乙烯裝置停開車降低火炬排放措施探討

袁欣，衣桂娟，董湘軍

（中國石油吉林石化公司乙烯廠，吉林 132022）

1 概述

隨著國家環保管控力度不斷加大，無論是新建還是已投入商業運行的化工裝置均面臨著裝置在停開車及正常運行過程中如何做到“低碳排放，環保達標”問題。乙烯裝置作為化工裝置的“龍頭”，體量巨大，低碳排放涉及的范圍很廣，按照生產狀況劃分，可分為裝置正常運行、停開車、檢維修及局部試車排放等；按照介質狀態劃分，可分為氣態、液態及固態排放。為了實現“低碳排放，環保達標”企業根據各自實際情況采取措施，如裂解爐低NOx燒嘴改造、廢堿氧化系統改造、增設火炬氣回收壓縮機等，并收到了很好的效果。

2 乙烯裝置停開車降低火炬排放的方案分析

吉林石化公司70萬噸/年乙烯裝置始建于1993年，2005年進行了擴能改造。該裝置采用林德工藝，整體上分為新老兩個區，共用一臺裂解氣壓縮機。這種布局設計相當于兩套小的乙烯裝置合在一起，與一套相同能力的乙烯裝置相比在投資、運行及維護等方面均處于劣勢，但是在物料回收方面則具有獨特優勢，因為相同操作單元可以交錯停車。

該裝置受上下游整體平衡影響，每年有2～3次低負荷運行階段，持續時間為7～15天，利用該時機可對局部單元進行新催化劑開車、換熱器消漏等工作。期間，不可避免地涉及到產品不合格及火炬排放問題，通過多次總結摸索，碳排放量逐步降低。

2.1 不合格物料的回收

該裝置在脫除乙烯產品中乙炔雜質方面，老區采用乙炔吸收技術，用二甲基甲酰胺作為吸收劑，通過溫度和壓力的變化將乙炔從碳二組分中分離出來，并作為產品外送；新區采用乙炔前加氫技術，有兩臺等溫列管式碳二前加氫反應器，將乙炔轉變成乙烯和乙烷。碳二前加氫反應器開車是整個裝置開車的難點，一是反應器升溫持續時間長，影響裝置開車進度；二是開車過程產生大量不合格碳二組分，無法作為產品外送。

這部分不合格碳二組分，主要是乙炔含量超標，最初的處理方式為通過乙烯機液化，暫時存入兩臺2 000 m3乙烯儲罐，待系統恢復正常時逐步返回裂解氣壓縮機升壓送入后部精餾。這種方式受制于儲罐罐容，當兩臺罐均達到儲存上限時，在系統乙炔含量仍超標情況下，只能將不合格碳二組分向火炬排放。

針對這種情況，按照高壓側向低壓側排放的原則，綜合考慮各種因素，采取以下三項措施回收這部分不合格碳二組分：①按照裂解氣壓縮機的運行負荷，將反應器進料量的50%返回壓縮機低壓段吸入罐，相當于在反應器和壓縮機之間建立一股閉路循環物流，這樣既可以保證前加氫反應器開車階段最低負荷，又能滿足不合格碳二組分后續處理要求。②在乙烯精餾單元之前將物料引入老區正常運行的乙炔吸收單元，約占反應器進料量45%的不合格碳二組分經過碳一/碳二分離單元后，除去氫氣和甲烷，僅剩余乙炔、乙烯和乙烷三種純碳二物料，由于乙炔含量超標，如進入乙烯精餾單元，只能液化至不合格乙烯儲罐，通過壓差將其引入老區乙炔吸收單元，利用吸收劑二甲基甲酰胺把其中的乙炔吸收掉，剩余的乙烯和乙烷再進入老區的乙烯精餾系統生產合格乙烯產品。③將約占反應器進料量5%的無法回收不合格碳二組分并入燃料氣系統，作為裂解燃料，達到燃料氣系統節約天然氣的目的。通過以上三項措施，碳二加氫反應器開車階段的不合格碳二物料實現了向火炬的“零排放”，并且95%轉變為乙烯等產品，受裝置能力限制，只有5%作為燃料燒掉。

2.2 合格物料的回收

該裝置老區乙烯制冷壓縮機三段出口冷卻器由于長時間運行，導致循環水垢下腐蝕，發現大面積內漏，需要對換熱器進行整體更換。按照正常處理方式，整個分離系統老區與該壓縮機提供乙烯冷劑相關的各個單元均要停車，待壓縮機三段出口冷卻器更換完畢后重新開車，但是開車過程不可避免產生大量廢料，無法回收，需要向火炬排放。

受老區乙烯制冷壓縮機停車影響，老區碳一/碳二分離單元、乙炔吸收單元的乙烯冷劑無法使用，老區乙烯精餾單元由于與乙烯制冷壓縮機形成開式熱泵也需要局部隔離置換。當乙烯制冷壓縮機停車時，單元設備、管線外部均有保冷材料，切斷單元進料，短期內可以實現單元內部物料保液保壓儲存。但是就老區碳一/碳二分離單元來說，停車時儲存的物料含有乙炔，下游乙炔吸收單元在開車過程中需要逐漸升溫置換，必然送火炬排放。

針對這種情況，優化乙烯壓縮機換熱器檢修方案，利用裝置降負荷，同時新區碳二加氫單元運行的條件，將老區預冷干燥單元的物料引入碳二加氫單元，與新區預冷干燥單元的物料混合后脫除乙炔，再分出相同量的物料回到老區碳一/碳二分離單元，在停車前正常運行階段對老區含乙炔各單元進行乙炔置換，至老區各單元乙炔達到合格標準，開始逐步停車。雖然該方式延長停車時間3小時，但縮短開車時間5小時，整體上不但縮短低負荷運行時間，而且大大降低物料排放量，最終成本損失降低評估見表1。

損失評估是按照該乙烯裝置當月《乙烯產品單位成本計算表》中各產品財務金額與各階段操作減少的物料損失，結合該裝置設計物料平衡表中的組分含量計算得出，總計減少損失310.37萬元。

表1 優化乙烯壓縮機換熱器檢修方案后降低最終成本損失評估

2.3 停車時產品外送產品儲罐

丙烯壓縮機制冷系統及與之相連的用戶內部儲存大量聚合級丙烯，純度在99.6%（v）以上，這部分丙烯在壓縮機停車前及停車后可以通過泵升壓送入丙烯儲罐。停車前需要預估出丙烯量以便儲罐有足夠的儲存空間。同時，丙烯精餾塔所產聚合級丙烯在保證質量合格情況下也可以通過該線送往儲罐。利用一次大檢修老區丙烯壓縮機系統停車倒空時機，對該系統內的聚合級丙烯進行升壓回收，整個系統儲罐及管線體積約為500 m3，按照丙烯儲量40%，液態丙烯密度0.5 t/m3計算，整個系統儲存丙烯量約為100 t，通過實施該操作，丙烯儲罐儲存量增加48 t，回收率大體在40%以上。

2.4 開車外引

目前，各乙烯裝置通過改造，均采用開車提前引入合格產品方式建立回流，當精餾塔、吸收塔進料時，直接使用該回流產生合格產品，以縮短開車調整時間，減少火炬排放量。如脫乙烷塔引入聚合級乙烯產品，脫丙烷塔引入聚合級丙烯產品，乙炔吸收塔引入聚合級乙烯產品等。另外，有的裝置采用乙烯精餾塔與乙烯壓縮機形成開式熱泵設置，在裝置投料之前，通過乙烯儲罐將乙烯產品返回乙烯精餾塔，通過壓縮機制冷，建立液相乙烯，使塔達到正常操作溫度和壓力，也是縮短開車時間的較好方式。

2.5 作為燃料氣回收利用

裝置在緊急停車或恢復開車過程中，不可避免要涉及到超溫、超壓及不合格產品的置換問題，這部分物料一般都是直接排往火炬系統。通過不斷改造，將可作為裂解爐燃料使用的碳四以下組分相應放火炬點配置了聯通線，引至燃料氣系統，這樣既可以減少火炬排放量，同時也可以減少裝置燃料氣外補量。需要注意的是，該方式并不是替代各單元的壓力控制，而是在壓力控制正常投用情況下，盡量減少火炬排放量。同時，燃料氣系統管線多為普通碳鋼材質，最低安全使用溫度只有-40℃，還要注意排放溫度不能過低，最好是在燃料氣系統之前增設加熱器和溫度報警設施，利用低等級蒸汽或熱水對低溫物料進行加熱，保證排放的物料進入燃料氣系統之前不低于-40℃。

3 結論

乙烯裝置停開車階段的低火炬排放是行業發展趨勢，以上幾種具體措施可以綜合應用。對于新建裝置，可以借鑒以上幾種做法在設計階段考慮運行時的物料回收問題；對于已投入生產運行的裝置，可以利用停車時機對可回收的物料進行局部改造，根據實際情況和物料狀態，按照規范要求配置聯通線，設置相應的操作和安全監控設施，使裝置的運行更為科學合理，最大程度實現低成本運行和低碳排放的目的。