優化乙烯裝置工藝流程降低能耗的研究

關鍵　張星　王強

[摘 要]本文通過對甲烷尾氣放火炬現象進行原因分析，并提出相應的流程優化方案，有效地解決甲烷氣放火炬的問題，使得乙烯裝置能耗大幅下降。

[關鍵詞]乙烯；優化；能耗；甲烷氣

中圖分類號：S653 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）02-0042-01

石化公司100萬噸/乙烯裝置是石化公司100萬噸/年乙烯裝置配套項目乙烯工程的核心裝置，也是中石化建設的第一套百萬噸級乙烯裝置，采用ST/Lummus順序深冷分離、二元制冷技術，規模為年100萬乙烯/年（按8000小時計算），裝置內主要由裂解、急冷、壓縮、分離冷區和熱區、廢堿氧化、火炬氣汽化、污水預處理等組成，其主要生產流程為以石腦油、加氫尾油及飽和液化氣為裂解原料，在裂解爐經高溫裂解，后經急冷、壓縮、分離工序，生成氫氣、甲烷、乙烯、丙烯、混合碳四、粗裂解汽油、2#裂解重餾分及裂解重餾分等產品。

自2010年1月乙烯裝置首次投料開車以來，隨著裝置負荷逐步提高及裂解原料中異構烷烴含量較高，裝置生產的甲烷除在滿足裂解爐使用外，還有富裕的甲烷氣排入火炬系統，不僅使裝置能耗增加，還限制了裝置高負荷運行。為解決此問題，乙烯裝置對燃料系統進行優化，決定利用現有管線。

1 原因分析

1.1 設計情況

乙烯裝置采用的是高溫蒸汽裂解，能耗主要集中在裂解爐、分離過程和壓縮機上，節能應立足于能量的回收及減少能量的消耗上。乙烯裝置建有11臺年產10萬噸乙烯的SL-1型裂解爐，其使用燃料為裝置自產甲烷或氫氣。原設計的燃料系統流程為來自再生系統的甲烷尾氣進入燃料氣系統，同時過量的氫氣和乙烷也進入燃料氣罐，燃料氣罐的甲烷尾氣優先去裂解爐的側壁燒嘴，過量的甲烷尾氣和汽化的LPG去裂解爐的底部燒嘴。正常生產時，系統所生產的甲烷氣不富裕，不能外送。

乙烯裝置燃料平衡表

1.2 物料平衡數據

設計物料平衡數據乙烯裝置設計物料平衡2010年乙烯裝置物料平衡數據：

裝置名稱投入產出原料名稱本期產品名稱本期生產收率，%乙烯裝置1號石腦油1328323.618

2號石腦油301608.208氫氣25628.0110.912芳烴抽余油38750.220甲烷404364.69414.394

加氫裂化尾油916376.570乙烯854942.11330.433飽和液化氣223921.245丙烯432753.26115.405丙炔氣270.976混合碳四296560.82810.5572809250.836粗裂解汽油607728.95121.6332號裂解重餾分28104.0151.000裂解重餾分138482.6244.930。

從上述數據可得出，在2010年乙烯裝置甲烷收率為14.394%，高于設計值13.88%，而在裝置原設計中沒有甲烷外送線，所以，裝置所生產的甲烷除供裂解爐作燃料、EO/EG裝置制穩劑、苯酚裝置焚燒爐燃料及火炬長明線使用外，還有部分富裕量，因無下游用戶，只能排入火炬系統。裝置內無甲烷外送線，不能適應裝置高負荷運行的需要，所以，優化燃料系統，及時將富裕甲烷外送，保證燃料系統穩定，是裝置急需解決的問題。

2 新增甲烷1#線改造

2.1 改造原因

在實際生產過程中因裝置負荷逐年提高、裂解原料中異構烷烴含量較高，裝置生產的甲烷除在滿足裂解爐使用外，還有富裕的甲烷氣，使燃料系統壓力升高，造成多余的甲烷氣排放至火炬。

2.2 改造方案

利用中沙公司與烯烴部之間的DN100甲烷線，將乙烯裝置多產的甲烷氣送至熱電部燃料系統，按外送量4/h考慮，甲烷氣輸送管道自PV30003閥前引出，引出點壓力為0.55MPa～0.6MPa，按壓力0.55MPa考慮，熱電部燃料氣系統緩沖罐操作壓力0.3MPa。按照DN100，當量長度4120m，輸送起點壓力為0.55MPa，熱電部現有燃料氣系統緩沖罐終點0.3MPa核算，根據weymouth公式計算得，在保證壓力的情況下，輸送量為1.173t～1.393t。

2.3 實施后效果

2011年1月乙烯裝置新增1#甲烷外送線投用，外送甲烷能力為2.0噸/小時，降低裝置能耗14.28千克標油/噸乙烯。2011年乙烯裝置高負荷運行，共外送天津石化甲烷氣15880噸，實現銷售收入1905萬元。

2011年1月新增甲烷外送1#線投用后，乙烯裝置在滿足下游裝置使用及外送需求的條件下，仍有部分甲烷氣排放至火炬。為解決此問題，提高裝置整體經濟效益，乙烯裝置決定對甲烷外送線流程再次進行優化。

3 新增甲烷2#線改造1）改造原因

當乙烯裝置進一步提升負荷或出現1臺加氫尾油爐運行時，每小時約有2.5t的甲烷富裕量，會造成富裕甲烷氣排放至火炬。

2012年乙烯裝置利用低位能的急冷水熱量給裂解爐助燃空氣預熱，降低裂解爐燃料氣的使用量，項目實施完畢后，每小時節約1.0t/h的燃料氣。

苯酚裝置對焚燒爐進行改造，增加空氣預熱器、更換廢熱鍋爐及氧化尾氣預熱器，每小時可節約0.5t燃料氣，又會產生0.5t的甲烷富裕量。

3.2 改造方案

在保證脫甲烷塔（DA301）和燃料系統壓力穩定的情況下，甲烷氣外送壓力：0.55MPa，甲烷外送熱電部最大量5.3噸/小時，從乙烯裝置“E-E”接口，甲烷送出管線引接一條6“的管線引接至中沙公司與烯烴部之間的火炬管線上，并將乙烯裝置內“F-F”接口的甲烷管線12“FG90003-A1A-T上的流量計FIQ-90805移位，安裝在新引接的6”管線上。

3.3 實施效果

2012年10月投入35萬元利用原有的火炬管線，新增一條甲烷外送線，外送甲烷能力為4.4噸/小時，降低裝置能耗10.69千克標油/噸乙烯。2013年乙烯裝置高負荷運行，共外送天津石化甲烷氣49000噸，實現銷售收入約4600萬元。

4 燃料系統的日常管理

為保證燃料系統的穩定，最大限度地將富裕甲烷外送至天津石化，杜絕甲烷放火炬，在日常操作中進行如下管理：

4.1 優化燃料系統操作，最大限度地外送甲烷。在正常生產時，燃料系統不引入飽和液化氣或剩余碳四作為裂解爐燃料，當燃料氣系統壓力波動時，通過調節裂解爐出口溫度及稀釋比，保證燃料系統壓力穩定，杜絕燃料氣放火炬現象。

4.2 對空氣預熱器、火炬回收壓縮機等節能設備進行定期檢查，保證其運行正常。

4.3 通知調度及時與天津石化公司聯系，將甲烷及時外送至天津石化，保證燃料系統壓力穩定，確保火炬回收壓縮機穩定運行，最大量地回收火炬氣。

4.4 每周兩次對乙烯裝置外送甲烷產品進行組成分析，確保外送產品質量合格。

5 結論

為適應乙烯裝置原料性能及高負荷運行的需要，先后2次對甲烷外送流程進行優化。項目實施后，2013年在裝置高負荷運行時，在保證系統穩定的情況下，能最大限度地外送甲烷氣，為乙烯裝置的各項經濟指標的創優奠定良好基礎。

參考文獻

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