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专利名称：一种实现工业裂解炉裂解深度分析的方法
技术领域：
本发明涉及一种实现工业裂解炉裂解深度分析的方法，特别地，涉及一种利用在线色谱技术实现工业裂解炉裂解深度分析的方法。
背景技术：
目前，世界乙烯总产量的98%都是通过裂解炉以蒸汽裂解方式生产的，当前和未来新增加的乙烯产能也主要是由裂解炉以蒸汽裂解方式来生产的。裂解炉是生产乙烯、丙烯、丁二烯、芳烃等基础有机化工原料的主要装置，裂解炉能耗占到整个乙烯生产装置的 70%以上。在裂解炉生产操作过程中，除了裂解原料之外，影响裂解产物收率的因素为进料量Foil)、蒸汽量(此)或稀释比(蒸汽量/进料量，RW/0)、裂解炉辐射段炉管出口温度 (COT)。裂解炉进料量、蒸汽量或稀释比(蒸汽量/进料量，RW/0)通常由孔板流量计或者质量流量计或者涡街流量计来控制调节，其流量控制精度相对较高。裂解炉辐射段炉管出口温度(COT)通常是在废热锅炉入口处插入带保护套的热电偶，因此COT通常存在着一定的偏差。为了将裂解炉的COT偏差控制在一定的范围内，裂解炉操作通常以裂解深度来衡量COT的偏差范围。裂解深度通常是丙烯/乙烯或甲烷/丙烯重量比值。工业裂解炉废热锅炉出口裂解产物为温高气体，其组成复杂，主要组成为水、轻烃、烯烃、芳烃以及焦油。现有裂解炉在线色谱分析过程中，除了甲烷、乙烯、丙烯外，还要在线分析氢气、乙烷、丙烷。为了在线色谱分析这些气体含量，需要除去裂解产物中的固体杂质、水分和重质烃类组分。目前大、中型乙烯生产装置普遍使用的在线分析取样系统主要包括取样器和样品预处理系统取样器将复杂的裂解样品净化，经过滤回流段和冷却脱水段， 将固体颗粒、重质烃类组分以及水分回流到工艺管道，将轻组分向样品预处理系统输出；样品预处理系统的作用是将样品进一步净化，稳定的输出至在线色谱。中国专利CN1456895A、 CN2519911Y、CN201173877Y提出从裂解炉废热锅炉出口引出一股裂解气物流，通过对裂解气进行冷却等预处理实现裂解气在线取样或者利用在线色谱进行在线分析。对于在线取得裂解气样进行离线分析或者由在线色谱分析获得裂解气中氢气、甲烷、乙烯、丙烯的含量， 从而可以计算裂解深度，通过控制裂解深度来控制裂解炉操作变量(原料进料量、稀释蒸汽量、炉管出口温度)，从而实现裂解炉的平稳操作。目前，工业裂解炉在线色谱在实际使用过程中存在以下问题净化能力不足，样品气中的固体杂质造成管线及在线色谱进样口堵塞；样品气中重质烃类组分在管线凝结，造成系统堵塞；裂解气中重组分造成取样口堵塞，甚至有可能出现堵塞色谱污染。由于预处理系统运行的问题造成在线色谱无法连续、稳定的运行，不能及时对裂解气中的甲烷、乙烯、丙烯等进行在线分析，难以确定裂解炉运行的裂解深度，从而影响了乙烯、丙烯等裂解产物的收率。

发明内容
本发明为了实现工业裂解炉平稳操作控制，提供了一种应用在线色谱实现工业裂解炉裂解深度连续在线分析方法，从而实现工业裂解炉平稳生产乙烯、丙烯、丁二烯、芳烃等裂解产品。本发明提供的方法，在工业裂解炉废热锅炉的入口或者出口引出一股高温裂解产物气相物流。该物流包括水、氢气、乙烷、乙烯、丙烯、丙烷以及芳烃和焦油。工业裂解炉操作控制通常以裂解深度的大小来衡量，裂解深度通常以丙烯/乙烯或甲烷/丙烯的重量比值来表示。由于现有的工业在线色谱不能分析碳四及碳四以上组份，因此需要对裂解产物进行预处理之后才能进入工业在线色谱。高温裂解产物预处理包括冷却、气液分离、干燥过程，以除去裂解产物中水、焦油以及大部分碳五组份，使可分析的碳四及碳四以下组份进入工业在线色谱。另外，该方法还配备一套自动开关系统，当裂解炉烧焦或者停车时关闭通往冷却器的阀门同时打开防焦蒸汽，以保护管道不受固体和焦油等杂质堵塞；当裂解炉生产时，关闭防焦蒸汽阀门同时打开通往冷却器阀门，以保证裂解炉的正常生产。具体技术方案如下本发明提供工业在线色谱连续分析的方法，用于工业裂解炉的裂解深度控制。通过对高温裂解产物的预处理，实现工业在线色谱长期连续温度运行，所述的方法包括以下步骤引出物流在工业裂解炉废热锅炉(急冷锅炉)入口或出口引出一股裂解产物物流；冷却将物料冷却形成气液两相物流；气液分离将冷却后的气液两相流进行气液分离，液相为水和焦油以及少量固体杂质，气相为裂解气和少量水蒸气；干燥将气液分离后的气相物流进行干燥，除去其中的水蒸气；在线分析将干燥后的裂解气通入在线色谱进行，分析其中甲烷、乙烯、丙烯的含量，通过计算丙烯/乙烯或者甲烷/丙烯的重量比值以计算裂解深度。优选地，在步骤(1)中，所述的引出物流为裂解炉裂解产物，其组成包括水、氢气、 烷烃、烯烃、芳烃、焦油。裂解产物物流引出的位置在工业裂解炉废热锅炉(急冷锅炉)的入口或者出口。更优选地，由于裂解产物通过废热锅炉还要继续进行蒸汽裂解反应，在废热锅炉出口的裂解产物组成与入口的略有不同，因此裂解产物物流引出位置优选入口。优选地，所述的裂解产物物流被引出之后，其温度高达780至870°C。为了避免裂解产物在高温下继续蒸汽裂解反应，需要对该物流立刻进行冷却，以防止裂解产物进行二次反应。裂解产物在非常短的时间内冷却到-5至5°C，将绝大部分水、焦油、碳五以上烷烃和烯烃冷却变成液态，以便气液分离。更优选地，所述的裂解产物物流冷却温度不能过低，过低会造成水结成冰，从而堵塞管道。因此所述的裂解产物物流冷却温度优选o°c。优选地，所述的冷却后的裂解产物物流需要进行气液分离。在气液分离器内，气相物流自然往上流向干燥器，液相物流和少量固体杂质向下流向废液罐区。气相物流主要组成为微量的水蒸气、氢气、碳一至碳四烷烃烯烃、少量的碳五。
优选地，所述的气液分离之后的气相物流需要进行干燥，在进入工业色谱之前除去其中的水蒸气，以防止残余的水蒸气对工业色谱造成损坏或者分析不准。干燥剂为不吸收混合物中的有机物质，如无水氯化钙等。优选地，所述的干燥之后的气相物流进入工业色谱之后分析出甲烷、乙烯、丙烯等的摩尔含量，以计算裂解深度，即丙烯/乙烯或甲烷/丙烯重量比。优选地，所述的一种运用在线色谱技术实现工业裂解炉裂解深度连续分析的方法拥有一套自动开关系统，该自动开关装置由防焦蒸汽、阀门、管道组成，自动开关系统与裂解炉集散控制系统(DCS)相联；当裂解炉处于非生产状态时(停车或者烧焦)，自动开关系统会关闭通往冷却器的阀门，同时打开防焦蒸汽对吹入废热锅炉；当裂解炉进入生产状态时，自动开关系统关闭防焦蒸汽，打开通过裂解物料通往冷却器的阀门。综上所述，在工业裂解炉废热锅炉(急冷锅炉)入口或者出口引出一股裂解产物物流，将该裂解产物进行冷却、气液分离、干燥之后进入工业色谱进行在线连续分析，分析其中的甲烷、乙烯、丙烯等产物的摩尔含量，以计算出裂解炉运行的裂解深度(丙烯/乙烯或者甲烷/丙烯重量比值)。本发明中还有一套自动开关系统，通过该自动开关系统可以防止非正常生产(如烧焦)会造成炉管堵塞的现象，从而提高工业在线色谱分析的稳定性和长周期运行。


图1是本发明涉及的工业在线色谱连续分析系统。图2是本发明涉及的工业在线色谱分析结果与平均COT图。
具体实施例方式下面结合实施例进一步描述本发明。本发明的范围不受实施例限制。本发明的在线色谱分析系统(如图1所示)。在线色谱分析系统由水冷却器B、冰冷却器C、气液分离器D、干燥器E、在线工业色谱F以及自动开关系统组成。在工业裂解炉废热锅炉(急冷锅炉)A入口开孔并设置管道，并与自动开关系统、水冷却器B、冰冷却器C、 气液分离器D、干燥器E、工业在线色谱F相联。从废热锅炉入口引出的裂解产物物流，其组成主要为水、烷烃、烯烃、焦油。由于裂解产物温度达到780至870°C，需要立刻冷却下来以防止裂解产物发生二次反应。自动开闭系统由气动开关阀1、2、3组成，其中气动开关阀3是控制防焦蒸汽的阀门。防焦蒸汽来自工业裂解炉的中低压蒸汽或者低压蒸汽，压力为3至5公斤。当裂解炉生产运行时，阀门3会关闭，阀门1和2会被打开，这样裂解产物物流会流入水蒸冷却B而防焦蒸汽则不会流入；当裂解炉烧焦或者停车时，阀门1和3会打开，阀门2会关闭，这样防焦蒸汽会流入废热锅炉内，防止焦油或者焦炭粉末堵塞管道。水冷却器B为内置盘管的套管式冷却器，冷却水从盘管外流动，裂解产物在盘管理流动。冷却水从冷却器下端流入，从上端流出。冷却水入口温度为0至观1，出口温度为 35至50°C。冷却器的冷却面积相对裂解产物流量要大，以使裂解产物迅速冷却下来。冰冷却器C为内置盘管的套管式冷却器。冰冷却器中内置大量的冰水混合物，裂解产物物流在盘管里流动。冰冷却器的盘面面积相对裂解产物流量要大，以使裂解产物迅速冷却到-5°C至5°C。气液分离器D为自然分离的密闭容器。当被冷却的裂解产物物流从气液分离器顶部进入后，液相以及少量的固体杂质向下经过阀门10流入储存废液的罐，气相物流则通过顶部出口向上流入干燥器E内。干燥器E通常由两个相同的干燥器组成，其中一个是备用。干燥剂可采用不吸收和吸附烯烃和烷烃干燥剂，如无水氯化钙等。气相物流由下进入干燥器里，在经过干燥剂时除去其中的水蒸气，被干燥后的气相物流由干燥器顶部流出并进入工业在线色谱。在工业在线色谱内，气相物流被分析后被直接排空。通过分析气相物流中的甲烷、 乙烯、丙烯等产物的收率，可计算出裂解深度。该系统在某烯烃厂的工业裂解炉进行了安装应用，经过长周期的实际使用结果表明该系统中的水、焦油、固体杂质分离效果较为明显， 安装后管线未出现堵塞情况、在线色谱未出现污染情况。在线工业色谱实现长周期稳定分析，利用分析结果计算的裂解深度与工业裂解炉运行的平均COT变化趋势相同(如图2所示)°
权利要求
1.一种实现工业裂解炉裂解深度分析的方法，其特征在于包括引出物料、冷却、气液分离、干燥、在线分析以及相应的自动开关系统，具体步骤如下(1)引出物流在工业裂解炉废热锅炉或急冷锅炉入口或出口引出一股裂解产物物流；(2)冷却将步骤(1)所述的物料冷却形成气液两相物流；(3)气液分离将步骤( 冷却后的气液两相流进行气液分离，液相为水和焦油以及固体杂质，气相为裂解气和水蒸气；(4)干燥将步骤C3)气液分离后的气相物流进行干燥，除去其中的水蒸气；(5)在线分析将步骤(4)干燥后的裂解气通入在线色谱进行，分析其中甲烷、乙烯、丙烯的含量，通过计算丙烯/乙烯或者甲烷/丙烯的重量比值以计算裂解深度。
2.根据权利要求1所述的实现工业裂解炉裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的引出物流为裂解炉裂解产物，其组成包括水、氢气、烷烃、烯烃、芳烃、焦油。
3.根据权利要求1所述的实现工业裂解炉裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的步骤O)中物料冷却的温度为_5°C至5°C。
4.根据权利要求3所述的实现工业裂解炉裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的物料冷却的优选温度为0°C。
5.根据权利要求1所述的实现工业裂解炉裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中包括气液分离器，在气液分离器内，气相物流自然往上流向干燥器，液相物流和固体杂质向下流向废液罐区；气相物流主要组成为微量的水蒸气、氢气、碳一至碳四烷烃烯烃、碳五。
6.根据权利要求1所述的实现工业裂解炉裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的步骤(4)需要进行干燥，在进入工业色谱之前除去其中的水蒸气，干燥剂为不吸收混合物中的有机物质。
7.根据权利要求6所述的实现工业裂解炉裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的有机物质包括无水氯化钙。
8.根据权利要求1所述的实现工业裂解炉裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的自动开关系统由防焦蒸汽、阀门、管道组成，自动开关系统与裂解炉集散控制系统相联，当裂解炉处于非生产状态时，自动开关系统会关闭通往冷却器的阀门，同时打开防焦蒸汽对吹入废热锅炉；当裂解炉进入生产状态时，自动开关系统关闭防焦蒸汽，打开通过裂解物料通往冷却器的阀门。
9.根据权利要求8所述的实现工业裂解炉裂解深度分析的方法，其特征在于，所述的非生产状态为停车或者烧焦。
10.根据权利要求1所述的实现工业裂解炉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
本发明涉及一种实现工业裂解炉裂解深度分析的方法，包括引出物料、冷却、气液分离、干燥、在线分析以及相应的自动开关系统，具体步骤如下(1)引出物流在工业裂解炉废热锅炉或急冷锅炉入口或出口引出一股裂解产物物流；(2)冷却将步骤(1)所述的物料冷却形成气液两相物流；(3)气液分离将步骤(2)冷却后的气液两相流进行气液分离，液相为水和焦油以及固体杂质，气相为裂解气和水蒸气；(4)干燥将步骤(3)气液分离后的气相物流进行干燥，除去其中的水蒸气；(5)在线分析将步骤(4)干燥后的裂解气通入在线色谱进行，分析其中甲烷、乙烯、丙烯的含量，通过计算丙烯/乙烯或者甲烷/丙烯的重量比值以计算裂解深度。
文档编号G01N21/27GK102288508SQ20101020447
公开日2011年12月21日 申请日期2010年6月18日 优先权日2010年6月18日
发明者南秀琴, 巴海鹏, 张兆斌, 张利军, 张永刚, 杜志国, 王国清 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院