優(yōu)化乙烯裝置工藝流程降低能耗的研究

關(guān)鍵　張星　王強(qiáng)

[摘 要]本文通過(guò)對(duì)甲烷尾氣放火炬現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，并提出相應(yīng)的流程優(yōu)化方案，有效地解決甲烷氣放火炬的問(wèn)題，使得乙烯裝置能耗大幅下降。

[關(guān)鍵詞]乙烯；優(yōu)化；能耗；甲烷氣

中圖分類(lèi)號(hào)：S653 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）02-0042-01

石化公司100萬(wàn)噸/乙烯裝置是石化公司100萬(wàn)噸/年乙烯裝置配套項(xiàng)目乙烯工程的核心裝置，也是中石化建設(shè)的第一套百萬(wàn)噸級(jí)乙烯裝置，采用ST/Lummus順序深冷分離、二元制冷技術(shù)，規(guī)模為年100萬(wàn)乙烯/年（按8000小時(shí)計(jì)算），裝置內(nèi)主要由裂解、急冷、壓縮、分離冷區(qū)和熱區(qū)、廢堿氧化、火炬氣汽化、污水預(yù)處理等組成，其主要生產(chǎn)流程為以石腦油、加氫尾油及飽和液化氣為裂解原料，在裂解爐經(jīng)高溫裂解，后經(jīng)急冷、壓縮、分離工序，生成氫氣、甲烷、乙烯、丙烯、混合碳四、粗裂解汽油、2#裂解重餾分及裂解重餾分等產(chǎn)品。

自2010年1月乙烯裝置首次投料開(kāi)車(chē)以來(lái)，隨著裝置負(fù)荷逐步提高及裂解原料中異構(gòu)烷烴含量較高，裝置生產(chǎn)的甲烷除在滿(mǎn)足裂解爐使用外，還有富裕的甲烷氣排入火炬系統(tǒng)，不僅使裝置能耗增加，還限制了裝置高負(fù)荷運(yùn)行。為解決此問(wèn)題，乙烯裝置對(duì)燃料系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，決定利用現(xiàn)有管線。

1 原因分析

1.1 設(shè)計(jì)情況

乙烯裝置采用的是高溫蒸汽裂解，能耗主要集中在裂解爐、分離過(guò)程和壓縮機(jī)上，節(jié)能應(yīng)立足于能量的回收及減少能量的消耗上。乙烯裝置建有11臺(tái)年產(chǎn)10萬(wàn)噸乙烯的SL-1型裂解爐，其使用燃料為裝置自產(chǎn)甲烷或氫氣。原設(shè)計(jì)的燃料系統(tǒng)流程為來(lái)自再生系統(tǒng)的甲烷尾氣進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)，同時(shí)過(guò)量的氫氣和乙烷也進(jìn)入燃料氣罐，燃料氣罐的甲烷尾氣優(yōu)先去裂解爐的側(cè)壁燒嘴，過(guò)量的甲烷尾氣和汽化的LPG去裂解爐的底部燒嘴。正常生產(chǎn)時(shí)，系統(tǒng)所生產(chǎn)的甲烷氣不富裕，不能外送。

乙烯裝置燃料平衡表

1.2 物料平衡數(shù)據(jù)

設(shè)計(jì)物料平衡數(shù)據(jù)乙烯裝置設(shè)計(jì)物料平衡2010年乙烯裝置物料平衡數(shù)據(jù)：

裝置名稱(chēng)投入產(chǎn)出原料名稱(chēng)本期產(chǎn)品名稱(chēng)本期生產(chǎn)收率，%乙烯裝置1號(hào)石腦油1328323.618

2號(hào)石腦油301608.208氫氣25628.0110.912芳烴抽余油38750.220甲烷404364.69414.394

加氫裂化尾油916376.570乙烯854942.11330.433飽和液化氣223921.245丙烯432753.26115.405丙炔氣270.976混合碳四296560.82810.5572809250.836粗裂解汽油607728.95121.6332號(hào)裂解重餾分28104.0151.000裂解重餾分138482.6244.930。

從上述數(shù)據(jù)可得出，在2010年乙烯裝置甲烷收率為14.394%，高于設(shè)計(jì)值13.88%，而在裝置原設(shè)計(jì)中沒(méi)有甲烷外送線，所以，裝置所生產(chǎn)的甲烷除供裂解爐作燃料、EO/EG裝置制穩(wěn)劑、苯酚裝置焚燒爐燃料及火炬長(zhǎng)明線使用外，還有部分富裕量，因無(wú)下游用戶(hù)，只能排入火炬系統(tǒng)。裝置內(nèi)無(wú)甲烷外送線，不能適應(yīng)裝置高負(fù)荷運(yùn)行的需要，所以，優(yōu)化燃料系統(tǒng)，及時(shí)將富裕甲烷外送，保證燃料系統(tǒng)穩(wěn)定，是裝置急需解決的問(wèn)題。

2 新增甲烷1#線改造

2.1 改造原因

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中因裝置負(fù)荷逐年提高、裂解原料中異構(gòu)烷烴含量較高，裝置生產(chǎn)的甲烷除在滿(mǎn)足裂解爐使用外，還有富裕的甲烷氣，使燃料系統(tǒng)壓力升高，造成多余的甲烷氣排放至火炬。

2.2 改造方案

利用中沙公司與烯烴部之間的DN100甲烷線，將乙烯裝置多產(chǎn)的甲烷氣送至熱電部燃料系統(tǒng)，按外送量4/h考慮，甲烷氣輸送管道自PV30003閥前引出，引出點(diǎn)壓力為0.55MPa～0.6MPa，按壓力0.55MPa考慮，熱電部燃料氣系統(tǒng)緩沖罐操作壓力0.3MPa。按照DN100，當(dāng)量長(zhǎng)度4120m，輸送起點(diǎn)壓力為0.55MPa，熱電部現(xiàn)有燃料氣系統(tǒng)緩沖罐終點(diǎn)0.3MPa核算，根據(jù)weymouth公式計(jì)算得，在保證壓力的情況下，輸送量為1.173t～1.393t。

2.3 實(shí)施后效果

2011年1月乙烯裝置新增1#甲烷外送線投用，外送甲烷能力為2.0噸/小時(shí)，降低裝置能耗14.28千克標(biāo)油/噸乙烯。2011年乙烯裝置高負(fù)荷運(yùn)行，共外送天津石化甲烷氣15880噸，實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入1905萬(wàn)元。

2011年1月新增甲烷外送1#線投用后，乙烯裝置在滿(mǎn)足下游裝置使用及外送需求的條件下，仍有部分甲烷氣排放至火炬。為解決此問(wèn)題，提高裝置整體經(jīng)濟(jì)效益，乙烯裝置決定對(duì)甲烷外送線流程再次進(jìn)行優(yōu)化。

3 新增甲烷2#線改造1）改造原因

當(dāng)乙烯裝置進(jìn)一步提升負(fù)荷或出現(xiàn)1臺(tái)加氫尾油爐運(yùn)行時(shí)，每小時(shí)約有2.5t的甲烷富裕量，會(huì)造成富裕甲烷氣排放至火炬。

2012年乙烯裝置利用低位能的急冷水熱量給裂解爐助燃空氣預(yù)熱，降低裂解爐燃料氣的使用量，項(xiàng)目實(shí)施完畢后，每小時(shí)節(jié)約1.0t/h的燃料氣。

苯酚裝置對(duì)焚燒爐進(jìn)行改造，增加空氣預(yù)熱器、更換廢熱鍋爐及氧化尾氣預(yù)熱器，每小時(shí)可節(jié)約0.5t燃料氣，又會(huì)產(chǎn)生0.5t的甲烷富裕量。

3.2 改造方案

在保證脫甲烷塔（DA301）和燃料系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的情況下，甲烷氣外送壓力：0.55MPa，甲烷外送熱電部最大量5.3噸/小時(shí)，從乙烯裝置“E-E”接口，甲烷送出管線引接一條6“的管線引接至中沙公司與烯烴部之間的火炬管線上，并將乙烯裝置內(nèi)“F-F”接口的甲烷管線12“FG90003-A1A-T上的流量計(jì)FIQ-90805移位，安裝在新引接的6”管線上。

3.3 實(shí)施效果

2012年10月投入35萬(wàn)元利用原有的火炬管線，新增一條甲烷外送線，外送甲烷能力為4.4噸/小時(shí)，降低裝置能耗10.69千克標(biāo)油/噸乙烯。2013年乙烯裝置高負(fù)荷運(yùn)行，共外送天津石化甲烷氣49000噸，實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入約4600萬(wàn)元。

4 燃料系統(tǒng)的日常管理

為保證燃料系統(tǒng)的穩(wěn)定，最大限度地將富裕甲烷外送至天津石化，杜絕甲烷放火炬，在日常操作中進(jìn)行如下管理：

4.1 優(yōu)化燃料系統(tǒng)操作，最大限度地外送甲烷。在正常生產(chǎn)時(shí)，燃料系統(tǒng)不引入飽和液化氣或剩余碳四作為裂解爐燃料，當(dāng)燃料氣系統(tǒng)壓力波動(dòng)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)裂解爐出口溫度及稀釋比，保證燃料系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，杜絕燃料氣放火炬現(xiàn)象。

4.2 對(duì)空氣預(yù)熱器、火炬回收壓縮機(jī)等節(jié)能設(shè)備進(jìn)行定期檢查，保證其運(yùn)行正常。

4.3 通知調(diào)度及時(shí)與天津石化公司聯(lián)系，將甲烷及時(shí)外送至天津石化，保證燃料系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，確?；鹁婊厥諌嚎s機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，最大量地回收火炬氣。

4.4 每周兩次對(duì)乙烯裝置外送甲烷產(chǎn)品進(jìn)行組成分析，確保外送產(chǎn)品質(zhì)量合格。

5 結(jié)論

為適應(yīng)乙烯裝置原料性能及高負(fù)荷運(yùn)行的需要，先后2次對(duì)甲烷外送流程進(jìn)行優(yōu)化。項(xiàng)目實(shí)施后，2013年在裝置高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，能最大限度地外送甲烷氣，為乙烯裝置的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的創(chuàng)優(yōu)奠定良好基礎(chǔ)。

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