王強(qiáng),丁少輝,李懷強(qiáng),黃超,楊軍
(中國石油獨(dú)山子石化分公司乙烯廠,新疆獨(dú)山子 833699)
裂解爐是乙烯裝置的主要能耗設(shè)備,具有物流量大、停留時(shí)間短、加熱溫度高、設(shè)備表面積大等特點(diǎn)。隨著節(jié)能工作的不斷深入和發(fā)展,采取適當(dāng)措施提高裂解爐的熱效率顯得尤為重要,對流段管束的表面清潔度直接影響換熱效率[1]。
中國石油獨(dú)山子石化分公司(以下簡稱獨(dú)山子石化)100萬噸/年乙烯裝置裂解爐長周期運(yùn)行過程中,對流段爐管表面積灰嚴(yán)重,翅片管產(chǎn)生腐蝕,裂解爐排煙溫度升高,超高壓蒸汽(SS)溫度偏低,降低了裂解爐熱效率,使乙烯裝置能耗增加。SS溫度偏低亦是制約裂解氣壓縮機(jī)長周期穩(wěn)定運(yùn)行因素之一。為進(jìn)一步提高SS溫度和裂解爐熱效率,采用化學(xué)清洗的方式對裂解爐對流段進(jìn)行積垢清除,以提高對流段管束的導(dǎo)熱性能,提高換熱效率。
獨(dú)山子石化100萬噸/年乙烯裝置裂解爐采用德國LINDE公司專利技術(shù),裂解爐配置為8臺“雙輻射室”PyroCrack 1-1型裂解爐,正常工況7開1備,裂解原料為石腦油、加氫尾油、液化石油氣、輕烴和該裝置循環(huán)乙烷、循環(huán)丙烷、循環(huán)碳五[2]。
圖1 NAP/GAS裂解爐給水流程
圖1為獨(dú)山子石化百萬噸乙烯裂解爐流程,鍋爐給水(BFW)在鍋爐水預(yù)熱段(ECO)管束中被加熱后進(jìn)入汽包,再通過8根下降管進(jìn)入線性急冷換熱器(LQE)進(jìn)行換熱,產(chǎn)生含汽率10%的濕飽和蒸汽,水混合物由8根上升管進(jìn)入汽包的氣室。來自汽包10-V-0X31(X表示1#~8#爐位號)的飽和超高壓蒸汽在裂解爐的對流段通過與向上煙道氣進(jìn)行3段過熱后變?yōu)檫^熱超高壓蒸汽進(jìn)入超高壓蒸汽管網(wǎng),用于驅(qū)動(dòng)裂解氣壓縮機(jī)。
化學(xué)清洗原理即利用清洗液的濕潤、滲透、乳化、分散和剝離性能,將污垢從爐管表面清除干凈。清洗過程即由清洗設(shè)備將清洗液輸送到對流段頂部,由上而下噴淋到對流段爐管表面,在對流段下部安裝一個(gè)接液槽,將清洗液導(dǎo)出爐體。
將裂解爐對流段分五層進(jìn)行化學(xué)清洗,過程分別為預(yù)清洗、清洗和沖洗。預(yù)清洗是利用清洗液的滲透和潤濕性能,使預(yù)清洗藥劑逐步潤濕污垢的表面,再滲透到污垢內(nèi)部,使污垢疏松和易于分散。清洗時(shí),清洗液的主要組分是表面活性劑,可降低溶液的表面張力,并具有優(yōu)良的乳化和分散性能,與助劑復(fù)配后,能迅速將污垢從設(shè)備表面脫落、分散后隨清洗液一起帶走,從而達(dá)到清除污垢的目的。經(jīng)預(yù)清洗、清洗后爐管表面仍有極少量的污垢,為進(jìn)一步提高清洗效果,增加沖洗過程。沖洗是利用剝離劑的剝離作用將設(shè)備表面殘留的污垢剝離、沖洗干凈。
裂解爐對流段爐管在長期運(yùn)行過程中,表面有大量沉積物積聚,其結(jié)構(gòu)較為緊密,難以通過聲波震動(dòng)將其破壞除去,通過清洗后爐管翅片上基本無污垢存在,設(shè)備基本見本色。裂解爐對流段清洗前后外觀見圖2。
圖2 裂解爐對流段化學(xué)清洗前、后對比
將2017年2—8月這一時(shí)間段裂解爐相同負(fù)荷下的超高壓蒸汽管網(wǎng)流量和溫度進(jìn)行對比(見表1)發(fā)現(xiàn),SS溫度由清洗前的488.7℃逐漸提高至493℃,但SS產(chǎn)量明顯下降,前期裂解爐無備用模式運(yùn)行時(shí)SS產(chǎn)量大約在520 t/h以上,最高時(shí)甚至需要開減溫減壓站平衡蒸汽,而目前SS產(chǎn)量長期維持在493 t/h,SS產(chǎn)量相差30 t/h左右。
表1 裂解爐清洗前后所產(chǎn)SS溫度及流量
對比各臺裂解爐在相同進(jìn)料負(fù)荷、相同裂解深度條件下,化學(xué)清洗前后數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),裂解爐對流段各個(gè)模塊的換熱效率均有所提升,排煙溫度以及燃料氣用量均有所下降,SS溫度有了明顯提高,鍋爐給水量明顯下降,SS產(chǎn)量明顯下降。具體見表2。
表2 單臺裂解爐化學(xué)清洗前、后數(shù)據(jù)對比
化學(xué)清洗后由于傳熱效率的提高,裂解爐相同工況下燃料氣耗量減少,以3#裂解爐為例,節(jié)省燃料氣效益如下:
3#裂解爐節(jié)約燃料氣總量為(48 t/h輕烴為例)316 m3/h,目前天然氣價(jià)格為2 330元/噸,1 m3/h燃料氣折算為天然氣是0.713 kg/h,則3#裂解爐一年(8 000 h)節(jié)約燃料氣費(fèi)用419.97萬元。1 m3燃料氣折算為標(biāo)油是0.66 kg,則3#裂解爐平均能耗降低了1.67 kgEO/t,裝置產(chǎn)能按125 t/h計(jì)算。裂解爐化學(xué)清洗效果評價(jià)見表3。
通過表3可以看出,采用對流段化學(xué)清洗能夠有效清除裂解爐對流段積垢,從而提高對流段爐管管束的導(dǎo)熱性能,提高了換熱效率,經(jīng)濟(jì)效益可觀。
表3 裂解爐化學(xué)清洗效果評價(jià)
對裂解爐對流段進(jìn)行化學(xué)清洗后發(fā)現(xiàn),裂解爐的SS產(chǎn)量明顯下降,造成裝置在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)裂解氣壓縮機(jī)低壓閥全開。
鍋爐給水由水加熱到過熱蒸汽的過程經(jīng)歷三個(gè)階段,即未飽和段、汽化段、過熱段。裂解爐正常運(yùn)行情況下汽包壓力為12.783 MPa,在該壓力下鍋爐給水飽和溫度為329℃。
化學(xué)清洗前,由于裂解爐積灰嚴(yán)重,對流段熱效率明顯下降,為保證SS溫度,提高進(jìn)入裂解爐的空氣量,在裂解爐負(fù)荷及裂解爐出口溫度不變的條件下,裂解爐燃料氣耗量增加,使進(jìn)入對流段的高溫?zé)煔饬髁吭黾樱瑥亩岣吡顺邏赫羝倪^熱溫度。但SS過熱段上下溫差小,充分說明對流段存在積灰,污垢熱阻增大,造成熱效率差,當(dāng)提高SS過熱溫度的同時(shí)整個(gè)對流段溫度都在上升,鍋爐給水預(yù)熱段煙氣溫度上升,使得鍋爐給水預(yù)熱后的溫度升高,最高溫度達(dá)280℃,但此溫度仍未達(dá)到汽包壓力下的汽化溫度,所以化學(xué)清洗前鍋爐給水在對流段未產(chǎn)生蒸汽。
鍋爐給水預(yù)熱后的溫度升高,使鍋爐給水進(jìn)入LQE的溫度升高。根據(jù)熱量衡算方程可知熱流體放出的熱量等于冷物體吸收的熱量,所以化學(xué)清洗前,裂解爐鍋爐給水預(yù)熱溫度升高,LQE處汽化量增加,進(jìn)入汽包的濕蒸汽量增加,導(dǎo)致發(fā)汽量增加。
化學(xué)清洗后,爐管翅片表面清洗干凈,對流段堆積粉塵消除,超高壓蒸汽過熱段吸收熱量增加,SS溫度明顯提高,裂解爐排煙溫度明顯下降。鍋爐給水預(yù)熱后溫度明顯下降,LQE處發(fā)汽量相比化學(xué)清洗前有所下降。
通過化學(xué)清洗后,對流段爐管翅片表面積灰基本清洗干凈,提高了對流段爐管管束的導(dǎo)熱性能,裂解爐所產(chǎn)超高壓蒸汽品質(zhì)得到改善,裂解爐熱效率得到提高,有利于裂解氣壓縮機(jī)長周期運(yùn)行和裝置節(jié)能降耗。
八面來風(fēng)
二甲苯異構(gòu)化新催化劑
??松梨陂_發(fā)的二甲苯異構(gòu)化新催化劑稱為雙床層催化劑,使乙苯脫烷基和二甲苯異構(gòu)化的汽相異構(gòu)化反應(yīng)分開進(jìn)行。
第一種催化劑(裝在下行式反應(yīng)器的上部床層或徑向反應(yīng)器的外側(cè)床層)主要用于乙苯催化轉(zhuǎn)化為苯,不發(fā)生芳烴裂化反應(yīng)。擇型反應(yīng)的機(jī)理是,鄰二甲苯和間二甲苯不發(fā)生變化,乙苯轉(zhuǎn)化為苯、鄰二甲苯和間二甲苯。在生產(chǎn)這種催化劑的工藝過程中,使用一種提高選擇性的無定形助劑。這種助劑的作用一是減小沸石的孔口,限制較大的分子進(jìn)入沸石孔中。因?yàn)橐冶降膭?dòng)力學(xué)直徑較小,乙苯擴(kuò)散通過沸石孔道不會受阻。反之,較大的C8分子(鄰二甲苯和間二甲苯)在提高選擇性的催化劑中幾乎全部不能進(jìn)入沸石孔中,因此在沸石孔中的活性中心就不會有烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。在沸石孔道中的催化活性可以調(diào)節(jié)到只有希望出現(xiàn)的乙苯單程脫烷基反應(yīng),不增加不希望出現(xiàn)的副反應(yīng)(包括二甲苯分子)。二是鈍化沸石催化劑的外表面酸性,不影響內(nèi)孔系統(tǒng),鄰二甲苯和間二甲苯不暴露到活性中心,同時(shí)旁路沸石孔道。
第二種催化劑(裝在下行式反應(yīng)器的下部催化劑床層或徑向反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)床層)主要催化二甲苯異構(gòu)化。反應(yīng)是鄰二甲苯和間二甲苯異構(gòu)化生成對二甲苯、鄰二甲苯和間二甲苯。鄰二甲苯和間二甲苯在第二種催化劑床層中進(jìn)行異構(gòu)化達(dá)到二甲苯平衡。第二種催化劑活性很低,因?yàn)槎妆疆悩?gòu)化反應(yīng)需要的活性比乙苯脫烷基反應(yīng)低很多。而且,因?yàn)榇呋瘎┗钚缘?,在第一種催化劑床層中得到的苯產(chǎn)品在第二種催化劑床層中不反應(yīng)。