一种加热裂解装置、系统及其应用的制作方法

本发明属于低碳烯烃生产，具体涉及一种加热裂解装置、系统及其应用。

背景技术：

1、乙烯、丙烯和丁二烯等低碳烯烃是石油化学工业的重要基础原料。目前，低碳烯烃生产主要来源于蒸汽裂解技术，该技术往往需要在700℃-840℃的高温条件下使烃类在管式反应器中发生热裂解反应，生成低碳烯烃产物。虽然，传统的蒸汽裂解技术可获得较高产率的低碳烯烃，但其要求的高温条件使得该技术运行能耗较高，如何降低蒸汽裂解技术的运行能耗一直是该领域的研究热点。

2、蒸汽裂解炉作为蒸汽裂解技术的核心组成部分，其主要用来加热裂解炉管以使炉管内的温度达到工艺要求，传统的蒸汽裂解炉主要采用将裂解炉管悬挂在炉膛中央，炉膛两侧的底部和/或侧壁分别布置燃烧喷嘴，液态燃料经雾化与空气充分混合经燃烧喷嘴进入蒸汽裂解炉膛，燃烧产生的热量主要以辐射及对流的形式传导至裂解炉管，使炉管内的温度达到蒸汽裂解反应温度，这种外部燃烧加热方式虽然使得传统的蒸汽裂解炉具有加热能力高、结构简单等优点，但这种加热方式裂解炉管吸收热量的大小及受热均匀性与燃烧器的布置方式密切相关，且由于与燃烧火焰长期接触，裂解炉管易出现变形、泄露和开裂等问题，同时，裂解副反应生成的焦炭会不断附着在炉管内壁，这会对裂解炉管的对流传热效率造成不利影响，进一步降低裂解炉管的受热均匀性。从目前现有蒸汽裂解炉的操作状况来看，采用外部燃烧加热方式的裂解炉往往存在运行周期短、故障率高、反应管寿命短等问题，这些因素综合影响，大大增加了运行生产成本。

3、电加热作为另外一种外部加热方式，其相对于外部燃烧加热具有操作简便、反应器表面加热强度均匀、反应器操作寿命长、碳排放量低等优点，但目前现有的电加热裂解技术主要采用电阻加热的方式，通过向具有一定阻值的加热棒通入电流以产生热量，再将这些热量进一步传导至反应器上。综合来看，其过程的本质仍是辐射传热，这使得传统的电裂解炉能耗依然较高、传热效率提升幅度有限。

4、专利cn201606762u公开了一种电加热乙烯裂解炉，主要通过在乙烯裂解炉耐火材料内部、耐火材料反射面和耐火材料反射面与辐射管之间布置电热元件，通过调节电热元件与耐火材料的间距、耐火材料反射面角度以及电热元件布置密度的方式来解决辐射盘管加热不均的问题，实现二氧化碳的零排放。该技术对炉管内耐火材料反射面的形状要求过高，电加热元件与耐火材料之间的间距无法掌控，虽然采用电加热的方式，但是将电加热元件安装在耐火材料内部和反射面，利用辐射传热的方式给裂解炉管进行加热，该方式仍存在大量的热损失。

5、专利cn2442997y公开了一种电加热裂解炉，裂解炉主要由固定炉体和活动炉体组成，并通过在垂直方向上设置多块炉瓦以及设置间隔条等手段控制和调节炉内温度，并且可以对裂解炉内部进行维修时迅速准确地检测出裂解炉故障部位，从而进行维修。该裂解炉具有使用时升温快、保温性能好的特点，但是活动炉体及间隔条等结构无法放大进行工业化应用，电阻丝固定在炉瓦上热辐射难以聚焦，并且利用电阻丝进行加热，电阻丝需要频繁的更换，裂解炉维护起来比较困难。

6、专利cn204803268u公开了一种乙烯裂解炉，包括裂解炉辐射段，其辐射段内截面形状为位置朝向左侧或右侧的连续性凹面结构，且该连续凹面结构内部为相通的空腔结构；同时所述空腔壁上安装有若干热辐射电热板，所述辐射电热板以和空腔壁粘贴的方式形成连接；所述连续凹面结构中每个向左或向右的凹面的底面均为朝与该四面相反的方向向下倾斜的倾斜面；利用连续凹槽及斜面结构,使得原油及石脑油等各类原材料在裂解的过程中充分受热，从而使产品最终裂解的效果更好。该技术采用辐射传热的方式，在热量传递方面，仍有大量的热量散失。

7、专利cn21606788u提供了一种电加热乙烯裂解炉装置，主要包括裂解炉和循环气路。其中，裂解炉包括炉本体、设于炉本体内的辐射盘管、电加热原件和换热管束，并将循环气路与裂解炉本体形成闭合回路，并用电加热元件对裂解炉内流体以及循环气体进行加热。该技术是将电加热元件安装在辐射盘管内，主要是通过热辐射的方式给盘管传递裂解反应所需热量，同时加热炉膛内的循环气体。这种加热方式仍存在较多的热量散失。

8、因此，仍需对裂解炉的加热装置进一步进行研究。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种加热裂解装置、系统及其应用，以克服现有技术中加热裂解装置耗电量较高、传热效率较低等缺陷。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种电热裂解装置，包括：

3、电磁感应线圈，与供电单元电性连接；

4、裂解反应炉管，设置于所述电磁感应线圈的中心轴位置；

5、其中，所述裂解反应炉管为中空结构，所述裂解反应炉管的一端设置有进料口，另一端设置有出料口。

6、本发明所述的电热裂解装置，其中，所述电磁感应线圈的匝数为10-100，相邻两匝线圈之间的间距为0.1-3cm，所述电磁感应线圈的内径为8-20cm。

7、本发明所述的电热裂解装置，其中，所述电磁感应线圈由中空的铜管形成，所述铜管的内径为0.1-0.5cm。

8、本发明所述的电热裂解装置，其中，所述裂解反应炉管悬浮于所述电磁感应线圈内，所述裂解反应炉管的内径为5-10cm，壁厚为0.3-1cm。

9、本发明所述的电热裂解装置，其中，所述电磁感应线圈与所述裂解反应炉管之间还填充有隔热材料。

10、为了达到上述目的，本发明还提供了一种电热裂解系统，包括：

11、进料装置；

12、上述的电热裂解装置，所述电热裂解装置的进料口与所述进料装置连通；

13、冷却分离装置，与所述电热裂解装置的出料口连通。

14、本发明所述的电热裂解系统，其中，还包括温度控制装置，所述温度控制装置包括：

15、测温单元，用于测量所述裂解反应炉管的温度；

16、信号处理单元，用于收集并处理所述测温单元测量的温度，得到所述裂解反应炉管在各时间点的温度变化率，并根据所述温度变化率输出功率调整信号；

17、所述供电单元，接收所述功率调整信号，并根据所述功率调整信号调整输出功率。

18、本发明所述的电热裂解系统，其中，所述测温单元包括插入腔、红外测温探头和光谱解析模块，所述红外测温探头设置于所述插入腔的一端，所述光谱解析模块设置于所述插入腔的另一端，所述插入腔的一端与所述裂解反应炉管的外表面相邻。

19、本发明所述的电热裂解系统，其中，还包括预热装置，与所述进料装置和所述电热裂解装置分别连通。

20、本发明所述的电热裂解系统，其中，所述进料装置包括裂解原料储罐和水储罐，分别与所述预热装置连通。

21、本发明所述的电热裂解系统，其中，所述冷却分离装置包括冷凝器和水洗器，所述冷凝器分别与所述电热裂解装置和水洗器连通。

22、为了达到上述目的，本发明更提供了一种电热裂解方法，用于油品的加热裂解，该方法包括如下步骤：

23、步骤1，将油品和水混合并预热；

24、步骤2，将步骤1预热后混合物通入权利要求1-5任一项所述电热裂解装置进行加热裂解反应；

25、步骤3，将裂解反应产物通过冷却分离装置处理，得到富含低碳烯烃的气相。

26、本发明所述的电热裂解方法，其中，所述加热裂解反应的温度控制方法包括：

27、步骤a，实时测量所述裂解反应炉管表面的温度并绘制温度变化曲线；

28、步骤b，分析得到各时间点的温度变化率，根据温度变化率调整供电单元的输出功率；

29、步骤c，供电单元对所述电磁感应线圈供电。

30、本发明的有益效果：

31、(1)本发明加热裂解装置基于电磁感应原理，通过向电磁感应线圈通入频率可调的电流，使得线圈内部产生交变磁场，所产生的交变磁场穿过裂解反应炉管，炉管材质内部受磁场作用产生涡流并使其自身发热，进而实现对裂解原料加热的目的。本发明加热方式传热效率高、热启动快、能耗低，并且，装置在运行过程中裂解反应炉管温度分布更为均匀，可有效减少炉管在运行过程中的热损伤现象，大幅延长裂解反应炉管的使用寿命。

32、(2)本发明提供的电热裂解系统中采用基于红外测温单元的温度控制装置对裂解反应炉管的温度加以调节，该温度控制装置具备对裂解反应炉管温度的实时记录、实时计算以及实时调节功能，其可将所采集到的各时间点下的裂解炉管温度绘制成温度曲线，进而根据曲线计算得出当前时间点下炉管温度的变化趋势，通过将炉管温度的变化趋势与供电单元输出功率相关联，实现了裂解炉管温度的精确控制，另一方面，温度控制装置的引入在提高装置运行稳定性、提高工艺控制精度的同时，可避免因反应温度波动所造成的能量损失，使得装置的运行能耗得到进一步降低。

33、(3)基于电磁感应加热快、温度场分布均匀等特性，本发明所提供的电热裂解装置能够在高温、高空速、短停留时间的工艺条件下平稳运行，更高的空速以及更短的停留时间可减少蒸汽裂解反应过程中二次副反应的发生，在有效抑制焦炭生成的同时，提高产物中低碳烯烃的收率。