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CN107880926A - 一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置 - Google Patents

一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置 Download PDF

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CN107880926A
CN107880926A CN201710910727.7A CN201710910727A CN107880926A CN 107880926 A CN107880926 A CN 107880926A CN 201710910727 A CN201710910727 A CN 201710910727A CN 107880926 A CN107880926 A CN 107880926A
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CN
China
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cracking
test device
hydrocarbons
small test
steam cracking
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Pending
Application number
CN201710910727.7A
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English (en)
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方文军
郭永胜
叶灯枫
戴怿童
应好
张丽锋
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Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
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Publication date
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/14—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in pipes or coils with or without auxiliary means, e.g. digesters, soaking drums, expansion means
    • C10G9/18—Apparatus
    • C10G9/20—Tube furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，包括进样机构、裂解机构、冷却机构和气液分离机构，所述裂解机构包括可拆卸的裂解反应管路以及用于加热裂解反应管路的直流电机，所述直流电机通过铜电极焊接于裂解反应管路两端；所述裂解反应管路一端的连接管路上安装有绝缘接头。该装置能够调整不同反应条件，如液态烃和水的比例，进料流量，反应停留时间，反应温度和反应压力，以便于研究蒸汽裂解反应过程。

Description

一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置
技术领域
本发明涉及高效蒸汽裂解烃装置，具体涉及一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置。
背景技术
乙烯和丙烯是重要的有机化工原料，随着乙烯和丙烯需求的逐年增加，丙烯/乙烯(P/E)需求比呈上升趋势，2016年全世界乙烯消费量约为1.64亿吨/年，丙烯消费量约为1.01亿吨/年，P/E需求比上升至0.616。
烃的蒸汽裂解是石化龙头工艺，也是生产乙烯和丙烯的传统技术，虽然经过几十年的发展，技术不断完善，但其管式炉裂解通常采用较高的反应温度(800-900℃)，而且P/E产出质量比为0.4-0.6。烃的蒸汽裂解制乙烯、丙烯装置是石化工业第一大耗能装置，其能耗在石化工业中约占40％。因此烃的蒸汽裂解技术的研究，对于控制乙烯、丙烯工业过程总能耗和产物，节能降耗提质增效有重大意义，并且能解决和突破制约我国乙烯、丙烯工业节能和产物调控技术发展的瓶颈问题。
设计合理的蒸汽裂解烃试验装置是研究蒸汽裂解反应过程的必要条件，在此基础上可进行蒸汽裂解烃新工艺的开发研究，对原料或催化剂性能进行评价等。目前现有的蒸汽裂解烃小型试验装置，升温速率较慢，进油量较大，反应时间也比较长，无法做到瞬时取样，故此类装置用于大量探索性实验会造成时间和能源的过多消耗。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，以便于研究蒸汽裂解反应过程。
本发明所提供的技术方案为：
一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，包括进样机构、裂解机构、冷却机构和气液分离机构，所述裂解机构包括可拆卸的裂解反应管路以及用于加热裂解反应管路的直流电机，所述直流电机通过铜电极焊接于裂解反应管路两端；所述裂解反应管路一端的连接管路上安装有绝缘接头。
上述技术方案中，进样机构、裂解机构、冷却机构和气液分离机构都是通过连接管路进行连接，连接管路可以选用耐高压钢管。裂解反应管路可以选用高温合金钢管，由于裂解反应管路是可拆卸的，便于对裂解反应管路进行预处理。拆卸后的裂解反应管路的预处理包括：先用浓硫酸酸蚀钝化，然后甲苯清洗反应管，最后高温氧化钝化。
此外，裂解机构中采用直流电机加热反应管路，可对较大流量(最大为4g·s-1)的混合物提供足够高的热流密度(最高为4MW·m-2)，使其迅速升温进而发生裂解反应，可以在裂解反应管路内同时实现预热和裂解反应。相比于交流电机，直流电机采用更低的电压就可以达到相同的加热功率，因此直流电机更安全。
绝缘接头安装在裂解反应管路一端的连接管路上，能够避免连接管路也形成电路回路，从而达到只加热裂解反应管路的目的。
优选的，所述小型试验装置包括数据采集机构；所述数据采集机构主要由计算机、压力传感器和热电偶组成，所述压力传感器和热电偶分别与计算机连接，所述热电偶焊接于裂解反应管路的表面，所述压力传感器分别安装于裂解反应管路两侧的连接管路上。反应管路表面的温度由焊接的热电偶测量，进出口的压力值由进出口的压力传感器测量，所有数据均由数据采集系统每秒1次记录于计算机中。
优选的，所述数据采集机构还包括铠装热电偶，所述裂解反应管路出口处设有三通接头，所述铠装热电偶安装在三通接头内，且与计算机连接。所述铠装热电偶与裂解反应管出口处的混合物直接接触，从而更准确的测得混合物温度。
优选的，所述进样机构包括两组原料罐和恒流泵，两恒流泵的出口合流处安装有油水混合器。两组原料罐分别用于储藏液态烃和水，液态烃优选为石脑油或加氢尾油等。通过两恒流泵可以控制两者的比例，便于研究不同的液态烃和水的混合比对蒸汽裂解反应的影响。油水混合器则是为了实现液态烃和水的充分混合。
优选的，所述油水混合器出口一侧的连接管路上安装有质量流量计，所述质量流量计与计算机连接。通过控制质量流量计能够控制进料流量以及原料混合物在裂解反应管内停留时间，便于研究不同停留时间对蒸汽裂解反应的影响。
优选的，所述小型试验装置包括电子背压阀，所述电子背压阀与计算机连接。电子背压阀能够控制试验装置内的压力，压力范围优选为0.1-5MPa，便于研究不同压力条件对蒸汽裂解反应的影响。
优选的，所述冷却机构为排式冷凝器。排式冷凝器的作用是冷却从裂解反应管路出来的高温混合物。
优选的，所述排式冷凝器两侧安装有在线过滤器。在线过滤器的作用是收集混合物中的胶状物和固体焦。
优选的，所述气液分离机构包括气液分离器以及与其相连接的出气管和出液管；所述气液分离器入口处、出气管和出液管上分别设有单向阀。气液分离器用于分离气体和液体，分别由出气管和出液管收集。
优选的，所述小型试验装置包括取样机构，由瞬时取样口和单向阀组成；所述取样机构安装于气液分离器入口处的单向阀的进口端连接管路上。设置瞬时取样口，便于分析不同温度、压力下原料的气体转化率、液体转化率以及固体焦的生成量。例如，准确计算裂解转化率，通过打开瞬时取样口的阀门，关闭气液分离器的入口阀门，收集一定时间内的液体产物，称重后记下质量，结合进料处质量流量计的流量和液体产物中的原料含量，即可计算出裂解转化率。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明的小型试验装置能够调整不同反应条件(如液态烃和水的比例，进料流量，反应停留时间，反应温度和反应压力)，以便于研究蒸汽裂解反应过程。
(2)本发明的小型试验装置设有瞬时取样口，便于分析不同温度、压力下原料的气体转化率、液体转化率以及固体焦的生成量。
(3)本发明的小型试验装置采用直流电机加热反应管路，能够迅速升温进而发生裂解反应，相比于交流电机，直流电机采用更低的电压就可以达到相同的加热功率，因此直流电机更安全。
(4)本发明的小型试验装置中的裂解反应管路是可拆卸的，便于对裂解反应管路进行预处理。
附图说明
图1为用于蒸汽裂解烃的小型试验装置的结构示意图。
其中，1,2为原料罐；3,4为恒流泵；5为油水混合器；6为质量流量计；7为进口压力传感器；8为绝缘接头；9为直流电加热器；10为裂解反应管路；11为三通接头；12,14为在线过滤器；13为排式冷凝器；15为出口压力传感器；16为计算机；17为电子背压阀；18为瞬时取样口；19,20,21,22为单向阀；23为气液分离器；24为热电偶；25为铠装热电偶。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，包括进样机构、裂解机构、冷却机构、气液分离机构、数据采集机构和取样机构。
其中，进样机构包括两组原料罐1,2和恒流泵3,4，原料罐1内用于储藏液态烃，原料罐2内用于储藏水，实际使用时可以根据需要选择不同的原料。原料罐1和恒流泵3串联，原料罐2和恒流泵4串联，两恒流泵3,4的出口合流处安装有油水混合器5。油水混合器5出口的连接管路上依次串联安装有质量流量计6和进口压力传感器7，质量流量计6、进口压力传感器7分别与计算机16连接。
裂解机构包括可拆卸的裂解反应管路10以及用于加热裂解反应管路10的直流电机9，直流电机9通过铜电极焊接于裂解反应管路10两端，裂解反应管路10与进口压力传感器7之间的连接管路上安装有绝缘接头8。
数据采集机构包括计算机16、进口压力传感器7、出口压力传感器15、若干热电偶24和铠装热电偶25。若干热电偶24焊接于裂解反应管路10的表面，同时裂解反应管路10出口处设有三通接头11，三通接头11内安装有一个铠装热电偶25，所有的热电偶24、铠装热电偶25分别与计算机16连接。
冷却机构为排式冷凝器13，同时两侧安装有在线过滤器12,14，在线过滤器12与三通接头11连接，在线过滤器14则与出口压力传感器15、电子背压阀17依次串联连接，出口压力传感器15、电子背压阀17与计算机16连接。
气液分离机构包括气液分离器23以及与其相连接的出气管和出液管，气液分离器23入口处、出气管和出液管上分别设有单向阀20,21,22。
取样机构则由瞬时取样口18和单向阀19组成，取样机构安装在气液分离器23入口处的单向阀20的进口端连接管路上。

Claims (10)

1.一种用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，包括进样机构、裂解机构、冷却机构和气液分离机构，其特征在于，所述裂解机构包括可拆卸的裂解反应管路以及用于加热裂解反应管路的直流电机，所述直流电机通过铜电极焊接于裂解反应管路两端；所述裂解反应管路一端的连接管路上安装有绝缘接头。
2.根据权利要求1所述的用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，其特征在于，所述小型试验装置包括数据采集机构；
所述数据采集机构主要由计算机、压力传感器和热电偶组成，所述压力传感器和热电偶分别与计算机连接，所述热电偶焊接于裂解反应管路的表面，所述压力传感器分别安装于裂解反应管路两侧的连接管路上。
3.根据权利要求2所述的用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，其特征在于，所述数据采集机构还包括铠装热电偶，所述裂解反应管路出口处设有三通接头，所述铠装热电偶安装在三通接头内，且与计算机连接。
4.根据权利要求2所述的用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，其特征在于，所述进样机构包括两组原料罐和恒流泵，两恒流泵的出口合流处安装有油水混合器。
5.根据权利要求4所述的用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，其特征在于，所述油水混合器出口一侧的连接管路上安装有质量流量计，所述质量流量计与计算机连接。
6.根据权利要求2所述的用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，其特征在于，所述小型试验装置包括电子背压阀，所述电子背压阀与计算机连接。
7.根据权利要求1所述的用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，其特征在于，所述冷却机构为排式冷凝器。
8.根据权利要求7所述的用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，其特征在于，所述排式冷凝器两侧安装有在线过滤器。
9.根据权利要求1所述的用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，其特征在于，所述气液分离机构包括气液分离器以及与其相连接的出气管和出液管；所述气液分离器入口处、出气管和出液管上分别设有单向阀。
10.根据权利要求9所述的用于蒸汽裂解烃的小型试验装置，其特征在于，所述小型试验装置包括取样机构，由瞬时取样口和单向阀组成；所述取样机构安装于气液分离器入口处的单向阀的进口端连接管路上。
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