關(guān)于乙烯裂解爐標(biāo)定與工藝條件優(yōu)化研究

＊陳志強(qiáng)

（中國石化海南煉油化工有限公司 海南 578001）

1.前言

乙烯裂解爐在乙烯生產(chǎn)當(dāng)中具有極其重要的作用，其標(biāo)定與工藝條件不僅會(huì)影響乙烯的生產(chǎn)效率，而且還會(huì)影響乙烯的質(zhì)量，所以必須優(yōu)化乙烯裂解爐標(biāo)定與工藝條件。在此就以某石化公司的乙烯裂解爐為例，該乙烯裂解爐從20世紀(jì)80年代就開始運(yùn)轉(zhuǎn)，期間共進(jìn)行了兩次擴(kuò)建，分別為：450kt/a以及720kt/a，現(xiàn)階段該乙烯裂解爐的生產(chǎn)能力可達(dá)到800kt/a。不過此乙烯裂解爐仍存在很多的缺點(diǎn)，主要包括：規(guī)模小、爐型多、裂解原料復(fù)雜、裂解種類繁多等等，就使得裝置優(yōu)化變得非常困難，而且技術(shù)指標(biāo)還比較低。通常裂解物的收率標(biāo)定是判斷裂解爐運(yùn)行狀態(tài)的最佳方式，借助標(biāo)定以及產(chǎn)物價(jià)值測算能夠良好掌握工藝條件相應(yīng)的裂解收率分布情況，能夠給裂解爐的控制以及工藝條件優(yōu)化帶來很大的幫助。同時(shí)將標(biāo)定數(shù)據(jù)以及新產(chǎn)品的價(jià)格相結(jié)合，能夠準(zhǔn)確預(yù)測裂解物的價(jià)值，從而可以良好控制裂解爐，使經(jīng)濟(jì)利益水平達(dá)到最大化。于是就利用標(biāo)定結(jié)果得到了相應(yīng)的裂解工藝條件，再進(jìn)一步優(yōu)化工藝條件，使乙烯裂解爐達(dá)到了經(jīng)濟(jì)效益最大化的發(fā)展目標(biāo)。

2.標(biāo)定流程

現(xiàn)階段乙烯裂解爐在運(yùn)行的時(shí)候，存在著很多的問題，如原料結(jié)構(gòu)不合理、重油比較大等，不僅影響了乙烯的收率，而且還影響了裂解爐的效率、能耗，并且給乙烯裝置的發(fā)展帶來了抑制的作用，所以必須對乙烯裂解爐展開優(yōu)化。于是就對某石化公司的乙烯裂解爐展開了優(yōu)化研究，優(yōu)化后的乙烯裂解爐不僅運(yùn)行時(shí)間更長，而且生產(chǎn)效率更高，能耗更少。由此可見，對乙烯裂解爐標(biāo)定與工藝條件優(yōu)化非常有必要。為了增大乙烯裝置的生產(chǎn)規(guī)模和運(yùn)行時(shí)間，應(yīng)增設(shè)一些單元和設(shè)備。于是就增加了一臺(tái)裂解爐，不僅良好的解決了乙烯裂解爐效率低的問題，而且還充分發(fā)揮了裂解爐的作用，給乙烯產(chǎn)能提升帶來很大的幫助，既減少了乙烯的能耗，又增強(qiáng)了企業(yè)的競爭實(shí)力。通過對裂解物收率標(biāo)定能夠準(zhǔn)確得到裂解爐的運(yùn)行狀態(tài)，再利用標(biāo)定以及產(chǎn)物價(jià)值測算能夠良好掌握工藝條件相應(yīng)的裂解收率分布情況，給裂解爐控制以及工藝條件優(yōu)化帶來很大的幫助。另外，將標(biāo)定數(shù)據(jù)以及新產(chǎn)品的價(jià)格結(jié)合在一起，可準(zhǔn)確預(yù)測裂解物的價(jià)值，從而可以良好控制裂解爐，使經(jīng)濟(jì)利益水平達(dá)到最大化。為此，便借助標(biāo)定結(jié)果得出了裂解的工藝條件，從而進(jìn)一步優(yōu)化工藝條件，就可使乙烯裂解爐實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的目標(biāo)。

(1)乙烯裂裝置運(yùn)行現(xiàn)狀

本文所研究的乙烯裝置共由15臺(tái)裂解爐組成，其中有七臺(tái)是GK-VI型，有三臺(tái)是SRT-IV型，有兩臺(tái)是SL-II型，有三臺(tái)是CBL型，該乙烯裝置可以裂解很多種原料，主要包括：乙烷、輕烴、石腦油和加氫裂化尾油等。經(jīng)過對此乙烯裝置裂解爐的不斷改進(jìn)、優(yōu)化和完善，使得裝置節(jié)能效果更加顯著，生產(chǎn)效率更加快速，不僅很大程度上減少了裝置的能耗情況，而且還顯著增大了乙烯和三烯的收率，優(yōu)化效果非常明顯。另外，還利用KTI技術(shù)把原來LSCC1-1型爐管換成了GK-6型爐管，又對底部的燃燒器展開了改進(jìn)，改進(jìn)以后的乙烯裝置裂解爐生產(chǎn)水平從6萬t/a變成了8.4萬t/a，隨后又對乙烯裂解爐的對流段以及急冷鍋爐實(shí)施了優(yōu)化，首先增設(shè)了一層對流段，并運(yùn)用了換熱水平較強(qiáng)的急冷鍋爐，將優(yōu)化后的裂解爐投入生產(chǎn)，其排煙溫度最高可達(dá)140℃，平均可達(dá)130℃，溫度要比沒有優(yōu)化的低大概30℃，熱效率顯著提升，從原先的90.5%變成了93.36%，高壓蒸汽產(chǎn)率從原先的1噸/噸原料變成了1.43噸/噸原料，優(yōu)化后的乙烯裝置能夠良好實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果，并且裂解爐的對流段余熱回收率還顯著提升，高壓蒸汽量顯著增強(qiáng)，外引高壓蒸汽量顯著減少，很大程度上減少了能耗水平，這也意味著乙烯裝置裂解爐正向著節(jié)能的方向發(fā)展，能夠有效減少乙烯裝置的能耗情況。

(2)乙烯裂解爐的標(biāo)定流程

乙烯裂解爐的標(biāo)定流程主要為：首先，關(guān)閉防焦蒸汽，讓240℃的高溫裂解氣從裂解爐的廢熱鍋爐出口管一邊出來進(jìn)到水冷器中，以使裂解氣冷卻，冷卻溫度約為50℃，這時(shí)一些重餾分以及水蒸氣就會(huì)從氣相變成液相，然后將物料放到氣液分離器中，以展開氣液分離，此時(shí)氣相組分會(huì)進(jìn)到冰冷器中，繼續(xù)冷卻，直到溫度變?yōu)?℃，而氣液分離器以及冰冷器中的液相組分會(huì)合并在一起，之后被切割成很多個(gè)餾分，主要包括：裂解汽油、裂解柴油和裂解燃料油等等，其中裂解汽油的餾程為180℃以下和180～204℃；裂解柴油的餾程為204～288℃；裂解燃料油的餾程為288℃以上。對于餾程在180℃以下的餾分來說，應(yīng)著重對苯、甲苯、乙苯、苯乙烯和二甲苯含量展開分析，其氣相產(chǎn)物應(yīng)在冰冷器的氣相出口進(jìn)行取樣，利用氣相色譜對其組成成分實(shí)施檢測，對于剩下的氣相產(chǎn)物應(yīng)利用干式流量計(jì)測量之后再放空。

(3)乙烯裂解爐的標(biāo)定意義

就現(xiàn)階段的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r來看，目前的乙烯裂解爐收率標(biāo)定在實(shí)際的作業(yè)過程中具有一定的意義，而且具有較為廣泛的應(yīng)用，其中最為顯著的一個(gè)應(yīng)用就是能夠?qū)σ蚁┝呀鉅t進(jìn)行詳細(xì)的評價(jià)以及分析，也就是說工作人員在實(shí)際的作業(yè)過程中，可以通過某一種原料在實(shí)際工作過程中出現(xiàn)的裂物質(zhì)，有效的判斷裂解爐在實(shí)際運(yùn)行過程中可能存在的系統(tǒng)誤差。而且還可以將裂解爐產(chǎn)品的收率分布情況，使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行一定的模擬計(jì)算，從而高效的獲得原材料在特定操作條件下的產(chǎn)品收率情況，并將其與相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，這樣就能夠保障工作人員較好的獲得裂解爐運(yùn)行中存在的系統(tǒng)偏差，就現(xiàn)階段的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r來看，裂解爐運(yùn)行中最為常見的誤差就是COT指示誤差。如果日后工作人員對裂解爐的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析，對其進(jìn)行一定的工藝優(yōu)化工作的話，就可以有效的借鑒這些數(shù)據(jù)，從而根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀況和以前的相關(guān)數(shù)據(jù)，采取有效的方式有效的避免該設(shè)備在使用中出現(xiàn)系統(tǒng)誤差，從而保障整個(gè)裂解爐運(yùn)行的準(zhǔn)確性，對整個(gè)裂解爐的運(yùn)行情況進(jìn)行嚴(yán)格的掌握和把控。

除此以外，工作人員還能夠在此基礎(chǔ)上對整個(gè)裂解爐的操作參數(shù)進(jìn)行研究，從而保障自己設(shè)定的裂解爐操作參數(shù)能夠與原材料的加工條件相適應(yīng)和匹配，而工作人員在這一過程中還應(yīng)該根據(jù)原材料加工過程中發(fā)生的變化，對整個(gè)裂解爐的操作進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控以及調(diào)整，這樣就能夠有效的保障裂解爐運(yùn)行過程中，整體的技術(shù)得到較好的優(yōu)化和完善，為整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)和原材料加工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，工作人員還能夠?qū)φ麄€(gè)裂解爐運(yùn)行中產(chǎn)生的故障進(jìn)行深入的研究以及診斷，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，如果裂解爐或者是裂解爐的相關(guān)設(shè)備和爐管，在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)了熱偶指示偏差的話，就表明該設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)了一定的運(yùn)行異常狀況，而工作人員使用較為常規(guī)的方式并不能夠較好的發(fā)現(xiàn)其存在的問題以及危險(xiǎn)因素。但是如果使用收率標(biāo)定的話，就能夠保障工作人員在較短時(shí)間內(nèi)查詢出裂解爐運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，并分析其產(chǎn)生問題的原因，然后根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)以及查詢出來的原因，采取具有針對性的方式進(jìn)行解決和處理，這樣就能夠在極大程度上促進(jìn)整個(gè)裂解爐運(yùn)行的安全性以及工作效率的提升，為整個(gè)行業(yè)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.標(biāo)定結(jié)果

通常乙烯裂解爐在運(yùn)行過程中需要控制的參數(shù)有：投油量、蒸汽投料量、出口分壓以及裂解爐出口溫度等等，上述參數(shù)對裂解產(chǎn)物的收率均具有很大的影響。一般在生產(chǎn)的過程中，需要根據(jù)計(jì)劃來決定投油量，如果稀釋比保持不變時(shí)，蒸汽量也不會(huì)發(fā)生較大的改變，出口分壓會(huì)受壓縮機(jī)生產(chǎn)的影響，所以各項(xiàng)參數(shù)無法給乙烯裂解爐工藝條件優(yōu)化帶來有效的作用，并且乙烯裂解爐標(biāo)定采用的是實(shí)時(shí)投油量、蒸汽投料量以及出口分壓，所以僅能夠通過優(yōu)化裂解爐出口溫度（COT）來優(yōu)化工藝條件。于是就對部分臺(tái)次的乙烯裂解爐展開了標(biāo)定，因?yàn)樵系姆N類不同，主要包括：輕烴、拔頭油、石腦油和尾油等等，所以利用標(biāo)定就能良好得出乙烯裂解爐在不同的出口溫度（COT）中產(chǎn)物的收率情況，從而有效增強(qiáng)高附收率，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)利益。本文主要以5#石腦油裂解爐為研究對象，對乙烯裂解爐標(biāo)定流程展開了深入的研究。

(1)裂解原料和工藝條件

原料采集包括三個(gè)部分，一個(gè)是標(biāo)定前期，一個(gè)是標(biāo)定中期，一個(gè)是標(biāo)定末期，分別探究了其組成成分。5#石腦油裂解爐原料組成包括：正構(gòu)鏈烷烴、異構(gòu)鏈烷烴、烯烴、環(huán)烷烴以及芳烴。經(jīng)過研究能夠發(fā)現(xiàn)，原料鏈烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)始終保持在70.67%～71.16%，芳烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)始終保持在7.31%～8.07%，并且波動(dòng)幅度非常小，這就說明標(biāo)定時(shí)期原料組成非常的穩(wěn)定，因此標(biāo)定結(jié)果能夠良好比較。另外，在標(biāo)定時(shí)期原料投料量和稀釋比都有所變化，對于稀釋比來說，其從0.623變?yōu)?.656；對于投料量來說，其隨著出口溫度（COT）的增加越來越大，但是裂解停留時(shí)間從0.293s變成了0.261s。同時(shí)運(yùn)行參數(shù)以及原料族組成變化情況均給產(chǎn)物的收率與經(jīng)濟(jì)效益帶來了一些影響。

(2)乙烯裂解爐標(biāo)定結(jié)果分析

在標(biāo)定的時(shí)候，5#石腦油裂解爐已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)了9d，在標(biāo)定過程中共選擇了六處的出口溫度（COT）進(jìn)行研究。經(jīng)過對5#石腦油裂解爐主要產(chǎn)物收率和效益測算的研究，能夠得到不同出口溫度（COT）的裂解產(chǎn)物收率和效益測算情況，當(dāng)出口溫度（COT）從790℃變?yōu)?40℃的時(shí)候，表征裂解深度的P/E值就從0.65變成了0.47，同時(shí)乙烯的收率顯著提高，丙烯的收率顯著降低。通過石腦油標(biāo)定情況可知，最佳的P/E值是0.55，如果裂解深度過大就會(huì)導(dǎo)致裂解爐的運(yùn)行時(shí)間較長。通過能耗情況可知，當(dāng)出口溫度（COT）越高，燃料氣的消耗量就會(huì)越大，由此乙烯裂解爐的能耗量就會(huì)變大。通過裂解產(chǎn)物高附收率和出口溫度（COT）的變化情況能夠發(fā)現(xiàn)，高附收率、三烯收率以及出口溫度（COT）會(huì)先增加到最大值，然后開始下降。經(jīng)過研究能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噸原料效益處于最大值時(shí)，其出口溫度（COT）為820℃。通過對化工產(chǎn)品的價(jià)格研究得到了5#石腦油裂解爐噸原料效益與出口溫度（COT）的變化關(guān)系，從噸原料效益與出口溫度（COT）的變化可知，出口溫度（COT）從790℃變成840℃時(shí)，噸原料效益為先增加后下降的形式，當(dāng)出口溫度（COT）為820℃的時(shí)候，噸原料效益最佳。

(3)乙烯裂解爐標(biāo)定結(jié)論

在乙烯裂解爐標(biāo)定之前，5#石腦油裂解爐的實(shí)際出口溫度（COT）均會(huì)處于830℃，結(jié)合噸原料經(jīng)濟(jì)效益和高附收率情況來看，應(yīng)當(dāng)依據(jù)生產(chǎn)的情況適當(dāng)減少出口溫度（COT），這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)工藝條件優(yōu)化，而且還能減少能耗，避免能源浪費(fèi)，對經(jīng)濟(jì)效益提升具有很大的幫助。

(4)乙烯裂解爐標(biāo)定情況和實(shí)施情況

當(dāng)乙烯裂解爐標(biāo)定完成以后，就取得了不同出口溫度（COT）的產(chǎn)物收率和噸原料效益變化形式，從噸原料效益以及高附收率角度來看，得到了各自的最佳裂解出口溫度（COT），對于1＃尾油爐來說，標(biāo)定前為808，建議為800，優(yōu)化后為798；對于2＃尾油爐來說，標(biāo)定前為784，建議為800，優(yōu)化后為798；對于4#石腦油爐來說，標(biāo)定前為835，建議為829，優(yōu)化后為830；對于5#石腦油爐來說，標(biāo)定前為830，建議適當(dāng)降低，優(yōu)化后為825；對于9#輕烴爐來說，標(biāo)定前為848，建議保持不變，優(yōu)化后仍為848；對于10#輕烴爐來說，標(biāo)定前為840，建議為835，優(yōu)化后為835；對于11#輕烴爐來說，標(biāo)定前為848，建議適當(dāng)降低，優(yōu)化后為844；對于12#輕烴爐來說，標(biāo)定前為848，建議保持不變，優(yōu)化后仍為848，通過標(biāo)定結(jié)果可知，對乙烯裂解爐的出口溫度（COT）展開優(yōu)化之后，乙烯裂解爐的工藝條件有了顯著的改變，尤其是乙烯三烯收率以及總高附收率，它們均顯著增大，其中乙烯總高附收率從59.97%變成了60.94%，此次提升和乙烯裂解爐標(biāo)定、工藝條件優(yōu)化有著很大的關(guān)系。由此可見，借助乙烯裂解爐標(biāo)定數(shù)據(jù)能夠充分了解乙烯裂解爐的運(yùn)行情況，給乙烯裂解爐工藝條件優(yōu)化帶來了很大幫助。

通過此次研究結(jié)果，能夠清楚了解各種類型乙烯裂解爐的性能和工藝特點(diǎn)，給乙烯裂解爐的發(fā)展帶來了很大的促進(jìn)作用，尤其是經(jīng)濟(jì)效益，非常的可觀。通過研究能夠發(fā)現(xiàn)，標(biāo)定數(shù)據(jù)既能夠有效體現(xiàn)出裂解爐的運(yùn)行狀況，又能夠給工藝條件優(yōu)化帶來指導(dǎo)作用，使乙烯裂解爐更加的高效、節(jié)能。

4.總結(jié)

通過上述內(nèi)容可知，乙烯裂解爐標(biāo)定非常重要，能夠很大程度的影響到乙烯裂解工藝條件的優(yōu)化情況，對工藝條件優(yōu)化具有促進(jìn)的作用，為了研究不同類型的乙烯裂解爐，便加大了研究力度，得到了各種裂解爐的最佳工藝運(yùn)行條件，同時(shí)還顯著增大了乙烯裂解爐的高附收率。另外，還將標(biāo)定數(shù)據(jù)與新產(chǎn)品的價(jià)格相結(jié)合，準(zhǔn)確預(yù)測出了裂解物的價(jià)值，進(jìn)而給乙烯裂解爐發(fā)展帶來了積極的影響，使乙烯裂解企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益水平達(dá)到最大，因?yàn)闃?biāo)定結(jié)果就能夠得到相應(yīng)的裂解工藝條件，在此工藝條件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)施優(yōu)化，就能讓乙烯裂解爐達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化，并且充分發(fā)揮出乙烯裂解爐的性能和作用，不僅給乙烯裝置的發(fā)展帶來了巨大的作用和經(jīng)濟(jì)效益，而且還使得我國工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展更加迅速，從而推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展更快。