乙烯裂解炉系统、裂解方法与流程

本发明涉及乙烯裂解，具体地，涉及一种乙烯裂解炉系统、一种裂解方法。

背景技术：

1、乙烯工业是石油化学工业的龙头，乙烯裂解炉是有机化工原料的主要生产装置。裂解炉所需的热量是通过燃料在位于裂解炉辐射段炉膛中燃烧器燃烧获得的，目前，燃烧都是采用天然气和空气作为燃烧介质。其中，空气中存在的大量氮气对燃烧过程毫无益处：一方面，氮气所具有的双原子对称结构，没有发射和吸收辐射的能力，削弱了炉膛内的传热效果；另一方面，燃烧产生的高温氮气最终随烟气排出，造成了很大的热损失。与此同时，燃烧过程中还会产生大量的二氧化碳，加剧温室效应，同时也与现阶段所提出的碳达峰碳中和的发展目标相悖，因此，裂解炉绿色化一直是裂解领域的研究重点。

2、二氧化碳广泛存在大气层中，溶解于水中。常温下，二氧化碳是无色、无味的气体，属于不活泼分子，化学性质较为稳定。二氧化碳是造成温室效应的主要气体，同时也是一种非常宝贵的资源，具有较高的民用和工业价值。我国工业所需二氧化碳多采用煅烧石灰石、利用化工和酿酒尾气等方式获得，但能耗较高，而采用空气燃烧所排出烟气的主要成分为nox，二氧化碳浓度偏低，其捕获也较为困难，并且能耗及回收成本较高。

3、当助燃空气中氧气浓度达到90％-100％时，该种燃烧状态称为纯氧燃烧，采用纯氧助燃，直接避免了常规助燃空气中大量氮气进入裂解炉内，阻断了氮的来源，有效减少nox生成量的同时，可减少排烟损失，有效提高燃烧效率。同时，采用纯氧助燃，燃烧反应将更加完全，烟气中二氧化碳含量显著提高，降低了二氧化碳捕获和处理难度，是一种比空气助燃更优的节能综合技术。

4、cn205328948u公开了一种乙烯裂解炉燃烧器的排布结构，具体包括：底部燃烧器布置在裂解炉的底部，侧壁燃烧器布置在裂解炉的侧墙中部并且为单排，底部燃烧器和侧壁燃烧器均可形成垂直向上的长火焰。该种乙烯裂解炉燃烧器的排布结构，可有效减少侧壁燃烧器数量，进而降低建设和维护成本，同时满足裂解炉燃烧能力、火焰形状、nox排放以及热流密度分布的要求。但依然采用的是空气助燃的燃烧方式，未考虑烟气中二氧化碳排放的问题。

5、因此，亟需一种新的乙烯裂解炉系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有乙烯裂解炉采用空气助燃，存在co2排放放量大、排烟损失高、能量利用低等问题，提供一种乙烯裂解炉系统及其一种裂解方法，该系统减少了co2排放量，排烟损失小，热效率高，同时回收利用高温烟气中的co2，降低co2捕获难度和采集成本，提高资源利用率。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种乙烯裂解炉系统，该系统包括：依次连接的乙烯裂解炉和co2回收装置；所述乙烯裂解炉包括：具有下部开口的对流段和具有上部开口的辐射段，且所述对流段和辐射段通过所述下部开口和所述上部开口相连通；所述辐射段包括：裂解炉管、裂解炉膛和至少一个燃烧器；每个所述燃烧器各自独立地设置有富氧气体喷头、一级天然气通道和至少一个二级天然气通道；

3、所述裂解炉膛用于将富氧气体和天然气进行分级燃烧，得到的分级燃烧产物将热量传递给所述裂解炉管，得到的换热后产物进入所述对流段；

4、所述对流段用于将所述换热后产物和裂解原料进行换热，得到由所述换热后产物转变成的高温烟气，和由所述裂解原料转变成的升温裂解原料；

5、所述co2回收装置用于冷却回收所述高温烟气中的co2，得到富co2物流。

6、本发明第二方面提供一种裂解方法，该方法在第一方面提供的系统中进行。

7、优选地，该方法包括以下步骤：

8、(1)将富氧气体和天然气在裂解炉膛内进行分级燃烧，得到的分级燃烧产物将热量传递给所述裂解炉管，并得到换热后产物；

9、(2)将所述换热后产物进入所述对流段和裂解原料进行换热，得到由所述换热后产物转变成的高温烟气，和由所述裂解原料转变成的升温裂解原料；

10、(3)将所述高温烟气在所述系统的co2回收装置中进行冷却回收，得到富co2物流。

11、相比现有技术，本发明具有以下优势：

12、本发明提供的乙烯裂解炉系统，通过限定乙烯裂解炉中燃烧器的结构，即，每个燃烧器各自独立地设置有富氧气体喷头、一级天然气通道和至少一个二级天然气通道，使得富氧气体和天然气的分级燃烧充分进行，避免了炉膛局部高温区域的出现，提高了高温烟气中co2浓度，有效提高了co2捕集率，降低了捕集成本；再结合co2回收装置，回收高温烟气中co2，得到富co2物流；

13、具体而言，相比空气燃烧，富氧气体燃烧的气体辐射能力增大，燃烧产物主要是二氧化碳和水蒸气，作为不对称气体分子，具有很强的辐射能力，有利于提高裂解炉内传热效果。

技术特征：

1.一种乙烯裂解炉系统，其特征在于，该系统包括：依次连接的乙烯裂解炉和co2回收装置；所述乙烯裂解炉包括：具有下部开口的对流段和具有上部开口的辐射段，且所述对流段和辐射段通过所述下部开口和所述上部开口相连通；所述辐射段包括：裂解炉管、裂解炉膛和至少一个燃烧器；每个所述燃烧器各自独立地设置有富氧气体喷头、一级天然气通道和至少一个二级天然气通道；

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述裂解炉管设置在所述裂解炉膛内，用于将所述升温裂解原料进行裂解反应；

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述对流段设置有裂解原料入口和高温烟气出口；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的系统，其中，所述富氧气体喷头为圆柱状喷头，且设置在所述燃烧器的中轴线上；

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的系统，其中，基于所述天然气的总体积流量，所述一级燃气通道和二级燃气通道的体积流量比为25-45：75-55，优选为30-40：70-60；

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的系统，其中，所述co2回收装置包括：依次连通的第一换热器和第二换热器；

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述co2回收装置还包括压缩机；

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的系统，其中，所述辐射段还包括连接所述裂解炉管的急冷锅炉；

9.一种裂解方法，其特征在于，该方法在权利要求1-8中任意一项所述的系统中进行。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，该方法包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及乙烯裂解技术领域，具体地，涉及一种乙烯裂解炉系统、一种裂解方法。本发明提供的乙烯裂解炉系统，通过限定乙烯裂解炉中燃烧器的结构，使得富氧气体和天然气的分级燃烧充分进行，避免了炉膛局部高温区域的出现，提高了高温烟气中CO<subgt;2</subgt;浓度，有效提高了CO<subgt;2</subgt;捕集率，降低了捕集成本；再结合CO<subgt;2</subgt;回收装置，回收高温烟气中CO<subgt;2</subgt;，得到富CO<subgt;2</subgt;物流。

技术研发人员：杨士芳,王国清,刘俊杰,张利军,张兆斌,李晓锋,杨沙沙,李宏光
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11