裂解炉控制系统设计+文献综述(2)
2乙烯裂解炉
2.1乙烯裂解炉的发展概况
近年来，中国乙烯工业迅速发展，世界级规模乙烯装置及现有的乙烯装置改扩建相继建设并投产运行。2005年中国的乙烯生产能力已经达到7.875Mt/a,乙烯产量达到7.131Mt/a。预计到2010年中国乙烯生产能力将达到17Mt/a,中国乙烯工业及其下游加工产业市场发展空间较大。
在乙烯装置中，裂解炉的耗能最大。1973年以前乙烯装置从裂解炉回收的能量较少，因此需要从界区外补充供应部分能量。由于技术的进步，现在裂解炉可以最大限度地回收一部分能量用于乙烯装置的压缩、深冷、精制各工段，并向界区之外输出。裂解炉的节能、降耗、减少投资、降低成本主要从以下两个方面考虑。① 降低原料消耗和使用多种原料来降低原料成本，以较少的原料获得较多的烯烃。② 降低裂解炉的能耗。通过改进裂解工艺可以提高裂解炉的热效率和高温裂解气高温位热能回收水平都可达到降低本工序能耗的目的。
自1964年第一台辐射段垂直炉管结构的双面辐射短停留时间裂解炉由鲁姆斯公司在德国推出以来，几家从事乙烯技术开发的公司投入了大量的资金和技术力量进行裂解技术的开发。他们总结前人经验，经过实验室研究，掌握了裂解基本原理和烃类裂解反应动力学数据并建立了相应的数学模型，获得了大量的工业实践数据和工程技术研究结果。利用计算机技术，将烃类裂解反应动力学、传热学和流体力学、机械工程等学科有机地结合起来，使裂解炉技术取得了长足进步。
2.1.1辐射段炉管构型不断改
烃类裂解选择性的提高主要归功于辐射段反应炉管构型的改进。为了提高裂解选择性，三十多年来，各公司推出了一代又一代的高温、短停留时间、低烃分压的辐射段炉管构型，其总的趋势是: ①提高反应温度。60年代，石脑油裂解温度一般为800～820℃，而现代裂解的裂解温度已提高到840℃和850～860℃，单程小直径炉管裂解温度达到900℃左右。②缩短烃类裂解时间。现代裂解炉的烃类裂解反应停留时间已由60年初的0.5～0.7s缩短至0.3～0.4s和0.15～0.25s，单程小直径炉管达0.1s以下。这可以通过减少炉管程数，即缩短炉管的长度来解决。③降低裂解烃分压。烃分压降低可通过降低炉管阻力降和降低炉管出口压力来解决。
由于上述工艺条件改善，石脑油裂解单程乙烯收率从60年代的23%左右提高到28%～33%，从而使原料消耗大大降低。
2.1.2裂解炉向大型化方向发展
随着石化工业的发展, 乙烯装置的规模不断扩大。50年代乙烯装置的规模小于10万 t/a，单炉能力只有几千至2.0万t/a。进入90年代以后，国外新建乙烯装置的规模多在60～80万t/a，目前最大规模已达110万t/a，单炉生产能力扩大到6万t/a以上，最大达到12～14万t/a。大型乙烯装置及裂解炉大型化给乙烯装置带来的好处十分显著。
1、 裂解炉的台数减少。以年产60.0万t/a乙烯装置为例，采用11.0万t/a的裂解炉全装置只需6台裂解炉，如采用中等容量的炉子则需11台裂解炉。裂解炉台数减少使散热损失下降，节约能量，方便了设备操作、管理，使操作费用降低。
2、 炉子大型化降低了单位乙烯投资费用。还以上例来说，由于设备台数减少带来的基础施工、设备材料、施工安装建设费用下降，可以使总建设投资节省14%～18%。
3、 文修方便，费用降低。
4、 有利于裂解炉的优化控制。
2.1.3 裂解炉原料适应性增强
早期的裂解炉只能适应较轻的液体原料石脑油或气体原料等单一原料裂解，而现代化的乙烯装置要求现代化的裂解炉系统的设计应具有高度的原料灵活性，完全灵活的裂解炉能裂解从乙烷、液化石油气、石脑油、柴油、加氢裂化减压尾油等多种原料。