蒸汽裂解生产乙烯工艺研究

蒸汽裂解生产乙烯工艺研究

张博

中海壳牌石油化工有限公司  广东惠州  516000 

摘要：蒸汽裂解工艺是乙烯生产的主要工艺，介绍了蒸汽裂解技术的发展历程和工艺流程，对SRT-VI、USC-U、GK-Ⅴ、SL-I等工艺进行对比，分析各个裂解炉的性能与操作参数，研究SW-U型裂解炉的工艺流程，对乙烯生产工艺进行探究，为蒸汽裂解生产乙烯工艺的发展奠定理论基础，实现增产的目标。

关键词：蒸汽裂解；乙烯工艺；生产技术

前言：乙烯属于低碳烯烃物质，在化工领域，乙烯是极为常用的一种有机化工原料。现阶段，主要有两种乙烯生产工艺，一种是蒸汽裂解工艺，该工艺能够形成98%的乙烯，还会形成66%的丙烯，重点对该工艺进行研究，另一种是催化裂解工艺，该工艺仅能生产32%的丙烯。

1蒸汽裂解的开发历程和工艺流程

1.1开发历程

1910～1941年是蒸汽裂解技术的初始阶段，美国于1941年发明了第一台蒸汽裂解炉；1960～1970年是该技术发展的第一阶段，德国发明了Pyrocrack系列裂解炉，美国发明了SRT-I裂解炉；1970～1990年是该技术发展的第二阶段，美国、荷兰发明了SRT-Ⅲ、USC以及GK-Ⅱ等，随后，美国、荷兰、中国发明了SRT-Ⅳ、GK-Ⅴ、SL-I、CBL-I等；1990年至今是该技术发展的第三阶段，逐渐分发明了SRT-X、CBL-R等，目前，已经生产出大型乙烯生产装置，该装置能够同时进行炼化，原料主要包括石脑油和乙烷等[1]。

1.2工艺流程

在蒸汽裂解的过程中，需要让液化气等气体原料和石脑油等液体原料置于750～900℃的高温环境中，通过断链、脱氢、聚合、缩合、异构、焦化完成蒸汽裂解反应，形成乙烯等物质。蒸汽裂解的主要装置是裂解炉，包括两个部分，第一个部分是对流段，原料进入之后，利用预热器进行预热，将温度升高到80℃，将预热后的原料转移到过热段，与稀释蒸汽相混合，当原料温度升高到600℃时，将原料传输到横跨段，再传入到下一个部分。裂解炉的第二个部分是辐射段，由燃烧器、炉管等构成，通过高温烟气辐射等方式继续升温，当温度升高到800～900℃时，开始产生裂解反应，形成低碳烯烃裂解气，其中包含乙烯。经炉管传出时，急冷锅炉对其进行降温处理，当温度处于400～500℃之间时，烃类物质就会停止二次反应。在急冷器的作用下，温度会降低到200～300℃之间，此时，裂解气就会到达预分流系统，对热量进行回收，就会形成超高压蒸汽[2]。

2蒸汽裂解工艺对比分析

2.1 SRT-VI蒸汽裂解工艺技术

在对流段 的预热部分，预热段数量较少，成本较低，对于辐射段 来说，结构为4-1型，炉管材料具有较强的耐腐蚀性和抗氧化性，极大程度增强了辐射段的裂解性能。燃料主要是工业级燃料气，供热方式为底部供热，这种供热方式能够让温度更加稳定。该技术具有较高的三烯收率和热效率，但是整体能耗偏高。

2.2 USC-U蒸汽裂解工艺技术

裂解炉包含1个对流段，有双辐射室，急冷方式为二级串联急冷。炉墙材质具有较强的耐高温性和热稳定性，具有较低的热导率。炉管运行周期较长，采用大弯管柔性连接的连接方式，具有较高的热强度和较大的比表面积，大大缩短了停留时间，但是压降较大、适应性较差。

2.3 GK-Ⅴ蒸汽裂解工艺技术

GK-I的停留时间为0.4s,单个裂解炉的产量为4万t/a，经过改进和优化，GK-VI的停留时间缩短到0.2s以下，单个裂解炉的产量升高到10万t/a以上。在辐射段区域，将管的长度变短，主要为错拍双程分枝变径管，管道优化后，停留时间大约在0.15～0.25s之间。对流段区域新添加了稀释蒸汽过热段，急冷方式为一级急冷，具有收率高、压降低的优点，缺点在于能耗较高。

2.4 SL-I蒸汽裂解工艺技术

中国石化研发了SL-I蒸汽裂解技术，原料包括石脑油、轻烃等，燃料包括液化气、甲烷等。SL-I裂解炉属于大型炼化一体化装置，单个裂解炉 的产量超过了10万t/a。运用了扭曲片 技术，有效提高了裂解炉的热效率，炉管结构为2-1型，急冷方式为多级急冷。具有成本低、维护方便、运行周期长的优点，但是能耗较高、乙烯收率较低。

3 SW-U型裂解炉工艺流程

SW-U型裂解炉的乙烯生产原料为烷烃和石脑油，主要运用了USC蒸汽裂解技术，在生产过程中，将原料加热，使温度超过800℃，发生高温裂化反应后，就会生成乙烯等物质，对废气热量进行回收，形成超高压蒸汽后，可以利用这部分热量驱动裂解气透平压缩机。

3.1原料预热

对石脑油进行处理时，需要提前进行加热处理，这一环节以换热器为主，工作人员要时刻注意石脑油的温度，当温度达到60℃的时候，把石脑油分成两大部分，每个部分再划分为4份，对每份石脑油进行加热，将石脑油原料的温度提升到152℃，加热之后，将石脑油输送到裂解炉内。在预热的过程中，要将稀释蒸汽的温度控制在190℃左右，系统中的压力为0.75MPa，传输到稀释蒸汽过热盘管内部，进行过热处理，当温度达到434℃时，将石脑油和稀释蒸汽均匀地混合到一起，原料与蒸汽混合后，就会传输到原料过热盘管。在过热盘管内部,进一步提高温度，使石脑油温度不断升高，当石脑油逐渐汽化之后，就会穿过横跨管，最后到达辐射段。

3.2原料裂解

将混合物输送到对应的分配总管内部，分配总管会继续划分混合物，单个混合分配总管会把混合料划分成12份，也就是说，混合料总共被分成了96份，一个分配总管连接着12个U型炉管，混合料会进入到U型炉管中。进入炉管的区域安装了文丘里喷嘴，不同炉管的流量完全相同，能够有效保证进料的均匀性。SW-U型裂解炉的一个炉膛中存在着96根炉管，这种型号的裂解炉包含两个炉膛辐射段，也就是说，总共有192根炉管，进料可以在各个炉管中发生裂解反应。

3.3急冷和燃料

在急冷过程中，炉管中的混合料完成裂解反应之后，就会被输送到急冷换热器中，刚刚进入时温度较高，与温度较低的水进行换热之后，物料的温度会快速降低，一直到352℃。将192根炉管分成八个部分，需要设置同样数量的急冷器，将换热器与裂解炉的管道相互衔接。为了避免二次反应过于强烈，需要加强温度控制，可以设置油冷器，利用该装置进行降温处理，当物料处于装置之中时，温度会快速降低。在油冷器出口，混合物的温度将降低到204℃。对于燃料来说，分两种情况，正常工况下，一般会使用甲烷氢，甲烷氢能够让燃烧更加充分，但是在特定条件中，需要增加C3/C4，进入燃料气系统前需要在燃料气冷凝液罐中进行脱凝液，凝液罐顶部的气会作为裂解炉的燃料。如果在裂解的过程中没有形成甲烷氢，就要使用其他的燃料，可以使用天然气，对其进行升温处理，通过天然气保证充分燃烧，将燃料转移至SW裂解炉中。燃料气进入后，自动分为两部分，一部分燃料气进入点火器烧嘴，另一部分燃料气再次分成两个部分，每个部分的燃料气会单独到达辐射室，在充分燃烧的情形下，形成裂解反应[3]。

3.4高压蒸汽系统和烟道气系统

初分馏脱氧槽可以生成脱氧水，对其进行加压处理后，将其传输到裂解炉中，裂解炉会将脱氧水分成两部分，一部分脱氧水被输送到高压蒸汽调温器中，另一部分脱氧水进入预热盘管，将温度升高到179℃。将脱氧水输送到高压汽包中，经过降液管进入换热器，与热量较高的裂解气接触，达到换热的目的，由此形成高压蒸汽，这部分高压蒸汽再顺着气管回到高压汽包中。高压蒸汽进入预热盘管后，温度会升高到390℃，进入过热盘管后，温度会升高到510℃，到达特定温度后，就能够驱动裂解气压缩机。高压汽包有两种排污方式，分别是直接排污和间接排污。在SW-U型裂解炉的烟道气系统中，共包含1个对流段和2个辐射段，辐射室的最低处自然进风，对流段的最高处设置了引风机，可以减小阻力，控制横跨段的负压。

结论：利用蒸汽裂解技术生产乙烯时，需要考虑不同裂解炉的特点和优点，SRT-VI裂解炉具有停留时间较短的优点，USC-U裂解炉可以对热量进行回收，GK-V裂解炉乙烯生产量较高，综合条件较好，SL-I裂解炉更加先进和稳定，具有操作便捷、成本较低的优点。SW-U型裂解炉采用了USC裂解技术，在蒸汽裂解技术的发展中，要向着大型化绿色蒸汽裂解工艺的方向发展，增加乙烯的产量，降低整个系统的能耗。

参考文献：

[1]苏培芳,黄燕青,陈辉.蒸汽裂解生产乙烯工艺对比[J].山东化工,2022,51(04):149-153.

[2]阮并元.林德和科莱恩合作开发低碳乙烯生产技术[J].石油石化绿色低碳,2021,6(06):77-78.

[3]盛依依.乙烯生产技术及进展分析[J].石油化工技术与经济,2021,37(05):53-58.