乙烯裂解爐改造技術應用分析

楊旭

摘要：隨著我國國民經濟的快速發展，我們對乙烯及其衍生物的需求不斷增加，導致我國乙烯長期供不應求。目前我國乙烯生產技術已經達到了世界先進水平，除新建的大型乙烯生產裝置外，依托現有的裝置、人才及技術優勢對現有的裝置進行擴能改造。另外，一些裂解爐已經投用時間較長，技術比較落后，相比現在的工藝技術存在著一定的技術缺陷，或者能耗較大，為了改進這些技術并克服這些缺陷，需要對裂解爐進行改造，以提高裂解爐的綜合性能。

關鍵詞：乙烯裂解爐；改造技術；應用分析

1 導言

乙烯是石油化工的基礎原料，提高乙烯裝置的經濟效益對提升整個石化企業的競爭力具有重要的意義。乙烯裂解爐可以看作是乙烯裝置的心臟。在這個工序中原料被加工為產品，在后續工藝中這些產品被分離、凈化。使用高溫裂解工藝，裂解爐的原料損耗量和燃料的熱利用率在整套乙烯裝置的經濟效益中起了決定性的作用。

2 研究意義

國內石油化工行業發展一直存在能耗高的問題，其中乙烯裝置是最為突出的能耗大戶，而乙烯裂解爐的能耗又占整個乙烯裝置能耗的70%以上，直接影響了乙烯裝置生產經濟效益的提升。

？？目前，國內共有二十多家乙烯生產企業，這些企業大多隸屬中石化和中石油旗下還包括幾家中外合資大型煉化企業及地方性煉化國企。在這些乙烯生產裝置中，多數乙烯裂解爐裝置又建成于上世紀，這些裂解爐設備普遍存在爐型老、熱效率低、能耗高、運行周期短的共性問題。盡管近年來國內各乙烯生產企業通過實施工藝優化、技術改進、節能改造等措施，不斷降低裂解爐能耗，但與國際先進水平相比，仍有不小差距。

3 研究現狀

目前，國內乙烯裝置裂解爐鎮海乙烯最大生產能力達到15萬噸/年，乙烯收率達到34%，同時排煙溫度達90℃左右，熱效率更是高達95%，大大降低了裝置的綜合能耗，個別乙烯裝置裂解爐改造后裂解爐液體原料運行周期長達200天，裂解氣體原料運行周期長達230天，標志著我國乙烯生產技術又邁上新的臺階。該裝置裂解爐原設計生產能力為6萬噸/年乙烯，爐管型式為LSCC1-1型爐管，采用雙輻射室形式的門式裂解爐，供熱方式為底部和側壁聯合供熱，其中底部為油氣混合燒嘴。設計原料適應性較強，可以裂解石腦油、輕柴油、加氫尾油及循環乙烷/丙烷等。

在乙烯裝置改造中，為了實現裝置生產能力達到理想目標，結合裂解爐運行情況對裂解爐進行了改造。改造后側輻射室將原LSCC1-1型爐管，改為8組“1-1-1-1-1-1-1-1”型8程輻射爐管，以乙烷和丙烷為裂解原料，A側輻射室將原LSCC1-1，改為56組GK-6型輻射爐管，以石腦油、化工輕油、加氫尾油為裂解原料。單臺裂解爐乙烯生產能力由原來的6

萬噸/年乙烯提高到8.4萬噸/年以上。改造內容包括更換輻射段爐管、對流段部分管束、風機及電機、底部火嘴、增加除焦罐及燃料控制系統等。

4 熱裂解理論及反應機理

4.1 裂解原理

裂解原料（如AGO、HLN、HGO、NAP、C5、C2/C3等）經管式裂解爐在高溫820～860℃下反應，生成氫氣、甲烷、乙烯、丙烯等各種組分的裂解氣。1、一次反應和二次反應烴類熱裂解的過程非常復雜。它分為一次反應和二次反應。一次反應是指由原料烴類經裂解生成乙烯和丙烯的反應。二次反應主要是指一次反應生成的乙烯、丙烯等低級烯烴進一步發生反應生成多種產物，甚至最后結焦或生碳的反應。烴類熱裂解的一次反應主要是發生脫氫和斷鏈反應。脫氫反應是C-H鍵斷裂的反應，生成烯烴和氫氣。如：R-CH2-CH3R-CH=CH2+H2（烷烴裂解通式）斷鏈反應是C-C鍵斷裂的反應，反應產物是碳原子數少的烷烴和烯烴。R-CH2-CH2-RR-CH=CH2+RH（烷烴裂解通式）或（Cm+nH2（m+n）+2）CmH2m+CnH2n+2脫氫和斷鏈都是吸熱反應，所以裂解時必須供給大量的熱。在相同的裂解溫度下，脫氫比斷鏈所需的熱量大，要加快脫氫反應必須采取更高溫度。環烷烴、芳香烴、烯烴等也均可發生一次反應（斷鏈和脫氫），但均有各自不同的特點，這里不再贅述。烴類熱裂解過程的二次反應比一次反應復雜，原料烴一次反應后生成了氫，甲烷和一些低分子量的烯烴如乙烯、丙烯、丁烯、異丁烯、戌烯等。在裂解溫度下，氫及甲烷很穩定，而烯烴可繼續反應，主要的二次反應有：（1）反應生成的較大分子烯烴可以繼續裂解生成乙烯，丙烯等小分子烯烴或二烯徑；（2）烯烴能夠發生聚合，環化，縮合，最后直至轉化成焦；（3）烯烴加氫和脫氫；（4）烴類分解生碳。總之，在二次反應中除了較大分子的烯烴裂解能夠增產乙烯外，其余的反應都要消耗乙烯，降低乙烯收率。

4.2 反應機理

在此對烴高溫裂解進行討論，以加深對其中發生化學反應和相關聯的熱力學反應的理解。通過對這些原理的運用提高裂解爐性能[7]。裂解反應，盡管看上去比較復雜，但其基本機理是脫氫和C-C鍵斷裂兩種反應。這兩種反應都屬吸熱反應，因此必須由外界提供反應時所需的熱量。裂解后分子的數量會增加，以熱力學觀點看，低烴分壓就有利于裂解反應。烴類在高溫時失去穩定性，分解為氫氣、甲烷、烯烴和芳烴。高溫時，還能生成穩定的雙烯烴和芳烴。因此，裂解反應不僅有乙烯和丙烯之類的輕質烯烴，同時還生成較重的冷凝芳烴和焦油。相關的研究證明：碳原子間的鍵幾乎總是發生斷裂。而且，在烴原料轉化率較低的時候，反應也是第一性的。也就是說，原料中烴的消失速率不受壓力的影響。此外，這些反映的活化能總是低于C-C鍵斷裂所需的能量。所以，這種消失可以看作是單分子行為，遵循第一性機理。

5 結論

乙烯裝置裂解爐能耗占總能耗的二分之一以上，所以裂解爐技術改造勢在必行，該裝置實施了裂解爐擴能改造、節能改造、增加裂解深度先進控制系統、裂解爐原料適應性改造，通過以上改造增加了裝置三烯收率，降低了裝置的能耗，降低了煙氣排放溫度，提高了裂解爐的熱效率，真正達到了節能降耗增產的目的。

參考文獻：

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（作者單位：大慶石化公司）