各种合成步骤生成乙烯。目前最有希望再经过各种合成步骤生成乙烯。目前最有希望实现工业化的是甲醇（实现工业化的是甲醇（MTO)路线和二甲醚路线和二甲醚(SDTO)路线。路线。任务二任务二 生产准备生产准备一、乙烯的性质和用途一、乙烯的性质和用途一、乙烯的性质和用途一、乙烯的性质和用途 无色的、有窒息性的醚味或淡淡的甜味、易燃易爆的气体、几乎不溶于水。化学性质活泼。乙烯产品通常以液体形态加压贮存，贮存压力为1.92.5MPa，贮存温度为-30左右。乙烯属低毒物质，暴露到高浓度的乙烯中会产生麻醉作用，长时间暴露可能由于窒息而导致死亡。二、裂解原料的选择二、裂解原料的选择 原料在乙烯生产成本中占原料在乙烯生产成本中占60%80%。因此，原。因此，原料选择正确与否对于降低成本具有着决定性意义。料选择正确与否对于降低成本具有着决定性意义。任务二任务二 生产准备生产准备 1 1 1 1、石油和天然气的供应状况和价格、石油和天然气的供应状况和价格、石油和天然气的供应状况和价格、石油和天然气的供应状况和价格2 2 2 2、原料对能耗的影响、原料对能耗的影响、原料对能耗的影响、原料对能耗的影响4 4 4 4、副产物的综合利用、副产物的综合利用、副产物的综合利用、副产物的综合利用3 3 3 3、原料对装置投资的影响、原料对装置投资的影响、原料对装置投资的影响、原料对装置投资的影响裂解副产物约占整个产品组成的裂解副产物约占整个产品组成的60%80%，对，对其进行有效利用，可使乙烯成本降低其进行有效利用，可使乙烯成本降低1/3或更多。或更多。目前，乙烯生产原料的发展趋势：目前，乙烯生产原料的发展趋势：n 一是原料中的轻烃比例增加；一是原料中的轻烃比例增加；n 二是原料趋于多样化。二是原料趋于多样化。能耗能耗 乙烷乙烷:丙烷丙烷:石脑油石脑油:柴油柴油=1:1.23:1.52:1.84n n族组成族组成n n氢含量氢含量n n芳烃指数芳烃指数三、裂解原料的性质及评价n nPONAPONA值指各族烃的质量百分含量。值指各族烃的质量百分含量。值指各族烃的质量百分含量。值指各族烃的质量百分含量。适用于表征石脑油、轻柴油等轻质馏分油适用于表征石脑油、轻柴油等轻质馏分油适用于表征石脑油、轻柴油等轻质馏分油适用于表征石脑油、轻柴油等轻质馏分油1、族组成PONA值烷烃烷烃P(paraffin)烯烃烯烃O(olefin)环烷烃环烷烃N(naphthene)芳烃芳烃A(aromatics)n n同条件下，同条件下，同条件下，同条件下，P P 越大，乙烯收率越高；越大，乙烯收率越高；越大，乙烯收率越高；越大，乙烯收率越高；n n分子量愈大，（分子量愈大，（分子量愈大，（分子量愈大，（N+AN+A）量愈大，乙烯收率愈小，）量愈大，乙烯收率愈小，）量愈大，乙烯收率愈小，）量愈大，乙烯收率愈小，液态产物量愈大。液态产物量愈大。液态产物量愈大。液态产物量愈大。乙烯收率：乙烯收率：乙烯收率：乙烯收率：P PN NA A烷烃烷烃P(paraffin)烯烃烯烃O(olefin)环烷烃环烷烃N(naphthene)烷烃烷烃P(paraffin)烯烃烯烃O(olefin)芳烃芳烃A(aromatics)环烷烃环烷烃N(naphthene)烷烃烷烃P(paraffin)烯烃烯烃O(olefin)不同组成原料的裂解产物不同组成原料的裂解产物不同组成原料的裂解产物不同组成原料的裂解产物2.氢含量n n原料中氢的质量百分含量原料中氢的质量百分含量原料中氢的质量百分含量原料中氢的质量百分含量 用元素分析法很容易测得用元素分析法很容易测得用元素分析法很容易测得用元素分析法很容易测得 乙烷氢含量乙烷氢含量乙烷氢含量乙烷氢含量2020,丙烷丙烷丙烷丙烷18.218.2 石脑油石脑油石脑油石脑油14.514.515.515.5，轻柴油，轻柴油，轻柴油，轻柴油13.513.514.514.5。对纯组分：对纯组分：对纯组分：对纯组分：n n适用于评价各种原料。适用于评价各种原料。适用于评价各种原料。适用于评价各种原料。n n氢含量高，则乙烯收率越高。氢含量高，则乙烯收率越高。氢含量高，则乙烯收率越高。氢含量高，则乙烯收率越高。氢含量低于氢含量低于氢含量低于氢含量低于1313的馏分油作裂解原料是不经济的。的馏分油作裂解原料是不经济的。的馏分油作裂解原料是不经济的。的馏分油作裂解原料是不经济的。n n即美国矿务局关联指数即美国矿务局关联指数即美国矿务局关联指数即美国矿务局关联指数 （Bureau of Mines Correlation IndexBureau of Mines Correlation Index）3.芳烃指数BMCITV 体积平均沸点，体积平均沸点，KT10 恩氏蒸馏馏出体积为恩氏蒸馏馏出体积为10%时的温度，时的温度，K 15.6时的相对密度时的相对密度 用以表征柴油等重质馏分油的结构特性用以表征柴油等重质馏分油的结构特性用以表征柴油等重质馏分油的结构特性用以表征柴油等重质馏分油的结构特性n n正正正正构构构构烷烷烷烷烃烃烃烃的的的的 BMCIBMCI值值值值最最最最小小小小（正正正正己己己己烷烷烷烷为为为为0.20.2），芳芳芳芳烃烃烃烃则相反（苯为则相反（苯为则相反（苯为则相反（苯为99.899.8）。因此：）。因此：）。因此：）。因此：n n烃原料的烃原料的烃原料的烃原料的BMCIBMCI值越小，则乙烯潜在产率越高；值越小，则乙烯潜在产率越高；值越小，则乙烯潜在产率越高；值越小，则乙烯潜在产率越高；n nBMCIBMCI值愈大，结焦的倾向性愈大。值愈大，结焦的倾向性愈大。值愈大，结焦的倾向性愈大。值愈大，结焦的倾向性愈大。BMCIBMCI值是评价重质馏值是评价重质馏值是评价重质馏值是评价重质馏分油性能的重要指标分油性能的重要指标分油性能的重要指标分油性能的重要指标 n n原料由轻到重，相同原料量所得乙烯收率下降。原料由轻到重，相同原料量所得乙烯收率下降。原料由轻到重，相同原料量所得乙烯收率下降。原料由轻到重，相同原料量所得乙烯收率下降。原料烃组成与裂解结果原料烃组成与裂解结果n n原原原原料料料料由由由由轻轻轻轻到到到到重重重重，裂裂裂裂解解解解产产产产物物物物中中中中液液液液体体体体燃燃燃燃料料料料油油油油增增增增加加加加，产产产产气量减少。气量减少。气量减少。气量减少。n n原原原原料料料料由由由由轻轻轻轻到到到到重重重重，联联联联产产产产物物物物量量量量增增增增大大大大，而而而而回回回回收收收收联联联联产产产产物物物物以以以以降降降降低低低低乙乙乙乙烯烯烯烯生生生生产产产产成成成成本本本本的的的的措措措措施施施施，又又又又造造造造成成成成装装装装置置置置投投投投资资资资的的的的增增增增加。加。加。加。任务三任务三 应用生产原理确定工艺条件应用生产原理确定工艺条件较大分子烷烃较大分子烷烃环烷烃环烷烃中等分子烷烃中等分子烷烃乙烯、丙烯乙烯、丙烯一、生产原理一、生产原理一次反应：一次反应：由烃类裂解生成乙烯和丙烯由烃类裂解生成乙烯和丙烯的反应。（有利）的反应。（有利）根据反应的前后顺序，分为：根据反应的前后顺序，分为：二次反应二次反应：乙烯、丙烯继续反应生成炔：乙烯、丙烯继续反应生成炔烃、二烯烃、芳烃直至生成焦或碳的反烃、二烯烃、芳烃直至生成焦或碳的反应。应。（不利）（不利）1.烷烃裂解的一次反应烷烃裂解的一次反应2.环烷烃的断链（开环）反应环烷烃的断链（开环）反应3.芳烃的断侧链反应芳烃的断侧链反应4.烯烃的断链反应烯烃的断链反应（一）一次反应（一）一次反应（1）断链反应）断链反应 C-C键断裂，反应产物是烷烃和烯烃。键断裂，反应产物是烷烃和烯烃。通式为：通式为：Cm+nH2(m+n)+2 CnH2n+CmH2m+2（2）脱氢反应）脱氢反应 C-H键断裂。键断裂。通式为：通式为：CnH2n+2 CnH2n+H21.烷烃裂解的一次反应n断链和脱氢反应皆是吸热反应，需提供大量的热。断链和脱氢反应皆是吸热反应，需提供大量的热。n相同烷烃断链比脱氢容易，断链是不可逆过程，脱氢是可相同烷烃断链比脱氢容易，断链是不可逆过程，脱氢是可逆过程，所以要使脱氢达到较高的转化率，必须采用较高逆过程，所以要使脱氢达到较高的转化率，必须采用较高的温度，乙烷更是如此。的温度，乙烷更是如此。乙烷不发生断链反应，只发生脱乙烷不发生断链反应，只发生脱乙烷不发生断链反应，只发生脱乙烷不发生断链反应，只发生脱氢反应生成乙烯。氢反应生成乙烯。氢反应生成乙烯。氢反应生成乙烯。n碳链越长越易裂解。碳链越长越易裂解。n断链反应中，在分子两端断链的优势大，得到甲烷和大分断链反应中，在分子两端断链的优势大，得到甲烷和大分子烯烃。碳链增长，趋势渐弱。子烯烃。碳链增长，趋势渐弱。n异构烷烃异构烷烃比正构烷烃容易裂解或脱氢，但正构烷烃乙烯和比正构烷烃容易裂解或脱氢，但正构烷烃乙烯和丙烯高，随着碳原子数的增加，收率差异减小。丙烯高，随着碳原子数的增加，收率差异减小。（3）裂解规律）裂解规律n环烷烃的热稳定性比相应的烷烃好。环烷烃的热稳定性比相应的烷烃好。n环烷烃热裂解时，可以发生环烷烃热裂解时，可以发生C-C链的断裂（开环）链的断裂（开环），生成乙烯、丁烯和丁二烯等烃类。，生成乙烯、丁烯和丁二烯等烃类。n环烷烃脱氢生成芳烃优于开环生成烯烃环烷烃脱氢生成芳烃优于开环生成烯烃n侧链烷基断裂比开环容易。侧链烷基断裂比开环容易。带短侧链时，先断侧带短侧链时，先断侧链再裂解；带长侧链，先在侧链中间断裂。链再裂解；带长侧链，先在侧链中间断裂。2.2.环烷烃的断链（开环）反应环烷烃的断链（开环）反应环烷烃的断链（开环）反应环烷烃的断链（开环）反应3.芳烃的断侧链反应n芳环不断裂芳环不断裂n断侧链生成苯、甲苯、二甲苯断侧链生成苯、甲苯、二甲苯n芳烃缩合成稠环芳烃；进一步生成焦。芳烃缩合成稠环芳烃；进一步生成焦。特点：不宜做裂解原料特点：不宜做裂解原料4.烯烃的断链反应常减压车间的直馏馏份中一般不含烯烃，常减压车间的直馏馏份中一般不含烯烃，但二次加工的馏份油中可能含有烯烃。但二次加工的馏份油中可能含有烯烃。大分子烯烃在热裂解温度下能发生断链反大分子烯烃在热裂解温度下能发生断链反应，生成小分子的烯烃。应，生成小分子的烯烃。例如：例如：C5H10 C3H6+C2H41.低分子烯烃脱氢反应低分子烯烃脱氢反应2.二烯烃叠合芳构化反应二烯烃叠合芳构化反应3.结焦反应结焦反应4.生碳反应生碳反应（二）二次反应（二）二次反应C2H4 C2H2+H2C3H6 C3H4+H2C4H8 C4H6+H21.1.低分子烯烃脱氢反应低分子烯烃脱氢反应2C2H4 C4H6+H2C2H4+C4H6 C6H6+2H22.2.二烯烃叠合芳构化反应二烯烃叠合芳构化反应3.3.结焦与结焦与生碳生碳n n结焦：结焦：927经过芳烃中间阶段经过芳烃中间阶段多环芳烃稠环芳烃液体焦油固体沥青质焦炭单环或少环芳烃n n生碳：生碳：927以上经过炔烃中间阶段以上经过炔烃中间阶段CHCH2 2=CH=CH2 2 CHCHCHCH2C+H2C+H2 2 乙炔生成的碳不是断链生成单个碳原子，而乙炔生成的碳不是断链生成单个碳原子，而是稠合成几百个碳原子。是稠合成几百个碳原子。烃类的热裂解反应的规律总结烷烃烷烃烷烃烷烃正构烷烃最利于生成乙烯、丙烯，是生产乙烯的最正构烷烃最利于生成乙烯、丙烯，是生产乙烯的最理想原料。分子量越小，烯烃的总收率越高。理想原料。分子量越小，烯烃的总收率越高。环烷烃环烷烃环烷烃环烷烃在通常裂解条件下，环烷烃脱氢生成芳烃的反应在通常裂解条件下，环烷烃脱氢生成芳烃的反应优于断链开环生成单烯烃的反应。含环烷烃多的原料，其优于断链开环生成单烯烃的反应。含环烷烃多的原料，其丁二烯、芳烃的收率较高，乙烯的收率较低。丁二烯、芳烃的收率较高，乙烯的收率较低。芳烃芳烃芳烃芳烃无侧链的芳烃基本上不易裂解为烯烃；有侧链的芳无侧链的芳烃基本上不易裂解为烯烃；有侧链的芳烃，主要是侧链逐步断链及脱氢。芳烃倾向于脱氢缩合生烃，主要是侧链逐步断链及脱氢。芳烃倾向于脱氢缩合生成稠环芳烃，直至结焦。所以芳烃不是裂解的合适原料。成稠环芳烃，直至结焦。所以芳烃不是裂解的合适原料。烯烃烯烃烯烃烯烃大分子的烯烃能裂解为乙烯和丙烯等低级烯烃，但大分子的烯烃能裂解为乙烯和丙烯等低级烯烃，但烯烃会发生二次反应，最后生成焦和碳。所以含烯烃的原烯烃会发生二次反应，最后生成焦和碳。所以含烯烃的原料如二次加工产品作为裂解原料不好。料如二次加工产品作为裂解原料不好。二、石油烃裂解的操作条件（一）裂解温度（一）裂解温度（一）裂解温度（一）裂解温度（二）停留时间（二）停留时间（二）停留时间（二）停留时间（三）裂解压力（三）裂解压力（三）裂解压力（三）裂解压力（一）裂解温度 pp裂解温度影响一次反应的产物分布裂解温度影响一次反应的产物分布pp裂解温度影响一次反应对二次反应的竞争裂解温度影响一次反应对二次反应的竞争热力学热力学热力学热力学动力学动力学动力学动力学T/K含量（质量分数）/%含量（质量分数）/%50080.117.77.270098.81.60.14.360.934.89007820.51.50.262.536.3100020.973.85.3裂解温度影响一次反应的产物分布裂解温度影响一次反应的产物分布裂解温度影响一次反应的产物分布裂解温度影响一次反应的产物分布提高温度对生成烯烃有利提高温度对生成烯烃有利提高温度对生成烯烃有利提高温度对生成烯烃有利T/KKP1KP2KP3KP1，T/KP1，1000KP2，T/KP2，100011001.6750.014956.5561071.01.012006.2340.080538.6621063.725.39130018.890.33501.57010612.2822.40140048.861.1343.44610529.1775.851500111.983.2481.03210566.85217.26裂解温度影响一次反应对二次反应的竞争裂解温度影响一次反应对二次反应的竞争裂解温度影响一次反应对二次反应的竞争裂解温度影响一次反应对二次反应的竞争lgkC2H6 C2H4+H2C2H4 C2H2+H2C2H22 C+H2n n热力学热力学热力学热力学温度越高对生成乙烯、丙烯越有利，温度越高对生成乙烯、丙烯越有利，温度越高对生成乙烯、丙烯越有利，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更有利，过高但对烃类分解成碳和氢的副反应更有利，过高但对烃类分解成碳和氢的副反应更有利，过高但对烃类分解成碳和氢的副反应更有利，过高温度有利于炭的生成。温度有利于炭的生成。温度有利于炭的生成。温度有利于炭的生成。即二次反应在热力学上即二次反应在热力学上即二次反应在热力学上即二次反应在热力学上占优势占优势占优势占优势。n n动力学动力学动力学动力学升高温度，烃裂解生成乙烯反应速升高温度，烃裂解生成乙烯反应速升高温度，烃裂解生成乙烯反应速升高温度，烃裂解生成乙烯反应速率的提高大于烃分解为碳和氢的反应速率，即率的提高大于烃分解为碳和氢的反应速率，即率的提高大于烃分解为碳和氢的反应速率，即率的提高大于烃分解为碳和氢的反应速率，即提高反应温度，有利于提高一次反应对二次反提高反应温度，有利于提高一次反应对二次反提高反应温度，有利于提高一次反应对二次反提高反应温度，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，应的相对速率，有利于乙烯收率的提高，应的相对速率，有利于乙烯收率的提高，应的相对速率，有利于乙烯收率的提高，所以所以所以所以一次反应在动力学上占优势一次反应在动力学上占优势一次反应在动力学上占优势一次反应在动力学上占优势。n n高温裂解，必须减少停留时间以减少焦的生成。高温裂解，必须减少停留时间以减少焦的生成。高温裂解，必须减少停留时间以减少焦的生成。高温裂解，必须减少停留时间以减少焦的生成。n一般当温度低于一般当温度低于750时，生成乙烯的可能性较时，生成乙烯的可能性较小；小；750以上，温度越高，反应的可能性越大，以上，温度越高，反应的可能性越大，乙烯的收率越高。乙烯的收率越高。n但当反应温度太高，特别是超过但当反应温度太高，特别是超过900时，甚至时，甚至达到达到1100时，对结焦和生碳极为有利，这样原时，对结焦和生碳极为有利，这样原料的转化率虽有增加，产品收率却大大降低。料的转化率虽有增加，产品收率却大大降低。n n所以理论上烃类裂解制乙烯的最适宜温度一般在所以理论上烃类裂解制乙烯的最适宜温度一般在所以理论上烃类裂解制乙烯的最适宜温度一般在所以理论上烃类裂解制乙烯的最适宜温度一般在750750900900之间。之间。之间。之间。影响裂解温度选择的因素影响裂解温度选择的因素影响裂解温度选择的因素影响裂解温度选择的因素 (1)(1)不同的裂解原料具有不同最适宜的裂解温度不同的裂解原料具有不同最适宜的裂解温度不同的裂解原料具有不同最适宜的裂解温度不同的裂解原料具有不同最适宜的裂解温度 较轻的裂解原料，裂解温度较高，较重的裂解原料，较轻的裂解原料，裂解温度较高，较重的裂解原料，较轻的裂解原料，裂解温度较高，较重的裂解原料，较轻的裂解原料，裂解温度较高，较重的裂解原料，裂解温度较低。裂解温度较低。裂解温度较低。裂解温度较低。(2)(2)选择不同的裂解温度，可调整一次产物分布选择不同的裂解温度，可调整一次产物分布选择不同的裂解温度，可调整一次产物分布选择不同的裂解温度，可调整一次产物分布 反应温度不同，裂解反应进行的程度就不同，一次产反应温度不同，裂解反应进行的程度就不同，一次产反应温度不同，裂解反应进行的程度就不同，一次产反应温度不同，裂解反应进行的程度就不同，一次产物的分布也会改变。若目的产物是乙烯，则裂解温度可物的分布也会改变。若目的产物是乙烯，则裂解温度可物的分布也会改变。若目的产物是乙烯，则裂解温度可物的分布也会改变。若目的产物是乙烯，则裂解温度可适当提高，若要多产丙烯，裂解温度可适当降低；适当提高，若要多产丙烯，裂解温度可适当降低；适当提高，若要多产丙烯，裂解温度可适当降低；适当提高，若要多产丙烯，裂解温度可适当降低；(3)(3)裂解温度还受炉管合金的最高耐热温度的限制裂解温度还受炉管合金的最高耐热温度的限制裂解温度还受炉管合金的最高耐热温度的限制裂解温度还受炉管合金的最高耐热温度的限制 正是管材合金和加热炉设计方面的进展，使裂解温正是管材合金和加热炉设计方面的进展，使裂解温正是管材合金和加热炉设计方面的进展，使裂解温正是管材合金和加热炉设计方面的进展，使裂解温度可从最初的度可从最初的度可从最初的度可从最初的750750提高到提高到提高到提高到900900以上，目前某些裂解炉以上，目前某些裂解炉以上，目前某些裂解炉以上，目前某些裂解炉管已允许壁温达到管已允许壁温达到管已允许壁温达到管已允许壁温达到1115111511501150，但这不意味着裂解温度，但这不意味着裂解温度，但这不意味着裂解温度，但这不意味着裂解温度可选择可选择可选择可选择11001100上，它还受到停留时间的限制。上，它还受到停留时间的限制。上，它还受到停留时间的限制。上，它还受到停留时间的限制。二、停留时间 指裂解原料由进指裂解原料由进指裂解原料由进指裂解原料由进入裂解辐射管到离开入裂解辐射管到离开入裂解辐射管到离开入裂解辐射管到离开裂解辐射管所经过的裂解辐射管所经过的裂解辐射管所经过的裂解辐射管所经过的时间。时间。时间。时间。2.2.停留时间的选择停留时间的选择停留时间的选择停留时间的选择n n裂解温度裂解温度裂解温度裂解温度：温度越高，：温度越高，：温度越高，：温度越高，乙烯的乙烯的乙烯的乙烯的峰值收率峰值收率峰值收率峰值收率越高，越高，越高，越高，相应的最适宜停留时相应的最适宜停留时相应的最适宜停留时相应的最适宜停留时间越短。间越短。间越短。间越短。1.1.停留时间停留时间停留时间停留时间n n裂解原料：裂解原料：裂解原料：裂解原料：在一定的反应温度下，如裂解原料在一定的反应温度下，如裂解原料在一定的反应温度下，如裂解原料在一定的反应温度下，如裂解原料较重，则停留时间应短一些，原料较轻则可稍较重，则停留时间应短一些，原料较轻则可稍较重，则停留时间应短一些，原料较轻则可稍较重，则停留时间应短一些，原料较轻则可稍长一些；长一些；长一些；长一些；n n裂解技术：裂解技术：裂解技术：裂解技术：五十年代停留时间为五十年代停留时间为五十年代停留时间为五十年代停留时间为1.81.82.52.5秒，秒，秒，秒，目前一般为目前一般为目前一般为目前一般为0.150.150.250.25秒，单程炉管可达秒，单程炉管可达秒，单程炉管可达秒，单程炉管可达0.10.1秒秒秒秒以下，即以毫秒计。以下，即以毫秒计。以下，即以毫秒计。以下，即以毫秒计。1、压力对裂解反应的影响反应反应反应反应一次反应一次反应一次反应一次反应二次反应二次反应二次反应二次反应热力热力热力热力学因学因学因学因素素素素反应后体积的变化反应后体积的变化反应后体积的变化反应后体积的变化增大增大增大增大减少减少减少减少降低压力对平衡的影降低压力对平衡的影降低压力对平衡的影降低压力对平衡的影响响响响有利提高平有利提高平有利提高平有利提高平衡转化率衡转化率衡转化率衡转化率不利提高平不利提高平不利提高平不利提高平衡转化率衡转化率衡转化率衡转化率动力动力动力动力学因学因学因学因素素素素反应分子数反应分子数反应分子数反应分子数单分子反应单分子反应单分子反应单分子反应双分子或多双分子或多双分子或多双分子或多分子反应分子反应分子反应分子反应降低压力对反应速度降低压力对反应速度降低压力对反应速度降低压力对反应速度的影响的影响的影响的影响不利提高不利提高不利提高不利提高更不利提高更不利提高更不利提高更不利提高降低压力对反应速度降低压力对反应速度降低压力对反应速度降低压力对反应速度的相对变化的影响的相对变化的影响的相对变化的影响的相对变化的影响有利有利有利有利不利不利不利不利（三）裂解反应的压力2.稀释剂的降压作用n如果生产中直接采用减压操作，因为高温不易如果生产中直接采用减压操作，因为高温不易密封，有可能漏入空气，形成爆炸性混合物，而密封，有可能漏入空气，形成爆炸性混合物，而且减压操作会使后续的分离工段增加能耗。且减压操作会使后续的分离工段增加能耗。n工业上常用的办法是在裂解原料气中添加稀释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，这样，系统仍可在常压或正压剂以降低烃分压，这样，系统仍可在常压或正压下操作，而不是降低系统总压；同时，还尽量降下操作，而不是降低系统总压；同时，还尽量降低反应系统的压降。低反应系统的压降。3.水蒸汽作为稀释剂的优点（水蒸汽作为稀释剂的优点（）（1 1）易于从裂解气中分离；）易于从裂解气中分离；）易于从裂解气中分离；）易于从裂解气中分离；（2 2）水蒸气热容大，使系统有较大）水蒸气热容大，使系统有较大）水蒸气热容大，使系统有较大）水蒸气热容大，使系统有较大“热惯性热惯性热惯性热惯性”，可以稳定裂解温度，保护炉管；可以稳定裂解温度，保护炉管；可以稳定裂解温度，保护炉管；可以稳定裂解温度，保护炉管；（3 3）可脱除炉管的部分结焦，延长运转周期；）可脱除炉管的部分结焦，延长运转周期；）可脱除炉管的部分结焦，延长运转周期；）可脱除炉管的部分结焦，延长运转周期；（4 4）减轻了炉管中铁和镍对烃类气体分解生碳的）减轻了炉管中铁和镍对烃类气体分解生碳的）减轻了炉管中铁和镍对烃类气体分解生碳的）减轻了炉管中铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用；催化作用；催化作用；催化作用；（5 5）可以抑制原料中的硫对合金钢管的腐蚀。）可以抑制原料中的硫对合金钢管的腐蚀。）可以抑制原料中的硫对合金钢管的腐蚀。）可以抑制原料中的硫对合金钢管的腐蚀。n n一般，随着裂解原料变重，为减少结焦，所需一般，随着裂解原料变重，为减少结焦，所需一般，随着裂解原料变重，为减少结焦，所需一般，随着裂解原料变重，为减少结焦，所需稀释水蒸汽量将增大。稀释水蒸汽量将增大。稀释水蒸汽量将增大。稀释水蒸汽量将增大。4.水蒸汽的适宜加入量水蒸汽的适宜加入量n n增加稀释水蒸汽量，将增大裂解炉的热负荷，增加稀释水蒸汽量，将增大裂解炉的热负荷，增加稀释水蒸汽量，将增大裂解炉的热负荷，增加稀释水蒸汽量，将增大裂解炉的热负荷，增加燃料消耗量，降低原料处理能力，增加水增加燃料消耗量，降低原料处理能力，增加水增加燃料消耗量，降低原料处理能力，增加水增加燃料消耗量，降低原料处理能力，增加水蒸汽的冷凝量。蒸汽的冷凝量。蒸汽的冷凝量。蒸汽的冷凝量。裂解裂解裂解裂解原料原料原料原料原料含氢量，原料含氢量，原料含氢量，原料含氢量，%（质量）（质量）（质量）（质量）结焦难结焦难结焦难结焦难易程度易程度易程度易程度稀释比，水蒸气烃，稀释比，水蒸气烃，稀释比，水蒸气烃，稀释比，水蒸气烃，乙烷丙烷石脑油轻柴油原油2018.514.1613.613.0较不易较不易较易很易极易0.250.40.30.50.50.80.751.03.55.0综合本节讨论，石油烃热裂解的操作条件综合本节讨论，石油烃热裂解的操作条件:高温、短停留时间、低烃分压高温、短停留时间、低烃分压同同时时将将裂裂解解炉炉出出口口的的高高温温裂裂解解气气加加以以急急冷冷，当温度降到当温度降到650以下时，反应基本终止。以下时，反应基本终止。任务四 生产工艺流程的组织二、裂解气急冷二、裂解气急冷二、裂解气急冷二、裂解气急冷三、裂解炉三、裂解炉三、裂解炉三、裂解炉的结焦与清的结焦与清的结焦与清的结焦与清焦焦焦焦一、管式炉的基一、管式炉的基一、管式炉的基一、管式炉的基本结构和炉型本结构和炉型本结构和炉型本结构和炉型四、裂解工艺流四、裂解工艺流四、裂解工艺流四、裂解工艺流程程程程(一一)管式炉的基本结构管式炉的基本结构(二二)管式裂解炉的炉型管式裂解炉的炉型(三三)裂解过程对管式炉的要求裂解过程对管式炉的要求一、管式炉的基本结构和炉型一、管式炉的基本结构和炉型炉体炉体炉管炉管燃烧器燃烧器1.炉体n n由两部分组成：由两部分组成：由两部分组成：由两部分组成：对流（预热）段和辐射（反应）段对流（预热）段和辐射（反应）段对流（预热）段和辐射（反应）段对流（预热）段和辐射（反应）段。n n对流段内设有数组水平放置的换热管用来预热原料、对流段内设有数组水平放置的换热管用来预热原料、对流段内设有数组水平放置的换热管用来预热原料、对流段内设有数组水平放置的换热管用来预热原料、工艺稀释蒸汽、急冷锅炉进水和过热高压蒸汽等；工艺稀释蒸汽、急冷锅炉进水和过热高压蒸汽等；工艺稀释蒸汽、急冷锅炉进水和过热高压蒸汽等；工艺稀释蒸汽、急冷锅炉进水和过热高压蒸汽等；n n辐射段由耐火砖（里层）和隔热砖（外层）砌成，在辐射段由耐火砖（里层）和隔热砖（外层）砌成，在辐射段由耐火砖（里层）和隔热砖（外层）砌成，在辐射段由耐火砖（里层）和隔热砖（外层）砌成，在辐射段炉墙或底部安装有一定数量的燃烧器，所以辐辐射段炉墙或底部安装有一定数量的燃烧器，所以辐辐射段炉墙或底部安装有一定数量的燃烧器，所以辐辐射段炉墙或底部安装有一定数量的燃烧器，所以辐射段又称为燃烧室或炉膛，裂解炉管垂直放置在辐射射段又称为燃烧室或炉膛，裂解炉管垂直放置在辐射射段又称为燃烧室或炉膛，裂解炉管垂直放置在辐射射段又称为燃烧室或炉膛，裂解炉管垂直放置在辐射室中央。室中央。室中央。室中央。n n为放置炉管，还有一些附件如管架、吊钩等。为放置炉管，还有一些附件如管架、吊钩等。为放置炉管，还有一些附件如管架、吊钩等。为放置炉管，还有一些附件如管架、吊钩等。2.2.炉管炉管炉管炉管 n性能优良的烧嘴不仅对炉子的热效率、炉管性能优良的烧嘴不仅对炉子的热效率、炉管热强度和加热均匀性起着十分重要的作用，热强度和加热均匀性起着十分重要的作用，而且使炉体外形尺寸缩小，结构紧凑、燃料而且使炉体外形尺寸缩小，结构紧凑、燃料消耗低，烟气中消耗低，烟气中NOX等有害气体含量低。等有害气体含量低。n烧嘴按设置方式可分为三种：全部由底部烧烧嘴按设置方式可分为三种：全部由底部烧嘴供热；全部由侧壁烧嘴供热；由底部和侧嘴供热；全部由侧壁烧嘴供热；由底部和侧壁烧嘴联合供热。壁烧嘴联合供热。n按所用燃料不同，又分为气体燃烧器、液体按所用燃料不同，又分为气体燃烧器、液体（油）燃烧器和气油联合燃烧器。（油）燃烧器和气油联合燃烧器。3.燃烧器（烧嘴）燃烧器（烧嘴）（二）管式裂解炉的炉型（二）管式裂解炉的炉型1.SRT（Short Residence Time)炉炉 SRT炉即短停留时间炉，是美国鲁姆斯炉即短停留时间炉，是美国鲁姆斯（Lummus）公司于）公司于1963年开发，年开发，1965年工业年工业化，以后又不断地改进了炉管及炉子的结构，化，以后又不断地改进了炉管及炉子的结构，先后推出了先后推出了SRT-型裂解炉型裂解炉SRT 型炉，是型炉，是目前世界上大型乙烯装置中应用最多的炉型。目前世界上大型乙烯装置中应用最多的炉型。SRT裂解炉结构的改进 炉管排列炉管排列炉管排列炉管排列:多程多程多程多程 双程双程双程双程 缩短停留时间，降低缩短停留时间，降低缩短停留时间，降低缩短停留时间，降低 烃分压，减少结焦部位，延长操作周期烃分压，减少结焦部位，延长操作周期烃分压，减少结焦部位，延长操作周期烃分压，减少结焦部位，延长操作周期 炉管结构炉管结构炉管结构炉管结构:光管光管光管光管 内翅片内翅片内翅片内翅片降低管内热阻降低管内热阻降低管内热阻降低管内热阻 延长清焦周期延长清焦周期延长清焦周期延长清焦周期管径管径管径管径:等径等径等径等径 分支分支分支分支 增大比表面积，增加传热强度增大比表面积，增加传热强度增大比表面积，增加传热强度增大比表面积，增加传热强度 变径变径变径变径 缓解管内压力的增加缓解管内压力的增加缓解管内压力的增加缓解管内压力的增加材质材质材质材质:HK-40 HK-40（25Cr25Ni25Cr25Ni）HP-40 HP-40（25Cr35Ni25Cr35Ni）提高热强度提高热强度提高热强度提高热强度2.USC（Ultra-Selective Cracking)Ultra-Selective Cracking)裂解炉裂解炉n n美国美国美国美国StoneStoneWebsterWebster公司公司公司公司2020世纪世纪世纪世纪7070年代开发。年代开发。年代开发。年代开发。n n特点：特点：特点：特点：（1 1）多多多多组组组组小小小小管管管管径径径径短短短短管管管管长长长长变变变变径径径径炉炉炉炉管管管管，热热热热强强强强度度度度高高高高，停停停停留留留留时时时时间间间间短短短短（0.060.060.2s0.2s），超超超超选选选选择择择择性性性性裂裂裂裂解解解解，乙乙乙乙烯烯烯烯收收收收率高（轻柴油，率高（轻柴油，率高（轻柴油，率高（轻柴油，27.7%27.7%）。）。）。）。（2 2）USX-TLXUSX-TLX两两两两级级级级急急急急冷冷冷冷，USXUSX套套套套管管管管式式式式换换换换热热热热器器器器，TLXTLX是是是是一一一一般般般般管管管管壳壳壳壳式式式式换换换换热热热热器器器器，每每每每两两两两组组组组炉炉炉炉管管管管配配配配一一一一台台台台USXUSX，然然然然后后后后汇汇汇汇总总总总到到到到一一一一台台台台TLXTLX，USXUSX和和和和TLXTLX共共共共用用用用一一一一个汽包。个汽包。个汽包。个汽包。3.凯洛格毫秒裂解炉（凯洛格毫秒裂解炉（MSF）n n美国美国美国美国KelloggKellogg公司公司公司公司6060年代开发，年代开发，年代开发，年代开发，7878年成功，高温下，年成功，高温下，年成功，高温下，年成功，高温下，停留时间缩短到停留时间缩短到停留时间缩短到停留时间缩短到0.050.050.1s0.1s。n n特点：特点：特点：特点：（1 1）裂解管仅一程，炉管单排直线排列，小管径）裂解管仅一程，炉管单排直线排列，小管径）裂解管仅一程，炉管单排直线排列，小管径）裂解管仅一程，炉管单排直线排列，小管径25-30mm25-30mm，短管长，短管长，短管长，短管长10m10m；（2 2）采用耐高温材料；）采用耐高温材料；）采用耐高温材料；）采用耐高温材料；（3 3）用猪尾管解决高温下的膨胀和蠕变；）用猪尾管解决高温下的膨胀和蠕变；）用猪尾管解决高温下的膨胀和蠕变；）用猪尾管解决高温下的膨胀和蠕变；（4 4）烧焦周期短。）烧焦周期短。）烧焦周期短。）烧焦周期短。（三）裂解过程对管式炉的要求（三）裂解过程对管式炉的要求（三）裂解过程对管式炉的要求（三）裂