原料多元化對乙烯裝置的影響及應對措施

趙治峪，許巖峰，呂云江

（中國石化揚子石油化工有限公司烯烴廠，江蘇南京 210048）

揚子乙烯裝置自1987年開車以來，原設計裂解料僅有常壓柴油（AGO）、減壓柴油（HGO/HVGO）、直餾石腦油（NAP）3種原料，為充分發揮揚子煉化一體化優勢，按照“宜油則油、宜芳則芳、宜烯則烯”的原則，經過多年的不斷探索和實踐，乙烯裂解原料不斷輕質化、優質化、多元化，目前有來自煉油、芳烴、外購（丙烷、液化氣）等多達14種裂解料，這不僅對裂解爐有一定的影響，對裝置的后系統也有一定的影響。

1 原料多元化對裝置運行績效指標影響

近幾年來，隨著分子管理不斷的深入，優質、輕質的裂解原料比例增加提升了乙烯裝置績效，特別是LPG（液化氣）、吸附石腦油、高壓加氫尾油等優質裂解料比例的提高，使得揚子乙烯裝置的乙烯收率、高附產品收率等指標得到明顯提升，而乙烯能耗、高附產品能耗等指標明顯降低，具體如圖1所示。

2 原料多元化對后系統影響及應對措施

隨著輕質料、優質料為主的多元化的原料投入，急冷、壓縮、分離等后系統匹配性的矛盾凸顯，以下就其中比例較高的優質裂解料部分如液化氣、吸附石腦油和高壓加氫尾油等投用后對后系統的影響進行分析。

2.1 裂解液化氣對裝置后系統影響及應對措施

SPRYO軟件模擬及實踐表明，裂解LPG乙丙收率明顯比裂解直餾石腦油高[2]。近幾年來，揚子乙烯裝置裂解LPG的比例在不斷增加，最大時已達20%左右；通過裂解液化氣替代部分直餾石腦油，提升了裝置主要產品收率，詳見表1。

通過表1可以看出，相比裂解石腦油，裂解LPG乙烯、丙烯產品收率較高，C4以上組分收率下降較大，同時裂解產物中的循環丙烷比例增加較多。

隨著裂解丙烷和液化氣比例的增加，原料產物與裝置后系統匹配問題開始逐步顯現，主要表現在急冷水系統、壓縮系統和丙烯精餾系統的不匹配。

圖1 揚子乙烯裝置近幾年績效指標情況

表1 不同原料裂解產物收率對比

2.1.1 LPG質量對急冷單元影響及應對措施

液化氣通過1號乙烯裝置急冷水加熱的液化氣蒸發器氣化、低壓蒸汽過熱后進入1號乙烯裂解爐裂解，LPG蒸發器的運行狀況直接影響到LPG裂解爐的穩定運行。液化氣蒸發壓力主要受到急冷水流量、溫度和蒸發器換熱效率影響，具體流程見圖2。

目前急冷水溫度控制在88℃左右，流量控制在250 t/h左右，急冷水溫度較高，使得急冷水含油量高、乳化風險較大。經對LPG蒸發器切出清理和對垢樣分析表明，LPG中夾帶有微量的水和較多的不飽和烴。不飽和烴逐步聚合導致換熱器列管堵塞，造成換熱不良，進而影響LPG爐的進料壓力和投料量。對LPG品質不佳導致的結垢問題，采取的應對措施有：①增設脫水罐，定期脫水；②提高互供料質量標準，減少不飽和烴含量；③通過換熱器底部排污管線定期排放污油至污油罐，提高換熱器的清潔度。

圖2 LPG蒸發系統流程

另外，由表1可以看出，裂解LPG與裂解石腦油相比，裂解汽油產量同比減少13.7百分點，裂解中油和乙烯焦油也減少4.9百分點。對于揚子LPG只在1#乙烯裝置裂解的實際情況，在正常LPG投入量在40 t/h的情況下，裂解汽油將減少5.28 t/h，柴油和燃料油減少1.96 t/h。這種情況往往導致急冷水塔釜汽油液位不正常，現場不得不引入裂解汽油和裂解中油維持急冷單元油系統的平衡。

2.1.2 對壓縮單元影響及措施

根據SPYRO軟件模擬可知，每噸液化氣裂解氣量比每噸石腦油裂解氣量多180 m3/h左右，若以正常液化氣投入量40 t/h計，同等投入量情況下，裂解氣量約增加7 200 m3/h，在目前裂解氣壓縮機能力已充分利用的前提下，若確保投入量不變，裂解氣壓縮機一段吸入壓力將不得不逐步提高，若確保乙烯產量不變，則必須減少投入量。目前隨著裂解LPG的比例增加，雖投入量逐年下降，但裂解氣壓縮機一段吸入壓力也高達80 kPa以上，不僅影響裂解爐的操作，也影響裝置乙烯收率的提升。根據SPRYO軟件的模擬結果，裂解爐出口壓力每增加10 kPa，乙烯丙烯收率會減少0.24%，高附加值產品收率降低0.14%。

針對一段吸入壓力高的問題，采取的措施有：①控制裝置投入量和裂解氣量；②優化LPG的裂解比例，使裂解組成控制在合理范圍內；③壓縮機系統增加阻垢劑減緩壓縮機效率下降；④優化壓縮機透平蒸汽參數、復水器在線除垢、增設噴射泵等措施，提高壓縮機透平出力；⑤擇機進行透平和壓縮機改造。

2.1.3 對分離單元影響及措施

根據表1裂解產物收率，丙烷循環量比直餾石腦油增加較多，在丙烯精餾塔系統未改造、液化氣替代直餾石腦油投入40 t/h的情況下，會導致1號乙烯裝置丙烯精餾塔（DA406）進料量及進料組成嚴重偏離設計值，詳表2。

針對丙烯精餾塔進料嚴重偏離設計值的問題，采取的應對措施有：①控制液化氣裂解比例和品質，盡可能使DA406塔進料量和進料濃度在操作范圍內；②通過ASPEN模擬計算和實際操作優化，摸索出DA406塔的合適進料位置；③控制合適的負荷；④丙烯精餾塔系統改造。

表2 丙烯精餾塔進料情況對比

2.2 裂解吸附石腦油對后系統影響及措施

2.2.1 吸附石腦油與直餾石腦油裂解產物對比

利用吸附分離的方法將直餾石腦油中的正構烷烴抽出，作為蒸汽裂解生產乙烯的原料，而富含芳烴的抽余液，則作為重整原料。2013年，揚子芳烴120萬噸/年石腦油吸附分離裝置開車，將吸附石腦油引入乙烯裝置作為裂解料，根據ASPEN軟件模擬計算可知，在同樣工況下，吸附石腦油的裂解產物中乙烯含量比直餾石腦油高，是不可多得的優質裂解料，具體裂解產物組成見表3。

表3 直餾石腦油與吸附石腦油裂解產物對比 %

由表3可知：

1）吸附石腦油的乙烯、丙烯收率明顯高于直餾石腦油，其裂解優越性十分明顯。

2）直餾石腦油產氣率為72.2%左右，而吸附石腦油產氣率為81.5%。

2.2.2 吸附石腦油對后系統影響及措施

在投入量不變的情況下，每噸吸附石腦油的裂解氣量比直餾石腦油增加90 m3左右。在吸附石腦油替代直餾石腦油投入25 t/h的情況下，裂解氣量將增加2 250 m3/h左右。

由表3的數據可知，吸附石腦油裂解產物中碳二組分增加10百分點以上，而甲烷收率稍有下降，這樣的裂解產品結構不利于低壓脫甲烷塔（DA301）和乙烯氣制冷壓縮機的操作，在投入不變的條件下，低壓脫甲烷塔（DA301）的頂溫比正常高1～3℃，高壓甲烷中的乙烯損失增加0.5百分點左右。

針對裂解吸附石腦油產生的問題，采取的應對措施有：①控制裝置投入量和裂解氣量；②根據SPYRO軟件模擬結果，結合裂解爐運行周期，在維持汽烴比不變的情況下，適當提高裂解爐COT溫度1～4℃；③結合SPRYO軟件模擬結果和實際情況，優化原料結構和品質，調控石腦油和吸附石腦油的比例，使吸附石腦油的正構烷烴比例控制在50%左右，使裂解組成控制在合理范圍內；④優化壓縮機、透平工藝參數，提升出力；⑤優化低壓脫甲烷塔的操作，頂溫控制≤-129℃既可；⑥擇機進行透平和壓縮機改造。

2.3 加氫尾油裂解對后系統影響及應對措施

根據加氫裂化裝置特點和尾油組成可知，高壓加氫裂化尾油是一種優質的裂解原料，隨著揚子芳烴加氫裂化裝置的開車，原設計的柴油逐步被尾油全部替代，但高壓加氫尾油存在硫含量低，一般在20 mg/kg以內，當尾油硫含量過低時，裂解產物中的CO含量將大幅增加，導致粗氫中CO含量也相應增加，結果導致甲烷化反應溫升過大。實際運行經驗和研究[3]表明，粗氫中CO濃度超過1.4%時，甲烷化反應器溫升將會高達100℃，極易發生甲烷化反應器飛溫聯鎖。粗氫中CO濃度與甲烷化溫升關系見圖3。

另外，當CO濃度過高時，不僅存在甲烷化飛溫的風險，也存在甲烷化反應不完全風險，同樣也會嚴重威脅C2、C3加氫反應器安全，進而影響乙烯、丙烯產品質量。

圖3 粗氫中CO含量與甲烷化反應器溫升關系

針對高壓加氫尾油中硫含量低，易造成甲烷化反應器飛溫的風險，裝置采取的應對措施有：①采用低溫甲烷化催化劑；②在甲烷化反應器溫度升高較多時，適當降低入口溫度和檢查堿洗循環情況等調控手段；③高壓加氫裂化尾油中注硫；④適當混入部分硫含量較高的柴油；⑤控制尾油的裂解比例或暫時退料。

3 結論

原料多元化對揚子乙烯裝置績效提升有明顯的幫助，但對后系統影響也不容忽視。在原料多元化運用過程中，揚子乙烯裝置采取了行之有效的應對措施，不僅提升了裝置績效水平，也消除了對裝置后系統的不良影響。揚子乙烯裝置針對近期優質化、多元化的原料采取的主要措施有：結合ASPEN和SPYRO軟件模擬，根據裝置實際情況，摸索合適的原料結構和原料量；針對瓶頸，實施改造，適應原料多元化的要求；工藝運行參數實時調優，提升應對原料多元化能力。