許江　黃劍鋒　馬艷捷　田亮　景媛媛　穆珍珍　宋幫勇　楊利斌

摘要：乙烯裝置作為石化行業(yè)中高耗能生產(chǎn)裝置之一，其節(jié)能增效措施的研究和分析意味著深遠(yuǎn)的社會(huì)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益?！笆濉逼陂g，石化企業(yè)需要深入研究節(jié)能降耗技術(shù)，進(jìn)一步提升企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)裂解爐系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化、合理利用裂解液相產(chǎn)物、精細(xì)化管理及無(wú)排放開(kāi)停工等節(jié)能增效措施進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：乙烯裝置；節(jié)能增效；裂解爐系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化；裂解液相產(chǎn)物；精細(xì)化管理；無(wú)排放開(kāi)停工

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 203.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0460（2017）01-0115-04

石油化工是推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，具有舉足輕重的地位。隨著社會(huì)各界對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源越來(lái)越重視，企業(yè)對(duì)能效研究的要求也逐步提高，尤其對(duì)于能耗密集型企業(yè)，生產(chǎn)能力快速發(fā)展帶來(lái)能耗的大幅上升，節(jié)能降耗的需求更加迫切。乙烯工業(yè)是石油化工產(chǎn)業(yè)的核心，乙烯產(chǎn)品占石化產(chǎn)品的75%以上，乙烯裝置作為石化企業(yè)中高耗能生產(chǎn)裝置之一，其節(jié)能降耗技術(shù)研究和分析意味著深遠(yuǎn)的社會(huì)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

“十二五”期間，我國(guó)新增乙烯產(chǎn)能630萬(wàn)t，乙烯總產(chǎn)能達(dá)到2700萬(wàn)t/a；預(yù)計(jì)“十三五”時(shí)期，我國(guó)烯烴年均需求增長(zhǎng)約為3.5%～4%，到2020年國(guó)內(nèi)乙烯、丙烯當(dāng)量需求量將分別達(dá)到4800、3800萬(wàn)t，雖然產(chǎn)能增加的步伐會(huì)適度放緩，但是仍處于相對(duì)較高的發(fā)展水平。“十三五”期間，全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇、低油價(jià)將保持一段時(shí)期，將為中國(guó)石油化工行業(yè)發(fā)展提供緩沖期，石化企業(yè)需要抓緊這段時(shí)間深入研究節(jié)能降耗技術(shù)增加經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步提升綜合競(jìng)爭(zhēng)力。本文將對(duì)乙烯裝置節(jié)能增效技術(shù)如裂解爐系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化、合理利用裂解液相產(chǎn)物、精細(xì)化管理及無(wú)排放開(kāi)停工等方面進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 乙烯裝置節(jié)能增效措施的研究

1.1 裂解爐系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

裂解爐作為乙烯裝置龍頭，爐管內(nèi)發(fā)生強(qiáng)吸熱、高溫、短停留時(shí)間的復(fù)雜裂解反應(yīng)，基本決定了全廠80%以上的能耗，所以裂解爐操作水平將直接影響乙烯裝置的能耗水平和經(jīng)濟(jì)效益。裂解爐的操作優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)是裂解溫度和水油比，其與裂解反應(yīng)深度密切相關(guān)，決定著乙烯、丙烯等主要產(chǎn)物產(chǎn)率。近年來(lái)乙烯裂解原料來(lái)源更廣且復(fù)雜多變，原料結(jié)構(gòu)已發(fā)生很大變化，而裝置操作工況和控制參數(shù)相對(duì)于多變的原料并不能時(shí)刻做到針對(duì)性?xún)?yōu)化，導(dǎo)致裂解爐效率低下、能耗增加。本文按照原料從重到輕依次選擇了輕柴油、煤油、石腦油、油田輕烴、丙烷5種常用的乙烯原料，將其在裂解溫度下裂解氣相產(chǎn)物收率進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖1所示，隨著裂解溫度升高10℃，5種原料的乙烯收率和三烯收率均呈增加趨勢(shì)，而且油田輕烴和丙烷增加趨勢(shì)較為明顯，說(shuō)明升高裂解溫度對(duì)輕質(zhì)原料裂解烯烴收率影響更大；而在相同的裂解溫度下隨著原料由重逐漸變輕，三烯（乙烯+丙烯+丁二烯，下同）收率變化很大，油田輕烴裂解三烯收率（54.06%）比輕柴油裂解三烯收率（47.72%）高6.34%，而由與890℃下丙烷裂解轉(zhuǎn)化率有限（仍有17.95%的丙烷留在裂解其中）導(dǎo)致丙烷裂解三烯收率略低。因此不同的裂解原料在不同的裂解溫度和水油比進(jìn)行裂解產(chǎn)物收率變化很大，重質(zhì)原料適宜在高水油比、低裂解溫度下進(jìn)行裂解，輕質(zhì)原料適宜在低水油比、高裂解溫度下進(jìn)行裂解，例如輕柴油適宜在水油比065、裂解溫度880℃下裂解，而丙烷適宜在水油比0.50、裂解溫度920℃下裂解，因此針對(duì)不同原料進(jìn)行詳細(xì)的物性分析和實(shí)驗(yàn)室裂解性能評(píng)價(jià)得到其最優(yōu)裂解溫度和水油比，并周期性的進(jìn)行工業(yè)裂解爐系統(tǒng)及后分離系統(tǒng)的標(biāo)定，將實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)與工業(yè)標(biāo)定數(shù)據(jù)相結(jié)合不斷優(yōu)化裂解爐工藝運(yùn)行參數(shù)，使裂解爐在最優(yōu)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于乙烯裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)和節(jié)能增效具有重要意義。近年來(lái)利用計(jì)算機(jī)對(duì)裂解爐進(jìn)行工況模擬分析，近而準(zhǔn)確、快速優(yōu)化工藝參數(shù)已經(jīng)受到普遍重視，如乙烯裂解模擬優(yōu)化系統(tǒng)可進(jìn)行裂解爐全周期模擬與優(yōu)化，及時(shí)調(diào)整裂解爐操作參數(shù)，其在蘭州石化公司運(yùn)行5年多，運(yùn)行期間乙烯總平均產(chǎn)率比優(yōu)化前提高了0.72%、三烯總收率提高0.55%，對(duì)提高乙烯裝置的操作水平及經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

同時(shí)通過(guò)提高裂解爐熱效率、改善裂解氣熱量回收以及延長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期等措施，也可使裂解爐能耗顯著下降。裂解爐排煙溫度、空氣過(guò)剩系數(shù)是影響裂解爐能耗的重要因素，在工業(yè)生產(chǎn)中大多數(shù)爐型存在實(shí)際排煙溫度偏高（>150℃）、實(shí)際外壁溫度高于80℃、運(yùn)行周期偏短（<35d）的問(wèn)題，裂解爐熱效率未達(dá)到93%。節(jié)能改造過(guò)程中可在對(duì)流段上部增加原料盤(pán)管、預(yù)熱燃燒空氣和燃料氣等措施，將排煙溫度控制110℃以下，煙道氣氧含量控制在2%左右。針對(duì)具體爐型及爐管排列方式優(yōu)化燃燒器形狀及排布、及時(shí)更換爐體拱頂保溫、定期進(jìn)行燃燒器的檢查、清理等工作也有利于提高裂解爐熱效率。而爐管結(jié)焦是限制裂解爐長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素，結(jié)焦會(huì)使管壁熱阻增加、熱傳導(dǎo)率降低、物料流動(dòng)過(guò)程壓降增大，烯烴收率也會(huì)隨之降低，抑制結(jié)焦可在原料中加入結(jié)焦抑制劑、爐管內(nèi)表面增加涂層以及采用新型爐管材料等措施；同時(shí)據(jù)統(tǒng)計(jì)裂解爐燒焦期間裝置能耗將增加20%，可將單臺(tái)燒焦時(shí)間控制在2d以?xún)?nèi)采用在線燒焦技術(shù)，使裂解爐沒(méi)有升降溫過(guò)程，延長(zhǎng)爐管的使用壽命并節(jié)省燃料與蒸汽的消耗，有效地降低乙烯裝置的能耗。

1.2 合理利用裂解液相產(chǎn)物

作為乙烯裂解副產(chǎn)品的乙烯裂解液相產(chǎn)物組成極其復(fù)雜，主要是C5～C14的芳烴化合物，一般根據(jù)終餾點(diǎn)將其分為裂解汽油（<205℃）和裂解燃料油（>205℃）兩部分，其中裂解汽油中富含苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯等，裂解燃料油中含量較高的有：茚、萘及其同系物、蒽、苊、菲等，這些組分均為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)供不應(yīng)求的有機(jī)化工原料，使其合理利用可使乙烯成本降低1/3以上，將對(duì)乙烯裝置整體效益及乙烯副產(chǎn)資源深加工的發(fā)展產(chǎn)生重大影響（圖2）。

乙烯裂解液相產(chǎn)物的收率隨乙烯裂解原料的不同而變化很大，圖2為不同原料裂解液相產(chǎn)物收率對(duì)比，隨著原料由重逐漸變輕，裂解液相收率呈明顯降低趨勢(shì)，其中輕柴油裂解液相收率（31.76%）約為丙烷裂解液相收率（3.1%）的10倍，常用裂解原料如石腦油裂解液相產(chǎn)物收率為20.59%，油田輕烴裂解液相產(chǎn)物收率為13.79%。而且隨著裂解溫度的升高，相同原料裂解液相產(chǎn)物收率略微降低，石腦油和油田輕烴的裂解液相產(chǎn)物收率隨溫度升高的降幅更為明顯。因此輕質(zhì)裂解原料（如丙烷、天然氣等）與重質(zhì)裂解原料（如石腦油、煤油、輕柴油等）相比，原料成本僅為三分之一甚至更少，裝置投資少、裂解烯烴收率更高，但裂解液相產(chǎn)物收率低，以100萬(wàn)t/a乙烯裝置計(jì)算，以輕柴油為原料可比丙烷做原料每年多產(chǎn)97萬(wàn)t裂解液相，而且其裂解液相中富含高附加值化工產(chǎn)品，與中東以乙烷為主要原料乙烯企業(yè)相比，重視利用乙烯裂解液相產(chǎn)物可顯著提升以石腦油為主要原料的乙烯企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

乙烯裂解液相產(chǎn)物的三苯（苯+甲苯+二甲苯，下同）隨裂解溫度不同而有所差異，以煤油為例，裂解液相產(chǎn)物收率為23.87%，其中裂解汽油約占75%左右，圖3為不同裂解溫度下煤油裂解液相產(chǎn)物中主要芳烴收率變化。

其中裂解液相中三苯收率從高到低依次為苯、甲苯、二甲苯；隨著裂解溫度的升高，裂解液相中三苯收率呈逐漸增加的趨勢(shì)，從27.65%逐漸升至33.74%，其中甲苯、二甲苯收率隨溫度的增加幅度相對(duì)較小，苯收率隨溫度的增加相對(duì)明顯，從12.09%逐漸升至15.24%，這說(shuō)明提高裂解溫度可促進(jìn)煤油裂解液相中苯的生成。雖裂解燃料油在裂解液相產(chǎn)物中僅占25%左右，但隨著乙烯裝置規(guī)模逐漸向大型化發(fā)展，裂解燃料油的產(chǎn)量將相當(dāng)可觀，而當(dāng)前其主要當(dāng)做燃料使用，利用率不高且燃燒值較低、燃燒易形成黑煙等造成環(huán)境污染，因此為了節(jié)能增效應(yīng)開(kāi)發(fā)研究裂解液相產(chǎn)品綜合利用技術(shù)，分離回收其中高附加值的化工產(chǎn)品，如從裂解液相中提取萘及萘系產(chǎn)品，萘及萘系產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于合成樹(shù)脂、涂料、醫(yī)藥、農(nóng)藥等行業(yè)，石油萘市場(chǎng)有著廣闊應(yīng)用前景，蘊(yùn)藏著極大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 裝置精細(xì)化管理和無(wú)排放開(kāi)停工

創(chuàng)建節(jié)約型企業(yè)是企業(yè)增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的根本要求，石油化工企業(yè)通過(guò)精細(xì)化管理來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。乙烯生產(chǎn)具備流程長(zhǎng)、設(shè)備多、工藝機(jī)理復(fù)雜等特點(diǎn)，裝置工藝指標(biāo)約有上百個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，因此在乙烯實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)施精細(xì)化管理、不斷提升管理水平顯得尤為重要。乙烯企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格控制工藝參數(shù)、工況條件，例如裂解爐單元應(yīng)加強(qiáng)煙道氣氧含量、爐出口溫度、爐管出口溫度偏差、排煙溫度及燃燒狀況等工藝指標(biāo)的管理，保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行、延長(zhǎng)運(yùn)行周期，為裝置節(jié)能增效打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。例如獨(dú)山子乙烯裝置通過(guò)進(jìn)細(xì)化管理和操作，裂解爐出口溫度偏差保持在±2℃之間，雙烯收率平均提高0.59%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)應(yīng)對(duì)重點(diǎn)耗能單元制訂能耗消減措施，對(duì)易波動(dòng)的工藝指標(biāo)實(shí)行跟蹤監(jiān)控；通過(guò)用能數(shù)據(jù)的對(duì)比分析以及產(chǎn)品收率的對(duì)比評(píng)估，以及應(yīng)用如Aspon等化工輔助模擬軟件對(duì)工藝單元進(jìn)行模擬計(jì)算，提出具體節(jié)能增效的措施。

乙烯裝置開(kāi)停工是一個(gè)物耗、能耗較大的操作，傳統(tǒng)開(kāi)工方式一般沿流程從前到后，將不合格物料放火炬，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益和周邊環(huán)境產(chǎn)生很大的影響；停工操作程序是將裂解爐整體退料、壓縮機(jī)組整體停車(chē)，時(shí)間短且操作快，但大量物料留在系統(tǒng)管線中造成浪費(fèi)又增加了火炬排放。尤其是對(duì)目前新設(shè)計(jì)裝置能力較大，如采用傳統(tǒng)的開(kāi)停工方式物料損失量更大，其弊端表現(xiàn)的更為明顯，因此減少非計(jì)劃停工事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)乙烯裝置的無(wú)排放開(kāi)停工可降低加工損失率、降低成本、提高綜合效益。大慶石化充分利用現(xiàn)有三套乙烯裝置，采用老區(qū)裂解氣先打通流程進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)行無(wú)排放開(kāi)工的基本思路，實(shí)現(xiàn)了在裂解爐投料前乙烯裝置全流程打通，每次開(kāi)工的物料損失降低80%以上，大大降低了周邊環(huán)境污染壓力。同時(shí)獨(dú)山子石化采用逐步降低裝置負(fù)荷，逐臺(tái)有序停裂解爐、壓縮機(jī)，并延長(zhǎng)后系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了液體物料完全回收，高價(jià)值氣體物料完全回收，與2009年停工相比多了700t，對(duì)于不能回收的氣體物料引入到了燃料氣系統(tǒng)，減少了外購(gòu)燃料氣的消耗。

2 結(jié)論

結(jié)合全球經(jīng)濟(jì)形勢(shì)、烯烴行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)以及“十三五”時(shí)期我國(guó)烯烴的供需情況，立足國(guó)內(nèi)資源特點(diǎn)和乙烯工業(yè)發(fā)展方向，本文從裂解爐系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化、合理利用裂解液相產(chǎn)物、乙烯裝置精細(xì)化管理及無(wú)排放開(kāi)停工等方面對(duì)乙烯裝置節(jié)能增效技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，得出以下結(jié)論：

（1）不同的裂解原料在不同的裂解溫度和水油比進(jìn)行裂解產(chǎn)物收率變化很大，因此將不同原料的實(shí)驗(yàn)室裂解性能數(shù)據(jù)與工業(yè)裂解爐標(biāo)定數(shù)據(jù)結(jié)合不斷優(yōu)化裂解爐工藝運(yùn)行參數(shù)，使裂解爐在最優(yōu)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于乙烯裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)和節(jié)能增效具有重要意義。利用計(jì)算機(jī)對(duì)裂解爐進(jìn)行工況模擬分析，可準(zhǔn)確、快速優(yōu)化工藝參數(shù)。

（2）乙烯裂解液相產(chǎn)物的收率隨乙烯裂解原料變化很大。隨著原料由重逐漸變輕，裂解液相收率呈明顯降低趨勢(shì)，輕柴油裂解液相收率約為丙烷裂解液相收率的10倍，石腦油裂解液相產(chǎn)物收率為20.59%；隨著裂解溫度的升高，相同原料裂解液相產(chǎn)物收率略微降低，石腦油和油田輕烴的裂解液相產(chǎn)物收率隨溫度升高的降幅更為明顯。

（3）乙烯裂解液相產(chǎn)物的組成隨裂解溫度不同而有所差異，煤油裂解液相中裂解汽油約占75%，裂解液相中三苯收率從高到低依次為苯、甲苯、二甲苯；隨著裂解溫度的升高，裂解液相中三苯收率逐漸增加，其中甲苯、二甲苯收率增加幅度小于苯收率增加幅度。隨著乙烯裝置規(guī)模大型化發(fā)展，從裂

（4）乙烯企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格控制工藝參數(shù)、工況條件，保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行、延長(zhǎng)運(yùn)行周期；應(yīng)對(duì)重點(diǎn)耗能單元制訂能耗消減措施，對(duì)易波動(dòng)的工藝指標(biāo)實(shí)行跟蹤監(jiān)控；通過(guò)用能數(shù)據(jù)、產(chǎn)品收率的對(duì)比分析以及對(duì)工藝單元的模擬計(jì)算，提出具體節(jié)能增效的措施。對(duì)大型化的乙烯裝置采用傳統(tǒng)的開(kāi)停工方式弊端明顯，乙烯企業(yè)應(yīng)減少非計(jì)劃停工事故發(fā)生，并結(jié)合裝置特點(diǎn)逐步降低負(fù)荷、逐臺(tái)有序停爐，盡可能回收物料，實(shí)現(xiàn)乙烯裝置的無(wú)排放開(kāi)停工。