本发明涉及烃类裂化工艺，更具体讲，涉及对于需周期除焦的烃反应系统的高效维修。 长链分子的烃类裂化成为汽油或其他有用的短链烃有相当多量的副反应产物生成，最值得注意是沉积的碳质或焦炭。反应中所生成的焦炭的影响是严重的，特别是在火加热的管式炉反应器中进行裂化反应的情况。
反应过程中，副产物焦炭成为沉积物，特别是在反应器管内成为一层。焦炭沉积使压力降升高，并阻碍通过管壁的传热，从而使工艺过程受害。因此必须按周期除焦，使压力降和传热恢复到正常水平。
除焦的方法通常借助于燃烧法（即水蒸汽-空气除焦）、水蒸汽反应或采用机械法除焦。水蒸汽-空气除焦是在水蒸汽主体中通入少量空气，通常在开始阶段用1-2%，并分阶段渐增至约20%（空气对水蒸汽，重量比），将此混合气通入污染的工艺管道内，将管内壁的焦炭烧掉。水蒸汽反应除焦则与此不同，需要向高温度的管内通入水蒸汽，使之与焦炭反应。美国专利US4376694即为水蒸汽反应除焦之一例。最后，机械法除焦利用物理装置使焦炭破松并将之从工艺管道内清出，通常采用高压喷水，即约700-1000巴的高压水。
在上述各方法中，水蒸汽-空气除焦可能是最高效的，但为达到高效要密切监控整个过程以保持适当的燃烧速率。若燃烧速率太慢，除焦作业时间过长，致使停工时间过久。另方面，若燃烧速率太快，则温度会过高，甚至将工艺管道烧毁、烧穿。
在常见的水蒸汽-空气除焦法中，监控燃烧速率的方法是经常测定除焦排出气中二氧化碳浓度。在常见的直接火管反应器进行除焦时，用肉眼来监视炉膛中地管子防其过热，和/或利用高温计来观测管子温度。
本发明目的是提供一种除焦方法，该方法可在短时间完成，从而缩短停工时间。
本发明目的还包括提供一种除焦方法，该方法可以自动监控到最大限度地燃烧，同时不致损坏反应器，从而减轻了操作人员的工作。
本发明涉及在烃反应系统中将被焦炭污染的烃反应通道除焦的方法，该方法包括以下步骤：
（a）将烃类进料中止;
（b）向通往该反应通道的水蒸汽主体中注入空气脉冲（脉动的空气），以燃烧焦炭，所述空气脉冲具有足够的浓度使得在限定的时间内使焦炭猛烈燃烧，从而使该反应器部件的升温不超过其设计温度，燃烧产生排出气体;
（c）将向该反应通道内注入的空气中止一段时间，使燃烧减缓，并使在燃烧时被加热的反应器部件降低温度;
（d）按顺序重复上述（b）和（c）步骤，直至所述（b）步骤的排出气体中二氧化碳含量低于约0.2%（体积）;
（e）重新开始将烃原料进料。
还可以在过程中附加连续监测除焦时产生的排出气体中二氧化碳含量的步骤，其监测可以用的传感装置例如有比重计、红外分析仪，或其他装置。
采用上述方法许可在水蒸汽中使用较高重量浓度的空气，即约在20-50%（重量）的范围。由于空气浓度提高，使燃烧猛烈到要使管子严重过热的程度，但由于空气脉冲方式使空气中止，使燃烧和产生热得以减缓或停止。在停了一个短时间之后，下一个空气脉冲又注入主体水蒸汽中，使焦炭燃烧恢复或再开始。以此开/停程序重复多次，直至除焦完成。
在特定的环境条件下，空气脉冲的频率和脉冲中水蒸汽中空气的浓度随着反应器通道的几何形状和所加工原料之特性而变化。对于该除焦过程而言，水蒸汽中空气的浓度一般要增高，以保证焦炭的快速和完全燃烧。对于空气脉冲的频率应加以调整，防止管材金属受到破坏性的温度剧变。
此外，本方法借助于脉冲方式燃烧从而以交变方式加热和冷却焦炭和管材金属，于是产生使焦炭从管壁上碎裂而下的趋势，因此进一步加速了除焦过程。
燃烧速率是由二氧化碳传感装置来确定，例如用RANAREX比重计或直接读值的二氧化碳分析仪如红外分析仪。比重计是测定排出气体相对于空气的比重，因此感测到排出气中二氧化碳的浓度，因为二氧化碳的分子量相对于空气是更高。红外线二氧化碳分析仪则是直接测出气流（例如该排出气体）中的二氧化碳含量。由所述二氧化碳含量和空气注入速率来确定焦炭燃烧速率。
所述二氧化碳传感装置通过一条取样管线与该除焦排出气体直接连接。该传感装置产生一种电信号，用以在其二氧化碳含量下降到规定值时中止脉冲。按适用情况安排自动装置，用以控制在一次脉冲中注入的空气总量，或控制空气脉冲的频率。空气量的选择或频率取决于用以调节空气流量所选用的机械装置。
例如，对于烃裂解成为乙烯和其他烯类化合物的火加热管式炉，其按本发明的除焦是以脉冲方式注入空气，按相对于水蒸汽流量的一定的重量浓度，历经一段时间以开始燃烧这些焦炭。在此段时间的末尾，全部或部分中止注入空气，使燃烧减慢或熄灭，以免将管子温度升到超过其设计温度。在中断空气脉冲的末尾，把下一个空气脉冲的空气注入到主体水蒸汽中，将此开/停循环重复多次，直到在空气脉冲期间排出气体中二氧化含量低于约0.2%（体积）为止，这时表示在排出气体中已实质上不含二氧化碳。
空气流开通和中止的时间长短，以及该过程中的空气浓度是由所述二氧化碳传感装置确定，并且通常是随着除焦过程的进行而变化。然后将空气流开通一段时间，使该通道得到“最后空气清焦处理”（air polish）。
以下所述用于说明本发明的附图并非用于限定本发明。
图1是本发明中所用反应炉的示意图。
图2是本发明除焦方法中排出气比重的记录图。
图3是本发明除焦方法中在除焦阶段由置于下游的比重计测得的排出气体比重记录图。
图4是本发明除焦方法中，在除焦阶段沿工艺管道长度方向不同点的温度记录图。
图5是随着空气脉冲的时间变化的温度以及焦炭燃烧朝向和越过一个热电偶的温度记录图。
参照附图1，示出本发明的火加热管式炉（1）的情况，其为用于将烃裂解成为乙烯和其他烯类化合物。不言而喻，本发明可用于任何需周期除焦的适当裂化炉或烃反应系统。
火加热管式炉（1）有对流段（2）和裂化段（3）。炉（1）包括一组或多组工艺管道（4），烃类通过一条进料管线（6）而通过这工艺管道，并因为加热而裂化成为产品气体，并且有碳质沉积物副产物，此处称为焦炭。在反应过程中由管道22送入水蒸汽作为稀释剂。通过传热介质将热量供至炉（1）的裂化段（3）的工艺管道（4）的外面，传热介质经由入口（8）送入，从出口（10）送出。当产品气体从工艺管道（4）通过并由产品气出口（12）送出，通过一个或多个骤冷/热交换器（14）和（16）。然后产品气经管线（18）送至下一个加工设备，例如骤冷塔和分离装置（未示出）。
为了实施本发明，在烃进料管线（6）上设置阀门（20）用以中断烃进料。烃进料中止后，将脉冲空气由空气管（24）注入水蒸汽管（22）中的主体水蒸汽中。由设于空气管（24）上的阀门（26）控制空气流通过（24）进入（22）的相对量和通入时间。另一种方式是在空气流中止时，由一个氮气管（未示出）将氮气流注入主体水蒸汽中，替代空气。
在除焦过程中，由下游阀门（34）控制排出气体和焦炭碎屑的流向使之不去到产品分离系统（未示出）。当烃进料阀门（20）关闭时，将通往下游加工系统（未示出）的阀门（34）也关闭，将除焦排出阀门（36）打开，将除焦排出物沿排料管线（38）送至炉（1）的裂化段（3）的工艺管道（4）之外，使焦炭碎屑燃烧，或者任选送至除焦筒（40），其上带有气体排出口（42）。因为不可将空气导入分离系统，通向该加工系统的阀门（34）是关闭的，排出阀门（38）是打开的，使得在烃进料中止和将空气引入主体水蒸汽中以进行除焦时，使该等排出物不去到该分离系统。为进料、水蒸汽、空气、工艺过程和排出物阀门（20）、（21）、（26）、（34）、（36）设置自动操作，从而成为自动化的除焦系统。
另外，通过一条取样管线（30）将二氧化碳传感装置（28），例如量程为约0.6-1.2的比重计或任何可连续读出数值的二氧化碳分析仪，与除焦排出物直接连通。最好将取样管线（30）在排出物阀门（36）的下游连接到排出管线（38）上，从而只是在除焦过程中进行取样。最好该二氧化碳传感装置（28）是以连续方式测定排出气体中的二氧化碳含量。所用二氧化碳传感装置（28）是发出电信号，用以确定该脉冲或除焦循环的终点，并且，若适当，有可能控制空气脉冲期间注入本体水蒸汽中的空气量和/或控制空气脉冲的频率。当测到排出气体中二氧化碳含量低于0.2%（体积），表示不再发生燃烧，亦即已没有可燃烧的焦炭了，这时可以重新开始裂化过程。
另一方式，二氧化碳传感装置（28a）的取样管线（30a）可以接到产品管线（18）上，或从靠近炉（1）的某点接出，例如在产品气体/出口（12）处，或是在热交换器（14）和（16）之间的位置。虽然把传感装置在靠近炉（1）之处安装能够有更好的信号响应，但在温度较低的较下游位置取样则安装简便。
应用上述构成的本发明除焦方法是在裂化操作已进行一段时间，并在炉（1）的金属管（4）的壁上结了焦炭之后来实施的。结了焦使压力降升高和使通过管壁的传热情况变坏。用本发明方法进行除焦，不需把炉子停下来或冷却下来。
本发明方法在启动时先用阀门（20）将烃进料中止，将产品阀门（34）关闭，打开除焦阀门（36）。通过将空气阀门（26）打开和关闭，从空气管道（24）将空气脉冲通入管道（22）中的主体水蒸汽中。然后，将水蒸汽和脉冲空气在对流段中加热至约900°F，最高达约1400°F。在最优选方案中，空气的相对量即主体水蒸汽中空气的浓度以及脉冲的持续时间通过所用的机械装置而自动固定住。来自二氧化碳传感装置（28）的信号用于中止量脉冲过程和在需要时启动“最后空气清焦处理”（air polish），如后文所述。
在空气脉冲期间，在主体水蒸汽中空气的浓度调控到约20-50%（重量），并与该脉冲的持续时间大致上成反比变化，即主体水蒸汽中空气浓度越高，持续时间越短。一般，脉冲的持续时间要足够长以使焦炭发生猛烈燃烧，但又不要太长以免金属的工艺管道（4）或其他反应器部件升到预计的设计温度。当使用的水蒸汽中空气浓度约40%（重量）时，优选的持续时间估计为约10-50秒。
此外，在阀门（26）处使空气中断一段时间，是使燃烧减缓甚至熄灭，使之不产生热量，并使工艺管道的温度下降。使空气流中断的持续时间般要短于空气脉冲时间，亦即约5-30秒。然而，此持续时间要控制到确保能防止管子损坏和使工艺过程能高效进行。
上述的空气量和持续时间来自于小型试验装置的结果。本领域技术人员可以通过实验来确定工业生产装置上应用的最佳值。
实施例
用小型裂解试验装置（BSU），进行了5小时的丙烷裂解操作之后，采用上述的本发明方法进行脉冲空气除焦，共进行了3次试验。
应用一台RANAREX密度计（量程0.3-1.3）直接连接到裂化管的出口（12）处。如图2所示，排出气体的比重迅速上下变化，表示在空气脉冲中注射和中止注射的同时，瞬即发生二氧化碳量的上下变化，就象把一个电门通或断的效果那样。与此相似，如图3于远处于下游位置的RANAREX密度计（28）所记录的数据所示，当以交替方式把空气脉冲换为氮气时，亦即以氮气替换方式达到通或不通空气的变化，其排出气体比重或二氧化碳浓度也同样是上下地变化响应。
所用的空气脉冲时间基本上是45秒通45秒断，这是按现时情况选取的，因为这样的上游和下游RANAREX密度计以及温度计的示值上下变化指示了这个可在每次空气脉冲循环中使燃烧达最大量的持续时间。在整个燃烧过程中采用固定的空气在水蒸汽中浓度，即40%（重量）。虽然可以安排自动化操作，这些脉冲操作是用人工控制的。以瞬时间由空气切换到氮气而注入主体水蒸汽中，导致排出气比重从1.08（二氧化碳量最高时，21%）变化到0.966（氮的数值）。该信号还要下降到稍低于氮的数值，这是因为在切断空气之后还继续发生一些水蒸汽-碳之间的反应。
在采用此空气脉冲技术时，都利用沿管长置放的表面热电偶（TI）来测定沿整个管道（4）燃烧的进程。如图4所示，在通常开始结焦的管（4）中点的TI显示出首个温度突升，沿管（4）设置的另一些TI显示出燃烧位置朝向出口而推进时，温度按序升高（50-150°F）。
因为管（4）具有通常的升温曲线，燃烧速率随着趋向于管子出口（12）而显著加快。因此，随着除焦位置沿管（4）推向前，燃烧时间或空气脉冲会渐缩短。
在出口（12）处位于工艺物料流内部的TI显示出，当燃烧是在管（4）中部在除焦过程开始处（焦炭最初沉积位置）温度实际上无变化。随着燃烧位置推进向前，管子出口温度（TOT）越来越受渐接近的燃烧前沿的影响，并且最终的上下变动超过管子金属温度（TMT）。在工艺过程一侧测到关键管子出口温度位置，设置一电位计，以便迅速探知过程排出气温度的变化（见图5）。当燃烧位置是在管内远在后方时，水蒸汽的贮热作用、所用24点长图式记录仪的慢速响应、以及由于电热控制器的自动切断作用几方面综合以来，足以掩盖工艺过程一侧的温度变化（TOT）。
由此种脉冲式燃烧对管（4）引致的温度变化不需范围太宽，即约200°F。在管子大约1800°F的操作温度，未发生金属冶金性质的问题。
温度变化的某些“蠕动”效应是不可免的，有要能比常规除焦有更多焦炭碎裂。若所结的焦特别厚重，并且碎裂块又足够大而导致堵塞，会发生有害现象。但在通常情况下，若发生碎裂加剧现象将会使除焦过程加速，从而是有利的。在此实施例中，如所有空气和水蒸汽除焦过程一样，也发现有焦炭碎裂，但未观察到碎裂的量有何区别。
在除焦完成后，比重计给出的信号固定在空气的数值。此时空气脉冲法结束，并继续通空气约10分钟，进行管（4）的“最后空气清焦处理”。在图2中记有这些比重数据。其中在经过5小时的丙烷裂解后，进行约20分钟除焦而完成。所用管子是40英尺长、内径1/4和3/8英寸锻造的蛇管，其结焦速率高于它所模拟的工业用蛇管，有可能与其表面积对处理量之比（约19）成比例关系。使用本发明的脉冲空气系统，与常规的操作相比，为完成除焦所需的时间更短。
虽然对本发明已结合特定实施方案作了详细说明，本领域技术人员可以在不背离本发明的精神和不超过本发明范围情况下作出各种变化和改动。