乙烯裂解裝置燃料氣系統的節能降耗的優化方法

李曉輝(中韓石化武漢乙烯烯烴分部乙烯裝置 430082)

近些年來，我國的經濟取得了快速發展，乙烯工業也取得了進步。2006年，我國的乙烯產量和產能取得了突破性的增長，成為了世界上第二大乙烯生產國。而降低乙烯裂解裝置中的燃料氣系統能耗，能夠進一步增加效益。

一、乙烯裂解裝置燃料氣系統工作原理

乙烯裂解爐使用的是自產的甲烷氫作為燃料，通過回收系統進行分離得到，但是產量并不會隨著裂解爐的需求而有所變化。由于裂解裝置的在生產中呈動態變化，所以必須不斷補充備用燃料，避免燃料系統的變動對裂解爐運行產生影響。系統自產甲烷氫的量和裂解爐需求量比較接近，但裝置在生產中甲烷氫的需求量處于動態變化中，這使得燃料氣系統一直處于盈缺動態循環中，必須補入或者排放循環燃料，就會形成燃料氣間斷排放火炬。因為燃料氣系統一直處于動態的平衡中，當裂解爐熱效率降低時，這種平衡關系將會被打破，就必須及時補充備用燃料氣。而與自產甲烷氫相比，備用燃料氣的價格更高，這就造成了乙烯生產成本的上漲。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，這就比國內其它改擴建以后的裝置燃料氣優化更為復雜，不像其他改擴建的新老裝置之間能夠相互補充。武漢乙烯燃料氣系統如圖1所示：

圖1 裂解裝置燃料氣系統

二、乙烯裝置燃料氣系統的節能降耗方法

1.借助空氣預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裂解裝置中的一臺裂解爐進行技術攻關，試圖設計出空氣預熱器，并且取得了成功。在兩年之后，開始在生產中實施空氣預熱器改造計劃。空氣預熱器的主要熱源來自于裂解裝置內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，實現了裂解爐燃燒裝置優化的目的。從2011年之后，裂解裝置計劃安裝總共8臺預熱器，利用乙烯裝置內的中壓蒸汽凝液，并且對其中的某個燃氣爐使用空氣預熱器前后的情況進行了核算。當使用了空氣預熱器之后，燃氣爐不論是使用NAP或者是LPG，消耗的燃料氣量都下降。在COT和復合不變的情況下，使用NAP作為裂解爐燃料，燃料氣的用量下降了將近8%。當使用LPG作為裂解爐燃料時，燃料氣的消耗量下降了將近6%。通過對使用空氣預熱器前后消耗燃料氣量的對比，能夠發現能源節省不少，而且還改善了火焰燃燒的狀態，火焰高度有所下降，火焰發飄的情況有所改善，降低了對流段溫度，設備運行壽命有效延長。

2.冷備裂解爐減少燃料消耗

為了進一步降低裂解爐燃料消耗，裂解車間分析和研究了能夠對裂解爐運行產生影響的因素和能夠降低備用裂解爐能耗的影響因素，并且進行了技術攻關。公司的乙烯裂解裝置如果熱備用燃料氣消耗量2600kg/h,當采用冷備時，裝置燃料氣消耗量則會明顯降低，乙烯能耗就會降低。后來，對裂解爐工藝操作進行了優化，將裂解爐各項管理更加細致化，在延長裂解爐運行周期，穩定在線裂解爐運行的情況下，針對備用裂解爐實施了冷態備用手段，實現了降低燃料消耗的目的。從2011年之后，先后將多臺燃氣爐停爐冷態備用，全年節省了燃料氣約2850t，節省成本達到了84萬元左右。

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甲烷氫和裂解爐需要的燃料之間保持平衡，當不足時需要補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，餾分副產甲烷能夠實現燃料平衡。裂解原料質量和裂解爐的裂解深度決定了燃料氣的甲烷氫量。當原料質量較差或者裂解深度較高時，甲烷氫收率比較高，用于裂解爐熱量轉移的燃料氣過量，需要將過剩燃料氣送往裝置外，甚至排放至火炬系統。當情況相反時，燃料氣量不滿足需求就要從外界進行補充。控制裝置的損失率，就是要控制裂解深度位于合理的程度，不會造成燃料氣過量排放，同時還要提高三烯收率。所以，裂解車間根據系統的要求，對工藝控制參數進行了調整，控制裂解深度，保證甲烷氫不會過量，力求使燃料氣系統物料實現平衡。燃料氣系統的控制原理是在保障裂解裝置系統穩定的前提下，將燃料氣外送到各個用戶，使燃料氣的利用率提高。

4.操作和維護燃料氣系統

在優化燃料氣系統時，工藝調優和生產操作能夠有效提高裂解爐熱效率，使生產能夠長久安全運行。首先，由于設備老化，燃料氣系統中的熱蒸汽疏水器造成了非常嚴重的損壞，致使燃料氣的伴熱無法正常使用，而利用燃料氣過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，節約燃料。其次，可以采用先進的儀表自動控制技術，保證系統穩定。比如采用自動熱值補償控制，采用后避免了裂解爐系統波動，即便裝置發生波動，燃料供應意外中斷，而備用燃料也正在使用中，此時自動熱值補償控制裝置會進行自動補償。再者，要加強檢測對火嘴狀態，對側壁和底部火嘴燃燒情況進行檢查，如果發現火焰發散、發飄或者堵塞等情況，要將風門拆下徹底清潔或者調整風門，要將火嘴燃燒狀態調整至最佳。同時可以制定定期清理火嘴的計劃，可以利用停爐冷備時對火嘴進行清理。另外，還可以通過調整過剩空氣系數，將煙氣中氧含量降低，控制在2%到3%之間，控制空氣過剩系數在1.2%，保證裂解爐處于最佳燃燒狀態，同時要定期檢查裂解爐熱效率，依據檢測結果對空氣過剩系數進行及時調整。

結語

在降低燃料氣系統的消耗時，要首先平衡裂解裝置燃料，平衡盈缺，降低排放，同時優化燃燒條件，促進燃燒效率提高，降低乙烯能耗。

[1]焦寧寧．乙烯裝置技術經濟分析與建議[J]．石油化工技術經濟，2002，18(5):13-17.

[2]王松漢，何細藕．乙烯工藝與技術[M]．北京：中國石化出版社，2000：680-681.