乙烯裝置低火炬排放開車探討

李 宏 冰

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乙烯裝置低火炬排放開車探討

李 宏 冰

（中國石油撫順石化公司烯烴廠, 遼寧 撫順 113004）

針對撫順石化新建80萬t/a乙烯裝置首次開車過程，在乙烯產品沒有合格之前，大量的物料排放至火炬系統，不僅造成物料的浪費，給企業造成損失；而且大量排放造成環境污染。在裝置檢修期間，通過和同行業的交流和討論，裝置現場進行了一些技術改造，在2013年11月的裝置開車期間，基本實現了低火炬排放的開車，大大降低了物料的排放。

低火炬排放; 撫順乙烯

撫順石化80萬t/a乙烯裝置于2009年4月開工建設，2012年7月中交，10月28日一次開車成功，穩定運行7個月后，因公司煉油裝置檢修，2013年5月乙烯裝置停車進行檢修和優化消缺工作，在調研的基礎上增加了低火炬排放的設施。 2013年11月1日乙烯裝置按照低排放方案重新投料開工運行，實現了在沒有外來天然氣和超高壓蒸汽的情況下，裝置低火炬排放開車成功。

1 裝置簡介

乙烯裝置采用的是美國斯通韋伯斯特(S&W)公司的專利技術，裂解爐為USC型管式裂解爐；急冷油塔、急冷水塔、堿洗塔采用S&W的波紋塔盤；裂解氣壓縮采用五段壓縮，分離系統采用雙塔前脫丙烷、前加氫、低壓乙烯塔與乙烯壓縮機構成開式熱泵、深冷分離采用了S&W公司最新的專利技術HRS(熱集成精餾系統)等先進的工藝技術[1]。

2 方案確定

2.1 低火炬開車的總體思路

乙烯裝置低火炬開車就是降低火炬的排放量，其關鍵點是將開車過程的物料回收或縮短自投料到產品合格時間以及減少開工過程的物料投入量[2]。由于受排放火炬物料性質和排放量的影響，開車過程的物料很難實現大量回收；因此縮短開車時間和盡量減少開車的物料投入是乙烯裝置開車探索較多的過程。

撫順80萬t/a乙烯裝置2012年10月25日進行裝置第一次投料開工，由于沒有外供天然氣和超高壓蒸汽，為了滿足裝置蒸汽需要，采用以燃料換蒸汽的方式，裝置投料裂解爐4臺，兩臺DS（稀釋蒸汽）開車高備，生產超高壓蒸汽約300 t/h，滿足裂解氣壓縮機透平的功率要求。原始開工由于操作不熟練，加之首次國產化的乙烯制冷壓縮機組運行不穩定，乙烯產品合格時間較長，物料損失較大，造成環境污染和浪費。

2013年5月，由于上游煉油裝置計劃檢修，乙烯裝置沒有原料，借此乙烯裝置進行停車小修，小修重點是按照低火炬開車方案實施改造和過冬降耗消缺。在停車過程中重點試驗了，裂解爐逐臺退料裂解氣壓縮機和碳二加氫反應器能否正常運行的情況，驗證了一臺裂解爐運行能夠滿足裝置一定時間內全流程正常運行。乙烯裝置采用前脫丙烷前加氫的工藝、乙烯精餾塔與乙烯制冷壓縮機采用開式熱泵流程[3]，碳二加氫物料在不合格前要大量排放到火炬系統，而且，乙烯系統污染后置換物料量大、時間長、損失多，在裝置檢修期間按照低火炬開工方案進行了一些改造。

2.2 低火炬開工方案

（1）裂解氣壓縮機N2預冷直接采用裂解爐自產的SS（超高壓蒸汽）驅動，改變以往的先用界區外的HS（高壓蒸汽）驅動，待冷區系統氮氣預冷結束后，裂解氣壓縮機停車，蒸汽流程切換。SS（超高壓蒸汽）直接驅動的優點主要是避免壓縮機的再次啟停，等后區系統預冷結束后，就可以投料，節省開工時間；缺點為：裂解爐需要至少4臺甚至更多的裂解爐處于熱備狀態，若分離系統預冷時間較長時，會造成燃料的浪費，開工時間的延長。

（2）急冷油系統、急冷水系統、盤油系統需要提前建立循環。做好急冷油反加熱的時間安排，確保急冷油、盤油溫度在進裂解氣時，達到預熱溫度，同時避免急冷油長時間在高溫下循環，急冷油品質下降。

（3）丙烯系統建立循環，丙烯機運轉，各級丙烯冷劑溫度、壓力控制正常，丙烯精餾塔、低壓脫丙烷塔建立全回流。

（4）脫丁烷塔在投料前，引裂解碳四至脫丁烷塔并建立全回流。

（5）乙烯系統建立循環，乙烯壓縮機運轉，各級冷劑溫度、壓力指標控制正常，乙烯壓縮機系統和乙烯精餾塔循環正常。

（6）在冷區系統N2預冷時，裂解爐處于高備狀態，不進行投料；裂解氣壓縮機系統與急冷系統處于隔離狀態，N2需要通過補給閥門進行補入。

（7）冷區系統N2預冷溫度達到-100 ℃后，裂解氣壓縮機系統與后區的分離系統通過閥門手動進行隔離；裂解氣壓縮機處于自身循環狀態，后區系統的氮氣通過放空閥門進行泄壓至0.1 MPa。

（8）碳二加氫反應器在N2預冷期間，就可以通過乙烯壓縮機五段出口的氣相乙烯充壓至3.2 MPa，待裝置投料后，再用反應器進料閥的旁路進行實物料充壓至3.5 MPa。

（9）分離系統N2泄壓時，裂解爐投一臺石腦油爐子，負荷控制在70%左右，通過現場電動閥，緩慢將裂解氣從急冷系統引至裂解氣壓縮機系統，碳二加氫反應器走旁路；通過關小返回閥，緩慢提高裂解氣五段出口壓力。

（10）高壓脫丙烷塔回流罐壓力達到2.45 MPa后，通過壓縮和冷區隔離閥的旁路閥對后區系統充壓，壓力正常后，壓縮和分離的流程打通，利用氮氣預冷流程用實物料對系統內的氮氣進行置換，冷分離實物料循環，氮氣最終由再生氣分離罐排至火炬系統。

（11）在單臺爐投料期間，預脫甲烷塔、脫甲烷塔建立液位，冷分離系統流程打通，高壓脫丙烷塔塔底的物料在塔底及靈敏板溫度正常后外送至低壓脫脫丙烷塔，熱區各系統流程全部打通；

（12）分離流程打通后，將甲烷/氫引入再生氣分離罐，然后，將燃料氣從再生氣罐旁路引至燃料氣分離罐，燃料氣流程全部貫通。

（13）為了滿足碳二加氫反應器的空速要求，需要裂解爐再投一臺爐，保持2臺爐運行，待高壓脫丙烷塔塔頂的碳四含量小于1 000×10-6后，反應器開始進料并緩慢提高碳二加氫反應器入口溫度。

（14）利用不合格乙烯外送線將脫乙烷塔頂物料送至不合格乙烯儲罐，待碳二反應器出口指標合格，系統進行置換，合格后乙烯產品送合格乙烯儲罐。

（15）高低壓脫丙烷塔開車時的再沸器以盤油再沸器為主，低壓蒸汽為副，待熱量溫定后，將低壓蒸汽加熱的換熱器進行隔離。

（16）反應器出口乙炔指標合格后，再陸續投用一臺重油爐；待乙烯塔丙烯塔操作穩定后，將循環氣體裂解爐投用，裝置保持4臺爐穩定生產。

3 改造內容

3.1 增加了一條不合格乙烯外送線

在脫乙烷塔回流罐底部碳二外送閥調節閥前增加了一條至液相乙烯外送泵出口的8〞管線，當碳二加氫反應器出口乙炔超標后，將不合格乙烯通過增加的這條線外送至不合格乙烯儲罐，第一時間將不合格乙烯進行隔離，防止乙烯壓縮機及乙烯塔的乙烯受污染，同時，避免不合格乙烯放火炬；在開車期間，還能降低物料的排放量，減少環境的污染（圖1）。

3.2 乙烯壓縮機五段出口增加壓控閥

乙烯壓縮機在首次投運期間，經常出現壓縮機四段、五段超壓的現象，當外送氣相乙烯量降低后只能通過返回閥返回至四段，系統壓力波動較大，檢修期間在乙烯壓縮機五段出口增加了壓控閥，便于乙烯壓縮機各段壓力的調節，有利于制冷系統的穩定。

3.3 高低壓脫丙烷塔底部再沸器增加熱源

高低壓脫丙烷塔底部再沸器的熱源為盤油，裝置開車初期，往往因為急冷油、盤油系統溫度波動較大，導致高低壓脫丙烷塔操作不穩定[4,5]，特別是高壓脫丙烷的操作波動較大，對塔頂的碳四組分影響較大，制約了裂解氣進入碳二加氫反應器的時間，不僅延長了開車時間，而且導致大量的物料排放[6]。

圖1 不合格乙烯外送流程圖

檢修期間，在高低壓脫丙烷塔底部再沸器的管程增加了低壓蒸汽的加熱流程，從低壓蒸汽總管引出低壓蒸汽，換熱后的凝液返回至凝液總管，塔的靈敏板溫度通過凝液外送閥的開度進行控制[7]。

3.4 乙烯壓縮機三段吸入罐增加開工線

脫甲烷塔冷凝器在開車初期一直不積液，造成乙烯壓縮機一段吸入罐罐頂溫度一直偏高，檢修期間增加了從乙烯壓縮機三段吸入罐罐頂UC閥至脫甲烷塔冷凝器液位調節閥閥前的2〞管線，便于冷凝器的積液，一段吸入罐溫度的降低。

4 低火炬排放開車過程

4.1 開車過程時間節點

本次開車過程中，由于檢修期間改造和檢查內容較多，因此還是采用先氮氣對深冷系統進行預冷，在深冷溫度降低到達到-100 ℃后，深冷系統進行冷把緊處理后[8]，深冷系統與裂解氣壓縮機隔離，深冷系統泄壓，裝置開始投第一臺裂解爐，用單臺裂解氣進行高壓脫丙烷塔的穩定操作、冷區系統的實氣置換、甲烷和氫切入燃料系統，整個裝置流程打通 。具體時間點如表1。

表1 低火炬開車具體時間點

4.2 裂解氣壓縮機開車期間的數據

表2為乙烯裝置自裂解氣壓縮機N2預冷開始，裝置在投料期間，裂解氣壓縮機的運行參數。

4.3 本次低火炬開車和首次開車對比

從裝置開車時間、產品合格時間、物料排放情況，將本次低火炬開車與首次開車做以下簡單對比，具體對比如表3。

4.4 開車過程的體會

（1）利用單臺裂解爐的裂解氣循環，使部分無法倒開車的系統，盡早建立循環，縮短了開工時間。

（2）裂解氣壓縮機氮氣自身循環時，調整一定要緩慢。

（3）在N2預冷達到-100 ℃，經深冷系統冷緊處理，檢查無漏點后，投第一臺裂解爐，進行實氣置換，打通全流程，將甲烷、氫切入燃料系統。

（4）投第二臺裂解爐，增加裂解氣產量，在保證最小流量要求的前提下，C2加氫反應器升溫，氫氣、混合碳四合格外送。

（5）在C2加氫反應器調整合格后，產品進入乙烯精餾塔后，提高總的進料負荷，加快置換乙烯產品合格的速度。

（6）碳二加氫反應器在檢修期間一直處于氮氣保壓狀態，催化劑處于鈍化狀態，在反應器進料后，需比平常稍微提高點入口溫度，有利用節省反應器合格時間。

（7）高低壓脫丙烷塔再沸器開車期間通過低壓蒸汽進行補給，不需要等急冷系統調整好后再進行塔的調整，節約了開工時間，減少系統的波動。

（8）過程中產生的不合格乙烯、丙烯、混合碳四送罐區儲存，生產正常后進行回煉，產品合格后切入合格儲罐，杜絕放空，減少損失。

（9）氮氣預冷剛開始時，全廠需要對氮氣做好平衡，最大用量能達到30 000 m3/h。。

（10）氮氣預冷后，分離系統的泄壓盡可能降低至最低值，最大化降低系統內的氮氣，減少物料的排放。

表2 裂解氣運行參數

表3 與首次開車對比

5 結論

（1）時間方面，本次裝置開車打通全流程比首次開車節省29 h；產品合格時間比上次節省50 h；氫氣甲烷回收時間節省43 h。

（2）物料方面，本次裝置開車期間和首次開車相比，原料投用量降低9 000 t；減少物料排放量約6 000 t；燃料氣消耗降低約827 t；外補高壓蒸汽降低11 500 t。

（3）經濟效益，本次開車期間在原料、燃料、蒸汽等各方面的消耗量都大大降低，共節約成本約965.7萬元，給企業降低了損失。

（4）環境方面，降低了放火炬的排放量，實現了低火炬開車的目標，減少了對環境的污染。

［1］于建寧，章龍江，李吉春.中國乙烯發展現狀及前景[J].石化科技與應用,2010,3(28)： 258-263.

［2］豐洋.中國乙烯工業現狀和發展展望[J].中國石油和化工,2003, 11(8):40-42.

［3］王松漢,何細藕.乙烯工藝與技術[M].北京:中國石化出版社.2000. 238-241.

［4］楊春生.乙烯裝置的乙炔脫除技術[J].乙烯工業,1996(8): 27-44.

［5］吳啟龍.乙烯裝置碳二前加氫工藝技術分析[J].廣州化工,1999.26(10):40-42.

［6］蘭春樹,武柏林,李強.茂名30萬噸乙烯裝置開工總結[C].乙烯工業第九次年會專輯, 1999:49-60.

［7］李作政.乙烯生產與管理[M].北京:中國石化出版社，1992-08.

［8］王松漢.乙烯裝置技術[M].北京:中國石化出版社.1994-05．

Discussion on Low Emission of the Torch System During Start-up Process of Ethylene Plant

（PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113004，China）

During the first start-up process of 800kt/a ethylene plant in Fushun petrochemical company, before producing qualified ethylene products, a lot of materials were discharged to the flare system, which not only wasted materials and result ineconomic loss of the enterprise, but also polluted the environment. During plant maintenance, technological transformation of the plant was carried out. During start-up of the plant in November 2013, low torch emission was basically achieved.

Low torch emissions；Fushun ethylene

TQ 221.21

A

1671-0460（2014）06-1004-04

2014-04-20

李宏冰（1963-），男，遼寧開原人，高級工程師，1986年畢業于撫順石油學院石油加工專業，長期從事石油化工生產技術管理工作。