乙烯裂解炉的几种节能措施

乙烯裂解炉的几种节能措施

裂解炉是乙烯装置的能耗大户，其能耗占装置总能耗的50%-60%。降低裂解炉的能耗是降低乙烯生产成本的重要途径之一。随着能源价格的不断上涨，国内外相关部门均加强了裂解炉节能措施的研究。裂解炉的能耗在很大程度上取决于裂解炉系统本身的设计和操作水平，近年来，裂解炉技术向高温、短停留时间、大型化和长运转周期方向发展。通过改善裂解选择性、提高裂解炉热效率、改善高温裂解气热量回收、延长运转周期和实施新型节能技术等措施，可使裂解炉能耗显著下降。

1 改善裂解选择性

对相同的裂解原料而言，在相同工艺设计的装置中，乙烯收率提高1%，则乙烯生产能耗大约相应降低1%。因此，改善裂解选择性，提高乙烯收率是决定乙烯装置能耗的最基本因素。通过裂解选择性的改善，不仅达到节能的效果，而且相应减少裂解原料消耗，在降低生产成本方面起到十分明显的作用。

（1）采用新型裂解炉。新型裂解炉均采用高温-短停留时间与低烃分压的设计。20世纪70年代，大多数裂解炉的停留时间在0.4s左右，相应石脑油裂解温度控制在800-810℃，轻柴油裂解温度控制在780-790℃。近年来，新型裂解炉的停留时间缩短到0。2s左右，并且出现低于0.1s 的毫秒裂解技术，相应石脑油裂解温度提高到840℃以上，毫秒炉达890℃；轻柴油裂解温度提高到820℃以上，毫秒炉达870℃。由于停留时间大幅度缩短，毫秒炉裂解产品的乙烯收率大幅度提高。对丁烷和馏分油而言，与0.3-0.4s停留时间的裂解过程相比，毫秒炉裂解过程可使乙烯收率提高10%-15%。

（2）选择优质的裂解原料。在相同工艺技术水平的前提下，乙烯收率主要取决于裂解原料的性质，不同裂解原料，其综合能耗相差较大。裂解原料的选择在很大程度上决定乙烯生产的能耗水平。通过适当调整裂解原料配置结构，优化炼油加工方案，增加优质乙烯原料如正构烷烃含量高的石脑油等供应，改善原料结构和整体品质，在提高乙烯收率的同时，达到节能降耗的目标。

（3）优化工艺操作条件。通过优化裂解炉工艺操作条件，不仅能使原料消耗大幅度降低，也能够使乙烯生产能耗明显下降。不同的裂解原料对应于不同的炉型具有不同的最佳土艺操作条件。对于一定性质的裂解原料与特定的炉型来说，在满足目标运转周期和产品收率的前提下，都有其最适宜的裂解温度、进料量与汽烃比。如果裂解原料性质与原设计差别不大，裂解炉最优化的工艺操作条件可以参照设计值。反之，则需要利用SPYR软件或裂解试验装置对原料重新评价，以确定最佳的工艺操作条件。

2 延长裂解炉运行周期

（1）优化原料结构与工艺条件。裂解原料组成与性质是影响裂解炉运行周期的重要因素。一般含氢量高、低芳烃含量的原料具有良好的裂解性能，是裂解炉长周期运行的必要条件。对不饱和烃含量较高的原料进行加氢处理，是提高油品质量的有效途径。当裂解原料一定时，工艺条件是影响裂解炉运行周期的主要因素。低烃分压、短停留时间和低裂解温度有利于延长裂解炉运行周期。但考虑到

烯烃收率与蒸汽消耗，需要对裂解深度与汽烃比控制加以优化。

（2）采用在线烧焦。裂解炉在线烧焦是在炉管蒸汽-空气烧焦结束后，继续对废热锅炉实施烧焦。与传统的烧焦方式相比，在线烧焦具有明显的优势。一是裂解炉没有升降温过程，可以延长炉管的使用寿命，并可节省裂解炉升降温过程中燃料与稀释蒸汽的消耗；二是由于在线烧焦，裂解炉离线时间短，可以提高开工率，并可增加乙烯与超高压蒸汽的产量。目前BASF在线烧焦程序已在国内外乙烯裂解炉上成功应用了多年，事实证明，采用在线烧焦可大大减少废热锅炉的机械清焦次数，有效地降低乙烯装置的能耗。

（3）采用结焦抑制剂。在裂解原料或稀释蒸汽中加入结焦抑制剂，可以起到钝化炉管表面，延长炉管结焦周期的作用。近年来，结焦抑制剂技术取得了较大进展。据报道，Phillips公司开发的CCA-500结焦抑制剂可使炉管运转周期延长2-8倍。扬子石化股份公司65万吨/年乙烯装置2台乙烷炉使用江阴天源化工结焦抑制剂N-360后，运行周期由原来45 d延长至120 d以上。

（4）采用新型炉管。陶瓷炉管技术是在炉管内壁生成一种纳米结构的尖晶石表面，抑制焦的形成。这种材料可在较高的裂解温度下操作且无催化作用的特点，因此不会形成催化结焦的结焦物。Stone &Webster公司对陶瓷裂解炉管进行了试验测试，使用乙烷作裂解原料时，炉管不结焦，并且乙烷的转化率较高。法国石油研究院(IFP)和加拿大Nova化学公司开发了高温陶瓷裂解炉管。据称，采用这种炉管，乙烷裂解的转化率为90%，而普通裂解炉的转化率仅65%-70%，并且还可有效地控制裂解结焦的生成，使裂解炉的运行周期大幅延长。

3 提高裂解炉热效率

（1）降低排烟温度。在其他条件不变的前提下，裂解炉热效率与排烟温度直接相关。1975年前裂解炉设计排烟温度为190-240℃，相应热效率为87%-90%。20世纪70年代末期，裂解炉排烟温度降至120-140℃，相应热效率提高到92%-93%。近年来，新设计的裂解炉进一步将排烟温度降至100-120℃，相应热效率提高到93%-94%。但是，如果排烟温度低于烟气中酸性气体露点温度，将出现对流段炉管腐蚀的问题。因此，在降低排烟温度的同时，必须考虑烟气中酸性气体露点温度，此温度取决于燃料中的硫含量。为防止对流段发生腐蚀，需提高对流段炉管材质等级，或者需要对燃料的含硫量严格限制。通常，降低排烟温度主要措施有改进对流段设计，包括增大传热面积、增加对流段管束、缩短对流段炉管与炉墙距离等；其次定期吹扫对流段炉管表面积灰；另外降低过剩空气系数也很重要。

（2）控制过剩空气系数。为保证燃料完全燃烧，需保持一定的过剩空气。过剩空气量与理论空气量之比称为过剩空气系数。增大过剩空气可以保证燃料的完全燃烧，但在相同排烟温度下，排烟热损失加大，裂解炉热效率相应降低。因此，在保证燃料完全燃烧的前提下，降低过剩空气系数也是提高裂解炉热效率的措施之一。一般情况下，燃料气烧嘴的过剩空气系数为10%，油烧嘴的过剩空气系数为20%，油气联合烧嘴的过剩空气系数为15%，实际操作往往偏高。通常，当过剩空气系数下降10%时，裂解炉热效率可相应提高2%。为保证裂解炉在合适的过剩空气系数下运转，可采取如下措施。

（a）改进烧嘴性能。采用新型烧嘴，可将燃料气过剩空气系数降至6%-8%，油烧嘴的过剩空气系数可降至12%-15%，并可大幅降低烟气中NOx含量。