管式裂解炉技术发展概况 □赖向军
□赖向军 目前管式裂解炉的发展方向仍然是以经典理论为依据，按照“高温、短停留、
目前管式裂解炉的发展方向仍然是以经典理论为依据，按照“高温、短停留、高乙烯收率和高选择性”工艺指标为目标。然而，各种炉型的指导思想既有共同点，又各有自身的具体措施和理论根据，按各自的思路和优势，解决了许多工艺和工程中的具体问题，也使其在裂解领域中各有优势，形成了相互借鉴、相互渗透、多样化的局面。 目前，具有代表性的工艺技术有３类，分别代表了３种不同的指导思想和理论。
目前，具有代表性的工艺技术有３类，分别代表了３种不同的指导思想和理论。第一类，其中最为人们所接受的是Ｌｕｍｍｕｓ公司的“ＳＲＴ”裂解炉，它在世界乙烯产量中所占比例最大；其次是Ｓｔｏｎｅ＆Ｗｅｂｓｔｅｒ公司的“Ｕ”型和“Ｗ”型裂解炉。第二类是近十几年来，Ｋｅｌｌｏｇｇ公司新开发的停留时间最短、物料出口温度最高、单程乙烯收率最高的裂解炉———“毫秒炉”。称之为“毫秒炉”是因为其停留时间已经降低到几十毫秒，裂解炉物料出口温度比其他类型的裂解炉高５０℃以上。第三类是代表了欧洲技术水平的ＫＴＩ公司的“ＧＫ”裂解炉、林德（Ｌｉｎｄｅ）公司的“ＬＳＣＣ”炉和中国的“ＣＢＬ”炉（即北方炉）。这３种裂解炉的共同点是都采用了二次注汽技术和非常相似的炉管构型，但其目的和思路各不相同，因此把它们归为一类。上述几类工艺技术的具体情况如下所述。 １．Lummus公司的“SRT”裂解炉
１．Lummus公司的“SRT”裂解炉 在当今世界范围内，Ｌｕｍｍｕｓ公司总乙烯生产能力排行第一，大约占世界
在当今世界范围内，Ｌｕｍｍｕｓ公司总乙烯生产能力排行第一，大约占世界乙烯生产能力的５０％左右。在近４０年中，Ｌｕｍｍｕｓ先后开发了ＳＲＴ-Ⅰ、ＳＲＴ-Ⅱ、ＳＲＴ-Ⅲ、ＳＲＴ-Ⅳ（ＨＣ，ＨＳ）、ＳＲＴ-Ⅴ等一系列裂解炉，它将裂解停留时间从０．６～０．７秒，降低至０．２秒（ＳＲＴ- ⅣＨＳ型）；乙烯的单程收率从原来的２０．５０％提高到２９．５％；乙烯生产的综合能耗达到每１公斤Ｃ２３３００～５８００ｋｃａｌ，热效率达９４％。ＳＲＴ- Ⅰ型炉采用均一直径的炉管，管程为８～１０程。管式裂解炉开发初期使用的原料都比较轻，以乙烷、丙烷及轻烃为主，所以裂解原料的温升比较快，但随着原料的变重，石脑油及轻柴油作为裂解原料，使得炉管前几段的温升明显下降，烃类的转化率降低。因此，ＳＲＴ-Ⅱ及以后开发的裂解炉采用分枝变径炉管， 增加其前部的传热面积，使得辐射管入口段的温升速度加快，以达到提高转化率的目的，从而进一步缩短类在辐射段炉管内的停留时间。 ＳＲＴ-Ⅱ型炉炉管有４程，第一程为４根平行炉管，第二程为２根平行炉管，
ＳＲＴ-Ⅱ型炉炉管有４程，第一程为４根平行炉管，第二程为２根平行炉管，第三程和第四程只有１根炉管（即４-２-１-１型排列）。ＳＲＴ-Ⅱ型炉和ＳＲＴ-Ⅲ型炉的炉管构型相同，只是炉管组数不同，ＳＲＴ -Ⅱ型为４组炉管，ＳＲＴ-Ⅲ炉管为６组炉管。ＳＲＴ-Ⅳ型炉有两种构型，即ＳＲＴ-ⅣＨＣ和ＳＲＴ- ⅣＨＳ。 ＳＲＴ-ⅣＨＣ型炉（高能力型）基本类似于ＳＲＴ-Ⅱ型炉，为８-４-１- １
ＳＲＴ-ⅣＨＣ型炉（高能力型）基本类似于ＳＲＴ-Ⅱ型炉，为８-４-１- １（或８-４-２-１）。这种构型的炉管其特点是温升速度快、压力降低。 在此基础上，Ｌｕｍｍｕｓ公司设计出两种最新的，也是目前推广最多的炉型为ＳＲＴ- ⅣＨＳ型（高选择性型）和ＳＲＴ-Ⅴ型裂解炉，其炉管构型为８-１型、１６- １型或１２-２型，第一程为多根小直径炉管，第二程采用大口径炉管， 这样显著减小了裂解炉炉管对结焦的敏感性，从而使其裂解炉保持较长的运转周期。由于炉管的直径减小，裂解炉的生产能力受到很大限制，通常两台ＳＲＴ- ⅣＨＳ炉的生产能力相当于一台ＳＲＴ-Ⅰ炉（炉体外形尺寸相当）。ＳＲＴ-Ⅴ型炉炉管的结构和排布与ＳＲＴ-ⅣＨＳ型相似， 其不同点在于第一程辐射段炉管内部加有纵向直立翅片（ＳＲＴ-Ⅴ），这是为了提高炉管第一程的温升速度，从而达到高温、 短停留之目的。 ２．Stone ＆Webter公司的S-裂解炉
２．Stone ＆Webter公司的S-裂解炉 美国的Ｓｔｏｎｅ＆Ｗｅｂｓｔｅｒ公司创建于１９２９年，是美国主要的工
美国的Ｓｔｏｎｅ＆Ｗｅｂｓｔｅｒ公司创建于１９２９年，是美国主要的工程承包公司之一。该公司从４０年代开始设计、建设乙烯装置，总共设计了约９０套乙烯装置，总的乙烯生产能力超过１２００万吨／年。 １９６０年Ｓｔｏｎｅ＆Ｗｅｂｓｔｅｒ公司开始研究轻柴油裂解技术，１９
１９６０年Ｓｔｏｎｅ＆Ｗｅｂｓｔｅｒ公司开始研究轻柴油裂解技术，１９６６年成功地开发了自己的超选择性裂解炉（即ＵｌｔｒａＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣｏｖｅｒｓｉｏｎ，简称ＵＳＣ），以及与之相配套的急冷废热锅炉（ＵＳＸ）工艺。此工艺已经十分成熟，目前世界上有十余套乙烯装置采用此工艺，总乙烯生产能力为４００万吨／年，正在设计和建设之中的还有７套装置，乙烯能力为３００万吨／年。从其原料情况而言，从丙烷、轻质石脑油至轻柴油都有。ＵＳＣ工艺的特点是通过缩短停留时间达到其“超选择性裂解”，所以相对而言，它的停留时间比较短，为０．２～０．４秒（因原料不同而变化），裂解炉出口温度也较高些。 ３．Kellogg公司的“毫秒炉”
３．Kellogg公司的“毫秒炉” 在管式裂解炉蒸汽热裂解工艺中，Ｋｅｌｌｏｇｇ的“毫秒炉”无疑是一重大
在管式裂解炉蒸汽热裂解工艺中，Ｋｅｌｌｏｇｇ的“毫秒炉”无疑是一重大突破。它使得物料在辐射段炉管内的停留时间突破了０．１秒大关，达到０．０５～０．１秒，而且乙烯的收率大大提高，石脑油的乙烯收率可达３２％（重量）。 它的设计思路仍然是“高温、短停留”，提高乙烯的选择性，尽可能地避免由
它的设计思路仍然是“高温、短停留”，提高乙烯的选择性，尽可能地避免由于停留时间过长引起的乙烯损失。它所采用的方法是“高温”，即炉出口温度高达８８０～８９０℃，辐射段入口温度为６４９℃（石脑油）、６２１℃（轻柴油）。辐射段进料为两组平行进料，辐射段炉管只有１段，这样就很好地解决了炉管长度引起的停留时间过长、压降大的问题，同时，采用小直径裂解炉管，使得炉管的热通量大大增加，满足了裂解温度的需要。 为了使整个裂解炉炉膛内温度分布均匀，不发生“返混”现象，Ｋｅｌｌｏｇ
为了使整个裂解炉炉膛内温度分布均匀，不发生“返混”现象，Ｋｅｌｌｏｇｇ公司采用了斜顶结构的炉顶，这样使得裂解炉管两侧温度趋于一致，有利于延长裂解炉管的寿命。另外，它采用全部底部烧嘴加热。其缺点为，①运转周期短；②压降变化大，影响乙烯收率，各炉管偏流较重；③产品分布中炔烃收率高，对加氢和分离影响很大。 ４．林德公司的裂解炉
４．林德公司的裂解炉 林德（Ｌｉｎｄｅ）公司是世界上最著名的低温工程公司，自６０年代开始开
林德（Ｌｉｎｄｅ）公司是世界上最著名的低温工程公司，自６０年代开始开发自己的管式炉蒸汽裂解技术。在“高温、短停留”的思路，并总结了其他公司的经验基础上，开发成功林德-西拉斯裂解炉，其裂解炉管采用分枝变径管。 林德公司原来基本上采用的是４-２-１-１排列方式的炉型。最近建设的以２-１型为主。 为了降低能耗，林德公司将裂解炉的侧壁和底部烧嘴完全改为侧壁烧嘴替代，
为了降低能耗，林德公司将裂解炉的侧壁和底部烧嘴完全改为侧壁烧嘴替代，并增加了空气预热装置，从而降低了燃料消耗。 林德公司另一突出特点是采用二段注汽技术，该技术是壳牌公司最早提出的，
林德公司另一突出特点是采用二段注汽技术，该技术是壳牌公司最早提出的，林德公司购买了此项专利技术，并在此基础上进一步发展，在ＬＳＣＣ裂解炉上成功地使用。二段注汽就是烃类原料在对流段预热到２００℃时，加入占总蒸汽量１５％左右的蒸气，混合后使７０％的原料汽化，再加热至４７０℃后与其余８５％的蒸汽再次混合，使其１００％汽化。 在二段注汽中，林德公司提出了以下几点注意事项：
在二段注汽中，林德公司提出了以下几点注意事项： （１）在原料没有全部气化前，管壁温度应低于物料开始裂解的温度；
（１）在原料没有全部气化前，管壁温度应低于物料开始裂解的温度； （２）工艺蒸汽必须加热到４５０℃左右；
（２）工艺蒸汽必须加热到４５０℃左右； （３）在原料未气化前，管中应防止雾状流现象发生；
（３）在原料未气化前，管中应防止雾状流现象发生； （４）原料过热段和ＴＬＸ（废热锅炉）均要求较低的压降；
（４）原料过热段和ＴＬＸ（废热锅炉）均要求较低的压降； （５）二段蒸汽注入时，工作点温度与原料露点温度均相差２５℃；
（５）二段蒸汽注入时，工作点温度与原料露点温度均相差２５℃； （６）油／汽比为０．８％～８．５％（ｗ）。
（６）油／汽比为０．８％～８．５％（ｗ）。 其缺点：①工艺蒸汽必须加热至４５０℃，对能量平衡不利，高位能损失；②
其缺点：①工艺蒸汽必须加热至４５０℃，对能量平衡不利，高位能损失；②辐射段入口温度偏低，未能充分利用二次注汽工艺的优势 ５．荷兰国际动力技术公司的ＧＫ裂解炉
５．荷兰国际动力技术公司的ＧＫ裂解炉 荷兰国际动力技术公司（ＫＴＩ）成立于１９６３年，７０年代ＫＴＩ公司与
荷兰国际动力技术公司（ＫＴＩ）成立于１９６３年，７０年代ＫＴＩ公司与法国ＩＦＰ公司、德国尼布公司（ＴＰ）联合。现已建成乙烯装置６４套，生产能力达１４００万吨乙烯／年。ＫＴＩ公司在热力学和反应动力学方面研究颇深，该公司开发的裂解反应模拟程序———ＳＰＹＲＯ程序，已为数家烯轻生产技术大公司（如Ｌｕｍｍｕｓ等）购买。 近年来，ＫＴＩ公司的裂解技术迅速发展，在世界乙烯工业中已成为一支较强
近年来，ＫＴＩ公司的裂解技术迅速发展，在世界乙烯工业中已成为一支较强的新生力量。该公司开发的裂解炉型为“ＧＫ”（梯度动力学）。在ＧＫ- Ⅱ型裂解炉的基础上，已开发出ＧＫ-Ⅴ型裂解炉。ＧＫ-Ⅴ型炉用ＮＡＰ为原料，停留时间为０．１～０．１５秒，乙烯单程收率在３０％以上，每吨乙烯能耗在４００～５５０万卡，裂解炉热效率为９３％左右。 ＫＴＩ公司也是以“高温、短停留、低烃分压”为基础，所以裂解炉炉管的设
ＫＴＩ公司也是以“高温、短停留、低烃分压”为基础，所以裂解炉炉管的设计是从单径管趋向分枝变径管，炉管的程数也由６程变为２程。ＫＴＩ公司最新开发的新构型裂解炉———“ＧＫ-Ⅴ”型为２-１型，北京新建设的东方乙烯装置采用的就是该技术。 ＫＴＩ公司认为，在裂解过程中，炉管压力升高会加速二次反应，导致烯烃的
ＫＴＩ公司认为，在裂解过程中，炉管压力升高会加速二次反应，导致烯烃的选择性下降。热能量对结焦速度有影响，同时裂解气的流率也影响结焦速率，即热通量和裂解气的流率对裂解炉的运转周期有影响。在设计中采用高裂解深度和高蒸汽稀释比，可以提高产品的灵活性，同时对原料的灵活性也极为有利。只有综合以上各种因素，才能提高裂解炉适应原料的灵活性，提高烯径的选择性，降低原料消耗定额，减少投资和维修费用，做到经济效益显著。 ６．CBL裂解炉
６．CBL裂解炉 ＣＢＬ裂解炉（中国“北方炉”）是由化工部北京化工研究院、中国石油化工
ＣＢＬ裂解炉（中国“北方炉”）是由化工部北京化工研究院、中国石油化工总公司北京工程公司、化工部兰州化工机械研究院联合开发的新一代裂解炉。在辽阳化纤公司建设的一台２万吨乙烯／年的工业试验裂解炉首次采用了ＣＢＬ裂解炉。 ＣＢＬ裂解炉的工艺是集当今世界几大乙烯工程设计开发公司的经验和我国的
ＣＢＬ裂解炉的工艺是集当今世界几大乙烯工程设计开发公司的经验和我国的研究于一体、在较高起点开发出的新型裂解炉。化工部北京化工研究院在工艺技术方面有近３０年的经验，在模拟工业裂解炉的试验装置上，对我国各大油田、炼厂、乙烯厂的裂解原料进行过评价，甚至对美国和中东等地区的油品也进行过评价。在对流段结焦、辐射段结焦动力学、裂解反应动力学等方面的研究都很有建树，并且建立了一整套完整的数据处理模型系统，与Ｌｕｍｍｕｓ公司在裂解领域有过相当广泛的合作研究。北京工程公司在乙烯装置的设计和建设中有丰富的经验，为ＣＢＬ裂解炉的开发和建设起到了重要作用。兰州化工机械研究院在化工机械方面积累了丰富的经验，主要负责裂解炉材质的选择、两级急冷锅炉的开发和设计、裂解炉烧嘴的设计。 ＣＢＬ裂解炉技术于１９８７年３月以３家合作开发单位的名义，向国家专利
ＣＢＬ裂解炉技术于１９８７年３月以３家合作开发单位的名义，向国家专利局申请实用新型专利。国家专利局于１９８８年８月批准了该项专利。 ＣＢＬ裂解炉的技术特点是“三个二”技术，即稀释蒸汽两次注入技术；２-
ＣＢＬ裂解炉的技术特点是“三个二”技术，即稀释蒸汽两次注入技术；２-１型裂解炉炉管构型；两级急冷废热回收。ＣＢＬ裂解炉除３台超高压蒸汽调节阀、清焦组合阀、一台原料油涡轮流量计及部分电缆为进口，其余均由国内解决，国产化程度高达９７％以上，为国家节省了大量外汇和投资。 ＣＢＬ裂解炉建设周期只用了一年零四个月（从ＣＢＬ裂解炉批准设计任务书
ＣＢＬ裂解炉建设周期只用了一年零四个月（从ＣＢＬ裂解炉批准设计任务书至建成为止），比引进裂解炉装置的建设周期缩短了约８个月。 ＣＢＬ裂解炉于１９８８年１０月在辽阳化纤公司建成，经过近２００天的运
ＣＢＬ裂解炉于１９８８年１０月在辽阳化纤公司建成，经过近２００天的运转、测试，证明ＣＢＬ裂解炉的主要设想是成功的，主要技术指标达到了设计要求，为我国裂解技术国产化迈出了成功的第一步，也为我国在裂解技术的开发和应用领域占据了一席之地。 目前，第一台ＣＢＬ裂解炉运行已达９年之久，运行状况良好。其后又在齐鲁
目前，第一台ＣＢＬ裂解炉运行已达９年之久，运行状况良好。其后又在齐鲁石化公司和吉林化工公司建设了一台４万吨乙烯／年和一台３万吨乙烯／年的两台ＣＢＬ裂解炉。今年，ＣＢＬ裂解炉在抚顺和辽化的年产４万吨Ｃ２装置即将投产，在燕化ＣＢＬ-２型６万吨乙烯／年的裂解炉已基本建成， 将于今年上半年投入运行。 ＣＢＬ裂解炉与前几种裂解炉的不同点在于：
ＣＢＬ裂解炉与前几种裂解炉的不同点在于： ①二次注汽技术。随着裂解原料的重质化，解决对流段炉管的结焦问题越来越
①二次注汽技术。随着裂解原料的重质化，解决对流段炉管的结焦问题越来越重要，二次注汽技术是一种非常有效的方法。对于我国这种石油资源并不丰富的国家更为重要。 ②辐射段入口温度较高，比其他裂解炉高３０～８０℃，提高了裂解炉辐射段
②辐射段入口温度较高，比其他裂解炉高３０～８０℃，提高了裂解炉辐射段炉管的利用率，缩短了停留时间。 ③利用２-１构型的裂解炉管，使炉管的长度缩短，减少了每组炉管的弯头数，
③利用２-１构型的裂解炉管，使炉管的长度缩短，减少了每组炉管的弯头数，这样无疑是降低辐射段炉管压降最有效的方法，同时，还提高了烯烃的收率和选择性。 ④采用二次急冷技术，ＣＢＬ裂解炉无论是裂解石脑油，还是轻柴油，甚至裂
④采用二次急冷技术，ＣＢＬ裂解炉无论是裂解石脑油，还是轻柴油，甚至裂解干点在５３０℃以上的缓和加氢尾油时，都采用了二次急冷技术，这对于原料重质化后余热回收是很有利的。 ⑤原料适应性，可适用于乙烷至加氢尾油（干点５００℃）的原料，操作弹性
⑤原料适应性，可适用于乙烷至加氢尾油（干点５００℃）的原料，操作弹性大。 ⑥国产化ＣＢＬ裂解炉比引进年产４万吨Ｃ２装置节省投资１５００～２００
⑥国产化ＣＢＬ裂解炉比引进年产４万吨Ｃ２装置节省投资１５００～２０００万元，比引进年产６万吨Ｃ２装置节省投资４０００～５０００万元。