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简述乙烯裂解炉工作原理

文章出处:未知 人气:发表时间:2018-11-05

  乙烯在工厂通过热裂解技术生产。烃和蒸汽混合物在裂解炉中热裂解以形成富含乙烯和其他烯烃的复杂混合物,以及粗裂解汽油和燃料油。其他副产品包括丙烯和混合碳四,丙烯和混合碳四种是有价值的化学材料。乙烯,丙烯和丁烯含有一个或多个双键,并且化学分类为烯烃。其他产品包括氢气和甲烷。氢在工厂的氢化反应器中被消耗,并且甲烷被用作燃料气体。裂化的馏出物还含有少量乙炔(蒽烃),其在下游被除去以符合乙烯和丙烯的最终产物。在该装置中产生的乙烷再循环回炉区并在单独的循环乙烷裂解炉中裂化以除去乙烷以提高乙烯产率。

  裂解反应可分为两大类:初级反应和二级反应。一种反应涉及将大分子分解成自由基(稳定基团),然后将其重新组合以形成新的分子,包括烯烃(乙烯,丙烯和丁二烯)。二级反应之后是单一反应,其中通过烯化合成大分子和氢。因此,重要的是快速冷却裂化的馏出物以避免不希望的二次反应。将裂解气体快速冷却至极低反应速率的温度使乙烯的产率最大化。炉管中典型的裂解炉馏出物反应时间为0.15,并且过期0.20秒。馏出物的淬灭在离开反应区的0.01秒内开始。

  高温和低烃分压有利于单一反应。烃分压是烃分子分开多远的量度。低烃分压(烃分子彼此分离)对于获得高乙烯产率是特别有利的,这是在裂化过程中使用稀蒸汽的一个原因。尽管稀释蒸汽的引入使焦化反应最小化,但裂化过程仍然产生一些焦炭,并且裂解炉和热交换器必须定期散焦。这是通过烧焦蒸汽/空气混合物来实现的。

  在相同的裂化条件下用不同的起始原料获得不同的乙烯产率。通常,具有较轻(比重)和较低沸点的乙烯的产率较高。

  将稀释蒸汽注入烃进料中以降低烃的分压,最小化焦炭的沉积。烃分压越低,所需产物组分产率越高,裂解炉和下游传输线热交换器中的焦化越慢。

  稀释蒸汽的最佳值取决于原料的类型及其性质。通常,较轻的原料需要较少的稀释蒸汽。由于以下原因,不加区分地推动稀释蒸汽流:

  O导致更高的管压力,其将部分抵消由较高蒸汽/烃比产生的较低烃分压。

  O的较高线速度将促进铸造裂解炉管铸造组的交叉接头的侵蚀。

  在O蒸汽增加到一定值后,蒸汽对乙烯产率的增加不会增加。

  在辐射段炉管的出口温度高的情况下,乙烯活性高且不稳定。为了避免由于二次反应引起的乙烯损失,必须通过尽可能快地冷却离开炉管的裂解气来减少二次反应。这是在淬火换热器中完成的,该换热器切割馏出物,即选择性线性热交换器(SLE)。

  B,破解机制

  来自具有高饱和度或高氢含量的烃原料的有用烯烃如乙烯或丙烯的初级裂化反应基本上取决于反应温度和时间,并确定较高的反应温度或炉出口温度。二级反应包括一个反应的产物,因为它们是通过分子组合形成的,它们受反应中分子之间的距离影响,换句话说,受烃的分压影响。对于裂化系统,我们将烃和稀释蒸汽的混合物的压力称为总压力(即,性能压力),并且烃的分压是混合物中烃的压力。 

  高烃分压降低乙烯选择性,因此对于给定的原料,降低稀释比(稀释的蒸汽/烃)或增加炉出口压力以降低乙烯产率。由于丙烯通过一次反应裂解产生乙烯和甲烷,因此丙烯不受这种影响。因此,可以通过改变稀释蒸汽比和压力来改变丙烯/乙烯比,但实际上,这些变量就像烃进料。流量保持不变。因此,产品产量分布的控制主要通过改变COT或炉出口温度来实现。裂解反应始于烃分子**,形成甲基或乙基,这是一种不稳定的化学基因。这些自由基引发了一系列其他反应。

  二级反应以许多不同的方式存在,包括通过初级反应产生的烯烃。前一种增强反应是典型的例子,通过一级反应产生的烯烃脱氢,通过缩合反应形成大的稳定分子如环烯烃。芳烃也是次要反应。当反应物转化率或裂解深度低时,二次反应不是很重要,因为一级反应烯烃浓度低,因此分压低,一级反应转化率高,伴随着较高温度和烯烃偏压力,两次。反应变得重要,并且除了降解所需的烯烃产物之外,二次反应最终导致焦炭的形成。不同的原料在相同的裂化条件下得到不同的乙烯产率。通常,原料具有较高的氢含量和较高的乙烯产率。例如,乙烷比石脑油产生更多的乙烯,石脑油反过来产生比AGO更多的乙烯。

  C.焦化机理:在裂解炉操作过程中存在三种焦化机制:催化焦化,自由基诱导焦化和沉积焦化。催化焦化通常发生在炉管操作的初始阶段,主要是在辐射段炉管中催化形成金属如Ni和Fe。焦化特性由纤维结构,隔热性能和管壁表面上的活性中心的数量决定。分子量小于100的乙炔,乙烯,丁二烯,甲基,己基和酚基倾向于引发新的自由基,并且不饱和基团也易于引起自由基焦化,这增加了炉管表面的结焦。 。自由基的活性取决于气体组成,温度,压力和流量。芳烃在高温下反应形成高分子焦油,其进一步沉积形成固体焦炭。芳香族缩聚焦化受原料的芳香族含量的影响。分析焦化过程。初始焦化主要基于催化焦化。焦化沉积物快速沉积,并且自由基焦化的表面积增加。表面的不均匀性增加了沉积焦化的机会和速率。当在金属颗粒下形成碳纤维时,金属颗粒升高以在其上沉积更多的碳,并且碳纤维继续生长。自由基焦化被碳纤维表面包围,并且粘性焦炭沉积在碳纤维之间,逐渐形成固定的焦炭,导致​​炉管表面结焦。

  通过在裂解炉中的短停留时间,高温,低压降和优化的稀释蒸汽/烃进料比,提高烯烃产率使焦炭形成最小化。 USC裂解炉系统具有这些特征,旨在产生最高产量的乙烯和其他有价值的副产物,同时最大限度地减少不需要的组分。高转化率下乙烷的裂解需要较高的裂解温度,这导致乙炔路径的焦化,特别是当炉管壁局部过热时,壁膜附近的过热区中的反应温度更容易分解。 

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