專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，特別地，涉及一種利用在線色譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法。
背景技術(shù)：
目前，世界乙烯總產(chǎn)量的98%都是通過(guò)裂解爐以蒸汽裂解方式生產(chǎn)的，當(dāng)前和未來(lái)新增加的乙烯產(chǎn)能也主要是由裂解爐以蒸汽裂解方式來(lái)生產(chǎn)的。裂解爐是生產(chǎn)乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等基礎(chǔ)有機(jī)化工原料的主要裝置，裂解爐能耗占到整個(gè)乙烯生產(chǎn)裝置的 70%以上。在裂解爐生產(chǎn)操作過(guò)程中，除了裂解原料之外，影響裂解產(chǎn)物收率的因素為進(jìn)料量Foil)、蒸汽量(此)或稀釋比(蒸汽量/進(jìn)料量，RW/0)、裂解爐輻射段爐管出口溫度 (COT)。裂解爐進(jìn)料量、蒸汽量或稀釋比(蒸汽量/進(jìn)料量，RW/0)通常由孔板流量計(jì)或者質(zhì)量流量計(jì)或者渦街流量計(jì)來(lái)控制調(diào)節(jié)，其流量控制精度相對(duì)較高。裂解爐輻射段爐管出口溫度(COT)通常是在廢熱鍋爐入口處插入帶保護(hù)套的熱電偶，因此COT通常存在著一定的偏差。為了將裂解爐的COT偏差控制在一定的范圍內(nèi)，裂解爐操作通常以裂解深度來(lái)衡量COT的偏差范圍。裂解深度通常是丙烯/乙烯或甲烷/丙烯重量比值。工業(yè)裂解爐廢熱鍋爐出口裂解產(chǎn)物為溫高氣體，其組成復(fù)雜，主要組成為水、輕烴、烯烴、芳烴以及焦油?，F(xiàn)有裂解爐在線色譜分析過(guò)程中，除了甲烷、乙烯、丙烯外，還要在線分析氫氣、乙烷、丙烷。為了在線色譜分析這些氣體含量，需要除去裂解產(chǎn)物中的固體雜質(zhì)、水分和重質(zhì)烴類組分。目前大、中型乙烯生產(chǎn)裝置普遍使用的在線分析取樣系統(tǒng)主要包括取樣器和樣品預(yù)處理系統(tǒng)取樣器將復(fù)雜的裂解樣品凈化，經(jīng)過(guò)濾回流段和冷卻脫水段， 將固體顆粒、重質(zhì)烴類組分以及水分回流到工藝管道，將輕組分向樣品預(yù)處理系統(tǒng)輸出；樣品預(yù)處理系統(tǒng)的作用是將樣品進(jìn)一步凈化，穩(wěn)定的輸出至在線色譜。中國(guó)專利CN1456895A、 CN2519911Y、CN201173877Y提出從裂解爐廢熱鍋爐出口引出一股裂解氣物流，通過(guò)對(duì)裂解氣進(jìn)行冷卻等預(yù)處理實(shí)現(xiàn)裂解氣在線取樣或者利用在線色譜進(jìn)行在線分析。對(duì)于在線取得裂解氣樣進(jìn)行離線分析或者由在線色譜分析獲得裂解氣中氫氣、甲烷、乙烯、丙烯的含量， 從而可以計(jì)算裂解深度，通過(guò)控制裂解深度來(lái)控制裂解爐操作變量(原料進(jìn)料量、稀釋蒸汽量、爐管出口溫度)，從而實(shí)現(xiàn)裂解爐的平穩(wěn)操作。目前，工業(yè)裂解爐在線色譜在實(shí)際使用過(guò)程中存在以下問(wèn)題凈化能力不足，樣品氣中的固體雜質(zhì)造成管線及在線色譜進(jìn)樣口堵塞；樣品氣中重質(zhì)烴類組分在管線凝結(jié)，造成系統(tǒng)堵塞；裂解氣中重組分造成取樣口堵塞，甚至有可能出現(xiàn)堵塞色譜污染。由于預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)行的問(wèn)題造成在線色譜無(wú)法連續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行，不能及時(shí)對(duì)裂解氣中的甲烷、乙烯、丙烯等進(jìn)行在線分析，難以確定裂解爐運(yùn)行的裂解深度，從而影響了乙烯、丙烯等裂解產(chǎn)物的收率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐平穩(wěn)操作控制，提供了一種應(yīng)用在線色譜實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度連續(xù)在線分析方法，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐平穩(wěn)生產(chǎn)乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等裂解產(chǎn)品。本發(fā)明提供的方法，在工業(yè)裂解爐廢熱鍋爐的入口或者出口引出一股高溫裂解產(chǎn)物氣相物流。該物流包括水、氫氣、乙烷、乙烯、丙烯、丙烷以及芳烴和焦油。工業(yè)裂解爐操作控制通常以裂解深度的大小來(lái)衡量，裂解深度通常以丙烯/乙烯或甲烷/丙烯的重量比值來(lái)表示。由于現(xiàn)有的工業(yè)在線色譜不能分析碳四及碳四以上組份，因此需要對(duì)裂解產(chǎn)物進(jìn)行預(yù)處理之后才能進(jìn)入工業(yè)在線色譜。高溫裂解產(chǎn)物預(yù)處理包括冷卻、氣液分離、干燥過(guò)程，以除去裂解產(chǎn)物中水、焦油以及大部分碳五組份，使可分析的碳四及碳四以下組份進(jìn)入工業(yè)在線色譜。另外，該方法還配備一套自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，當(dāng)裂解爐燒焦或者停車時(shí)關(guān)閉通往冷卻器的閥門同時(shí)打開(kāi)防焦蒸汽，以保護(hù)管道不受固體和焦油等雜質(zhì)堵塞；當(dāng)裂解爐生產(chǎn)時(shí)，關(guān)閉防焦蒸汽閥門同時(shí)打開(kāi)通往冷卻器閥門，以保證裂解爐的正常生產(chǎn)。具體技術(shù)方案如下本發(fā)明提供工業(yè)在線色譜連續(xù)分析的方法，用于工業(yè)裂解爐的裂解深度控制。通過(guò)對(duì)高溫裂解產(chǎn)物的預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)工業(yè)在線色譜長(zhǎng)期連續(xù)溫度運(yùn)行，所述的方法包括以下步驟引出物流在工業(yè)裂解爐廢熱鍋爐(急冷鍋爐)入口或出口引出一股裂解產(chǎn)物物流；冷卻將物料冷卻形成氣液兩相物流；氣液分離將冷卻后的氣液兩相流進(jìn)行氣液分離，液相為水和焦油以及少量固體雜質(zhì)，氣相為裂解氣和少量水蒸氣；干燥將氣液分離后的氣相物流進(jìn)行干燥，除去其中的水蒸氣；在線分析將干燥后的裂解氣通入在線色譜進(jìn)行，分析其中甲烷、乙烯、丙烯的含量，通過(guò)計(jì)算丙烯/乙烯或者甲烷/丙烯的重量比值以計(jì)算裂解深度。優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述的引出物流為裂解爐裂解產(chǎn)物，其組成包括水、氫氣、 烷烴、烯烴、芳烴、焦油。裂解產(chǎn)物物流引出的位置在工業(yè)裂解爐廢熱鍋爐(急冷鍋爐)的入口或者出口。更優(yōu)選地，由于裂解產(chǎn)物通過(guò)廢熱鍋爐還要繼續(xù)進(jìn)行蒸汽裂解反應(yīng)，在廢熱鍋爐出口的裂解產(chǎn)物組成與入口的略有不同，因此裂解產(chǎn)物物流引出位置優(yōu)選入口。優(yōu)選地，所述的裂解產(chǎn)物物流被引出之后，其溫度高達(dá)780至870°C。為了避免裂解產(chǎn)物在高溫下繼續(xù)蒸汽裂解反應(yīng)，需要對(duì)該物流立刻進(jìn)行冷卻，以防止裂解產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng)。裂解產(chǎn)物在非常短的時(shí)間內(nèi)冷卻到-5至5°C，將絕大部分水、焦油、碳五以上烷烴和烯烴冷卻變成液態(tài)，以便氣液分離。更優(yōu)選地，所述的裂解產(chǎn)物物流冷卻溫度不能過(guò)低，過(guò)低會(huì)造成水結(jié)成冰，從而堵塞管道。因此所述的裂解產(chǎn)物物流冷卻溫度優(yōu)選o°c。優(yōu)選地，所述的冷卻后的裂解產(chǎn)物物流需要進(jìn)行氣液分離。在氣液分離器內(nèi)，氣相物流自然往上流向干燥器，液相物流和少量固體雜質(zhì)向下流向廢液罐區(qū)。氣相物流主要組成為微量的水蒸氣、氫氣、碳一至碳四烷烴烯烴、少量的碳五。
優(yōu)選地，所述的氣液分離之后的氣相物流需要進(jìn)行干燥，在進(jìn)入工業(yè)色譜之前除去其中的水蒸氣，以防止殘余的水蒸氣對(duì)工業(yè)色譜造成損壞或者分析不準(zhǔn)。干燥劑為不吸收混合物中的有機(jī)物質(zhì)，如無(wú)水氯化鈣等。優(yōu)選地，所述的干燥之后的氣相物流進(jìn)入工業(yè)色譜之后分析出甲烷、乙烯、丙烯等的摩爾含量，以計(jì)算裂解深度，即丙烯/乙烯或甲烷/丙烯重量比。優(yōu)選地，所述的一種運(yùn)用在線色譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度連續(xù)分析的方法擁有一套自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，該自動(dòng)開(kāi)關(guān)裝置由防焦蒸汽、閥門、管道組成，自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)與裂解爐集散控制系統(tǒng)(DCS)相聯(lián)；當(dāng)裂解爐處于非生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)(停車或者燒焦)，自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)會(huì)關(guān)閉通往冷卻器的閥門，同時(shí)打開(kāi)防焦蒸汽對(duì)吹入廢熱鍋爐；當(dāng)裂解爐進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)關(guān)閉防焦蒸汽，打開(kāi)通過(guò)裂解物料通往冷卻器的閥門。綜上所述，在工業(yè)裂解爐廢熱鍋爐(急冷鍋爐)入口或者出口引出一股裂解產(chǎn)物物流，將該裂解產(chǎn)物進(jìn)行冷卻、氣液分離、干燥之后進(jìn)入工業(yè)色譜進(jìn)行在線連續(xù)分析，分析其中的甲烷、乙烯、丙烯等產(chǎn)物的摩爾含量，以計(jì)算出裂解爐運(yùn)行的裂解深度(丙烯/乙烯或者甲烷/丙烯重量比值)。本發(fā)明中還有一套自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，通過(guò)該自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)可以防止非正常生產(chǎn)(如燒焦)會(huì)造成爐管堵塞的現(xiàn)象，從而提高工業(yè)在線色譜分析的穩(wěn)定性和長(zhǎng)周期運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明涉及的工業(yè)在線色譜連續(xù)分析系統(tǒng)。圖2是本發(fā)明涉及的工業(yè)在線色譜分析結(jié)果與平均COT圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不受實(shí)施例限制。本發(fā)明的在線色譜分析系統(tǒng)(如圖1所示)。在線色譜分析系統(tǒng)由水冷卻器B、冰冷卻器C、氣液分離器D、干燥器E、在線工業(yè)色譜F以及自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)組成。在工業(yè)裂解爐廢熱鍋爐(急冷鍋爐)A入口開(kāi)孔并設(shè)置管道，并與自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)、水冷卻器B、冰冷卻器C、 氣液分離器D、干燥器E、工業(yè)在線色譜F相聯(lián)。從廢熱鍋爐入口引出的裂解產(chǎn)物物流，其組成主要為水、烷烴、烯烴、焦油。由于裂解產(chǎn)物溫度達(dá)到780至870°C，需要立刻冷卻下來(lái)以防止裂解產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)。自動(dòng)開(kāi)閉系統(tǒng)由氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥1、2、3組成，其中氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥3是控制防焦蒸汽的閥門。防焦蒸汽來(lái)自工業(yè)裂解爐的中低壓蒸汽或者低壓蒸汽，壓力為3至5公斤。當(dāng)裂解爐生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，閥門3會(huì)關(guān)閉，閥門1和2會(huì)被打開(kāi)，這樣裂解產(chǎn)物物流會(huì)流入水蒸冷卻B而防焦蒸汽則不會(huì)流入；當(dāng)裂解爐燒焦或者停車時(shí)，閥門1和3會(huì)打開(kāi)，閥門2會(huì)關(guān)閉，這樣防焦蒸汽會(huì)流入廢熱鍋爐內(nèi)，防止焦油或者焦炭粉末堵塞管道。水冷卻器B為內(nèi)置盤管的套管式冷卻器，冷卻水從盤管外流動(dòng)，裂解產(chǎn)物在盤管理流動(dòng)。冷卻水從冷卻器下端流入，從上端流出。冷卻水入口溫度為0至觀1，出口溫度為 35至50°C。冷卻器的冷卻面積相對(duì)裂解產(chǎn)物流量要大，以使裂解產(chǎn)物迅速冷卻下來(lái)。冰冷卻器C為內(nèi)置盤管的套管式冷卻器。冰冷卻器中內(nèi)置大量的冰水混合物，裂解產(chǎn)物物流在盤管里流動(dòng)。冰冷卻器的盤面面積相對(duì)裂解產(chǎn)物流量要大，以使裂解產(chǎn)物迅速冷卻到-5°C至5°C。氣液分離器D為自然分離的密閉容器。當(dāng)被冷卻的裂解產(chǎn)物物流從氣液分離器頂部進(jìn)入后，液相以及少量的固體雜質(zhì)向下經(jīng)過(guò)閥門10流入儲(chǔ)存廢液的罐，氣相物流則通過(guò)頂部出口向上流入干燥器E內(nèi)。干燥器E通常由兩個(gè)相同的干燥器組成，其中一個(gè)是備用。干燥劑可采用不吸收和吸附烯烴和烷烴干燥劑，如無(wú)水氯化鈣等。氣相物流由下進(jìn)入干燥器里，在經(jīng)過(guò)干燥劑時(shí)除去其中的水蒸氣，被干燥后的氣相物流由干燥器頂部流出并進(jìn)入工業(yè)在線色譜。在工業(yè)在線色譜內(nèi)，氣相物流被分析后被直接排空。通過(guò)分析氣相物流中的甲烷、 乙烯、丙烯等產(chǎn)物的收率，可計(jì)算出裂解深度。該系統(tǒng)在某烯烴廠的工業(yè)裂解爐進(jìn)行了安裝應(yīng)用，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期的實(shí)際使用結(jié)果表明該系統(tǒng)中的水、焦油、固體雜質(zhì)分離效果較為明顯， 安裝后管線未出現(xiàn)堵塞情況、在線色譜未出現(xiàn)污染情況。在線工業(yè)色譜實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定分析，利用分析結(jié)果計(jì)算的裂解深度與工業(yè)裂解爐運(yùn)行的平均COT變化趨勢(shì)相同(如圖2所示)°
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，其特征在于包括引出物料、冷卻、氣液分離、干燥、在線分析以及相應(yīng)的自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，具體步驟如下(1)引出物流在工業(yè)裂解爐廢熱鍋爐或急冷鍋爐入口或出口引出一股裂解產(chǎn)物物流；(2)冷卻將步驟(1)所述的物料冷卻形成氣液兩相物流；(3)氣液分離將步驟( 冷卻后的氣液兩相流進(jìn)行氣液分離，液相為水和焦油以及固體雜質(zhì)，氣相為裂解氣和水蒸氣；(4)干燥將步驟C3)氣液分離后的氣相物流進(jìn)行干燥，除去其中的水蒸氣；(5)在線分析將步驟(4)干燥后的裂解氣通入在線色譜進(jìn)行，分析其中甲烷、乙烯、丙烯的含量，通過(guò)計(jì)算丙烯/乙烯或者甲烷/丙烯的重量比值以計(jì)算裂解深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的引出物流為裂解爐裂解產(chǎn)物，其組成包括水、氫氣、烷烴、烯烴、芳烴、焦油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的步驟O)中物料冷卻的溫度為_(kāi)5°C至5°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的物料冷卻的優(yōu)選溫度為0°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的步驟(3)中包括氣液分離器，在氣液分離器內(nèi)，氣相物流自然往上流向干燥器，液相物流和固體雜質(zhì)向下流向廢液罐區(qū)；氣相物流主要組成為微量的水蒸氣、氫氣、碳一至碳四烷烴烯烴、碳五。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的步驟(4)需要進(jìn)行干燥，在進(jìn)入工業(yè)色譜之前除去其中的水蒸氣，干燥劑為不吸收混合物中的有機(jī)物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的有機(jī)物質(zhì)包括無(wú)水氯化鈣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)由防焦蒸汽、閥門、管道組成，自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)與裂解爐集散控制系統(tǒng)相聯(lián)，當(dāng)裂解爐處于非生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)會(huì)關(guān)閉通往冷卻器的閥門，同時(shí)打開(kāi)防焦蒸汽對(duì)吹入廢熱鍋爐；當(dāng)裂解爐進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)關(guān)閉防焦蒸汽，打開(kāi)通過(guò)裂解物料通往冷卻器的閥門。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的非生產(chǎn)狀態(tài)為停車或者燒焦。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的裂解深度是指丙烯/乙烯或者甲烷/丙烯的重量比值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)工業(yè)裂解爐裂解深度分析的方法，包括引出物料、冷卻、氣液分離、干燥、在線分析以及相應(yīng)的自動(dòng)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，具體步驟如下(1)引出物流在工業(yè)裂解爐廢熱鍋爐或急冷鍋爐入口或出口引出一股裂解產(chǎn)物物流；(2)冷卻將步驟(1)所述的物料冷卻形成氣液兩相物流；(3)氣液分離將步驟(2)冷卻后的氣液兩相流進(jìn)行氣液分離，液相為水和焦油以及固體雜質(zhì)，氣相為裂解氣和水蒸氣；(4)干燥將步驟(3)氣液分離后的氣相物流進(jìn)行干燥，除去其中的水蒸氣；(5)在線分析將步驟(4)干燥后的裂解氣通入在線色譜進(jìn)行，分析其中甲烷、乙烯、丙烯的含量，通過(guò)計(jì)算丙烯/乙烯或者甲烷/丙烯的重量比值以計(jì)算裂解深度。
文檔編號(hào)G01N21/27GK102288508SQ20101020447
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者南秀琴, 巴海鵬, 張兆斌, 張利軍, 張永剛, 杜志國(guó), 王國(guó)清 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院