乙烯裝置廢熱回收的工藝特點分析

韓會君，洪博巖

（1.大慶石化公司生產(chǎn)運行處，黑龍江 大慶 163714；2.大慶石化公司化工一廠，黑龍江 大慶 163714）

乙烯裝置廢熱回收的工藝特點分析

韓會君1，洪博巖2

（1.大慶石化公司生產(chǎn)運行處，黑龍江 大慶 163714；2.大慶石化公司化工一廠，黑龍江 大慶 163714）

蒸汽熱裂解的乙烯裝置能量輸入的主要部位是裂解爐，在裂解過程中，生產(chǎn)目的產(chǎn)物的同時也會產(chǎn)生大量的廢熱。為降低乙烯裝置能耗，必須盡可能地回收裂解氣中的熱量。文中依據(jù)某石化公司裂解車間的生產(chǎn)實際，針對KBR乙烯流程，分析了乙烯裝置廢熱回收的過程及其工藝特點。

裂解；廢熱；裂解爐；乙烯

在采用蒸汽熱裂解的乙烯裝置中，裂解過程需要輸入大量的熱量來產(chǎn)生乙丙烯等目的產(chǎn)物，而與此同時也將產(chǎn)生大量的多余熱量。如何高效地回收這部分熱量，降低裝置的能量消耗，一直是行業(yè)內(nèi)努力追求的方向。當(dāng)前，乙烯裝置主要的能量回收部位主要集中在裂解爐和急冷系統(tǒng)2個部位。文中闡述了以管式爐蒸汽熱裂解為生產(chǎn)形式的乙烯裝置廢熱回收的主要工藝特點。

1 裂解爐廢熱回收辦法

裂解爐主要由對流段、輻射段組成。裂解爐所消耗的燃燒熱中約40%在輻射段提供反應(yīng)熱和升溫，約51.5%在對流段被回收，約1.5%為熱損失，其余為排煙損失。為了最大限度地回收裂解廢熱，降低裂解爐能耗，裂解爐系統(tǒng)主要利用廢熱鍋爐、對流段盤管及噴油急冷器來實現(xiàn)各等級熱量的回收。

1.1 廢熱鍋爐

裂解爐是熱量集中輸入的主陣地，因其高溫蒸汽熱裂解的特點致使裂解氣和煙氣中不可避免地攜帶有大量的廢熱。為了充分回收裂解氣中的高位能熱能從而降低裝置的能耗和物耗，從裂解爐出來的高溫裂解氣（860℃）在流經(jīng)廢熱鍋爐系統(tǒng)時，通過與雙套管換熱器中的超高壓鍋爐給水以間接冷卻的方式進行快速地換熱。冷卻水因為快速地吸收了裂解氣中的高位能廢熱，所以產(chǎn)生了溫度為510±10℃，壓力為9.6～11 MPa的超高壓蒸汽。這些蒸汽中的絕大部分用以驅(qū)動蒸汽透平，將熱能轉(zhuǎn)化為機械能以降低能耗；另一部分用于后系統(tǒng)反應(yīng)器再生，以減少外補超高壓蒸汽的用量以降低物耗。通過上述過程裂解氣的溫度降到了420℃左右，這樣就可以最大限度地阻止二次反應(yīng)（致使目的產(chǎn)物減少的副反應(yīng)）的發(fā)生，進一步提高了目的產(chǎn)物雙烯的收率。對于不同的裂解原料或同種原料在同一運行周期內(nèi)的不同階段，裂解氣釋放高位能廢熱后被冷卻的溫度值也有所不同，但該溫度必須高于裂解氣中重組分的露點，以防止重組分冷凝后發(fā)生過度的冷凝而結(jié)焦［1］。

1.2 對流段盤管

在裂解爐的對流段，緊密而合理地排布著翅片盤管。盤管中主要流通進入反應(yīng)區(qū)前的烴原料、用于降低烴分壓的稀釋蒸汽以及裂解爐燒焦時所用的工業(yè)風(fēng)。

在回收高溫廢熱的同時，裂解爐還利用對流段的翅片盤管將流過其中的原料與煙道中的煙氣進行預(yù)熱。通過這一途徑，自上而下由低位能到高位能地逐級回收了煙氣中攜帶的大量廢熱。同時由于良好地?zé)峄厥招?yīng)，合理地降低了各段盤管的設(shè)計溫度從而降低了對材質(zhì)的要求減少了設(shè)備投資，進一步降低了裝置的能耗和投資，提高了乙烯裝置的綜合效益。

1.3 噴油急冷器

從廢熱鍋爐出來的420℃左右的高溫裂解氣隨即進入下游的噴油急冷器中，在此，裂解氣經(jīng)過與急冷油進行直接換熱后，使裂解氣溫度迅速降低至220℃左右。與此同時，急冷油中的一些組分在吸收廢熱的過程中發(fā)生裂解反應(yīng)，生成額外的乙丙烯，使裂解氣中烯烴的含量提高3%～9%，增加了目標產(chǎn)品的產(chǎn)率。同時裂解氣中的廢熱通過直接換熱被急冷油良好地回收，為能量的逐級回收奠定了重要的基礎(chǔ)。

2 急冷系統(tǒng)的廢熱回收

在乙烯生產(chǎn)中作為裂解氣預(yù)分餾系統(tǒng)的急冷系統(tǒng)因原料的差異分為油冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)。該裂解裝置中的急冷系統(tǒng)包含急冷油系統(tǒng)和急冷水系統(tǒng)2個子系統(tǒng)。從廢熱鍋爐出來的溫度為420℃左右的裂解氣，經(jīng)急冷器冷卻至200～240℃之間后進入急冷油系統(tǒng)繼續(xù)冷卻，從而進一步回收廢熱。

2.1 急冷油系統(tǒng)

由裂解爐噴油急冷器出來的裂解氣混合物進入急冷油塔，先后與急冷油回流、中油回流、汽油回流進行換熱被冷卻后溫度降為104℃左右。急冷油吸收了裂解氣的廢熱后利用其較低位能的熱量經(jīng)由稀釋蒸汽發(fā)生系統(tǒng)與工藝水進行換熱來發(fā)生稀釋蒸汽，進一步回收熱量，提高裝置熱效率；同時又降低了外補蒸汽的用量，降低了裝置的能耗，進一步提高了裝置的整體效益。

2.1.1 急冷油循環(huán)急冷油循環(huán)即急冷油塔釜的急冷油利用急冷油泵提供動力，一小部分直接被送至乙烷爐的噴油急冷器，其余大部分經(jīng)由急冷油用戶（稀釋蒸汽發(fā)生器）后被送至其它裂解爐的噴油急冷器后返回急冷油塔，形成了周而復(fù)始的循環(huán)。急冷油循環(huán)的主要使命是在回收裂解氣的大量低位能熱能的同時發(fā)生大量的稀釋蒸汽供裂解爐使用［2］。

急冷油塔的塔釜溫度越高即循環(huán)急冷油的溫度越高，越利于熱量的回收。釜溫越高，循環(huán)急冷油的能位就越高，在加熱工藝水發(fā)生稀釋蒸汽時，可在一定程度上降低急冷油的循環(huán)量，進而減少急冷油循環(huán)泵的能耗。同時利于增加蒸汽的發(fā)生量，進而減少外補蒸汽量，減少污水排放量和污水處理系統(tǒng)的負荷。而且因傳熱的溫差變大，在一定的熱負荷條件下，可降低換熱設(shè)備的傳熱面積，減少設(shè)備的投資費用。但另一方面，釜溫升高后，急冷油中的較重組分的聚合趨勢會加重，由此會導(dǎo)致急冷油的粘度將增大。這不但增加了急冷油循環(huán)的動力消耗，而且當(dāng)粘度增加到一定程度后會造成急冷器出口溫度升高、稀釋蒸汽發(fā)生器取熱不良、蒸汽發(fā)生量降低、急冷油塔釜溫進一步升高等一系列惡性循環(huán)；嚴重時還會造成急冷油換熱器堵塞、急冷油系統(tǒng)循環(huán)故障等嚴重的后果。因此，將急冷油塔的塔釜的溫度控制在合理的范圍內(nèi)尤為重要。一般地，對石腦油裂解裝置而言，急冷油的塔釜溫度可控制在195℃左右。若在急冷油塔中加入富含芳烴的調(diào)質(zhì)油來調(diào)節(jié)降低急冷油的粘度，則急冷油塔的塔釜溫度可以提升到200℃左右。

2.1.2 中油循環(huán)系統(tǒng)在急冷油系統(tǒng)中包含了中油循環(huán)系統(tǒng)。從塔中部用泵抽出一股165℃的中油用于裂解原料（石腦油、加氫尾油）的預(yù)熱及凝液汽提塔、餾出物汽提塔的再沸器熱源，釋放出廢熱后中油被冷卻至130℃返回急冷油塔。既減少了塔釜的熱負荷，有助于急冷油塔釜溫度高位運行，保證熱量的良好回收；又降低塔頂?shù)钠突亓鞯挠昧?，減少塔頂?shù)钠嘭摵伞４送?，采用中油循環(huán)的方式進行中段取熱，有利于塔溫的合理分布和各級能量的合理利用，進一步強化了廢熱的回收效率。

2.1.3 粘度控制塔急冷油的粘度主要取決于其350℃以下輕質(zhì)餾分的含量，急冷油中350℃以上餾分越多粘度較高，反之則粘度較低［3］。特別是急冷油中280～350℃餾分本身就是粘度較低的調(diào)質(zhì)餾分，設(shè)法使急冷油中保持較多350℃以下輕質(zhì)餾分并使其在運轉(zhuǎn)過程中始終占有一定比例，則循環(huán)急冷油的粘度也就可以穩(wěn)定在較低的水平而維持較高汽油分餾塔塔釜溫度。

從急冷油中連續(xù)地抽出一股物料送入重質(zhì)燃料油汽提塔，利用氣相裂解爐的裂解氣（或高壓蒸汽）汽提出高沸點低粘度的輕組分返回到急冷油塔中進行調(diào)和，剩余的重組分與輕質(zhì)燃料油混合后作為燃料油產(chǎn)品送出，通過這種抽出高粘度的重組分送回低粘度的輕組分的方式來實現(xiàn)急冷油的減粘。利用氣相裂解爐的裂解氣而非高壓蒸汽來作為汽提介質(zhì)，不僅可以節(jié)約蒸汽用量，還能減少工藝水的排污量，進一步降低了能耗［4］。

2.2 急冷水系統(tǒng)

裂解氣從急冷油塔頂出來后隨即被送入到急冷水塔被繼續(xù)冷卻，稀釋蒸汽和絕大部分的裂解汽油都被冷卻下來，在急冷水塔的塔釜形成油水混合物后再進行分離。

合理地設(shè)定急冷水塔釜溫度，是有效利用急冷水熱量以進一步回收熱能的重要途徑。急冷水塔釜溫通常是根據(jù)所需急冷水用戶的要求設(shè)定的，釜溫如果過低，則直接影響裝置的廢熱利用率，降低了熱能的回收率；釜溫如果過高，則容易誘發(fā)急冷水發(fā)生乳化，影響裝置的平穩(wěn)高效生產(chǎn)。因此綜合整個乙烯裝置的能量合理利用，釜溫在80～85℃為宜。裂解車間的急冷水塔采用兩段填料2股急冷水回流（一股為38℃，另一股為54℃）維持釜溫為83℃。

相較于傳統(tǒng)的流程，裂解車間的急冷水的用戶除了丙烯塔再沸器外，還有高壓脫丙烷塔再沸器、脫乙烷塔再沸器、石腦油、加氫尾油預(yù)熱器等，能量利用率可提高到由先前的40%左右提高到60%～70%。此外，該裝置的E2單元通過改造裂解爐的空氣預(yù)熱器系統(tǒng)增加的急冷水的廢熱回收用戶，在降低爐區(qū)能耗的同時又更近一步地增加了熱能的有效回收［5］。

由于裂解氣中含有H2S、CO等酸性氣體，為了防止急冷水系統(tǒng)設(shè)備腐蝕，在系統(tǒng)中注入了一定濃度的NaOH等堿性藥劑，以維持急冷水的pH值為8～9。這就從根本上降低了設(shè)備的腐蝕，延長了設(shè)備的使用壽命，間接地保證了裝置熱量回收的良好運行。

3 結(jié)束語

結(jié)合乙烯裝置的生產(chǎn)實際，從裂解爐、急冷系統(tǒng)2個主要的廢熱回收系統(tǒng)分析了乙烯裝置中廢熱回收的工藝特點。通過超高壓鍋爐給水、被預(yù)熱的原料、急冷油、中油、急冷水等不同溫度的循環(huán)物流，在對裂解氣進行逐步冷卻的同時逐級地將裂解氣及煙氣中的不同能位的熱量進行逐級回收并加以合理的利用，有效地降低了裝置的能耗。

［1］陳濱.乙烯工藝學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1997:21-25.

［2］黃殿利.大慶乙烯裝置新區(qū)急冷油系統(tǒng)減粘技術(shù)的應(yīng)用［J］.乙烯工業(yè)，2003，15（3）:51-54.

［3］盛在行.乙烯裝置節(jié)能技術(shù)進展［J］.乙烯工業(yè)，2010，22（4）:59-64.

［4］金力強.苯乙烯裝置節(jié)能技術(shù)研究［D］.青島:青島科技大學(xué)，2006.

［5］劉嶺梅.優(yōu)化帶廢熱回收系統(tǒng)EDC裂解爐節(jié)能操作工藝［J］.節(jié)能，2000（10）:30-31.

Analysis of process characteristic of ethylene plant waste heat recovery

Han Huijun1，Hong Boyan2
（1.Production Operation Department of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China；2.No.1 Chemical Plant of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

The main part of ethylene plant energy input for steam pyrolysis is the cracking furnace.Large amount of waste heat can be produce during the production of the target product.In order to reduce the ethylene plant energy consumption,the heat in cracked gas must be recovered as far as possible.Based on the actual production of the cracking plant of a petrochemical company and aiming at KBR ethylene production process,this paper analyzed the process of the ethylene plant waste heat recovery and its technological characteristics.

cracking;waste heat;cracking furnace;ethylene

TQ221.211

：B

：1671-4962（2017）03-0020-03

2017-04-17

韓會君，男，工程師，2003年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事化工生產(chǎn)運行管理工作。