摘要：提高乙烯收率能够显著提高蒸汽裂解装置的经济效益，乙烯裂解原料性质及操作条件都能显著影响乙烯收率，本文对比了不同裂解原料性质对乙烯收率的影响，并对COT、烃分压、停留时间等操作参数对乙烯收率的影响进行讨论，以提高乙烯裂解装置乙烯收率，延长裂解炉运转周期，提高装置效益。

　　关键词：裂解炉；原料；乙烯；收率

　　0引言

　　三烯三苯是石油化学工业的基础原料，乙烯产量更是衡量一个国家石油化工发展水平的主要标志。随世界的快速发展，乙烯需求加速增长。在油能力过剩的行业现状下，“油转化，油转特”、减油增化将会是石油化工行业发展的潮流。而提高裂解炉乙烯收率，最大化生产高附加值产品，提高装置运行周期，降低装置运行成本，将直接影响炼厂的经济效益。

　　1原料性质

　　原料组成性质会直接影响乙烯裂解装置生产成本，当乙烯裂解装置原料为石脑油和柴油时，原料成本占加工总成本的70%以上。乙烯裂解的原料种类多种多样，常用的原料有轻烃、石脑油、柴油以及加氢裂化尾油等，原料的性质对裂解炉的操作条件和乙烯产率都有较大的影响，原料常用的性质指标有原料氢含量、特征因数(K)、芳烃关联指数(BMCI)、烃族组成(PONA)等，其中PONA值就是表征油品裂解性能最重要的指标之一，对于不同企业可以根据自身情况灵活调整裂解原料。

　　裂解原料中正构烷烃的比例将直接影响裂解气收率，两者呈线性关系。其中正构烷烃比例越高，裂解气收率越高，在其他反应条件不变的情况下，正构烷烃更容易裂解成小分子1]。原料中环烷烃含量对装置乙烯收率影响较大，当原料中环烷烃含量增加，乙烯收率降低，汽油收率升高[2。从多产乙烯、丙烯和不易结焦来衡量原料的优劣为：正构烷烃>异构烷烃>环烷烃>芳香烃。

　　乙烯裂解装置原料来源广泛，根据已有经验，轻质原料通常乙烯收率较高，重质原料裂解汽油收率较高。不同原料典型收率对比，如表1所示3。

　　2操作条件

　　乙烯蒸汽裂解过程主要发生两类主要反应，其中一次反应是大分子断键形成自由基，自由基结合形成新的分子，生成主要产物的反应；二次反应是烯烃分子结合生成大分子和氢气，最终生成焦炭的过程。烃类裂解深度对乙烯收率有直接联系，为了提高一次反应，并减少二次反应的影响，因此需要控制相应的反应条件。针对不同的裂解原料，裂解炉的操作条件也不同，裂解基本的工艺参数有裂解温度、烃分压和停留时间等。

　　2.1裂解温度

　　裂解炉辐射段炉管的出口温度称为裂解温度(COT),而将辐射段炉管的入口温度称为横跨温度(XOT)。COT对乙烯收率的影响至关重要，针对不同原料选取适当的COT不仅可以提高乙烯收率，同时也可以延迟裂解炉的运行周期。XOT接近原料开始裂解的温度，它只和原料性质有关，裂解原料越轻，其活化能和频率因子越高，反应活性越低，横跨温度越高。XOT温度过高，在对流段达到裂解反应活化能后即可发生反应，反应提前造成实际反应时间增加，进而导致二次反应加剧，副产物增加。XOT温度过低则会造成反应时间缩短，裂解深度降低，乙烯收率降低。

　　烃类裂解反应为强吸热反应，因此提高反应温度有利于一次反应的正向移动，从热力学上看，二次反应的标准自由焓变比一次反应的要小，随着温度的提高，在热力学上更有利于二次反应的进行，如果反应时间再足够长，烃类将最终全部转化为碳和氢。但一次反应的活化能大于二次反应，提高温度有助于提高一次反应对二次反应的相对速度。相同原料组成情况下如希望增加乙烯收率，则需要利用烃类裂解在动力学上的优势，从而弥补热力学的劣势。某石化不同COT下的裂解炉出口产品收率，如表2所示。

　　2.2烃分压

　　裂解反应后分子数量增加，由化学反应平衡可知，降低反应压力，化学反应向正反应方向移动，从而可以获得更多的乙烯、丙烯产品。烃分压是由出口总压和蒸汽稀释比来决定的。在实际生产过程中，裂解炉出口压力维持不变，通过调整蒸汽稀释比，可以降低烃分压，从而提高反应转化率。烃分压对裂解反应的选择性和结焦速度均有较大影响。当烃分压降低后，裂解选择性会提高，结焦速度也会降低[5。

　　在工业生产装置上，通常采用蒸汽稀释的方法从而降低反应分压。这样既能够维持裂解反应的系统压力，又能够通过水蒸气降低烃分压，见式(1)、式(2)6。

　　式中：pHc为烃分压，p分别为总压；n为稀释比；MHc为烃的平均相对分子质量；Mps为稀释蒸汽的平均相对分子质量；δ为膨胀率；x为转化率；N为反应开始时的气态烃的衡分子数；N₀为转化率为x时的气态烃的衡分子数。

　　2.2.1炉出口压力

　　裂解炉出口压力受裂解气压缩机入口压力和急冷单元的压降影响，如压力过低，达到后续产品分离所需压力，压缩机功耗将显著增加。裂解炉出口压力过高，裂解气在裂解炉辐射盘管内停留时间增加，二次反应加剧，裂解生成的乙烯进一步裂解脱氢，炉管结焦速度增加，乙烯收率降低。

　　2.2.2蒸汽稀释比

　　蒸汽稀释比可以调整裂解反应过程的烃分压，乙烯裂解反应过程气体分子数增多，降低反应压力利于反应向正反应方向移动。当稀释比较低时，烃分压较高，不利于裂解反应的进行，从而导致乙烯收率下降。此外，稀释比低还会导致横跨段压力低，停留时间的增加导致二次反应加剧，一次产物过度裂解从而造成结焦生成，缩短裂解炉的运行周期。提高蒸汽稀释比，一次反应增加，乙烯收率增加，二次反应降低，但蒸汽稀释比过高，水蒸气用量增加，装置成本显著增加。同时高蒸汽稀释比还会导致炉管冲刷，降低炉管寿命，后续冷却负荷增加，增加装置能耗。由表3能够看出，某石化以石脑油作为裂解原料，当蒸汽稀释比由0.5提高到0.6时，乙烯收率增加0.23%,丙烯收率增加0.31%。

　　2.3停留时间

　　停留时间是指裂解原料在裂解炉辐射盘管中流动的时间。反应温度和停留时间相辅相成，如果裂解温度过低，即使停留时间增加，但达不到反应活化能，乙烯收率也会相应降低。如果裂解温度过高，但停留时间过短，原料得不到充分反应，乙烯收率也无法提高。当裂解原料一定，需要根据反应温度匹配合适的停留时间，从而使反应充分进行，从而提高乙烯收率。

　　在相同反应温度下，停留时间过短，一次反应不完全，原料无法充分转化，乙烯收率低。随停留时间逐渐增加，一次反应程度提高，但二次反应随反应时间增加，反应深度也逐渐提高，导致一次反应生成的目标产物乙烯再次转化，从而导致乙烯收率逐步降低，因此选择合适的停留时间可以增加乙烯收率。表4是某公司裂解炉石脑油停留时间对烯烃收率的影响，可以看出，在相同COT下，停留时间降低，乙烯和丙烯收率都有所增加7。

　　3结语

　　裂解炉是乙烯装置的关键设备，其运行状况的好坏直接影响整套装置的产品质量和经济效益。提高乙烯收率，要着重从提高裂解深度，优化裂解原料等方面来做工作。日常生产过程中，需要根据裂解原料特性的改变，不断调整裂解温度和停留时间、降低烃分压，调整工艺参数，使裂解炉高效运行，提高裂解炉双烯收率，确保装置长周期平稳运转，提升装置经济效益。

　参考文献

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　　[2]王远海，苏颖千.提高乙烯收率技术探讨[J].广州化工，2004(3):35-40.

　　[3]郝昭，郭明宇，林忠伟.四川石化裂解原料优化方案的研究[J].乙烯工业，2021,33(2):37-40.

　　[4]董怡斌.乙烯装置裂解炉最大化效益分析[J].化工管理，2020(20):130-132.

　　[5]张雄飞.提高双烯收率，延长裂解炉运行周期的方法探讨——以兰州石化年产46万t乙烯装置为例[J].甘肃科技，2012,28(21):85-88.

　　[6]花建忠，任立新.中国石油独山子石化分公司100万吨/年乙烯装置裂解工艺条件的调整[J].化工进展，2011,30(3):681-689.

　　[7]王松汉.乙烯工艺与技术[M].北京：中国石化出版社，2012.