乙烯装置节能技术进展

乙烯装置节能技术进展 摘要： 从原料优化、改善裂解选择性、提高裂解炉热效率等方面介绍了近年来乙烯装置各系统的节能技术的进展情况，指出应加大对成熟技术的推广应用和节能降耗新工艺及新技术的开发力度，以进一步降低乙烯装置的能耗。 关键词：乙烯装置；原料优化；选择性；节能；裂解 乙烯是石化工业最重要的基础原料之一，约有75%的石油化工产品由乙烯生产，乙烯工业的发展水平从总体上代表了一个国家石化工业的实力。目前管式炉蒸汽裂解技术仍是乙烯生产的主导技术，世界上约98%的乙烯产量由该技术生产制得[1,2]。 裂解炉作为乙烯生产装置的关键设备，它的燃料消耗占全装置能耗的75%一80%，扣除部分外送蒸汽，能源消耗占装置总能耗的42%左右。因此，降低裂解炉的能耗是降低乙烯装置能耗的重要途径之一。近年来通过优化乙烯原料、改善裂解选择性、高裂解炉热效和延长裂解炉运行周期等措施使裂解炉的能耗得到显著降低。本文就国内外近年来较为关注的乙烯装置节能技术的进展情况作一介绍。 1 原料优化 原料的裂解性能在很大程度上决定了乙烯生产的能耗水平，据2003年度乙烯装置平均能耗的统计，采用重质原料时，装置的综合能耗为30.98GJ/t；以石脑油为原料时，装置的综合能耗为28.89GJ/t；以乙烷为原料时，装置的综合能耗仅为22.48GJ/t[3]。 原料中芳烃类物质的含量，还会大大加速高温裂解过程中炉管的结焦速度，影响传热效果，极大地降低了能源利用率。由此可见，有效地提高原料的质量，对裂解炉的节能降耗有着重要的作用。 1.1 原油的选择与加工 在石油烃裂解过程中，正构烷烃最易生成乙烯等目的产物，其次是五个碳以上的异构烷烃，再次为环烷烃，而芳烃的C一C共扼键键能高达611kJ/mol，很难裂解。因而优化原油的选择和加工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，调整原料结构，增加烷烃尤其是正构烷烃含量高、关联指数(BMCI)值低的优质裂解原料，可以在提高乙烯收率的同时，减少设备结焦，降低装置能耗。原料的结构优化是一个涉及诸多因素综合平衡的复杂系统问题，需要考虑资源的区域分布，从原油的采购和配送人手，根据各企业炼化装置的构成情况，搞好油种配置。同时加强炼化一体化原料互供，将炼厂生产的重整拔头油、加氢尾油、从炼厂干气中回收乙烯时获得的乙烷等BMCI值较低的原料送入乙烯装置[4]。 1.2石脑油预处理 由于条件限制，并不是每个企业都能得到优质原料。对常规原料进行预处理，分离掉芳烃等裂解性能较差的烃组分，降低原料的BMCI值，对改善原料的裂解性能、提高乙烯收率、降低生产能耗具有非常重要的作用。 最近UOP公司提出了一种基于吸附分离方法的MaxEne工艺，通过提高石脑油中正构烷烃的含量使乙烯收率提高30%。乙烯咨询公司开发了一种利用芳烃抽提和加氢处理脱除等级较差的石脑油中的芳烃的NaPex工艺。德国化工技术研究院开发了一种将来自裂解汽油的芳烃通过催化加氢环转化成高价值蒸汽裂解装置进料的工艺。中国石油化工股份有限公司北京化工研究院(简称中国石化北京化工研究院)也正开展这方面的研究。利用芳烃抽提等方法改善了劣质石脑油的裂解性能。研究结果表明，以改进后的石脑油为裂解原料，可以使乙烯收率提高1个百分点以上，并使芳烃综合收率提高3个百分点以上[5]。 2 改善裂解选择性 对于相同的裂解原料和工艺装置而言，乙烯收率提高1个百分点，单位能耗和物耗大约降低3%。因此，裂解选择性是决定乙烯装置能耗的最基本因素。 2.1 改进炉管设计 辐射段炉管的设计很大程度上决定着裂解炉的裂解性能和处理能力。通过改进辐射段炉管的设计，可以增加炉子的处理能力，提高裂解选择性，使裂解炉在保持高选择性的同时尽可能提高运行周期，从而降低投资、成本、原料的消耗和能耗。目前高选择性裂解炉采用两程变径或两程分支变径高选择性炉管，反应停留时间控制在0.15—0.255之间。第一程采用小直径的炉管，利用该炉管比表面积大的特点达到快速升温的目的;第二程采用较大直径的炉管，以降低对结焦的敏感性;同时，由于反应的进行造成反应物体积迅速增大，增大管径有利于减小管内压降。其中停留时间最短为0.15的单程小直径炉管，由于比表面积大，升温速度快，裂解温度高，因此裂解选择性高。与停留时间为0.3—0.48的裂解过程相比，停留时间为0.15的裂解过程可使乙烯收率提高28%—30%，能耗也相应得到降低。高选择性炉管与原有的低选择性炉管的能耗对比见表。从表1可以看出，使用高选择性炉管后能耗降低了6.56%，物耗降低了7.64%。 表1 高选择性炉管与原有的低选择性炉管的能耗对比 项目 低选择性炉管 高选择性炉管 汽油比 0.5 0.5 COT/℃ 820 850 原料单耗/t·t-1 3.546 3.275 乙烯收率/% 28.2 30.53 乙烯综合能耗/（kg·t-1） 560.57 523.79       2.2 优化工艺操作条件 相同的裂解原料对应于不同的炉型具有不同的最佳操作条件，通过优化操作条件，可以使乙烯/双烯收率最大化，从而降低装置的物耗和能耗。 目前，裂解装置的操作优化正向先进控制与实时优化的方向发展，将裂解装置的目标优化与稳定操作结合起来，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、提高目标产品收率、降低运行成本的目的。 中国石化北京化工研究院在裂解炉优化工艺操作方面也进行了大量工作，拥有现场测试标定、模拟裂解评价以及离线模型预测计算等多种技术手段，还可以通过裂解技术服务网站提供在线收率估算，为乙烯装置优化操作、提高产品选择性从而达到节能降耗增效的目的提供技术支持。实际应用表明，通过优化装置操作参数，在兼顾裂解炉运行周期的条件下可以使乙烯收率提高1个百分点以上，相应降低能耗3%左右。 3 提高裂解炉的热效率 3.1 预热燃烧空气和燃料气技术 裂解炉燃烧空气以往一直采用常温空气，这样不仅不能科学有效地控制炉膛燃烧温度，增加了操作调节难度，而且浪费了许多燃烧能源。利用热能循环原理，用乙烯装置中烟道气的排烟余热、低压蒸汽和中压蒸汽的凝液或急冷水等废热加热燃烧空气(或者燃料气)，减少燃料用量。据测算，当燃烧空气由常温预热到100℃时，燃料用量由100%降至95.5%，节省燃料4.5%，相应减少了3%的烟气排放量，可降低能耗3%左右，同时可回收大量蒸汽进行循环利用。由北京航天动力研究所开发的裂解炉燃烧空气预热技术已经推广到中国石油化工股份有限公司下属的9家乙烯企业，节能效果显著。广州石化标定结果表明，每台空气预热器每小时可以节约燃料气103kg，初步估算全厂一年可节约标煤近万吨。 3.2 炉管强化传热技术[6] 裂解反应是强吸热反应，需要在短时间内将大量的热量通过管壁传递给管内反应物料。在炉管内壁存在流动边界层，由于热阻较大，因此温度梯度也较大，强化传热技术可以有效减薄边界层，增大传热系数，从而节约燃料，降低能耗。 强化传热的内构件结构形式多样，已工业化的主要有梅花管、MERT管和扭曲片管等。中国石化北京化工研究院和中国科学院沈阳金属所共同开发的扭曲片强化传热技术可以使壁温下降20℃左右，炉管压降仅增加15%左右，周期延长50%以上，全年平均节约燃料1%左右。该技术已经在国内多套乙烯装置的30多台裂解炉上应用，均取得了良好效果。 3.3 降低裂解炉的排烟温度 降低排烟温度可有效提高裂解炉的热效率。一般情况下，排烟温度每降低20℃，裂解炉的热效率约提高一个百分点，折合节能5kg/t(以生产1t乙烯节约标油的质量计)。通过净化燃料气(燃料油)，将其中的易与氧气生成酸性氧化物的硫等杂质脱出，可以在不受“露点腐蚀”限制的情况下有效降低裂解炉的排烟温度，从而降低热损失，提高热效率。 3.4 降低空气过剩系数 在保证燃料充分燃烧的前提下，尽可能降低空气过剩系数，以减少燃料的消耗和烟气的排放量，降低排烟带走的热损失。通过合理排布燃烧器、优化燃烧器自身结构、采用在线烟气氧 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 仪并确保指示准确、调整炉膛负压与烧嘴风门开度等可以将空气过剩系数控制在合理的范围内。 4 延长炉子运行周期 4.1 采用结焦抑制技术 裂解炉炉管结焦使炉管管壁热阻增大，壁温升高，能耗增大，炉管寿命缩短。同时，焦垢会使炉管内径变小，物料流动过程压力降增大，烃分压升高，结焦进一步恶化，运转周期缩短，增加离线烧焦频次和能耗，减少了有效生产时间。因此开发结焦抑制技术对延长装置运行周期、降低能耗和提高裂解炉生产效率具有重大意义。 目前结焦抑制技术主要有炉管涂覆技术和添加结焦抑制剂技术两种。近年来炉管涂覆技术发展较快，开发出了多种性能良好的涂覆技术。例如，加拿大Westaim公司的coat—alloy技术、加拿大Nova公司的ANK400尖晶石表面技术、日本大同钢铁公司的等离子粉末焊接技术等。 添加结焦抑制剂技术是传统的抑制结焦技术，近年来也取得一定进展，表现突出的有Phinips公司开发的CCA一500化学抑制剂、Lummus公司和Nalco Exxon Energy化学公司开发的名为Coke-Less新一代有机麟系结焦抑制剂等。 中国石化北京化工研究院、华东理工大学等单位也各自研制开发了新型结焦抑制剂。经试验证明，这些结焦抑制剂都具有较好的抑制结焦效果。华东理工大学的HY一99抑制剂应用于上海石化股份公司SRT一111裂解炉的结果表明，运行周期由50天延长至130天；中国石化扬子石油化工股份有限公司烯烃厂与江苏省天源化工公司联合开发的N—360抑制剂在乙烷炉上的应用结果表明，运行周期延长3倍以上，装置能耗(标油)降低4.49kg/t，三烯产品收率提高1.84%；中国石化北京化工研究院开发的抑制剂在燕山石化的工业应用试验结果表明，在重柴油正常裂解条件下，运行周期可延长0.5—l倍[7,8]。 4.2 采用先进的清焦技术 随着热裂解技术的日益成熟，管式裂解炉清焦技术也随之发展成熟。目前BASF公司的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，采用在线清焦技术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。中国石化北京化工研究院最近也开发出一种在线分析技术，利用该技术对裂解炉烧焦尾气中各组分浓度进行在线实时分析，判断炉管内焦炭发生化学反应的激烈程度，调节裂解炉辐射段炉管烧焦操作参数，如提高空气量，降低水蒸气量，提高辐射段炉管出口温度，以此加快烧焦速率，缩短烧焦时间。试验结果表明，采用在线分析技术可以使清焦时间由原来的20—27h缩短为4—8h，以CBL—l炉为例，每次清焦可节约能耗约1510GJ。 4.3 采用新型炉管 现在绝大多数的裂解炉是采用垂直排布的管式裂解炉，虽然辐射段的传热是以辐射传热为主，但在反应时物流的受热是通过金属管壁的热传导实现的，因此为了提高反应温度，必须提高裂解炉管的表面温度，这一方面带来了金属材质的问题(即使是用铬镍含量非常高的铬镍合金，最后也会导致金属渗碳和破坏)，另一方面使得反应过程中结焦加剧，运行周期缩短。