3乙烯裂解装置

3乙烯裂解装置 概 论 世界上有六大乙烯生产技术，它们分别是鲁姆斯公司乙烯技术、斯通-韦伯斯特公司乙烯技术、凯洛格公司乙烯生产技术、布朗公司乙烯生产技术、荷兰动力技术国际公司乙烯技术、林德公司乙烯技术。 Lummus公司的乙烯技术是国内熟知的技术，我国70年代中后期引进的燕山、齐鲁、扬子、上海四套30万吨乙烯装置，均采用Lummus公司的乙烯技术，80年代中后期引进的盘锦、抚顺种中原乙烯装置好采用Lummus公司的乙烯技术。在全世界范围内采用。鲁姆斯公司乙烯技术的装置其总生产能力约占世界乙烯生产能力的45%左右。 斯通-韦伯斯特(S&W)公司是美国十大工程公司之一,在乙烯技术方面,与美国的Lummus公司、Kellogg公司三足鼎立。S&W公司已在世界上建成乙烯装置100多套，总生产能力约占世界乙烯总生产能力的22%左右。S&W公司的裂解炉分有V型、W型、M型。我国大庆乙烯装置采用的是S&W公司的16W型裂解炉。1996年建成的茂名30万吨乙烯采用的也是S&W公司技术。扬巴一体化乙烯装置也采用S&W公司乙烯技术。 美国M.W.凯洛格公司成立于1901年,目前是世界级的工程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 公司。就乙烯技术来说，其最大成就是开发了毫秒炉裂解技术，把物料在裂解炉中的停留时间缩短至0.05-0.1秒,突破了0.1秒的大关。我国兰化公司1988年投产建成了5台毫秒炉。 CF布朗公司是1909年成立的一家国际性工程设计和建设公司。其乙烯技术的主要特点是采用高选择性长周期运行的辐射炉管、前加[wiki]氢[/wiki]除炔、前脱丙烷、广泛采用热泵技术、专有的脱甲烷系统等。 荷兰动力技术国际公司(KTI)系目前世界上主要的乙烯厂设计和设备制造公司。近年来该公司与法国德希尼公司和意大利的TPL公司合作在欧州大量建厂，其数量已超过鲁姆斯公司和斯通-韦伯斯特公司。1994年北京东方建成的乙烯装置采用了KTI的乙烯技术。我乙烯装置BA103炉改造也选用了KTI的GK-?裂解炉。 林德公司是世界上久负盛名的低温工程公司，成立于1879年。在乙烯技术方面，Linde公司应用专有的低温分离技术，于1931年建成了世界上第一个用低温蒸馏方法从焦炉气中生成乙烯的工厂。60年代前，其基本上没有专有的裂解技术，裂解炉基本上采用其它公司的技术回收系统则采用自己的专利。1960年开始，林德公司开始研究开发管式炉蒸汽裂解技术，1965年采用自己技术建成了较大型的乙烯装置。吉化公司1996年建成投产的30万吨乙烯装置就采用了德国林德公司的专利技术。 乙烯裂解炉 乙烯裂解炉的构造: 乙烯裂解炉分为对流段和辐射段。一般地说,对流段作用是回收烟气余热,用来预热并汽化原料油,并将原料油和稀释蒸汽过热至物料的横跨温度,剩余的热量用来过热超高压蒸汽和预热锅炉给水。在原料预热汽化过程中,注入稀释蒸汽,以降低原料油的汽化温度,防止原料油在汽化过程中焦化。裂解炉对流段每一组盘管主要由换热炉管(光管或翅片管)通过回弯头 组焊而成,端管板和中间管板支持起炉管,有些盘管的进出口通过集箱汇集到一起。每一组盘管的四周再组对上炉墙,则构成一个模块。 乙烯裂解炉要根据工艺特点定制的(目前我们国内的乙烯装置工艺包多是买国外的先进工艺技术专利，裂解炉根据工艺设计由设计方指定的几个厂家进行投标产生( 裂解炉是乙烯装置的能耗大户，其能耗占装置总能耗的50%-60%。降低裂解炉的能耗是降低乙烯生产成本的重要途径之一。随着能源价格的不断上涨，国内外相关部门均加强了裂解炉节能措施的研究。裂解炉的能耗在很大程度上取决于裂解炉系统本身的设计和操作水平，近年来，裂解炉技术向高温、短停留时间、大型化和长运转周期方向发展。通过改善裂解选择性、提高裂解炉热效率、改善高温裂解气热量回收、延长运转周期和实施新型节能技术等措施，可使裂解炉能耗显著下降。 斯通-韦伯斯特(S.W)公司的USC型裂解炉 1、炉型 S.W公司的USC型裂解炉(超选择性裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉，辐射盘管为W型或U型盘管。由于采用的炉管管径较小，因而单台裂解炉盘管组数较多(16,18组)。每2组或4组辐射盘管配一台USX型(套管式)一级废热锅炉，多台USX废热锅炉出口裂解气再汇总送入一台二级废热锅炉。近期开始采用双程套管式废热锅炉(SLE)，将两级废热锅炉合并为一级。 USC型裂解炉对流段设置在辐射室的上部的一侧，对流段顶部设置烟道与引风机。对流段内设置进料和稀释蒸汽、锅炉给水及超高压蒸汽过热等热量回收手段。大多数USC型裂解炉为一个对流段对应一个辐射室，也有两个辐射室对应一个对流段的情况。 当装置燃料全部为气体燃料时，USC型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴;如装置需要使用部分液体燃料时，则采用侧壁烧嘴与底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧气也可烧油，其热量可占总热负荷的60~70%。由于USC型裂解炉辐射盘管为小管径、短管长炉管，单管处理能力低，每台裂解炉盘管数较多。为保证对流段进料能均匀地分配到每根辐射盘管，在辐射盘管入口设置了文丘里喷管。 2、辐射盘管 S.W公司的USC型裂解炉的W型或U型辐射管都是小管径、短管长盘管。W型炉管较长，处理能力较大。W型炉管管长较短，处理能力较小，但裂解选择性较高。 USC型裂解炉辐射盘管的数据 炉 型 管内径，mm 管长，m 停留时间，s 第一程 第二程 第三程 第四程 W型 63.5 69.9 76.2 82.9 43.9 0.35 63.5 73.0 82.6 89.0 43.9 0.304 U型 51 63.5 26.9 0.2~0.25 三、凯洛格(Kellogg)公司的毫秒炉 1、炉型 凯洛格公司的毫秒炉为为立管式裂解炉，其辐射盘管为单程直管。对流段设置在辐射室的上侧，对流段顶部设置烟道与引风机。原料和稀释蒸汽在对流段预热至横跨温度后，通过横跨管和猪尾管由裂解炉底部送入辐射管，物料由下向上流动，由辐射室顶部出辐射管而进入第一废热锅炉。裂解轻烃时，常设三级废热锅炉;裂解馏分油时只设两级废热锅炉，对流段还预热锅炉给水并过热超高压蒸汽。炉子热效率为93%。 毫秒炉采用底部大烧嘴，可烧气也可烧油， 由于毫秒炉管径小，单台炉管数量大，为保证辐射管流量均匀，在辐射管入口设置猪尾管控制流量分配。 2、辐射管 毫秒炉的辐射管为并列直管，其长为10,13米，管内径为24,38毫米。毫秒炉的特点是停留时间极短，可控制在0.1秒以内，故得名为毫秒炉，由于停留时间的大幅度缩短，毫秒炉裂解产品的乙烯收率大幅度提高。对丁烷和馏分油而言，与0.3,0.4秒停留时间的裂解过程比，毫秒炉裂解过程可使乙烯收率提高10,15%。但同时由于裂解深度的提高，炔烃收率也高，增加了加氢脱炔的负荷。 USC-U型裂解炉全部采用斯通-韦伯斯特裂解技术,是一个双单元结构，在每个单元中有40根U型炉管，每台裂解炉总共有80根U型炉管。 A 对流段流程说明 每一个新鲜原料炉包含一个单一的旁支的对流部分，这个对流部分安装在两个成对的辐射单元之间。每一个对流部分包含下列的盘管组(从上至下): a(烃预热盘管 HC PRHT b(锅炉给水废气预热盘管 BFW c(烃+稀释蒸汽盘管? HC/STM? d(超高压蒸汽过热 HPSS e(稀释蒸汽过热 DIL STM f(烃+稀释蒸汽盘管 ? HC/STM? 来自原料总管的液体原料或气体原料在经过裂解炉原料根部阀后，再通过一道紧急切断的阀后分为8个通路。在流量调节阀FC的控制下，分别进入到烃原料预热段(HC PRHT)。这8个通路结构维持通过整个对流段部分。原料在对流段8个通路的来回流动的HC PRHT盘管中被加热，从对流段每一端4通路进入。在每个单独通路中的原料然后与过热的稀释蒸汽混合，在那里原料被完成的汽化，然后经过外部的连接管件，每个通路被传输至烃和蒸汽混合(HC/STM?)盘管。 烃/蒸汽混合物在先于进入8通路的来回流动HC/STM?盘管组前被加热。每个通路然后经过外部的连接管件导入至HC/STM?盘管组。 来自HC,STM?的烃,蒸汽混合物在,通路的来回流动的HC,STM?中被加热至刚好开 始裂解温度下。对流段最下面一排的,个平行通路中的每一路混合物，经过外部的横跨段被发送至裂解炉的辐射部分。 B 辐射段以及裂解气流程 每个新鲜原料炉是个成对的单元结构，带有两个相同的镜像辐射单元。 通过8个横跨管线，4个对流段的通路被导入至辐射单元的每一个，即1~4通路输入至A单元，5~8通路输入至B单元。每个横跨管线经由一个原料分配支管供一个辐射盘管模件。每个支管供10根辐射炉管，每个单元有40根辐射炉管，每台裂解炉有80根辐射炉管。 一个文丘里喷嘴安装在每根辐射炉管的进口，确保原料至每根炉管的流量均匀分布。这个流量文丘里元件创造了临界的流量，在这种条件下，流量仅仅是上游压力的函数，而完全独立于下游的压力。这样，在任何时候，即使由于不均匀的结焦速率，通过单独的辐射炉管的压差改变，至每根炉管的流量仍保持相等。这个文丘里提供了均匀的流量分布，只要文丘里管出口绝对压力与进口绝对压力的比值是0.9或更低。 每个裂解炉包含80个“U”型辐射炉管，每个单元40根辐射炉管沿着辐炉室的中心线单排排列。 每组炉管在炉子的顶部进出辐射部份。辐射炉管的进入支管是垂直的，带有一个有效的热量传递长度8286mm，内径(ID)为45mm，外径(OD)为55mm。垂直的长管悬挂着一个弯曲的部分，在那里连接着一个长的辐射弯管和异径短节，弯管的组合热量传递长度为4160mm。出口支管是一个垂直的部分，有效热量传递长度为9187mm，内径51mm，外径67mm。每一个辐射炉管的出口配对通过一个Y型管件在遮盖箱内，每个炉管组件给出5个辐射炉管出口。辐射炉管组件镜像成对排列，相互靠近的两个出口两两联合。 两个辐射炉管组件出口通过一个短的传递管线被送入到一台SLE急冷交换模件中。每台裂解炉有4台SLE模件，每一个模件包含10个SLE交换元件。这个SLE迅速急冷裂解气，防止烯烃二次反应损失并以超高压蒸汽的形式回收热量。 每个SLE交换元件是一个双套管的热交换器，工艺物流在内管垂直向上流动，而BFW/蒸汽在外环。SLE内管内径为85.6mm，有效的热量传递长度为18.3m。 离开每一个SLE模件的裂解气被联合在一个水平气体收集总管中，集管直接安装在SLE的上方。在集管高速率确保任何焦粒被夹带至焦粒捕捉器。液体原料裂解炉废热锅炉出口的裂解气的温度不能超过600?，这是由于裂解气管道和法兰等管件所用的材料设计决定的。来自两个辐射单元裂解气被汇合然后导入至一个直接急冷器中，这个设施安装在与急冷交换器相同的高度，在裂解炉结构的侧面。通过急冷油的直接注入，裂解气冷却。这有一个好处，裂解气的重尾馏份被冷凝，而较烃的烃类被汽提出急冷油。在急冷器中，裂解气用来自稀释蒸汽发生器的188?的急冷油在TC和FC串级控制下喷淋冷却，温度降低到241?。 在急冷器出口管线上设计二个温度联锁开关，为了保护急冷器出口裂解气管线防止超温。出口管线设计温度为350?，当温度达340?时，SD-1部分停车联锁动作，切断裂解炉原料，自动设定至热蒸汽备用状态;当温度达400?时，SD-2完全停车联锁动作，切断裂解炉燃料。另外，在裂解炉烧焦时，由于急冷油停止喷入，废热锅炉出口温度将超过350?，为了保护裂解气出口管线，增设一工艺水注入管线，当出口温度达 340 ?，自动注入工艺水喷 淋冷却。 急冷器出口的裂解气和急冷油的混合物一起通过30″的裂解气电动阀MOV和手动闸阀HV与其它裂解炉的裂解气一起汇合进入裂解气66″总管，再进入到急冷区的急冷油塔. 凯洛格(Kellogg)公司的毫秒炉 (一)炉型 凯洛格公司的毫秒炉为立管式裂解炉，其辐射盘管为单程直管。对流段在辐射室上侧，原料和稀释蒸汽在对流段预热至横跨温度后，通过横跨管和猪尾管由裂解炉底部送人辐射管，物料由下向上流动，由辐射室顶部出辐射管而进入第一废热锅炉。裂解轻烃时，常设三级废热锅炉3裂解馏分油时，只设两级废热锅炉。对流段还预热锅炉给水并过热高压蒸汽。热效率为93,。 毫秒炉采用底部大烧嘴，可烧气也可烧油。 由于毫秒炉管径小，单台炉炉管数量大，为保证辐射管流量均匀，在辐射管人口设置猪尾管控制流量分配。 (二)辐射管 毫秒炉的辐射管为单程并列直管，其长为10,13米，管内径为24,38毫米。毫秒炉的特点是停留时间极短，可控制在0(1秒以内，故得名毫秒炉。由于停留时间大幅度缩短，毫秒炉裂解产品的乙烯收率大幅度提高。对丁烷和馏分油而言，与0(3,0(4秒停留时间的裂解过程比，毫秒炉裂解过程可使乙烯收率提高10,,15,。但同时由于裂解深度的提高，炔烃收率也高，增加了加氢脱炔的负荷。 斯通(伟伯斯特(S(W)公司的USC型裂解炉 (一)炉型 S(W的USC裂解炉(超选择性裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉，辐射盘管为W型或U型盘管。由于采用的炉管管径较小，因而单台裂解炉盘管组数较多(16,48组)。每2组或4组辐射盘管配一台USX型(套管式)一级废热锅炉，多台USX废热锅炉出口裂解气再汇总送人一台二级废热锅炉。近期开始采用双程套管式废热锅炉(SLE)，将两级废热锅炉合并为一级。 USC型裂解炉对流段设置在辐射室上部一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设有原料和稀释蒸汽预热、锅炉给水预热及高压蒸汽过热等热量回收段。大多数USC型裂解炉为一个对流段对应一个辐射室，也有两个辐射室共用一个对流段的情况。 当装置燃料全部为气体燃料时，USC型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴;如装置需要使用部分液体燃料时，则采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧气也可烧油，其供热量可占总热负荷的60,,70,。 由于USC型裂解炉辐射盘管为小管径短管长炉管，单管处理能力低，每台裂解炉盘管数较多。为保证对流段进料能均匀地分配到每根辐射盘管，在辐射盘管人口设置了文丘里喷管。 (二)辐射盘管 S(W公司USC型裂解炉的W型和U型辐射管都是小管径短管长的盘管。W型炉管较长，处理能力较大。U型炉管管长较短，处理能力较小，但裂解选择性较高。 乙烯裂解炉的节能措施: 1. 改善裂解选择性 对相同的裂解原料而言，在相同工艺设计的装置中，乙烯收率提高1%，则乙烯生产能耗大约相应降低1%。因此，改善裂解选择性，提高乙烯收率是决定乙烯装置能耗的最基本因素。通过裂解选择性的改善，不仅达到节能的效果，而且相应减少裂解原料消耗，在降低生产成本方面起到十分明显的作用。 (1)采用新型裂解炉。新型裂解炉均采用高温-短停留时间与低烃分压的设计。20世纪70年代，大多数裂解炉的停留时间在0.4s左右，相应石脑油裂解温度控制在800-810?，轻柴油裂解温度控制在780-790?。近年来，新型裂解炉的停留时间缩短到0。2s左右，并且出现低于0.1s的毫秒裂解技术，相应石脑油裂解温度提高到840?以上，毫秒炉达890?;轻柴油裂解温度提高到820?以上，毫秒炉达870?。由于停留时间大幅度缩短，毫秒炉裂解产品的乙烯收率大幅度提高。对丁烷和馏分油而言，与0.3-0.4s停留时间的裂解过程相比，毫秒炉裂解过程可使乙烯收率提高10%-15%。 (2)选择优质的裂解原料。在相同工艺技术水平的前提下，乙烯收率主要取决于裂解原料的性质，不同裂解原料，其综合能耗相差较大。裂解原料的选择在很大程度上决定乙烯生产的能耗水平。通过适当调整裂解原料配置结构，优化炼油加工方案，增加优质乙烯原料如正构烷烃含量高的石脑油等供应，改善原料结构和整体品质，在提高乙烯收率的同时，达到节能降耗的目标。 (3)优化工艺操作条件。通过优化裂解炉工艺操作条件，不仅能使原料消耗大幅度降低，也能够使乙烯生产能耗明显下降。不同的裂解原料对应于不同的炉型具有不同的最佳工艺操作条件。对于一定性质的裂解原料与特定的炉型来说，在满足目标运转周期和产品收率的前提下，都有其最适宜的裂解温度、进料量与汽烃比。如果裂解原料性质与原设计差别不大，裂解炉最优化的工艺操作条件可以参照设计值。反之，则需要利用SPYRO软件或裂解试验装置对原料重新评价，以确定最佳的工艺操作条件。 2 延长裂解炉运行周期 (1)优化原料结构与工艺条件。 裂解原料组成与性质是影响裂解炉运行周期的重要因素。一般含氢量高、低芳烃含量的原料具有良好的裂解性能，是裂解炉长周期运行的必要条件。对不饱和烃含量较高的原料进行加氢处理，是提高油品质量的有效途径。当裂解原料一定时，工艺条件是影响裂解炉运行周期的主要因素。 低烃分压、短停留时间和低裂解温度有利于延长裂解炉运行周期。但考虑到烯烃收率与蒸汽消耗，需要对裂解深度与汽烃比控制加以优化。 (2)采用在线烧焦。裂解炉在线烧焦是在炉管蒸汽-空气烧焦结束后，继续对废热锅炉实施烧焦。与传统的烧焦方式相比，在线烧焦具有明显的优势。一是裂解炉没有升降温过程，可以延长炉管的使用寿命，并可节省裂解炉升降温过程中燃料与稀释蒸汽的消耗;二是由于在线烧焦，裂解炉离线时间短，可以提高开工率，并可增加乙烯与超高压蒸汽的产量。目前BASF在线烧焦程序已在国内外乙烯裂解炉上成功应用了多年，事实证明，采用在线烧焦可大大减少废热锅炉的机械清焦次数，有效地降低乙烯装置的能耗。