降低乙烯装置能耗措施分析
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2019 年 4 月·第 4 卷·第 2 期
石油石化绿色低碳 Green Petroleum & Petrochemicals
>> 过程优化 <<
降低乙烯装置能耗措施分析
余仁杰，王文海，黎宇章，刘锋，王勇
（中国石化北京燕山分公司烯烃部，北京 102500）
摘 要：乙烯装置是石油化工生产的“龙头”，其能耗高低直接影响整个化工系统经济效 益。燕山石化乙烯装置是新中国第一套 30 万吨 / 年乙烯生产装置，经过两次大规 模改造，乙烯生产能力已达 80 万 t/a，装置能耗在国内同类装置中较高。通过对标 乙烯行业内先进水平，综合燕山乙烯装置运行现状对能耗进行了分析，确认了优 化方向并采取了相应的优化措施。通过原料结构调整、原料品质优化、裂解炉操 作优化、降低蒸汽消耗、提高高附加值产品收率等措施，乙烯装置能耗大大降低， 2017 年装置能耗水平创 5 年内最佳。
2019 年 . 第 2 期
余仁杰，等．降低乙烯装置能耗措施分析
- 43 -
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乙烯装置为化工生产的耗能大户，图 3 为乙烯 装置主要能耗分布，乙烯装置的能耗主要集中在燃 料气上，其次是水和蒸汽。其中燃料气包括装置自 产的甲烷氢、火炬气压缩机回收的火炬气以及少量 的制苯尾气；水消耗绝大部分来自于循环水、部分 除氧水以及少量的除盐水、新鲜水；蒸汽消耗则主
收稿日期：2018-11-20 作者简介：余仁杰，硕士，工程师。2011 年毕业于 北京化工大学化学工程与技术专业，目前主要从事乙 烯装置生产管理工作。
1 流程简介 燕山石化乙烯装置采用管式炉蒸汽裂解、
LUMMUS 深冷顺序分离流程。来自装置界区外的石 脑油、加氢尾油、轻烃以及装置自产的循环乙烷、 循环丙烷经裂解炉蒸汽热裂解，生成的裂解气经油 洗、水洗、裂解气压缩机五段压缩、三段碱洗，干 燥器干燥后进入冷箱、脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱丙 烷塔、脱丁烷塔依次分离出氢气、甲烷氢、碳二、 碳三、碳四、裂解汽油等组分，其中氢气、碳四、 裂解汽油作为产品送往界区，碳二组分经碳二加氢 反应器、乙烯精馏塔后生成聚合级乙烯产品送往界
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图 1 乙烯装置工艺流程
能耗 /（kgEO/t）
700
60.0
乙烯能耗 高附能耗
高附收率
600 59.5
500
400
59.0
300
58.5
200 58.0
100
0 2013
2014
2015
年
57.5 2016
图 2 2013—2016 年乙烯装置主要技术经济指标
0.134 0.015 0.042
100
80
投料比例，%
图 3 乙烯装置主要能耗分布
60
要来自于压缩机驱动透平使用的 10 MPa 高压蒸汽、
0.3 MPa 低压蒸汽，另外 1.5 MPa 中压蒸汽的富余部
40
分作为装置的蒸汽输出送往界外。
20
3 节能措施及效果 3.1 优化原料结构及品质 3.1.1 原料结构调整
乙烯装置原料包括石脑油、高压加氢裂化尾
0 2013
2014
2015 年
石脑油 加氢尾油
2016 柴油
2017 轻烃
图 4 乙烯装置近 5 年投料比例
- 44 -
石油石化绿色低碳
2019 年 . 第 4 卷
右，通过原料结构的调整，乙烯装置高附加值产品 收率明显提高。 3.1.2 原料品质优化
原料中的饱和烷烃较易裂解生成乙烯和丙烯， 其中正构烷烃裂解的乙烯收率比异构烷烃高，因此 石脑油中的烷烃含量和正构烷烃含量的高低能够在 一定程度上体现石脑油品质的好坏。从图 5 可以看 出，石脑油品质在过去 5 年发生了很大变化，2014 年石脑油品质最差，烷烃含量和正构烷烃含量分别 为 65% 和 34.8%；经过不断加大外购优质石脑油， 2017 年，石脑油品质大幅度提升，烷烃含量和正构 烷烃含量分别达到了 71.5% 和 37.9%。根据裂解炉 Spyro 软件模拟计算结果，2017 年石脑油优化调整 后，乙烯收率、高附加值产品收率对比 2014 年分别 提高 0.126%、0.127%。
关键词：原料 裂解炉 蒸汽 高附加值产品 能耗
燕山石化烯烃部乙烯装置是我国首套从国外引 进的年产 30 万吨的乙烯生产装置。经过两次大规模 扩能改造，形成了“两头一尾”的格局，裂解老区 与新区分别拥有一套裂解炉、急冷、压缩系统，裂 解气加压后汇合进入分离单元进行深冷分离。目前 乙烯设计生产能力为 71 万 t/a，最大生产能力已达 84 万 t/a。乙烯装置是化工系统的“龙头”，其运行水 平一定程度上反映了整个石油化工行业的生产水平， 能耗高低直接影响整个化工系统经济效益，因此， 降低乙烯装置能耗具有现实意义。
区，碳三组分经碳三加氢反应器、甲烷汽提塔、丙 烯精馏塔后生成聚合级丙烯产品送往界区。丙烯制 冷压缩机、乙烯制冷压缩机、二元制冷压缩机提供 深冷分离的冷量。流程见图 1。
2 能耗分析 图 2 为 2013—2016 年乙烯装置主要技术经济指
标变化情况。由图 2 可知，高附加值产品收率均未 达到 60%，乙烯能耗在 590 ~ 610 kgEO/t 范围内，高 附收率和能耗距行业最佳水平 62.45% 及 508 kgEO/t 均有明显差距。
0.115
0.694
燃料 蒸汽 电 水 风
高附收率，%
油、炼厂柴油、外接轻烃裂解料等。原料品质越 轻，通过蒸汽热裂解后的高附产品收率越高。在实 际运行过程中，加氢尾油高附收率最好，单程高附 产品收率可达 52% 以上；石脑油次之，高附收率为 50% 左右；柴油最差，高附收率在 45% 以下，轻烃 裂解料的高附收率则主要取决于乙烷、丙烷等物料 组成。由图 4 可以看到，5 年来乙烯装置的投料比例 变化明显，总体的趋势是石脑油、轻烃投料比例逐 渐扩大，加氢尾油则根据炼厂的实际运行情况基本 保持稳定，而高附收率低的柴油在 2016 年大检修以 后，被大量的外购石脑油所取代，同时轻烃裂解料 中又吸收了炼厂饱和气体回收装置产出的富乙烷气 （乙烷、丙烷含量可达 80% 以上），目前石脑油投 料比例 75%，加氢尾油约 15%，轻烃裂解料 10% 左
石油石化绿色低碳 Green Petroleum & Petrochemicals
>> 过程优化 <<
降低乙烯装置能耗措施分析
余仁杰，王文海，黎宇章，刘锋，王勇
（中国石化北京燕山分公司烯烃部，北京 102500）
摘 要：乙烯装置是石油化工生产的“龙头”，其能耗高低直接影响整个化工系统经济效 益。燕山石化乙烯装置是新中国第一套 30 万吨 / 年乙烯生产装置，经过两次大规 模改造，乙烯生产能力已达 80 万 t/a，装置能耗在国内同类装置中较高。通过对标 乙烯行业内先进水平，综合燕山乙烯装置运行现状对能耗进行了分析，确认了优 化方向并采取了相应的优化措施。通过原料结构调整、原料品质优化、裂解炉操 作优化、降低蒸汽消耗、提高高附加值产品收率等措施，乙烯装置能耗大大降低， 2017 年装置能耗水平创 5 年内最佳。
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余仁杰，等．降低乙烯装置能耗措施分析
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乙烯装置为化工生产的耗能大户，图 3 为乙烯 装置主要能耗分布，乙烯装置的能耗主要集中在燃 料气上，其次是水和蒸汽。其中燃料气包括装置自 产的甲烷氢、火炬气压缩机回收的火炬气以及少量 的制苯尾气；水消耗绝大部分来自于循环水、部分 除氧水以及少量的除盐水、新鲜水；蒸汽消耗则主
收稿日期：2018-11-20 作者简介：余仁杰，硕士，工程师。2011 年毕业于 北京化工大学化学工程与技术专业，目前主要从事乙 烯装置生产管理工作。
1 流程简介 燕山石化乙烯装置采用管式炉蒸汽裂解、
LUMMUS 深冷顺序分离流程。来自装置界区外的石 脑油、加氢尾油、轻烃以及装置自产的循环乙烷、 循环丙烷经裂解炉蒸汽热裂解，生成的裂解气经油 洗、水洗、裂解气压缩机五段压缩、三段碱洗，干 燥器干燥后进入冷箱、脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱丙 烷塔、脱丁烷塔依次分离出氢气、甲烷氢、碳二、 碳三、碳四、裂解汽油等组分，其中氢气、碳四、 裂解汽油作为产品送往界区，碳二组分经碳二加氢 反应器、乙烯精馏塔后生成聚合级乙烯产品送往界
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图 1 乙烯装置工艺流程
能耗 /（kgEO/t）
700
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乙烯能耗 高附能耗
高附收率
600 59.5
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2014
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年
57.5 2016
图 2 2013—2016 年乙烯装置主要技术经济指标
0.134 0.015 0.042
100
80
投料比例，%
图 3 乙烯装置主要能耗分布
60
要来自于压缩机驱动透平使用的 10 MPa 高压蒸汽、
0.3 MPa 低压蒸汽，另外 1.5 MPa 中压蒸汽的富余部
40
分作为装置的蒸汽输出送往界外。
20
3 节能措施及效果 3.1 优化原料结构及品质 3.1.1 原料结构调整
乙烯装置原料包括石脑油、高压加氢裂化尾
0 2013
2014
2015 年
石脑油 加氢尾油
2016 柴油
2017 轻烃
图 4 乙烯装置近 5 年投料比例
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石油石化绿色低碳
2019 年 . 第 4 卷
右，通过原料结构的调整，乙烯装置高附加值产品 收率明显提高。 3.1.2 原料品质优化
原料中的饱和烷烃较易裂解生成乙烯和丙烯， 其中正构烷烃裂解的乙烯收率比异构烷烃高，因此 石脑油中的烷烃含量和正构烷烃含量的高低能够在 一定程度上体现石脑油品质的好坏。从图 5 可以看 出，石脑油品质在过去 5 年发生了很大变化，2014 年石脑油品质最差，烷烃含量和正构烷烃含量分别 为 65% 和 34.8%；经过不断加大外购优质石脑油， 2017 年，石脑油品质大幅度提升，烷烃含量和正构 烷烃含量分别达到了 71.5% 和 37.9%。根据裂解炉 Spyro 软件模拟计算结果，2017 年石脑油优化调整 后，乙烯收率、高附加值产品收率对比 2014 年分别 提高 0.126%、0.127%。
关键词：原料 裂解炉 蒸汽 高附加值产品 能耗
燕山石化烯烃部乙烯装置是我国首套从国外引 进的年产 30 万吨的乙烯生产装置。经过两次大规模 扩能改造，形成了“两头一尾”的格局，裂解老区 与新区分别拥有一套裂解炉、急冷、压缩系统，裂 解气加压后汇合进入分离单元进行深冷分离。目前 乙烯设计生产能力为 71 万 t/a，最大生产能力已达 84 万 t/a。乙烯装置是化工系统的“龙头”，其运行水 平一定程度上反映了整个石油化工行业的生产水平， 能耗高低直接影响整个化工系统经济效益，因此， 降低乙烯装置能耗具有现实意义。
区，碳三组分经碳三加氢反应器、甲烷汽提塔、丙 烯精馏塔后生成聚合级丙烯产品送往界区。丙烯制 冷压缩机、乙烯制冷压缩机、二元制冷压缩机提供 深冷分离的冷量。流程见图 1。
2 能耗分析 图 2 为 2013—2016 年乙烯装置主要技术经济指
标变化情况。由图 2 可知，高附加值产品收率均未 达到 60%，乙烯能耗在 590 ~ 610 kgEO/t 范围内，高 附收率和能耗距行业最佳水平 62.45% 及 508 kgEO/t 均有明显差距。
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燃料 蒸汽 电 水 风
高附收率，%
油、炼厂柴油、外接轻烃裂解料等。原料品质越 轻，通过蒸汽热裂解后的高附产品收率越高。在实 际运行过程中，加氢尾油高附收率最好，单程高附 产品收率可达 52% 以上；石脑油次之，高附收率为 50% 左右；柴油最差，高附收率在 45% 以下，轻烃 裂解料的高附收率则主要取决于乙烷、丙烷等物料 组成。由图 4 可以看到，5 年来乙烯装置的投料比例 变化明显，总体的趋势是石脑油、轻烃投料比例逐 渐扩大，加氢尾油则根据炼厂的实际运行情况基本 保持稳定，而高附收率低的柴油在 2016 年大检修以 后，被大量的外购石脑油所取代，同时轻烃裂解料 中又吸收了炼厂饱和气体回收装置产出的富乙烷气 （乙烷、丙烷含量可达 80% 以上），目前石脑油投 料比例 75%，加氢尾油约 15%，轻烃裂解料 10% 左