导语
 

乙烯是石油化工产业的核心，乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备，主要作用是把天然气、炼厂气、原油及石脑油等各类原材料加工成裂解气，并提供给其它乙烯装置，最终加工成乙烯、丙烯及各种副产品。

乙烯裂解炉结构

裂解炉一般由对流段、辐射段和急冷系统3部分构成。
 

反应所需的高位热能是在辐射段通过燃烧器燃烧燃料的方式提供。
 

对流段的目的是回收高温烟气余热，以用来气化原料，并将其过热至横跨温度，送入辐射段进行热裂解；多余的热量用来预热锅炉给水和过热由急冷锅炉系统产生的高压蒸汽。
 

裂解炉对流段每一组盘管主要由换热炉管(光管或翅片管)通过回弯头组焊而成，端管板和中间管板支持起炉管，有些盘管的进出口通过集箱汇集到一起。每一组盘管的四周再组对上炉墙，则构成一个模块。
 

急冷锅炉系统的作用是回收离开辐射段的高温裂解气的能量以产生饱和超高压蒸汽。燃烧热中约42%在辐射段提供反应热和升温，约51.5%在对流段被回收，约1.5%为热损失，其余为排烟损失。
 

乙烯裂解炉的分类

乙烯裂解炉的种类从技术上可分为双辐射室、单幅射室及毫秒炉。从炉型上可分为CBL裂解炉、SRT型裂解炉、USC型裂解炉、KTI GK裂解炉、毫秒裂解炉、Pyrocrack型裂解炉。
 

CBL型裂解炉
 

CBL炉是我国在20世纪90年代，北京化工研究院、中国石化工程建设公司、兰州化工机械研究院等多家单位，相继开发的高选择性裂解炉。
 

CBL裂解炉的对流段设置在辐射室上部的一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设置原料、稀释蒸汽、锅炉给水预热、原料过热、稀释蒸汽过热、高压蒸汽过热段。稀释蒸汽的注入：二次注汽的为I、Ⅱ型，一次注汽的为Ⅲ型。
 

主要特点是将对流段中稀释蒸汽与烃类传统方式的一次混合改为二次混合新工艺。一次蒸汽与二次蒸汽比例应控制在适当范围内。采用二次混合新工艺后，物料进入辐射段的温度可提高50℃以上。
 

这样，当裂解深度不变时，裂解温度可降低5℃-6℃，辐射段烟气温度可相应降低20℃-25℃，最高管壁温度下降14℃-20℃，全炉供热量可降低约10％。
 

供热采用侧壁烧嘴与底部烧嘴联合布置方案,侧壁烧嘴为无焰烧嘴，底部烧嘴为油气联合烧嘴。
 

该炉具有裂解选择性高、调节灵活、运转周期长等特点。
 

SRT型裂解炉

SRT型裂解炉即短停留时间炉，是美国鲁姆斯（Lummus）公司于1963年开发，1965年工业化，以后又不断地改进了炉管的炉型及炉子的结构，先后推出了SRT——Ⅰ——Ⅵ型裂解炉。
 

该炉型的不断改进，是为了进一步缩短停留时间，改善裂解选择性，提高乙烯的收率，对不同的裂解原料有较大的灵活性。SRT 型炉是目前世界上大型乙烯装置中应用最多的炉型。
 

SRT型裂解炉的对流段设置在辐射室上部的一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设置进料、稀释蒸汽和锅炉给水的预热。
 

从SRT-Ⅵ型炉开始，对流段还设置高压蒸汽过热，由此取消了高压蒸汽过热炉。在对流段预热原料和稀释蒸汽过程中，一般采用一次注入蒸汽的方式，当裂解重质原料时，也采用二次注汽。
 

早期SRT型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴烧燃料气，为适应裂解炉烧油的需要，目前多采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合的布置方案。底部烧嘴最大供热量可占总热负荷的70％。SRT-Ⅲ型炉的热效率达93.5％。
 

折叠USC型裂解炉

斯通-伟伯斯特(S.W)公司的USC裂解炉(超选择性裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉，辐射盘管为W型或U型盘管。由于采用的炉管管径较小，因而单台裂解炉盘管组数较多(16-48组)。
 

每2组或4组辐射盘管配一台USX型(套管式)一级废热锅炉，多台USX废热锅炉出口裂解气再汇总送入一台二级废热锅炉。后期开始采用双程套管式废热锅炉(SLE)，将两级废热锅炉合并为一级。

USC型裂解炉对流段设置在辐射室上部一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设有原料和稀释蒸汽预热、锅炉给水预热及高压蒸汽过热等热量回收段。大多数USC型裂解炉为一个对流段对应一个辐射室，也有两个辐射室共用一个对流段的情况。
 

当装置燃料全部为气体燃料时，USC型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴；如装置需要使用部分液体燃料时，则采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧气也可烧油，其供热量可占总热负荷的60％-70％。
 

由于USC型裂解炉辐射盘管为小管径短管长炉管，单管处理能力低，每台裂解炉盘管数较多。为保证对流段进料能均匀地分配到每根辐射盘管，在辐射盘管入口设置了文丘里喷管。
 

USC裂解技术是根据停留时间、裂解温度和烃分压条件的选择，使生成的产品中乙烷等副产品较少，乙烯收率较高而命名的。短的停留时间和低的烃分压使裂解反应具有良好的选择性。
 

折叠KTIGK裂解炉

早期的GK—I型裂解炉为双排立管式裂解炉，20世纪70年代开发的GK一Ⅱ型裂解炉为混排(入口段为双排，出口段为单排)分支变径管。
 

在此基础上，相继开发了GK一Ⅲ型、GK一Ⅳ型和GK—V型裂解炉。GK—V型裂解炉为双程分支变径管，由于管程减少，管长缩短，停留时间可控制在O.2秒以内。GK型裂解炉一般采用一级废热锅炉。
 

对流段设置在辐射室上侧。对流段除预热原料、稀释蒸汽、锅炉给水外，还进行高压蒸汽的过热。
 

GK型裂解炉采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧油也可烧气，其最大供热量可占总热负荷的70％。侧壁烧嘴为烧气的无焰烧嘴。
 

对不同的裂解原料采用不同的炉管构形，对原料的灵活性较大。新型辐射段炉管的停留时间短，热效率高。
 

折叠毫秒裂解炉

凯洛格公司的毫秒炉为立管式裂解炉，其辐射盘管为单程直管。对流段在辐射室上侧，原料和稀释蒸汽在对流段预热至横跨温度后，通过横跨管和猪尾管由裂解炉底部送入辐射管，物料由下向上流动，由辐射室顶部出辐射管而进入第一废热锅炉。
 

裂解轻烃时，常设三级废热锅炉；裂解馏分油时，只设两级废热锅炉。对流段还预热锅炉给水并过热高压蒸汽，热效率为93％。
 

毫秒炉采用底部大烧嘴，可烧气也可烧油。由于毫秒炉管径小，单台炉炉管数量大，为保证辐射管流量均匀，在辐射管入口设置猪尾管控制流量分配。
 

毫秒炉管径较小，所需炉管数量多，致使裂解炉结构复杂，投资相对较高。因裂解管是一程，没有弯头，阻力降小，烃分压低，因此乙烯收率比其它炉型高。
 

折叠Pyrocrack型
 

林德公司从20世纪60年代开发了Pyrocrack裂解炉，该型裂解炉通常为双辐射段、单对流段结构。为了适应不同的原料，Pyrocrack裂解炉采用了Pyrocrack4-2、Pyrocrack2-2和Pyrocrack1-1型3种不同的炉管结构。
 

其中Pyrocrack1-1型选择性高，停留时间也短，单组炉管处理能力最小但烯烃产量高。林德公司在90年代以后设计的裂解炉主要采用Pyrocrack1-1型炉管。
 

乙烯裂解炉的节能技术

1、提高裂解炉热效率

降低排烟温度
 

在其他条件不变的前提下，裂解炉热效率与排烟温度直接相关。1975年前裂解炉设计排烟温度为190-240℃，相应热效率为87%-90%。20世纪70年代末期，裂解炉排烟温度降至120-140℃，相应热效率提高到92%-93%。
 

控制过剩空气系数
 

增大过剩空气可以保证燃料的完全燃烧，但在相同排烟温度下，排烟热损失加大，裂解炉热效率相应降低。因此，在保证燃料完全燃烧的前提下，降低过剩空气系数也是提高裂解炉热效率的措施之一。
 

加强绝热保温。
 

目前，炉壁除使用A12O3-SiO2-CaO三部分构成的硅铝系列高温耐火砖外，还开发了可塑性耐火材料衬里和陶纤衬里，可使炉体热损失大约下降25%。
 

另外，在辐射室炉墙内表面喷涂一层陶瓷衬里，可起到进一步提高辐射传热，降低炉外壁温度的效果。
 

2、改善裂解选择性

采用新型裂解炉
 

近年来，新型裂解炉的停留时间缩短到0.2s左右，并且出现低于0.1s的毫秒裂解技术，相应石脑油裂解温度提高到840℃以上，毫秒炉达890℃；轻柴油裂解温度提高到820℃以上，毫秒炉达870℃。
 

由于停留时间大幅度缩短，毫秒炉裂解产品的乙烯收率大幅度提高。对丁烷和馏分油而言，与0.3-0.4s停留时间的裂解过程相比，毫秒炉裂解过程可使乙烯收率提高10%-15%。
 

选择优质的裂解原料
 

在相同工艺技术水平的前提下，乙烯收率主要取决于裂解原料的性质，不同裂解原料，其综合能耗相差较大。裂解原料的选择在很大程度上决定乙烯生产的能耗水平。
 

优化工艺操作条件
 

通过优化裂解炉工艺操作条件，不仅能使原料消耗大幅度降低，也能够使乙烯生产能耗明显下降。不同的裂解原料对应于不同的炉型具有不同的最佳土艺操作条件。
 

3、延长裂解炉运行周期

优化原料结构与工艺条件
 

一般含氢量高、低芳烃含量的原料具有良好的裂解性能，是裂解炉长周期运行的必要条件。对不饱和烃含量较高的原料进行加氢处理，是提高油品质量的有效途径。
 

低烃分压、短停留时间和低裂解温度有利于延长裂解炉运行周期。但考虑到烯烃收率与蒸汽消耗，需要对裂解深度与汽烃比控制加以优化。
 

采用在线烧焦
 

裂解炉在线烧焦是在炉管蒸汽-空气烧焦结束后，继续对废热锅炉实施烧焦。
 

与传统的烧焦方式相比，在线烧焦具有明显的优势。一是裂解炉没有升降温过程，可以延长炉管的使用寿命，并可节省裂解炉升降温过程中燃料与稀释蒸汽的消耗；二是由于在线烧焦，裂解炉离线时间短，可以提高开工率，并可增加乙烯与超高压蒸汽的产量。
 

采用结焦抑制剂
 

在裂解原料或稀释蒸汽中加入结焦抑制剂，可以起到钝化炉管表面，延长炉管结焦周期的作用。
 

据报道，Phillips公司开发的CCA-500结焦抑制剂可使炉管运转周期延长2-8倍。扬子石化股份公司65万吨/年乙烯装置2台乙烷炉使用江阴天源化工结焦抑制剂N-360后，运行周期由原来45 d延长至120 d以上。
 

采用新型炉管
 

陶瓷炉管技术是在炉管内壁生成一种纳米结构的尖晶石表面，抑制焦的形成。这种材料可在较高的裂解温度下操作且无催化作用的特点，因此不会形成催化结焦的结焦物。
 

Stone &Webster公司对陶瓷裂解炉管进行了试验测试，使用乙烷作裂解原料时，炉管不结焦，并且乙烷的转化率较高。
 

法国石油研究院(IFP)和加拿大Nova化学公司开发了高温陶瓷裂解炉管。据称，采用这种炉管，乙烷裂解的转化率为90%，而普通裂解炉的转化率仅65%-70%，并且还可有效地控制裂解结焦的生成，使裂解炉的运行周期大幅延长。
 

4、改善高温裂解气热量回收
 

当裂解炉全部以石脑油为裂解原料时，由对流段和废热锅炉回收余热产生的超高压蒸汽大致可以平衡乙烯装置所需动力和加热用蒸汽。显然，改善裂解炉对流段和高温裂解气热量回收，对降低乙烯生产能耗有显著的影响。