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[摘 要]目前，乙烯生产主要采用蒸汽分解方法，是最为主流的生产方法。但蒸汽分解需要较高的反应温度，昂贵的高温合金钢材料等，这些都极大的提高了生产成本。本文从裂解反应的机理出发，探索性的研究并讨论高效分解生产乙烯的新方法。激波点火法因为没有热量通过管壁的热传导，反应器可以利用冷却水降低温度，因此反应器不需要耐高温金属合金，从而降低了设备造价；反应器的通径不受限制，有助于扩展使用年限。反向射流混合加热法有助于扩展运动周期；也可以使产量增加，出现规模效应优势。反应器可以用冷却水温度降低，不需要使用需要不断更换的高价镍铬合金钢管，降低了安装成本和运营成本。
[关键词]高效裂解；催化剂；反应机理；石油
中图分类号：TE19文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0076-01
目前，乙烯生产主要采用蒸汽分解方法，是最为主流的生产方法。但蒸汽分解需要较高的反应温度，昂贵的高温合金钢材料等，这些都极大的提高了生产成本。早在1970年之前，就曾经有许多科学家开始做过生产乙烯新技术路线的研究工作，当年采用激波管技术，然而并没有取得很好的效果，不但生产难度巨大，生产的产品不多，而且入不敷出带来了较大的经济损失，故而缺乏工业生产使用价值[1]。本文从裂解反应的机理出发，探索性的研究并讨论高效分解生产乙烯的新方法。
一.生产乙烯的反应原理
石油碳氢化合物分解一般按正碳离子反应机理和自由基反应机理进行。酸性催化条件下，烃类在催化剂的酸性表面首先产生碳正离子，碳正离子反应的最终产物即为丙烯、丁烯等。石油碳氢化合物的第一裂纹在高温热分解条件下会产生自由基，自由基是极不稳定的极性键，进一步使烯烃和烷烃在B位打破。是由于在烯烃中乙烯是在高温下稳定，但在烷烃中甲烷是稳定的，因此在自由基反应的最终产物的乙烯和甲烷是最为稳定的。常见的分解有催化热分解和蒸汽分解，所不同的是：蒸汽分解的热反应为主，但催化热分解同时具有催化反应和热反应特性，同时由于催化剂的使用减少了分解反应的活化能，催化热分解反应温度为低于蒸汽分解明显原因；与催化分解相比，催化热分解用催化剂明显不同，催化分解催化剂是一种主要由B酸型沸石催化剂构成，烃化合物分解主要有碳正离子反应，因此气体烯烃主要由丙烯和丁烯为主，但催化热分解使用最新式的沸石催化剂，其活性成分很高，该烃化合物即可以有由碳离子反应生产丙烯和许多丁烯，而且可以促进自由基反应生产乙烯。
二.乙烯生产的技术关链
石油化工企业发展重点就是如何提高乙烯产量，不断强化或发展乙烯生产装置。石油烃类原料，进行高温下的热分解和控制条件，故而产生的烯烃和芳香烃化合物，然后被称为分离纯化装置进行乙烯生产[2]。如想取得好的效果，主要考虑以下3个方面：第一，热分解技术。如何利用原材料，最佳工艺条件为，以最小的能源消耗和最大能量回收，获得最活跃的原则；但是否适应原料变化不影响获得积极的原则接受率。分解反应温度高，乙烯峰值接收率也较高。因此，提高反应温度成为得到较高的乙烯收率的必要条件。分解温度越高，对应的接收率达到最大值的最佳停留时间还短。时间越短，控制难度也越大。第二，分离，纯化技术。如何以最少的能源消耗，最低的设备投资，完成分离、纯化过程。第三，能源系统技术。如何将热分解过程中热能回收并利用于有效的分离纯化工程。
三.激波点火法
该方法为进气周期短，不能点燃。富甲烷混合物在它前面的形成脱体激波，激波温度升高后，甲烷和氧气点火燃烧，温度进一步升高[3]。额外的甲烷和氢气发生反应产生乙烯和乙炔。这种分解方法的关键是混合区甲烷和氧气的混合物的温度高出激波温度，混合时间大于点火延迟时间远。冲击波后可以点燃已经点燃混合区。冲击波有气体瞬间升到高温的能力。由于低温延伸到高温度只需几个分子碰撞过程。因此，激波加热方法能满足要求的高温分解反应的能力；具有最佳停留时间；为精确控制提供了必要的条件。此项技术已经具备了一定的规模，增加乙烯的收率的可能性。此外，因为没有热量通过管壁的热传导，反应器可以用冷却水温度降低，因此不需要耐高温合金制造的分解反应，降低了设备造价；反应器的通径不受限制，更有助于扩展使用年限。
四.反向射流混合加热
目前，我国乙烯生产中较好的炉型是SRT-HI炉[4]，但是存在：控制系统复杂，容易产生热点，停留时间长，乙烯的接收率有限等缺点。充分考虑前面两节谈到的相关原理以及技术关键，为了克服以往激波加热法存在的困难以及目前我国裂解炉型上的不足，作者采用反向射流混合加热方法。反向射流与超音速流的相互干扰，其混合料的强度和搅拌速度搅拌明显顺流超音速流相比强很多。本方法可以提高乙烯的生产率，可节省大量费用，具有良好的应用前景。此外，该方法有助于扩展运动周期；也可以使产量增加，出现規模效应优势。反应器可以用冷却水温度降低，不需要使用不断更换的高价镍铬合金钢管，从而降低了安装成本和运营成本。当然，本研究还很粗糙浅显，但也需要有生产经验的工程师和技术人员继续对此项目关注和深入研究。
五.结语
乙烯生产能力是衡量一个国家石油化学工业水平的重要标志。目前，在世界47个国家和地区的137家公司有乙烯年生产能力5.9 x108吨，其中西欧1.5 x108吨，日本7.5 x107吨，韩国约3.1 x107吨，我国也将打破通过2.0 x107吨乙烯及其衍生物的产量。虽然近年出现的供大于求的现象，但没有影响乙烯生产装置的延伸。日本表示，即使韩国增加生产装置造成市场的不稳定，我们不能放弃扩张计划，放弃扩张计划意味着日本的石化行业失去竞争力。显然，乙烯在石油化学工业具有极其特殊的重要性。本文从裂解反应的机理出发，探索性的研究并讨论高效分解生产乙烯的新方法。本文介绍的两种方法虽然就理论研究看有很多优点，但是本研究还处于研究初级阶段，就今后长远来看，还是需要有生产经验的工程师和技术人员继续对此项目关注和深入研究。
参考文献
[1] 黄贤智，许金钧，李文钦，卢建敏.多波长分光光度法（二）——萤光黄、罗丹明6G和罗丹明B三组分混合物的测定[J].实验技术与管理.1986.（01）.
[2] 代云波，向左云，马波，张发武，吴绍学，杨吉吉，魏云林.流感病毒裂解疫苗生产中的灭活及裂解工艺稳定性研究[J].云南大学学报（自然科学版）. 2007.（S3）.
[3] 王英，李波.化工一厂H#裂解炉复杂控制方案分析[J].中国科技信息. 2011.（16）.
[4] 王学容，王建国.混合物物态方程的计算[J].强激光与粒子束.2011.（08）.
[关键词]高效裂解；催化剂；反应机理；石油
中图分类号：TE19文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0076-01
目前，乙烯生产主要采用蒸汽分解方法，是最为主流的生产方法。但蒸汽分解需要较高的反应温度，昂贵的高温合金钢材料等，这些都极大的提高了生产成本。早在1970年之前，就曾经有许多科学家开始做过生产乙烯新技术路线的研究工作，当年采用激波管技术，然而并没有取得很好的效果，不但生产难度巨大，生产的产品不多，而且入不敷出带来了较大的经济损失，故而缺乏工业生产使用价值[1]。本文从裂解反应的机理出发，探索性的研究并讨论高效分解生产乙烯的新方法。
一.生产乙烯的反应原理
石油碳氢化合物分解一般按正碳离子反应机理和自由基反应机理进行。酸性催化条件下，烃类在催化剂的酸性表面首先产生碳正离子，碳正离子反应的最终产物即为丙烯、丁烯等。石油碳氢化合物的第一裂纹在高温热分解条件下会产生自由基，自由基是极不稳定的极性键，进一步使烯烃和烷烃在B位打破。是由于在烯烃中乙烯是在高温下稳定，但在烷烃中甲烷是稳定的，因此在自由基反应的最终产物的乙烯和甲烷是最为稳定的。常见的分解有催化热分解和蒸汽分解，所不同的是：蒸汽分解的热反应为主，但催化热分解同时具有催化反应和热反应特性，同时由于催化剂的使用减少了分解反应的活化能，催化热分解反应温度为低于蒸汽分解明显原因；与催化分解相比，催化热分解用催化剂明显不同，催化分解催化剂是一种主要由B酸型沸石催化剂构成，烃化合物分解主要有碳正离子反应，因此气体烯烃主要由丙烯和丁烯为主，但催化热分解使用最新式的沸石催化剂，其活性成分很高，该烃化合物即可以有由碳离子反应生产丙烯和许多丁烯，而且可以促进自由基反应生产乙烯。
二.乙烯生产的技术关链
石油化工企业发展重点就是如何提高乙烯产量，不断强化或发展乙烯生产装置。石油烃类原料，进行高温下的热分解和控制条件，故而产生的烯烃和芳香烃化合物，然后被称为分离纯化装置进行乙烯生产[2]。如想取得好的效果，主要考虑以下3个方面：第一，热分解技术。如何利用原材料，最佳工艺条件为，以最小的能源消耗和最大能量回收，获得最活跃的原则；但是否适应原料变化不影响获得积极的原则接受率。分解反应温度高，乙烯峰值接收率也较高。因此，提高反应温度成为得到较高的乙烯收率的必要条件。分解温度越高，对应的接收率达到最大值的最佳停留时间还短。时间越短，控制难度也越大。第二，分离，纯化技术。如何以最少的能源消耗，最低的设备投资，完成分离、纯化过程。第三，能源系统技术。如何将热分解过程中热能回收并利用于有效的分离纯化工程。
三.激波点火法
该方法为进气周期短，不能点燃。富甲烷混合物在它前面的形成脱体激波，激波温度升高后，甲烷和氧气点火燃烧，温度进一步升高[3]。额外的甲烷和氢气发生反应产生乙烯和乙炔。这种分解方法的关键是混合区甲烷和氧气的混合物的温度高出激波温度，混合时间大于点火延迟时间远。冲击波后可以点燃已经点燃混合区。冲击波有气体瞬间升到高温的能力。由于低温延伸到高温度只需几个分子碰撞过程。因此，激波加热方法能满足要求的高温分解反应的能力；具有最佳停留时间；为精确控制提供了必要的条件。此项技术已经具备了一定的规模，增加乙烯的收率的可能性。此外，因为没有热量通过管壁的热传导，反应器可以用冷却水温度降低，因此不需要耐高温合金制造的分解反应，降低了设备造价；反应器的通径不受限制，更有助于扩展使用年限。
四.反向射流混合加热
目前，我国乙烯生产中较好的炉型是SRT-HI炉[4]，但是存在：控制系统复杂，容易产生热点，停留时间长，乙烯的接收率有限等缺点。充分考虑前面两节谈到的相关原理以及技术关键，为了克服以往激波加热法存在的困难以及目前我国裂解炉型上的不足，作者采用反向射流混合加热方法。反向射流与超音速流的相互干扰，其混合料的强度和搅拌速度搅拌明显顺流超音速流相比强很多。本方法可以提高乙烯的生产率，可节省大量费用，具有良好的应用前景。此外，该方法有助于扩展运动周期；也可以使产量增加，出现規模效应优势。反应器可以用冷却水温度降低，不需要使用不断更换的高价镍铬合金钢管，从而降低了安装成本和运营成本。当然，本研究还很粗糙浅显，但也需要有生产经验的工程师和技术人员继续对此项目关注和深入研究。
五.结语
乙烯生产能力是衡量一个国家石油化学工业水平的重要标志。目前，在世界47个国家和地区的137家公司有乙烯年生产能力5.9 x108吨，其中西欧1.5 x108吨，日本7.5 x107吨，韩国约3.1 x107吨，我国也将打破通过2.0 x107吨乙烯及其衍生物的产量。虽然近年出现的供大于求的现象，但没有影响乙烯生产装置的延伸。日本表示，即使韩国增加生产装置造成市场的不稳定，我们不能放弃扩张计划，放弃扩张计划意味着日本的石化行业失去竞争力。显然，乙烯在石油化学工业具有极其特殊的重要性。本文从裂解反应的机理出发，探索性的研究并讨论高效分解生产乙烯的新方法。本文介绍的两种方法虽然就理论研究看有很多优点，但是本研究还处于研究初级阶段，就今后长远来看，还是需要有生产经验的工程师和技术人员继续对此项目关注和深入研究。
参考文献
[1] 黄贤智，许金钧，李文钦，卢建敏.多波长分光光度法（二）——萤光黄、罗丹明6G和罗丹明B三组分混合物的测定[J].实验技术与管理.1986.（01）.
[2] 代云波，向左云，马波，张发武，吴绍学，杨吉吉，魏云林.流感病毒裂解疫苗生产中的灭活及裂解工艺稳定性研究[J].云南大学学报（自然科学版）. 2007.（S3）.
[3] 王英，李波.化工一厂H#裂解炉复杂控制方案分析[J].中国科技信息. 2011.（16）.
[4] 王学容，王建国.混合物物态方程的计算[J].强激光与粒子束.2011.（08）.