第二章 裂解反应系统

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1、第二章：裂解反应系统一、裂解反应原理和工艺流程（一）裂解反应原理1、裂解的一次反应和二次反应烃类热裂解的过程非常复杂，它分为一次反应和二次反应。一次反应是指由原料烃类经裂解生成乙烯和丙烯的反应。二次反应主要是指一次反应生成的乙烯、丙烯等低级烯烃进一步发生反应生成多种产物，甚至最后结焦或生碳的反应。烃类热裂解的一次反应主要是发生脱氢和断链反应。脱氢反应是C－H键断裂的反应，生成烯烃和氢气。如：R－CH2－CH3R－CH=CH2+H2（烷烃裂解通式）断链反应是C－C键断裂的反应，反应产物是碳原子数少的烷烃和烯烃。R－CH2－CH2－R’R－CH=CH2+R’H（烷烃裂解通式）或（Cm+nH2

2、（m+n）+2）CmH2m+CnH2n+2脱氢和断链都是吸热反应，所以裂解时必须供给大量的热。在相同的裂解温度下，脱氢比断链所需的热量大，要加快脱氢反应必须采取更高温度。环烷烃、芳香烃、烯烃等也均可发生一次反应（断链和脱氢），但均有各自不同的特点。烃类热裂解过程的二次反应比一次反应复杂，原料烃一次反应后生成了氢，甲烷和一些低分子量的烯烃如乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、戌烯等。在裂解温度下，氢及甲烷很稳定，而烯烃可继续反应，主要的二次反应有：①反应生成的较大分子烯烃可以继续裂解生成乙烯，丙烯等小分子烯烃或二烯径；②烯烃能够发生聚合，环化，缩合，最后直至转化成焦；③烯烃加氢和脱氢；④烃类分解生碳

3、。总之，在二次反应中除了较大分子的烯烃裂解能够增产乙烯外，其余的反应都要消耗乙烯，降低乙烯收率。尤其是结焦和生碳反应，只要有结焦和生碳的条件，就能在设备表面形成固体结焦层，给正常操作带来不利影响。因此，在裂解炉的设计过程中，均采用高温、短停留时间、低烃分压和快速急冷为设计条件，以保证目的产品。2、自由基反应机理烃类热裂解过程甚为复杂。据研究认为烃类热裂解是自由基型连锁反应。在高温下，C－C键发生断链，形成非常活泼的反应基团—自由基，它很容易与其他自由基成分子发生反应，现以轻柴油中的链烷烃为例说明如下：自由基连锁反应是分三个阶段进行的：a）链引发R1HR2+R3b）链传递R2+R1HR2H

4、+R1R3+R1HR3H+R1CnH2n+R4c）链终止R1+R4生成物首先，原料烃R1H的C－C链在高温下断链生成两个游离自由基R2和R3，然后R2和R3与原料烃反应脱氢生成游离基R1，由于R1对热不稳定，所以R1分解成烯烃CnH2n和游离基R4，最后R4和R1反应生成稳定的生成物。因此，在高温条件下，各种烃类在这种机理的作用下，不断反应生成各种复杂产物，在合理时间控制下，可得到最佳目的产物。（二）工艺流程1、裂解炉工艺流程油品罐区来的石脑油，由石脑油进料泵P101A/B/C/D打出，经石脑油预热器E107和E111A1预热80℃后，分别去F101X、F102X、F103X、F109、

5、F110、F111裂解炉的石脑油进料系统。每台裂解炉的石脑油在各组流量的控制下，进入裂解炉的对流段进行进一步预热，并与一定比例的稀释蒸汽混合后，进入裂解炉的辐射段进行热裂解，出辐射段的裂解气进入急冷锅炉进行急冷，以终止裂解反应，同时回收高温热量，发生超高压蒸汽。然后裂解气进入急冷器用循环急冷油降到200℃，进入油冷塔。油品罐区来的加氢尾油，由加氢尾油进料泵P100C/D打出，分别去F101X、F102X、F109、F111裂解炉的加氢尾油进料系统。每台裂解炉的加氢尾油在各组流量的控制下，进入裂解炉的对流段进行进一步预热，并与一定比例的稀释蒸汽混合后，进入裂解炉的辐射段进行热裂解，出辐射段

6、的裂解气进入急冷锅炉进行急冷，以终止裂解反应，同时回收高温热量，发生超高压蒸汽。然后裂解气进入急冷器用循环急冷油降到200℃，进入油冷塔。由乙烯精馏塔底返回的乙烷，经回收冷量并汽化后，分别去F103X、F106、F108炉的乙烷进料系统，每台裂解炉的乙烷在各组流量的控制下，进入裂解炉的对流段进行预热，并与一定比例的稀释蒸汽混合后，进入裂解炉的辐射段进行热裂解，出辐射段的裂解气进入急冷锅炉进行急冷，以终止裂解反应，同时回收高温热量，发生超高压蒸汽。然后裂解气进入急冷器用循环急冷油降到200℃，进入油冷塔。由稀释蒸汽发生器来的0.6MPa、219℃的稀释蒸汽，分别去F101X、F102X、F

7、103X、F106、F108、F109、F110、F111的稀释蒸汽进料系统，每台裂解炉的稀释蒸汽，一部分在各组流量的控制下并按一定的比例直接与经过对流段预热的烃进料混合（有一次蒸汽注入的裂解炉），另一部分稀释蒸汽在各组流量的控制下并按一定的比例进入裂解炉的对流段进行过热，与烃进料混合后，进入混合过热段。由高压锅炉给水泵P102A/B/C来的高压锅炉水，分别去各裂解炉的锅炉给水系统，每台裂解炉的高压锅炉给水在高压汽包液位的控制下，进