乙烯装置裂解关键技术进展及其国产化历程文档格式.docx
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北方炉;
国产化
中图分类号:
TQ02文献标志码:
A文章编号:
1000–6613()01–0001–09
DOI:
10.3969/j.issn.1000-6613..01.001
Progressofcrackingtechnologyofethyleneplantanditsdevelopmentin
China
WANGZizong,HEXi’ou
(SinopecEngineeringIncorporation,Beijing100101,China)
Abstract:
Thedevelopmenthistory,directionandcurrentstatusofsteamcrackingtechnologyare
reviewed.Themajorprogressofsteamcrackingtechnologyinrecentyearsincludethetechnology
relatedtotheradiantcoil,energysavingandenvironmentalprotection,singlefurnacecapacity
increase,revampofcrackingfurnace,advancedcontrolandoptimizationinoperation.Some
technologieshavegoodeffectinoperation,andsometechnologieshaveproblemsorneedtomake
improvement.ThedevelopmenthistoryofSinopecCBLsteamcrackingtechnologyisreviewed,and
thefollowingaspectsareincluded:
processtechnology,majorequipmentdomesticfabrication,
engineeringdesignandlarge-scaleofcrackingfurnacecapacity.TheapplicationofCBLcracking
technologyinfurnacerevamp,TianjingandZhenhai1000kt/aethyleneunitisintroduced.The
applicationof150kt/aCBL-Ⅶcrackingfurnaceandthedevelopmentof200kt/aCBLcracking
furnacearealsointroduced.Thebottleneckofsteamcrackingtechnologyispointedouttobethe
anti-coketechnology,andtheproblemssolvedinthedifferentstagesduring30yearsdevelopingcourse
aresummarized,andthenCBLtechnologyfinallyenteredtheinternationalmarket.Alsothetechnical
featuresareintroduced,andtheadvantagesofCBLcrackingfurnacearealsointroduced.
Keywords:
steamcracking;
crackingfurnace;
CBL;
domestic
石油化学工业大多数生产装置以烯烃和芳烃
为基本原料,其总量约占石油化工生产总耗用原料
3/4。
在烃类蒸汽制乙烯技术浮现之后,重要由
收稿日期:
-04-24;
修改稿日期:
-09-13。
第一作者及联系人:
王子宗(1965—),男,专家级高档工程师,博
士后导师,中华人民共和国石化工程建设有限公司副总经理兼总工程师,中华人民共和国石
化科技委委员,中华人民共和国化工学会石化专委会委员,中华人民共和国乙烯工业协会执
行会长。
E-mail。
特约评述·
2·
化工进展年第33卷
烃类蒸汽裂解制乙烯装置生产各种烯烃和芳
烃[1]
。
至年,全球乙烯产量约为1.5亿吨,中
国乙烯年生产能力达到1616.5万吨,有32套乙烯
装置生产,在世界上仅次于美国位列第二位。
中华人民共和国
石化集团公司(下文简称“中华人民共和国石化”)有18套乙
烯装置,乙烯生产能力达到9475万吨,其中有合资
装置4套,乙烯生产能力368万吨[2]
;
中华人民共和国石油天
然气集团公司有11套乙烯装置,乙烯生产能力达到
511万吨[3]
近来虽然有一某些乙烯、丙烯通过重
油或渣油催化裂解生产以及甲醇制烯烃生产,但仍
以烃类蒸汽裂解制乙烯为主。
因而乙烯装置是石油
化工装置龙头。
乙烯生产专利技术由于工艺复杂,半个世纪来
始终由美国Lummus、S&
W、KBR、德国Linde和
法国Technip五大专利商垄断,典型生产工艺有:
顺序分离技术路线(含顺序“渐近”分离技术路线)、
前脱丙烷分离技术路线和前脱乙烷分离技术路线,
并且均拥有各自裂解技术[4-7]
鉴于乙烯技术重要性,原中华人民共和国石化总公司成
立伊始,就把开发乙烯裂解技术拟定为重点科技开
发项目,于1984年开始组织开展中华人民共和国石化乙烯裂解
技术研究开发工作,并于1988年实现了第一台北
方炉(CBL)工业实验裂解炉投入运营[1]
以中
国石化工程建设有限公司(SEI)、北京化工研究院
和南京工业炉所为代表研究开发单位,通过近30
年不断研发,获得了明显成绩,实现了烃类蒸
汽热裂解工艺技术、工程设计技术及设备国产化,
在国内得到大面积应用并走向了国外。
1裂解技术进展
乙烯裂解炉因其在乙烯装置中特殊地位而成
为乙烯装置龙头,是乙烯装置中核心和核心工艺
专利设备。
在乙烯装置中,裂解炉综合能耗约占
乙烯装置综合能耗50%~60%;
而裂解炉投资
依照裂解原料不同,约占整个乙烯装置投资
1/4~1/3
[8-9]
因而裂解技术进步在乙烯技术发
展方面具备举足轻重作用。
中华人民共和国乙烯装置规模由20世纪60、70年代
乙烯100~300kt/a,70、80年代乙烯300~600
kt/a,到80、90年代乙烯600~800kt/a和当前
1000kt/a及以上。
为适应乙烯装置规模扩大需要,
裂解炉单炉能力也相应扩大。
乙烯裂解技术发展重要环绕提高裂解选取性
减少原料消耗、减少能耗、减少污染物排放、大型
化、低投资等。
1.1国外各种裂解炉型现状
烃类通过蒸汽裂解制乙烯反映过程是在裂解
炉辐射段炉管中发生,裂解选取性提高重要归
功于辐射段炉管构型改进,各种炉型发展均与
辐射炉管改进直接有关。
第一阶段为20世纪60
年代初期长停留时间且小能力水平布置炉管发展
到60年代后期开始采用垂直排列辐射段炉管;
第
二阶段是从70年代开始采用4~6程分枝管并以停
留时间缩短到0.4~0.6s为特性;
第三阶段是在80
年代通过采用两程或单程炉管进一步减少停留时间
到0.2s左右或如下以提高乙烯、丙烯选取性为特
征。
其总趋势是炉管构造实现了裂解反映所需要
高选取性:
①提高反映温度;
②烃类在炉管中
停留时间短;
③烃分压低。
总效果是实现了以石
脑油为原料时,乙烯收率达到28%~33%
[1,8]
如下汇总了商业化裂解炉炉型现状[1,4-7,10]
(1)美国Lummus公司
美国Lummus公司开发SRT型裂解炉,以分
枝变径管为特点,具备短停留时间、热强度高、低
烃分压特点。
在1994年推出以4-1型两程炉管为
特性SRT-Ⅵ型炉后,在21世纪初推出SRT-X型
炉(辐射炉管由老式沿辐射段炉膛长度布置改为
与其垂直布置)后,当前又推出SRT-Ⅶ型(8-1)
双炉膛裂解炉,其停留时间进一步缩短,采用全底
部供热。
近来气体原料多采用SRT-Ⅱ(4-2-1-1-1-1)
型或SRT-Ⅲ(4-2-1-1)型炉(停留时间0.4s左右),
液体原料采用SRT-Ⅵ型、SRT-Ⅶ型两程炉管(停
留时间0.2s左右),急冷锅炉为一级多管束锅炉
如浴缸式、迅速急冷等型式。
供热以底部与侧壁联
合为主,近来也采用全底部供热或一体化供热(在
底部燃烧器附近布置一贴着炉底燃烧器)。
其特点
是SRT-Ⅵ型、SRT-Ⅶ型两程炉管底部连接为锥
形集合管刚性连接,因而炉管容易弯曲。
由于其
炉管构造及每一种4-1或8-1炉管解决量较大,
无法与线性锅炉连接,只能与大型锅炉连接。
(2)美国Stone&
Webster(S&
W)公司
S&
W公司管式炉裂解重要特点是采用不分
枝变径管即超选取性裂解炉(USC),以双炉膛构造
为主,对气体原料采用W及M型(停留时间0.3~
0.6s),对液体原料采用U型炉管(停留时间0.2s
左右),近期推出单程陶瓷炉管裂解炉,管长5~15
m,停留时间为0.05~0.1s,但未工业化。
急冷锅
炉以线性为主,对气体原料也采用二级,供热以全第1期王子宗等:
乙烯装置裂解技术进展及其国产化历程·
3·
底部为主。
其特点是U型两程炉管底部连接为大
弯管柔性连接,因而炉管不易弯曲。
由于其炉管
解决量较小,普通与线性锅炉连接。
(3)美国KelloggBrown&
Root(KBR)公司
美国凯洛格(Kellogg)公司从20世纪70年代
开始研究毫秒裂解炉,并于80年代广泛用于其设计
乙烯装置。
其特点是采用单程炉管、停留时间为
0.05~0.1s。
其烯烃收率要高4%~8%。
美国凯洛格与布朗路特公司合并成立KBR公
司后,与ExxonMobil公司达到合同,由KBR公司
负责销售ExxonMobi公司LRT裂解炉(停留时间
在0.1s以上),并改名为选取性裂解(SC)。
其炉
型重要为单炉膛双单排