乙烯裂解裝置燃料氣系統(tǒng)的節(jié)能降耗的優(yōu)化方法

李曉輝(中韓石化武漢乙烯烯烴分部乙烯裝置 430082)

近些年來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)取得了快速發(fā)展，乙烯工業(yè)也取得了進(jìn)步。2006年，我國(guó)的乙烯產(chǎn)量和產(chǎn)能取得了突破性的增長(zhǎng)，成為了世界上第二大乙烯生產(chǎn)國(guó)。而降低乙烯裂解裝置中的燃料氣系統(tǒng)能耗，能夠進(jìn)一步增加效益。

一、乙烯裂解裝置燃料氣系統(tǒng)工作原理

乙烯裂解爐使用的是自產(chǎn)的甲烷氫作為燃料，通過(guò)回收系統(tǒng)進(jìn)行分離得到，但是產(chǎn)量并不會(huì)隨著裂解爐的需求而有所變化。由于裂解裝置的在生產(chǎn)中呈動(dòng)態(tài)變化，所以必須不斷補(bǔ)充備用燃料，避免燃料系統(tǒng)的變動(dòng)對(duì)裂解爐運(yùn)行產(chǎn)生影響。系統(tǒng)自產(chǎn)甲烷氫的量和裂解爐需求量比較接近，但裝置在生產(chǎn)中甲烷氫的需求量處于動(dòng)態(tài)變化中，這使得燃料氣系統(tǒng)一直處于盈缺動(dòng)態(tài)循環(huán)中，必須補(bǔ)入或者排放循環(huán)燃料，就會(huì)形成燃料氣間斷排放火炬。因?yàn)槿剂蠚庀到y(tǒng)一直處于動(dòng)態(tài)的平衡中，當(dāng)裂解爐熱效率降低時(shí)，這種平衡關(guān)系將會(huì)被打破，就必須及時(shí)補(bǔ)充備用燃料氣。而與自產(chǎn)甲烷氫相比，備用燃料氣的價(jià)格更高，這就造成了乙烯生產(chǎn)成本的上漲。中韓石化武漢乙烯只有一套裂解裝置，也只有一套燃料氣系統(tǒng)，這就比國(guó)內(nèi)其它改擴(kuò)建以后的裝置燃料氣優(yōu)化更為復(fù)雜，不像其他改擴(kuò)建的新老裝置之間能夠相互補(bǔ)充。武漢乙烯燃料氣系統(tǒng)如圖1所示：

圖1 裂解裝置燃料氣系統(tǒng)

二、乙烯裝置燃料氣系統(tǒng)的節(jié)能降耗方法

1.借助空氣預(yù)熱器減少燃料氣用量

從2010年之后，中韓石化武漢乙烯就開始對(duì)裂解裝置中的一臺(tái)裂解爐進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，試圖設(shè)計(jì)出空氣預(yù)熱器，并且取得了成功。在兩年之后，開始在生產(chǎn)中實(shí)施空氣預(yù)熱器改造計(jì)劃?？諝忸A(yù)熱器的主要熱源來(lái)自于裂解裝置內(nèi)的中壓凝聚液以及再沸器中的中壓蒸汽凝液。充分利用了裝置的低溫余熱，實(shí)現(xiàn)了裂解爐燃燒裝置優(yōu)化的目的。從2011年之后，裂解裝置計(jì)劃安裝總共8臺(tái)預(yù)熱器，利用乙烯裝置內(nèi)的中壓蒸汽凝液，并且對(duì)其中的某個(gè)燃?xì)鉅t使用空氣預(yù)熱器前后的情況進(jìn)行了核算。當(dāng)使用了空氣預(yù)熱器之后，燃?xì)鉅t不論是使用NAP或者是LPG，消耗的燃料氣量都下降。在COT和復(fù)合不變的情況下，使用NAP作為裂解爐燃料，燃料氣的用量下降了將近8%。當(dāng)使用LPG作為裂解爐燃料時(shí)，燃料氣的消耗量下降了將近6%。通過(guò)對(duì)使用空氣預(yù)熱器前后消耗燃料氣量的對(duì)比，能夠發(fā)現(xiàn)能源節(jié)省不少，而且還改善了火焰燃燒的狀態(tài)，火焰高度有所下降，火焰發(fā)飄的情況有所改善，降低了對(duì)流段溫度，設(shè)備運(yùn)行壽命有效延長(zhǎng)。

2.冷備裂解爐減少燃料消耗

為了進(jìn)一步降低裂解爐燃料消耗，裂解車間分析和研究了能夠?qū)α呀鉅t運(yùn)行產(chǎn)生影響的因素和能夠降低備用裂解爐能耗的影響因素，并且進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)。公司的乙烯裂解裝置如果熱備用燃料氣消耗量2600kg/h,當(dāng)采用冷備時(shí)，裝置燃料氣消耗量則會(huì)明顯降低，乙烯能耗就會(huì)降低。后來(lái)，對(duì)裂解爐工藝操作進(jìn)行了優(yōu)化，將裂解爐各項(xiàng)管理更加細(xì)致化，在延長(zhǎng)裂解爐運(yùn)行周期，穩(wěn)定在線裂解爐運(yùn)行的情況下，針對(duì)備用裂解爐實(shí)施了冷態(tài)備用手段，實(shí)現(xiàn)了降低燃料消耗的目的。從2011年之后，先后將多臺(tái)燃?xì)鉅t停爐冷態(tài)備用，全年節(jié)省了燃料氣約2850t，節(jié)省成本達(dá)到了84萬(wàn)元左右。

3.控制乙烯裝置燃料氣平衡

控制乙烯裝置燃料平衡主要是要讓自產(chǎn)甲烷氫和裂解爐需要的燃料之間保持平衡，當(dāng)不足時(shí)需要補(bǔ)充外供燃料或者液化氣或者天然氣等。一般情況下，裂解石腦油和輕烴時(shí)，餾分副產(chǎn)甲烷能夠?qū)崿F(xiàn)燃料平衡。裂解原料質(zhì)量和裂解爐的裂解深度決定了燃料氣的甲烷氫量。當(dāng)原料質(zhì)量較差或者裂解深度較高時(shí)，甲烷氫收率比較高，用于裂解爐熱量轉(zhuǎn)移的燃料氣過(guò)量，需要將過(guò)剩燃料氣送往裝置外，甚至排放至火炬系統(tǒng)。當(dāng)情況相反時(shí)，燃料氣量不滿足需求就要從外界進(jìn)行補(bǔ)充?？刂蒲b置的損失率，就是要控制裂解深度位于合理的程度，不會(huì)造成燃料氣過(guò)量排放，同時(shí)還要提高三烯收率。所以，裂解車間根據(jù)系統(tǒng)的要求，對(duì)工藝控制參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，控制裂解深度，保證甲烷氫不會(huì)過(guò)量，力求使燃料氣系統(tǒng)物料實(shí)現(xiàn)平衡。燃料氣系統(tǒng)的控制原理是在保障裂解裝置系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，將燃料氣外送到各個(gè)用戶，使燃料氣的利用率提高。

4.操作和維護(hù)燃料氣系統(tǒng)

在優(yōu)化燃料氣系統(tǒng)時(shí)，工藝調(diào)優(yōu)和生產(chǎn)操作能夠有效提高裂解爐熱效率，使生產(chǎn)能夠長(zhǎng)久安全運(yùn)行。首先，由于設(shè)備老化，燃料氣系統(tǒng)中的熱蒸汽疏水器造成了非常嚴(yán)重的損壞，致使燃料氣的伴熱無(wú)法正常使用，而利用燃料氣過(guò)熱器則可以將燃料氣外送溫度提高，避免了燃料氣帶液的影響，提高了燃料的顯熱，節(jié)約燃料。其次，可以采用先進(jìn)的儀表自動(dòng)控制技術(shù)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。比如采用自動(dòng)熱值補(bǔ)償控制，采用后避免了裂解爐系統(tǒng)波動(dòng)，即便裝置發(fā)生波動(dòng)，燃料供應(yīng)意外中斷，而備用燃料也正在使用中，此時(shí)自動(dòng)熱值補(bǔ)償控制裝置會(huì)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。再者，要加強(qiáng)檢測(cè)對(duì)火嘴狀態(tài)，對(duì)側(cè)壁和底部火嘴燃燒情況進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)火焰發(fā)散、發(fā)飄或者堵塞等情況，要將風(fēng)門拆下徹底清潔或者調(diào)整風(fēng)門，要將火嘴燃燒狀態(tài)調(diào)整至最佳。同時(shí)可以制定定期清理火嘴的計(jì)劃，可以利用停爐冷備時(shí)對(duì)火嘴進(jìn)行清理。另外，還可以通過(guò)調(diào)整過(guò)剩空氣系數(shù)，將煙氣中氧含量降低，控制在2%到3%之間，控制空氣過(guò)剩系數(shù)在1.2%，保證裂解爐處于最佳燃燒狀態(tài)，同時(shí)要定期檢查裂解爐熱效率，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)空氣過(guò)剩系數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

結(jié)語(yǔ)

在降低燃料氣系統(tǒng)的消耗時(shí)，要首先平衡裂解裝置燃料，平衡盈缺，降低排放，同時(shí)優(yōu)化燃燒條件，促進(jìn)燃燒效率提高，降低乙烯能耗。

[1]焦寧寧．乙烯裝置技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與建議[J]．石油化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2002，18(5):13-17.

[2]王松漢，何細(xì)藕．乙烯工藝與技術(shù)[M]．北京：中國(guó)石化出版社，2000：680-681.