本发明涉及低碳烯烃制备领域，更具体地，涉及一种原油裂解制备低碳烯烃的方法及装置。
背景技术：
：低碳烯烃通常指碳四及碳四以下的不饱和碳氢化合物的总称，主要包括乙烯、丙烯、异丁烯、丁二烯等具有高经济价值的有机化工原料，并且随着我国经济的发展，这些有机化工原料的需求量逐年增大，尽管低碳烯烃的生产规模也在逐年增长，但还无法满足日益增长的需求量。因此，有效提高低碳烯烃产量的技术有着广泛的应用前景。长期以来，我国一直以石脑油制备低碳烯烃产品。但近年来，随着中东油田伴生气以及美国页岩气的大量开采，这些廉价的油气资源作为乙烯原料大量使用，造成乙烯相关产品价格的急剧下降。为了应对市场竞争的冲击，拓展乙烯裂解装置的原料来源，降低原料成本，成为传统乙烯企业降本增效的有效手段。所以，将特殊的重质烃类，特别是未经加工处理原油，作为裂解炉原料，来生产低碳烯烃有利于降低烯烃生产装置原料成本和能源消耗，快速适应市场裂解原料的供需变化。原油一般分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质四个组分，其中饱和分和沥青质分别代表原油中最稳定和最不稳定的组分。原油中包含沸点超过590℃的高分子量非挥发性组分，这些非挥发性组分在常规的乙烯裂解炉的对流段进行预热时，有小部分未被气化，未被气化的非挥发性组分随着混合气流夹带到辐射段，容易造成辐射段的结焦沉积，甚至堵塞辐射段，影响裂解产品的收率。为了提高低碳烯烃收率，最大限度的利用原油资源，us3617493和cn1957068a公开了利用蒸汽裂解装置处理原油的方法，均采用外部闪蒸罐来处理经过裂解炉对流段预热过的原油，实现气液分离后，气相进入辐射段进行裂解，液相可作为船用燃料油使用。其中经过闪蒸后，还有5％的烃原料留在液体中，这样的闪蒸分离效率较低，而且，闪蒸器设备占地较大，空间利用率低。cn1018552b和us5580443公开了采用裂解炉处理含有大量重馏分的低品位原料的方法。将原料在对流段中途抽出，然后与一定量的过热稀释蒸汽混合，再通过气液分离将重馏分分离后再返回对流段，送入辐射段进行分解。其中低品位原料与蒸汽混合后，进行闪蒸分离，只能分离5-20％的液体，分离效率较低。上述专利文献中关于对流段流出物的处理方法都是采用闪蒸器进行气液分离，但是，对于含有重质原料的气液分离来说，闪蒸器的分离效率较低，而且，闪蒸器这种容器式分离设备体积大、重量大、占地广，对于空间小的情况并不适用。因此，亟需提供一种能够有效提高原油裂解效率，增加低碳烯烃产物收率的原油裂解方法，且能够减少裂解装置在辐射段和急冷部分的结焦和堵塞，从而降低运行成本。技术实现要素：针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种原油裂解制备低碳烯烃的方法，以及一种原油裂解制备低碳烯烃的装置。通过加氢加工，与轻质原料混合，以及采用旋风分离器进行气液分离等工艺相结合，克服原油直接进行蒸汽裂解时，在裂解炉的辐射度和急冷部分容易发生结焦，甚至造成堵塞的缺陷，能够有效提高原油裂解效率，增加烯烃产物的收率。本发明的第一方面提供了一种原油裂解制备低碳烯烃的方法，该方法包括以下步骤：1)原油于第一加氢反应器中进行加氢加工，加氢加工后的原油与液态烃混合，得到第一混合物；2)将所述第一混合物送入裂解炉的对流段第一管组进行预热，预热后的第一混合物通过第一旋风分离器进行气液分离，形成第一蒸气相和第一液相；3)所述第一液相于第二加氢反应器中进行加氢加工，加氢加工后的第一液相与液态烃混合，得到第二混合物；4)将所述第二混合物送入裂解炉的对流段第一管组进行预热，预热后的第二混合物通过第二旋风分离器进行气液分离，形成第二蒸气相和第二液相；5)将第一蒸气相和第二蒸气相送入裂解炉的对流段第二管组，加热至横跨温度后直接送入辐射段进行裂解，生成含低碳烯烃的裂解气；6)将第二液相与对流段的过热蒸汽接触，进行汽提。本发明的第二方面提供了一种原油裂解制备低碳烯烃的装置，该装置包括裂解炉、至少两个加氢反应器和至少两组旋风分离器，所述裂解炉的对流段包括对流段第一管组和对流段第二管组，其中，第一加氢反应器与所述对流段第一管组连接，所述对流段第一管组与第一旋风分离器的入口、第一旋风器的液相出口和第二加氢反应器形成闭环连接，对流段第一管组与第二旋风分离器入口连接，第二旋风分离器的蒸气相出口与第一旋风分离器的蒸气相出口和对流段第二管组连接。本发明中，采用旋风分离器对预热后的原油进行气液分离，旋风分离器具有结构简单、体积小、重量轻、成本低、分离效率高而且便于安装操作的优点，能够克服闪蒸器的缺点，尤其适用于现有裂解炉装置的改造，在狭小空间里实现预热后原油的分离；另外，该方法还包括加氢加工，并采用液态烃与加氢加工后的物料进行混合等工艺与之结合，有效提高原油裂解效率，增加烯烃产物的收率，减少裂解炉在辐射段和急冷部分的结焦和堵塞，降低运行成本。本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。根据本发明的第一方面，本发明提供了一种原油裂解制备低碳烯烃的方法，该方法包括以下步骤：1)原油于第一加氢反应器中进行加氢加工，加氢加工后的原油与液态烃混合，得到第一混合物；2)将所述第一混合物送入裂解炉的对流段第一管组进行预热，预热后的第一混合物通过第一旋风分离器进行气液分离，形成第一蒸气相和第一液相；3)所述第一液相于第二加氢反应器中进行加氢加工，加氢加工后的第一液相与液态烃混合，得到第二混合物；4)将所述第二混合物送入裂解炉的对流段第一管组进行预热，预热后的第二混合物通过第二旋风分离器进行气液分离，形成第二蒸气相和第二液相；5)将第一蒸气相和第二蒸气相送入裂解炉的对流段第二管组，加热至横跨温度后直接送入辐射段进行裂解，生成含低碳烯烃的裂解气；6)将第二液相与对流段的过热蒸汽接触，进行汽提。本发明中，汽提后的第二液相可作重质燃料油。根据本发明，所述方法还包括至少一次添加蒸汽和/或氢气的步骤，该步骤可设置于送入辐射段之前的任何步骤中，当其设置于步骤1)或步骤3)中时，应在加氢加工之后进行。蒸汽和/或氢气的添加，降低了裂解原料的烃分压，有利于低碳烯烃的生成。所述蒸汽可以为酸性加工蒸汽或经过脱酸处理的加工蒸汽。所述蒸汽可以采用本领域公知的任何方式进行加热，优选所述蒸汽在裂解炉的对流段中进行过热。本发明中，所述加氢加工可以选用加氢处理、氢化和氢化裂解中的至少一种，优选为加氢处理。本发明中的第一加氢反应器和第二加氢反应器可以相同，也可以不同，根据加氢加工的方式进行选择。反应器的具体种类和型号均为本领域的常规选择。本发明中，在加氢加工后的原油或第一液相中加入液态烃是为了使裂解炉具有比原有更高的炉管出口温度(cot)，并且提高产物中低碳烯烃的收率。优选所述液态烃的沸点为37-565℃。所述液态烃的具体实例包括但不限于：轻直馏石脑油、煤油、重常压尾油、加氢尾油、加氢裂化产物等。根据本发明，所述第一混合物(即加氢加工后的原油与液态烃的混合物)中加氢加工后的原油的重量百分数可以为1-99％，优选为20-95％。根据本发明，所述第二混合物(即加氢加工后的第一液相与液态烃的混合物)中加氢加工后的第一液相的重量百分数可以为1-99％，优选为20-95％。根据本发明，预热后的第一混合物的流出温度为315-565℃，压力为0.1-1.5mpa。本发明中，将预热后的第一混合物输送至第一旋风分离器进行气液分离器，优选预热后的原油在第一旋风分离器入口时的液相体积含量为0.01-5％，更优选为0.02-2％。根据本发明，预热后的第二混合物的流出温度为315-565℃，压力为0.1-1.5mpa。本发明中，将预热后的第二混合物输送至第二旋风分离器进行气液分离器，优选预热后的混合物在第二旋风分离器入口时的液相体积含量为0.01-5％，更优选为0.02-2％。本发明中，“旋风分离器”是指广义的旋风分离器，既包括狭义的“旋风分离器”，也包括本领域中与其原理相似的分离装置，如旋流分离器。如未特别说明，本发明中提及的旋风分离器均为广义的旋风分离器。根据本发明，进行气液分离的第一旋风分离器和第二旋风分离器的工作介质大部分为气体，可以选用本领域常规使用的旋风分离器，只要能够实现在高温下分离高浓度、高粘度的液体，且分离效率达90％以上即可。所述第一旋风分离器和第二旋风分离器的具体实例包括但不限于：矩形入口旋风分离器、蜗壳式旋风分离器、轴流导叶片式旋风分离器、直筒型旋风分离器、锥筒组合型旋风分离器、逆流式旋风分离器、直流式旋风分离器、直流式多旋风管分离器等。第一旋风分离器和第二旋风分离器可以相同，也可以不同。优选情况下，所述第一旋风分离器和第二旋风分离器各自选自蜗壳式旋风分离器、轴流导叶片式旋风分离器、直筒型旋风分离器、锥筒组合型旋风分离器或直流式旋风分离器。经过裂解炉对流段第一管组预热后的原油或混合物具有高温、高液含量、液体粘度较大的特点。对于这类气液混合物，为了保证旋风分离器的分离效率，本发明中的第一旋风分离器和第二旋风分离器优选设置有内部构件的旋风分离器，比如在旋风分离器内增加顶部撇液筒来减少旋风分离器上部壁面上的液膜损失，也可同时或不同时在旋风分离器下部增加隔离板和防涡器来减少气体旋涡尾部对旋风分离器下部的液体和壁面上的液体的挟带。本发明中，旋风分离器个数可以根据需要进行选择，第一旋风分离器和第二旋风分离器可以包含一个或多个旋风分离器。包含多个旋风分离器时，多个旋风分离器可采用并联或串联方式相连。本发明中，所述第一蒸气相和第二蒸气相中的液相含量低于10g/m3，优选低于200mg/m3。本发明所采用的裂解炉可以为本领域常规使用的蒸汽裂解制低碳烯烃的裂解炉。优选情况下，采用的裂解炉为管式裂解炉。裂解炉通常主要包括对流段、辐射段、急冷部分和燃气系统。在裂解炉中，原油于第一加氢反应器中进行加氢加工，加氢加工后的原油与液态烃混合，得到第一混合物，将所述第一混合物送入对流段第一管组(对流段包含对流段第一管组和对流段第二管组)，与过热蒸汽接触进行预热(315-565℃)，然后将预热后的第一混合物送入设置有内构件的第一旋风分离器进行气液分离，分离得到的第一液相于第二加氢反应器中进行加氢加工，加氢加工后的第一液相与液态烃混合，得到第二混合物，将第二混合物送入裂解炉的对流段第一管组进行预热(315-565℃)，预热后的混合物通过第二旋风分离器进行气液分离，形成第二蒸气相和第二液相，将第一蒸气相和第二蒸气相在对流段第二管组继续预热至横跨温度(425-705℃)，然后进入辐射段进行蒸汽裂解反应，生成富含低碳烯烃的裂解气，裂解气从辐射段出来后进入急冷部分，从而获得低碳烯烃。本发明所采用的裂解炉和从裂解炉中获得低碳烯烃的方法已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。根据本发明的第二方面，本发明提供了一种原油裂解制备低碳烯烃的装置，该装置包括裂解炉、至少两个加氢反应器和至少两组旋风分离器，所述裂解炉的对流段包括对流段第一管组和对流段第二管组，其中，第一加氢反应器与所述对流段第一管组连接，所述对流段第一管组与第一旋风分离器的入口、第一旋风器的液相出口和第二加氢反应器形成闭环连接，对流段第一管组与第二旋风分离器入口连接，第二旋风分离器的蒸气相出口与第一旋风分离器的蒸气相出口和对流段第二管组连接。本发明的原油裂解制备低碳烯烃的装置中所采用的旋风分离器(第一旋风分离器、第二旋风分离器)、裂解炉和加氢反应器(第一加氢反应器、第二加氢反应器)如前文所述，在此不再赘述。以下通过实施例对本发明进行详细说明。在以下实施例和对比例中使用的原油的组成如下表1所示，该组成根据astmd5307方法测得。表1分析项目astmd5307ip，℃6910％，℃19220％，℃27230％，℃33740％，℃39350％，℃44660％，℃50870％，℃59575％，℃65380％，℃-90％，℃-ep，℃-实施例1本实施例用于说明本发明的原油裂解制备低碳烯烃的方法。具体包括以下步骤：1、将脱水脱盐的原油送入第一加氢处理器，进行加氢处理，采用的催化剂为co-ni-mo/al2o3，加氢温度270℃，加氢压力为2.6mpa，氢油比为3.0，原油体积空速为2.0h-1，单烯加氢率95％。加氢处理后的物流与石脑油混合，其中加氢处理后的物流与石脑油的质量比例为90∶10。2、将步骤1制得的第一混合物送入cbl-iii型裂解炉(购自中国石化工集团公司)，在对流段第一管组进行预热，预热后的原油温度为380℃，压力为0.15mpa。将预热后的原油送入设置有隔离板和防涡器内构件的蜗壳式旋风分离器(第一旋风分离器)，进行气液分离。蜗壳式旋风分离器的入口液相含量为0.03％(v/v)，液相密度为800kg/m3，气相密度为0.82kg/m3。蜗壳式旋风分离器的分离效率为98％，经过分离后的蒸气相中的液相为200mg/m3。3、将步骤2分离出的液相在第二加氢处理器中进行加氢处理，采用的催化剂为co-ni-mo/al2o3，加氢温度270℃，加氢压力为2.6mpa，氢油比为3.0，原油体积空速为2.0h-1，单烯加氢率95％。加氢加工后的物流与石脑油混合，制得混合物，其中加氢加工后的物流与石脑油的质量比例为95∶5。4、将步骤3制得的混合物送入cbl-iii型裂解炉(购自中国石化工集团公司)，在对流段第一管组进行预热，预热后的混合物的温度为375℃，压力为0.15mpa。将预热后的混合物送入设置有顶部撇液筒、隔离板和防涡器内构件的导叶式旋风分离器(第二旋风分离器)，进行气液分离。导叶式旋风分离器的入口液相含量为0.02％(v/v)，液相密度为800kg/m3，气相密度为0.80kg/m3。导叶式旋风分离器的分离效率为99％，经过分离后的蒸气相中的液相为150mg/m3。5、将步骤4中分离出的蒸气相与步骤2中分离出的蒸气相一起送入cbl-iii蒸汽裂解炉的对流段第二管组，加热至横跨温度(515℃)后进入辐射段，进行裂解，生成含烯烃的裂解气；该辐射段的操作参数为水油比0.75，炉管出口温度为841℃，停留时间0.21s。产物的乙烯收率为24.11wt％，丙烯的收率为12.78wt％，1,3-丁二烯的收率为4.38wt％，三烯收率为41.26wt％。将步骤4中分离出的液相与对流段的过热蒸汽接触，进行汽提后，作重质燃料油。对比例1根据实施例1的方法进行蒸汽裂解反应，不同之处在于，将经过脱水脱盐的原油直接送入cbl-iii型裂解炉中，经过对流段后，直接进入辐射段，进行裂解。裂解气采用lummus的顺序分离流程。对蒸汽裂解反应产物进行分析得知，乙烯的收率为21.49wt％，丙烯的收率为13.29wt％，1,3-丁二烯的收率为4.03wt％，三烯收率为38.81wt％。对比例2根据实施例1的方法进行蒸汽裂解反应，不同之处在于，将原油进行加氢处理，再与石脑油相混合，经过裂解炉的对流段第一管组预热后，送入第一闪蒸器进行气液分离，分离效率为90％，然后分离出的气相返回裂解炉的对流段第二管组，继续预热后进入辐射段进行裂解，第一闪蒸器分离出的液相产品继续进行加氢加工，再与石脑油相混合，经过裂解炉对流段第一管组预热后，进入第二闪蒸器进行气液分离，分离效率90％，然后气相返回裂解炉对流段继续预热后进入辐射段进行裂解，裂解气采用lummus的顺序分离流程。对蒸汽裂解反应产物进行分析得知，乙烯的收率为23.43wt％，丙烯的收率为13.00wt％，1,3-丁二烯的收率为4.20wt％，三烯收率为40.63wt％。对比可知，采用本发明的原油裂解制备低碳烯烃的方法可明显提高低碳烯烃收率。具体地，将实施例1与对比例1进行比较，对比例1中的原油直接进行蒸汽裂解反应，而实施例1中的原油经过两次旋风分离器进行气液分离，两次加氢加工，与液态烃混合等工艺的处理。由裂解结果看出实施例1明显得到了较高的低碳烯烃收率。将实施例1与对比例2进行比较，对比例2中的气液分离采用闪蒸器进行，而实施例1中采用旋风分离器进行气液分离。由裂解结果看出实施例1获得了较高的低碳烯烃收率。以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。当前第1页12