氫氧燃燒法直接加熱裂解石油烴的裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術涉及石油烴裂解領域，具體地，涉及一種氫氧燃燒法直接加熱裂解石油烴的裝置及方法。本發(fā)明專利技術所述裝置，包括氫氧燃燒器(1-3)和高溫裂解反應裝置(1-1)，所述氫氧燃燒器(1-3)與高溫裂解反應器(1-1)相連通，所述高溫裂解反應裝置(1-1)包括高溫裂解反應器(2-1)，所述高溫裂解反應器(2-1)包括上下連接的混合器(2-1a)和反應器(2-1b)；所述混合器(2-1a)相對的兩側(cè)壁沿切線方向分別設置有過熱水蒸汽入口(3-1)與氣液混合物料入口(3-3)，所述混合器(2-1a)頂部沿軸向方向設置有氣態(tài)物料入口(3-2)。本發(fā)明專利技術利用過熱水蒸汽與物料切向或軸向混合方式，可以有效避免混合不均帶來的過裂解或裂解不完全。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及石油烴裂解領域，具體地，本專利技術涉及一種氫氧燃燒法直接加熱裂解石油烴的裝置及方法。
技術介紹
石油烴熱裂解是目前制取小分子烯烴的主流方法。高反應溫度和短停留時間有利于提高烯烴產(chǎn)率并減少副產(chǎn)物的生成，這就要求對裂解反應施加很高強度的熱量供給。從傳熱的角度，熱裂解可分為直接加熱裂解(Directlyheatedpyrolysis)和間接加熱裂解(Indirectlyheatedpyrolysis)，前者指熱源不經(jīng)傳熱介質(zhì)將熱量直接傳給裂解原料，后者則需通過傳熱介質(zhì)(反應管壁)向裂解原料傳遞熱量。采用管式裂解爐的蒸汽裂解(Steamcracking)技術是間接加熱裂解的典型代表，絕大多數(shù)小分子烯烴都是采用此法生產(chǎn)的。作為蒸汽裂解技術的核心，管式裂解爐技術經(jīng)過長期的不斷改進，性能已經(jīng)完善。出于減少因爐管內(nèi)壁結(jié)焦導致的傳熱惡化和壓降增大的原因，石腦油仍是占據(jù)主導地位的裂解原料。出于擴大裂解原料來源的目的，近年來人們對裂解技術提出了多種改進，其中既有間接加熱裂解技術，也有直接加熱裂解技術。美國專利US7744747B2、US7578929B2、US6743961B2等公布的裂解技術的特點在于可將原油等重質(zhì)原料用于蒸汽裂解，但均需前處理工藝將其中的輕質(zhì)餾分蒸發(fā)出來，再用裂解爐對輕質(zhì)餾分進行裂解。這在一定程度上擺脫了原油加工流程對裂解工序的束縛，但實際使用的裂解原料仍是原油中的輕質(zhì)餾分，實質(zhì)上并未擴大裂解原料的來源。美國專利US4136015和US4256565公布的裂解技術的特點在于將高溫燃燒氣體用作熱載氣體，采用直接加熱裂解重質(zhì)油。此類技術雖然能在裂解裝置中直接裂解重油甚至原油，但是為了獲得熱載氣體與裂解原料的高效混合和快速裂解，往往需要借助復雜的裝置或其他技術手段。近來有人提出選擇性氫燃燒技術，將間接加熱改為直接加熱，使得熱裂解反應在絕熱反應器中進行，不需要外加熱源。比如中國專利CN101875591A，該技術借助選擇性氫燃燒催化劑，將氫氣、氧氣和烴類原料混合物流引入氫催化燃燒裝置，使其中的氫氣進行催化燃燒反應，將物流加熱，加熱后的物流進入絕熱反應裝置發(fā)生熱裂解反應。該技術需要多級氫催化燃燒裝置和絕熱反應裝置串聯(lián)以提高烯烴產(chǎn)率，而且氫燃燒需要借助催化劑，必然增加了成本，且過程不好控制。
技術實現(xiàn)思路
鑒于現(xiàn)有裂解石油烴技術存在的不足，本專利技術的目的是提供一種采用氫氧燃燒產(chǎn)生的過熱水蒸汽，以直接加熱的方式裂解石油烴，制取單體小分子烯烴的工藝和裝置，該工藝具有裂解原料來源廣泛，原料之間切換靈活，烯烴產(chǎn)率高，除焦操作簡單等優(yōu)點。本專利技術提供了一種氫氧燃燒法直接加熱裂解石油烴的裝置，包括氫氧燃燒器1-3和高溫裂解反應裝置1-1，所述氫氧燃燒器1-3與高溫裂解反應裝置1-1相連通，所述高溫裂解反應裝置1-1包括高溫裂解反應器2-1，所述高溫裂解反應器2-1包括上下連接的混合器2-1a和反應器2-1b；所述混合器2-1a和反應器2-1b的內(nèi)部連接有可上下移動的可移動熱電偶2-13；所述反應器2-1內(nèi)部反應區(qū)與可上下移動的急冷裝置2-11a相連；所述混合器2-1a相對的兩側(cè)壁沿切線方向分別設置有過熱水蒸汽入口3-1與氣液混合物料入口3-3，所述混合器2-1a頂部沿軸向方向設置有氣態(tài)物料入口3-2；其中所述過熱水蒸汽入口3-1與氫氧燃燒器1-3相連。如果裂解原料為粘度很大的液態(tài)烴時，可以在裝置中加設預熱氣化裝置1-4，與高溫裂解反應器1-1相連通。根據(jù)上述裝置，在加設預熱氣化裝置1-4時，所述混合器2-1a的氣態(tài)物料入口3-2與氣液混合物料入口3-3分別連接于原料預熱氣化裝置1-4。根據(jù)上述裝置，所述氫氧燃燒器1-3與除焦再生反應器1-2相連。上述混合器外設置有混合器加熱保溫套2-24，所述反應器外設置有反應管外保溫層2-4。上述所述高溫裂解裝置中的混合器和反應器可以用不銹鋼或其他耐高溫材料制成。本專利技術還提供了一種氫氧燃燒法直接加熱裂解石油烴的方法，該方法優(yōu)選基于上述裂解石油烴的裝置，具體包括以下步驟：1)將氫氣和氧氣輸送進入氫氧燃燒器，燃燒生成過熱水蒸汽，使過熱水蒸汽的溫度區(qū)間為800～2000℃；其中，氫氣和氧氣之間質(zhì)量比為1:5～1:8，氫氣保持一定的過量；2)將過熱水蒸汽和裂解原料分別輸送進入高溫裂解反應裝置，過熱水蒸汽與裂解原料在高溫裂解反應裝置的混合區(qū)中迅速混合形成裂解反應物料，并使裂解反應物料瞬間升溫至裂解反應溫度750～1000℃；其中，上述預熱后的裂解原料與過熱水蒸汽在混合區(qū)內(nèi)混合方式為：水蒸汽切向進入高溫裂解反應裝置的混合區(qū)，裂解原料沿軸向或切向進入高溫裂解反應裝置的混合區(qū)與高溫水蒸汽混合；在水蒸汽入口處設置噴嘴以提高水蒸汽進入反應器的線速度，以加強混合效果；上述水蒸汽與裂解原料的質(zhì)量比可以為20:1～4:1，優(yōu)選10:1～5:1，具體可以根據(jù)不同的原料進行調(diào)整；3)裂解反應物料在高溫裂解反應裝置的混合區(qū)和反應區(qū)中發(fā)生裂解反應，生成裂解產(chǎn)物；4)通過急冷系統(tǒng)將裂解產(chǎn)物的溫度降至500℃以下，從而終止裂解反應的進行。在直接加熱裂解石油烴的工藝中，原料與熱載氣體迅速混合實現(xiàn)熱量傳遞對于提高烯烴產(chǎn)率、防止副產(chǎn)物的產(chǎn)生是非常重要的。本專利技術方法中，采用特定的進樣方式(切向+切向或者切向+軸向)促成高溫水蒸汽與原料的迅速混合，在極短的時間內(nèi)實現(xiàn)熱量由熱載氣體到裂解原料的傳遞。具體而言，如果裂解原料進入反應裝置之前是氣態(tài)，則采用軸向進入方式，如果是氣液混合態(tài)或液態(tài)，則采用切向進入方式。為加強混合效果，在水蒸汽入口設置噴嘴，提高水蒸汽流速，這樣水蒸汽以切向方式高速進入反應器，形成渦流，除與原料迅速混合以外，還可以有效防止管壁結(jié)焦。根據(jù)本專利技術的裂解石油烴的方法，如果裂解原料為粘度很大的液態(tài)烴時，所述步驟3)將裂解原料先輸送進入預熱汽化裝置，預熱汽化裝置內(nèi)溫度為200～600℃，獲得預熱后的裂解原料；所述裂解原料預熱后全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)物料或氣液混合物料；將過熱水蒸汽和預熱后的裂解原料分別輸送進入高溫裂解反應裝置，即使預熱后的裂解原料參與裂反應。根據(jù)本專利技術的裂解石油烴的方法，優(yōu)選地，所述步驟3)裂解反應停留時間為0.01～0.2s。根據(jù)本專利技術的裂解石油烴的方法，所述裂解原料可以包括但不限于乙烷、丙烷、石油氣、石腦油、汽油、柴油、渣油、原油和廢聚烯烴裂解液體產(chǎn)物中的一種或多種的混合物。根據(jù)本專利技術的裂解石油烴的方法，所述本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種氫氧燃燒法直接加熱裂解石油烴的裝置，包括氫氧燃燒器(1?3)和高溫裂解反應裝置(1?1)，所述氫氧燃燒器(1?3)與高溫裂解反應器(1?1)相連通，其特征在于，所述高溫裂解反應裝置(1?1)包括高溫裂解反應器(2?1)，所述高溫裂解反應器(2?1)包括上下連接的混合器(2?1a)和反應器(2?1b)；所述混合器(2?1a)和反應器(2?1b)的內(nèi)部連接有可上下移動的可移動熱電偶(2?13)；所述反應器(2?1)內(nèi)部反應區(qū)與可上下移動的急冷裝置(2?11a)相連；所述混合器(2?1a)相對的兩側(cè)壁沿切線方向分別設置有過熱水蒸汽入口(3?1)與氣液混合物料入口(3?3)，所述混合器(2?1a)頂部沿軸向方向設置有氣態(tài)物料入口(3?2)；其中所述過熱水蒸汽入口(3?1)與氫氧燃燒器(1?3)相連。

【技術特征摘要】
1.一種氫氧燃燒法直接加熱裂解石油烴的裝置，包括氫氧燃燒器(1-3)和高溫
裂解反應裝置(1-1)，所述氫氧燃燒器(1-3)與高溫裂解反應器(1-1)相連通，其
特征在于，所述高溫裂解反應裝置(1-1)包括高溫裂解反應器(2-1)，所述高溫裂
解反應器(2-1)包括上下連接的混合器(2-1a)和反應器(2-1b)；
所述混合器(2-1a)和反應器(2-1b)的內(nèi)部連接有可上下移動的可移動熱電偶
(2-13)；所述反應器(2-1)內(nèi)部反應區(qū)與可上下移動的急冷裝置(2-11a)相連；
所述混合器(2-1a)相對的兩側(cè)壁沿切線方向分別設置有過熱水蒸汽入口(3-1)
與氣液混合物料入口(3-3)，所述混合器(2-1a)頂部沿軸向方向設置有氣態(tài)物料入
口(3-2)；其中所述過熱水蒸汽入口(3-1)與氫氧燃燒器(1-3)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括預熱氣化裝置(1-4)
與高溫裂解反應器(1-1)相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述混合器(2-1a)的氣態(tài)物料
入口(3-2)與氣液混合物料入口(3-3)分別連接于原料預熱氣化裝置(1-4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，其特征在于，所述氫氧燃燒器(1-3)
與除焦再生反應器(1-2)相連。
5.一種氫氧燃燒法直接加熱裂解石油烴的方法，包括以下步驟：
1)將氫氣和氧氣輸送進入氫氧燃燒器，燃燒生成過熱水蒸汽，使過熱水蒸汽的
溫度區(qū)間為800～2000℃；
2)將過熱水蒸汽和裂解原料分別輸送進入高溫裂解反應裝置，過熱水蒸汽與裂
解原料在高溫裂解反應器的混合區(qū)中迅速混合形成裂解反應物料，并使裂解反應物
料瞬間升溫至裂解反應溫度750～1000℃；其中，上述裂解原料與過熱水蒸汽在混合
區(qū)內(nèi)混合方式為：水蒸汽切向進入高溫裂解反應裝置的混合區(qū)，裂解原料沿軸向或
切向進入高溫裂解反應裝置的混合區(qū)與高溫水蒸汽混合；
3)裂解反應物料在高溫裂解反應器的混合區(qū)和反應區(qū)中發(fā)生...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：溫浩，景曉東，趙月紅，許志宏，
申請(專利權(quán))人：中國科學院過程工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11