乙烯裝置實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水技術(shù)方案分析

文_王勇猛 朱志成 邱雨佳 孫偉 沈陽(yáng)石蠟化工有限公司

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，我國(guó)各個(gè)社會(huì)領(lǐng)域?qū)δ茉吹男枨罅恳渤尸F(xiàn)出大幅度增加的趨勢(shì)。作為一個(gè)能源消耗大國(guó)，我國(guó)雖然已經(jīng)構(gòu)建起了多種能源供應(yīng)渠道，但仍然無(wú)法滿足工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。近年來(lái)，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。尤其是在能源開采和能源轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，容易對(duì)自然環(huán)境造成污染與破壞。同時(shí)，化石燃料的大量燃燒也會(huì)造成大氣污染。在污染物排放量超過(guò)環(huán)境承受能力的情況下，就會(huì)出現(xiàn)大氣污染、河流污染等一系列的問(wèn)題，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境不斷惡化。

為了從根本上解決這一問(wèn)題，就要改變這種高能耗、高排放以及低效率的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，推動(dòng)社會(huì)向清潔、可持續(xù)的方向發(fā)展。乙烯裝置的運(yùn)行和使用關(guān)系到石化工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)關(guān)系到國(guó)家化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。在國(guó)際油價(jià)和天然氣價(jià)格不斷上升的時(shí)代背景下，對(duì)乙烯裝置進(jìn)行節(jié)水節(jié)能改造具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。

1 乙烯裝置實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水技術(shù)方案

1.1 裂解爐系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術(shù)方案

1.1.1 優(yōu)化原料

在工業(yè)實(shí)踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，乙烯裝置中原料的裂解性能在很大程度上會(huì)對(duì)乙烯生產(chǎn)的能源消耗水平產(chǎn)生影響，為了達(dá)到節(jié)能節(jié)水的效果，需就要在裂解爐系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)原料進(jìn)行優(yōu)化，這主要與上游煉廠的配套有關(guān)。目前的配套式主要是“大煉油小乙烯”，在進(jìn)行原料選擇的時(shí)候有著較大的靈活性。在這樣的此情況下，可以通過(guò)“煉油化工一體化”的形方式來(lái)達(dá)到原料優(yōu)化的效果，在其中堅(jiān)持“宜烯則烯、宜芳則芳”的原則來(lái)選擇原材料，可以使煉廠和乙烯裝置的原料實(shí)現(xiàn)互相供應(yīng)，并在此基礎(chǔ)上達(dá)到原料優(yōu)化的效果。

除了對(duì)資源配套系統(tǒng)進(jìn)行完善之外，還可以運(yùn)采用新工藝來(lái)對(duì)原料進(jìn)行優(yōu)化。一方面，可以對(duì)石腦油進(jìn)行預(yù)處理。當(dāng)前乙烯裝置所使用的原材料當(dāng)中大多會(huì)包含石腦油，經(jīng)過(guò)預(yù)處理，可以將其中的芳烴等裂解性能比較差的烴組分進(jìn)行去除，進(jìn)而使原料的芳烴指數(shù)得到降低，同時(shí)使乙烯收率得到提高，這對(duì)于能耗的降低來(lái)說(shuō)有著極為重要的意義；另一方面，可以對(duì)煉廠的干氣進(jìn)行回收。在煉廠當(dāng)中，無(wú)論是催化裂化裝置還是焦化裝置的干氣當(dāng)中都會(huì)含有一定量的輕烴成分，通過(guò)對(duì)該成分進(jìn)行回收，可以用于乙烯的生產(chǎn)，這也是降低乙烯裝置能源消耗的重要途徑。在實(shí)踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，這種方法可以使乙烯裝置達(dá)到良好的節(jié)能節(jié)水效果。

1.1.2 提高輻射段爐管的選擇性

在裂解爐系統(tǒng)當(dāng)中，輻射爐管是一個(gè)重要的構(gòu)成部分，該部分的設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)整個(gè)裂解爐的性能產(chǎn)生影響。通過(guò)對(duì)輻射段爐管的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，提高爐管的選擇性、增強(qiáng)爐管的處理能力，可以提高乙烯的收率、降低原料消耗，進(jìn)而可以達(dá)到節(jié)能節(jié)水的效果。具體來(lái)說(shuō)，為了提高輻射段爐管的選擇性能，就要適當(dāng)?shù)靥岣叻磻?yīng)溫度，同時(shí)使烴類裂解停留的時(shí)間被縮短，同時(shí)使裂解烴的分壓得到降低。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的很多專利商都在這方面做出了一系列的努力，獲得了良好的效果。對(duì)于那些比較老舊的乙烯裝置來(lái)說(shuō)，在爐管技術(shù)改造或者更新的時(shí)候可以采用高選擇性能的爐管來(lái)提高乙烯收率。

1.1.3 提高裂解爐的熱效率

通過(guò)提高裂解爐的熱效率，可以減少使燃料的單耗量減少，進(jìn)而使整個(gè)裂解爐系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能節(jié)水的效果。在對(duì)乙烯裝置進(jìn)行優(yōu)化和改造的過(guò)程當(dāng)中，人們對(duì)裂解爐能量綜合運(yùn)用尤為關(guān)注，通過(guò)整體設(shè)計(jì)的方式促進(jìn)了裂解爐熱效率的提高。通過(guò)這種方式，可以使排煙溫度得到大幅度降低，同時(shí)對(duì)空氣過(guò)剩系數(shù)進(jìn)行控制，燃燒空氣和燃料氣可以得到預(yù)熱，達(dá)到了更好的絕熱、保溫效果。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在排煙溫度每降低20℃的情況下，裂解爐的熱效率將會(huì)提高1%。而通過(guò)對(duì)燃料氣進(jìn)行凈化，可以將其中存在的硫等常見雜質(zhì)脫除，以此來(lái)減少酸性氧化物的生成。同時(shí)可以使排煙溫度降低，提高整個(gè)裂解爐的熱效率。除此之外，還可以將乙烯裝置當(dāng)中的低壓放空蒸汽、中壓冷凝液以及循環(huán)機(jī)冷水作為加熱的介質(zhì)，使用空氣預(yù)熱器將裂解爐爐膛當(dāng)中的空氣加熱，從而提高空氣的溫度，減少裂解爐所消耗的燃料量。

1.2 急冷系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術(shù)方案

1.2.1 中間回流

在中間回流操作的過(guò)程當(dāng)中，技術(shù)人員可以從急冷油塔中的某塊板當(dāng)中抽取一定量的高溫盤油，將其作為汽提塔的再沸器熱源。在盤油溫度降低之后，將裂解氣冷卻到壓縮機(jī)的吸入溫度，就可以將裂解后的燃料油、柴油以及重汽油進(jìn)行分離。在急冷區(qū)，裂解氣的溫度可以在短時(shí)間內(nèi)被降低至40℃左右，在這之后被送入到壓縮機(jī)當(dāng)中，這可使裂解氣傳遞的效率得到提升，同時(shí)減少熱能的損耗。

通常來(lái)說(shuō)，乙烯裝置循環(huán)冷卻系統(tǒng)的溫度會(huì)被控制在200℃左右，該系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中所產(chǎn)生的熱量會(huì)被用來(lái)產(chǎn)生稀釋蒸汽。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，總蒸汽的50%～80%都會(huì)由稀釋蒸汽產(chǎn)生。而循環(huán)塔中部的溫度通常在165～170℃。但其中的溫度被冷卻到120℃左右的時(shí)候，就會(huì)從循環(huán)塔的塔釜位置轉(zhuǎn)移到中部位置。在這個(gè)此過(guò)程中，冷卻塔內(nèi)部各部分溫度能夠?qū)崿F(xiàn)有效分布，可以使冷卻塔保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，在冷卻水的作用下，冷卻塔的溫度低最終會(huì)保持在80 ～85℃。在該溫度下，可以將脫乙烷、丙烷以及再沸器冷卻水注入到急冷水塔當(dāng)中去，以此來(lái)降低系統(tǒng)中溫位的熱量，使該部分熱量能夠順利回流。

1.2.2 優(yōu)化急冷油黏度

急冷油當(dāng)中含有多種成分的雜環(huán)化合物和不飽和烴，因此在循環(huán)至急冷器當(dāng)中的時(shí)候會(huì)與高溫裂解氣發(fā)生縮合反應(yīng)和結(jié)焦反應(yīng)，這是造成急冷系統(tǒng)能量浪費(fèi)的重要原因。為了解決這一問(wèn)題，就要對(duì)急冷油的黏度進(jìn)行優(yōu)化。如果餾分比較多的話，急冷油的黏度就會(huì)比較高。如果黏度超過(guò)一定程度，乙烯裝置在運(yùn)行的過(guò)程中只能通過(guò)降低汽油分餾塔塔釜溫度的形式來(lái)降低蒸汽稀釋量，并開展后續(xù)的操作，也只有這樣才能使急冷油的黏度保持在比較低的程度，使塔釜的溫度保持在比較高的程度。通過(guò)降低急冷油的黏度，可以使乙烯裝置的能量消耗得到控制。內(nèi)部急冷油的黏度沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的話，使用溫度就通常可以達(dá)到190℃。

實(shí)踐證明，與減黏處理的汽油分餾塔相比，這種方式將會(huì)多消耗5%左右的能量。在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，會(huì)有一些輕質(zhì)餾分經(jīng)過(guò)急冷油系統(tǒng)并進(jìn)入循環(huán)。通過(guò)降低急冷油的黏度，可以使塔釜溫度保持在較高的水平，進(jìn)而減少能量的消耗量。

某化工企業(yè)在對(duì)乙烯裝置進(jìn)行改造的時(shí)候，為了達(dá)到節(jié)能節(jié)水的效果，就將乙烷爐裂解氣作為燃料油汽提塔的介質(zhì)，在多次試驗(yàn)之后最終將塔頂?shù)臏囟仍O(shè)定為250 ～300℃。在此基礎(chǔ)上，還構(gòu)建起一套完善的中油循環(huán)系統(tǒng)來(lái)對(duì)急冷油的黏度進(jìn)行控制，使整個(gè)操作系統(tǒng)的安全性得到了提升。在急冷油黏度增加的情況下，汽提塔的塔釜位置的溫度會(huì)降低，同時(shí)塔頂?shù)臏囟葧?huì)升高，這造成稀釋蒸汽發(fā)生量減少。為了避免這一問(wèn)題，企業(yè)在新生產(chǎn)線和老生產(chǎn)線的急冷油系統(tǒng)當(dāng)中使用了互聯(lián)減黏技術(shù)。在運(yùn)營(yíng)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)舉措每小時(shí)可以幫助企業(yè)減少約40t 的中壓蒸汽消耗，每年節(jié)省的成本支出約為3000 萬(wàn)元。

1.3 壓縮系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術(shù)方案

1.3.1 提升裂解氣壓力

乙烯裝置裂解氣當(dāng)中含有大量的氫氣和甲烷，通過(guò)使氣體分離時(shí)的制冷難度降低，可以采取壓縮的手段來(lái)使氣體的壓力得到增加。在這樣的情況下，裂解氣會(huì)在壓縮機(jī)的作用下被分為五段進(jìn)行壓縮，在壓縮與裂解之后所排出的冷凝液還會(huì)被二次閃蒸。第一次閃蒸之后的裂解氣會(huì)被自動(dòng)送至壓縮機(jī)出口的位置，而第二次閃蒸之后所得到的裂解氣則會(huì)被自動(dòng)送至入口的位置。通過(guò)這種方式，壓縮機(jī)與凝液蒸餾塔的負(fù)荷可以得到降低，最終達(dá)到節(jié)能節(jié)水目的。

1.3.2 減少聚合結(jié)焦反應(yīng)

在乙烯裝置的壓縮系統(tǒng)當(dāng)中會(huì)發(fā)生大量的聚合結(jié)焦反應(yīng)，該反應(yīng)不僅會(huì)對(duì)裝置的性能和運(yùn)行周期造成影響，同時(shí)還可能降低系統(tǒng)運(yùn)行效率，造成能源的浪費(fèi)。聚合結(jié)焦反應(yīng)主要指的是裂解氣當(dāng)中所含有的物質(zhì)在較高溫度下發(fā)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)之后所得到的聚合物會(huì)粘附在系統(tǒng)的葉片、隔板以及級(jí)間流道的表面。隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，這些聚合物的量也會(huì)不斷增多，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間積累之后會(huì)對(duì)壓縮機(jī)的流量造成影響，同時(shí)使壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)幅度大大提升，并使其氣動(dòng)性能和機(jī)械性能受到影響，造成大量的能源消耗。因此，在節(jié)能節(jié)水技術(shù)方案當(dāng)中，要減少聚合結(jié)焦反應(yīng)。在實(shí)踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)溫度達(dá)到85℃的情況下時(shí)，聚合結(jié)焦反應(yīng)的速度也會(huì)增加。因此，對(duì)溫度進(jìn)行有效控制，將其控制在85℃以下，才可以減少聚合結(jié)焦反應(yīng)的發(fā)生。

某企業(yè)在節(jié)能節(jié)水技術(shù)方案改造的過(guò)程中應(yīng)用了一種先進(jìn)的裂解氣壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)不僅可以注水，還可以注油，同時(shí)可以通過(guò)降低出口溫度的形式來(lái)減少系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)的聚合結(jié)焦反應(yīng)。在操作的過(guò)程中，工作人員使用級(jí)間注水技術(shù)，在壓縮機(jī)出口的位置進(jìn)行噴水。在水與裂解氣相接觸之后二者會(huì)發(fā)生氣化反應(yīng)，同時(shí)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)吸收大量的熱，使氣體的溫度被降至85℃以下，這不僅使聚合結(jié)焦反應(yīng)發(fā)生率降低，同時(shí)也使壓縮機(jī)的功耗得到了降低，節(jié)能節(jié)水效果比較明顯，企業(yè)的成本支出也得到了降低。

2 乙烯裝置實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水的措施

2.1 罐區(qū)停運(yùn)和揮發(fā)性有機(jī)物治理

近年來(lái)，乙烯裝置當(dāng)中基本不會(huì)再使用拱頂常壓罐。這些常壓罐雖然已經(jīng)停用，但很多都沒(méi)有被倒空，罐體的底部還殘存留著大量的油泥。同時(shí)，石腦油罐和粗汽油罐目前仍在使用。在乙烯制備的過(guò)程中，石腦油仍然是主要的材料，因此石腦油罐無(wú)法直接停用，需要將儲(chǔ)運(yùn)車間的油罐跨過(guò)乙烯二聯(lián)合車間，直接用于裂解爐進(jìn)料預(yù)熱。在這個(gè)過(guò)程中，可以將乙烯二聯(lián)合車間的石腦油罐和進(jìn)料泵停用，并將石腦油泵拆除，將其放置在儲(chǔ)運(yùn)聯(lián)合車間的原料裝置。而對(duì)于粗汽油罐來(lái)說(shuō)，可以對(duì)部分流程進(jìn)行加氫處理，并使用外送泵跨過(guò)油罐直接送至乙烯一聯(lián)合。對(duì)于已經(jīng)隔離但是底部油泥沒(méi)有被處理的儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)，可以使用COWS 原油儲(chǔ)罐清洗技術(shù)來(lái)進(jìn)行清洗，并停用拱頂罐。

在乙烯裝置運(yùn)行的過(guò)程中，如果閥門、法蘭等位置發(fā)生泄漏的話，可能會(huì)造成揮發(fā)性有機(jī)物污染，同時(shí)會(huì)造成能源浪費(fèi)。為了避免此問(wèn)題，就要定期對(duì)裝置內(nèi)所有的閥門和法蘭的密封面進(jìn)行檢測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)物超標(biāo)，需要通過(guò)擰緊法蘭、更換墊片以及更換填料等形式進(jìn)行處理。

2.2 提高循環(huán)水換熱器的換熱效率

乙烯裝置當(dāng)中配備的循環(huán)水換熱器，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行之后表面會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢，如果沒(méi)有及時(shí)清理會(huì)對(duì)裝置換熱的效果產(chǎn)生影響。因此，要對(duì)裝置內(nèi)部循環(huán)水換熱器進(jìn)行周期性反沖，做好相應(yīng)的清理工作。在完成反沖之后，換熱器的溫度通?？梢韵陆?℃左右，這可以使換熱效率得到明顯提升，減少乙烯裝置在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中對(duì)循環(huán)水的需要。對(duì)于冬季防凍循環(huán)水換熱器來(lái)說(shuō)，在運(yùn)行的時(shí)候可以將旁路稍微打開。在氣溫回升之后，再將循環(huán)水管線旁路閥進(jìn)行關(guān)閉，也可以降低循環(huán)水的消耗量。

2.3 對(duì)裂解爐對(duì)流段進(jìn)行化學(xué)清洗

裂解爐在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后，流段爐管的表面會(huì)存在明顯的積灰。這些積灰如果沒(méi)有得到及時(shí)清理，會(huì)導(dǎo)致爐體排煙溫度升高，同時(shí)使熱效率降低。為了解決這一問(wèn)題，需定期對(duì)裂解爐進(jìn)行化學(xué)清洗，將其中的積灰和積垢進(jìn)行清理，使流段爐管的導(dǎo)熱性能得到提高，同時(shí)增強(qiáng)整個(gè)爐體的換熱效率。在實(shí)踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，在完成清洗之后，裂解爐的排煙溫度可以比之前降低10℃左右，熱效率從90%提升到了94%，這起到了明顯的節(jié)能節(jié)水效果。

2.4 避免非計(jì)劃停工造成的低負(fù)荷和高能耗

為了使乙烯裝置在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中保持周期平穩(wěn)的狀態(tài)，避免出現(xiàn)非計(jì)劃停車的問(wèn)題，要設(shè)置備用裂解爐。同時(shí)，要避免裂解爐長(zhǎng)期處于恒溫的狀態(tài)，否則會(huì)導(dǎo)致裝置處于低負(fù)荷的狀態(tài)，同時(shí)使運(yùn)行周期縮短，出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)焦問(wèn)題，對(duì)燒焦的質(zhì)量造成影響，增加能量消耗。為了避免這一問(wèn)題，首先要提前一個(gè)季度對(duì)裂解爐的燒焦計(jì)劃和運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行安排，同時(shí)要按照相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)來(lái)對(duì)裂解爐的負(fù)荷進(jìn)行有效控制，使其保持標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷狀態(tài)，避免負(fù)荷過(guò)高或過(guò)低。其次，要對(duì)輻射段爐管進(jìn)行定期測(cè)溫，避免爐管超溫的現(xiàn)象出現(xiàn)。如果在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)溫度變化明顯或者局部溫度過(guò)熱的話，需要及時(shí)做好調(diào)整，否則可能會(huì)因?yàn)槌瑴亟Y(jié)焦而對(duì)乙烯裝置的運(yùn)行周期造成影響。最后，還可以在單位內(nèi)部開展裂解爐特護(hù)比賽，使基層員工都能主動(dòng)參與裂解爐維護(hù)工作當(dāng)中來(lái)，了解乙烯裝置的運(yùn)行知識(shí)，并在自己的崗位上采取有效的措施來(lái)確保裂解爐和乙烯裝置保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

在乙烯裝置運(yùn)行的過(guò)程中，為了達(dá)到乙烯裝置節(jié)水節(jié)能的效果，就要對(duì)裂解爐、急冷系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合系統(tǒng)的特點(diǎn)和工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行完善，減少不必要的能源消耗，減少循環(huán)水的使用，促進(jìn)熱效率的提高。還要通過(guò)罐區(qū)停運(yùn)和揮發(fā)性有機(jī)物治理、提高循環(huán)水換熱器的換熱效率、對(duì)裂解爐和流段進(jìn)行化學(xué)清洗等措施來(lái)達(dá)到節(jié)能節(jié)水的效果。另外還要避免非計(jì)劃停工造成的低負(fù)荷和高能耗。