乙烯裝置低排放開工技術的應用

張 濤

（中國石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶163714）

某石化公司600 kt/a 乙烯裝置（簡稱E3 裝置）于2012年10月建成投產，采用前脫丙烷前加氫流程。裝置于2013年及2015年進行過2 次大檢修，2018年裝置大檢修為化工區全面檢修，三套乙烯裝置均進行停工檢修，根據開工統籌E3 裝置首先開工，故無法借助無排放開工線實現無排放開工［1]，E3 裝置結合歷次停開工經驗，根據現場實際流程，通過增加碳二加氫開工充壓線、高壓脫丙烷塔不合格乙烯回煉線、裂解氣壓縮機改變五段防喘控制等優化措施縮短裝置開工時間，同時研究乙烯裝置天然氣、氮氣等低排放開工方式，首次提出裂解氣壓縮機氮氣轉實物料開工方式，加快裝置開工進度，降低開工過程中火炬排放量。

1 裝置概況

E3 裝置采用美國SSW 公司的USC 192U 型、8M 型及寰球工程公司專利的HQF-Ⅱ型管式裂解爐技術，中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項“大型乙烯裝置工業化成套技術開發”開發的前脫丙烷前加氫的分離工藝技術。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，低壓乙烯塔與乙烯制冷壓縮機構成開式熱泵。

2 低排放開工方案

2.1 低排放開工的總體思路

乙烯裝置低排放開工的總體思路就是降低火炬排放量、縮短產品合格時間，其關鍵點是將開工過程的物料盡可能回收或縮短自投料到產品合格時間及減少開工過程物料投料量［2]。但受開工進度及開工初期放火炬物料性質限制，開工的物料很難實現大量回收［3]，因此縮短時間和減少物料投料量是乙烯裝置低排放開工的重點優化過程。

2.2 分離系統采用倒開工方式

分離系統倒開工技術，可有效縮短開工時間。部分精餾塔引液進行全回流操作，可顯著降低裝置投料后的產品合格時間。首先對丙烯精餾塔進行氣相充壓，隨后外引開工液相丙烯，投用采用低壓蒸汽作為加熱介質的開工再沸器。丙烯塔建立全回流運轉，利用丙烯塔塔頂氣相線對丙烯機進行實氣置換，隨后投用丙烯機開工引液線，將丙烯引至各用戶調節閥前，丙烯機四段排出丙烯冷劑收集罐引液至約70%，丙烯機具備開工條件；乙烯機及乙烯塔實氣置換合格后，外引開工液相乙烯至乙烯緩沖罐，并投用冷回流對乙烯塔進行預冷。丙烯機無負荷運轉正常后，乙烯機開工，乙烯塔建立全回流運轉，保證2機組在最低轉速以上運轉正常，可顯著縮短前冷進料后的產品合格時間［4]。

2.3 裂解氣壓縮機氮氣運轉

裂解氣壓縮機開工前，急冷及裂解氣壓縮機系統可采用裂解氣、天然氣或氮氣充壓至0.3 MPa，若有多套并行乙烯裝置可引入正常運轉裝置裂解氣充壓開工，由于本次開工E3裝置優先開工，故無法借用另兩套裝置裂解氣進行實氣充壓；若采用裂解爐投料后對急冷及裂解氣壓縮機系統充壓，在壓縮機啟機前大量裂解氣在急冷水塔頂進行放火炬，不僅浪費物料而且易導致環境污染；當界外天然氣供應充足時可采用天然氣開工。但由于大慶石化天然氣供應緊張，且天然氣中CO2含量高達3.64%，易擊穿堿洗塔造成前冷凍堵；E3 裝置裂解氣壓縮機在設計時有氮氣工況，在2018年停工過程中為提高物料回收、減少放火炬損失及加快停工進度已進行氮氣停工，為氮氣開工積累了寶貴經驗，綜合考慮決定采用氮氣作為開工介質。

2.4 置換介質綜合利用

乙烯裝置開工前，工藝系統內充滿了氮氣，根據各單元工藝特點，通常需用裂解氣、甲烷、乙烯、丙烯等進行置換，各單元置換氣直接排放至火炬，造成物料大量損失及火炬冒黑煙現象。為此根據工藝流程特點，利用置換介質復用開工技術［5]，針對開工置換過程中氮氣用量受限問題，為保證置換進度，將后分離系統中丙烯塔、前冷等置換用氮氣排放至火炬管網，將火炬界區大閥關閉，為防止設備超壓，此時重點監控火炬管網壓力不高于設計值0.35 MPa，當火炬管網壓力為0.3 MPa時，打開急冷水塔頂放火炬調節閥，將火炬系統接收的置換氮氣反引至急冷系統，大大縮短裝置氮氣置換合格時間及氮氣用量，將丙烯塔系統的實氣置換氣體引入丙烯機系統，將乙烯機系統的實氣置換氣體引入脫乙烷塔系統，將丙烯機、前冷系統的實氣置換氣體引入裂解氣壓縮機系統及急冷系統，充分利用置換介質，減少火炬排放量。

3 開工過程中低排放措施

3.1 利用大修實施低排放技改

3.1.1 碳二加氫充壓線改造碳二加氫開工進度決定前冷進料及乙烯產品合格進度，而采用裂解氣充壓易導致床層飛溫，根據裝置流程特點在氣相乙烯外送線上增加1條碳二加氫充壓線，配至反應器一段入口，通過投用氣相乙烯外送事故加熱器，對反應器進行充壓，由于床層內無氫氣，床層不會升溫，當高壓塔塔頂丁二烯摩爾分數小于200×10-6時，碳二加氫可以進行投用，且根據催化劑廠家建議逐步提高各段反應器入口溫度，盡快使反應器出口乙炔合格，縮短乙烯產品合格時間。

3.1.2 高壓脫丙烷塔增加不合格乙烯回煉線在裝置開工過程中，由于碳二加氫反應器出口合格需要一定時間，而為降低火炬排放量，可將未加氫合格裂解氣引至前冷系統，此時將導致乙烯中炔烴含量超標，而乙烯塔不合格乙烯回煉線僅能回煉乙烷超標的炔烴，針對此情況，在高壓脫丙烷塔增加不合格乙烯回煉線，將回煉線配至高壓脫丙烷塔回流調節閥后，此部分不合格乙烯可經過碳二加氫反應器將乙炔加氫脫除，此回煉線投用不僅可以進行不合格乙烯回煉，而且有利于高壓脫丙烷塔塔頂降溫，縮短塔頂碳四合格時間，加快碳二加氫反應器投用進度，縮短裝置開工時間。

3.1.3 脫甲烷塔塔釜增加去脫乙烷進料線開工初期，由于預切割塔塔頂冷劑能力不足，導致脫甲烷塔塔釜帶有部分碳三組份，若直接進入乙烯塔，則在塔釜積聚，不僅造成丙烯損失，而且重組分過多易導致乙烯塔塔釜再沸器加熱能力不足，影響精餾塔的正常操作，為此，在脫甲烷塔塔釜增加一條外送線，連接至脫乙烷塔進料線，可將開工初期塔釜物料送至脫乙烷塔，當預切割塔運行正常，脫甲烷塔靈敏板溫度在正常范圍內時再將塔釜物料送至乙烯塔。

3.2 裂解氣壓縮機改變五段防喘控制

裂解氣壓縮機五段防喘振控制是用1 個控制器控制2個分程調節的流量調節閥實現防喘控制。熱返回線UV-330001D 最大流通量為壓縮機五段設計容量的25%，冷返回線UV-330001C 最大流通量為壓縮機五段設計容量的75%，采用喘振PID、喘振超馳、ITCC 或DCS 手動輸入3 個值進行高選后分程控制五段防喘閥，同時高選后的輸出值與手動限位值進行低選，控制五段防喘閥的開度。

分程控制器默認輸出值100%，此時C閥全開，D 閥全部關閉，若利用分程控制器進行防喘閥控制，則隨著ITCC手動輸入值逐漸關小，冷返回線逐步關閉，熱返回線逐步打開。此時不利于高壓脫丙烷塔的降溫，同時由于冷返回線逐步關閉，五段排出去碳二加氫系統的裂解氣流量降低，將不滿足反應器的最低流量要求，此時若投用反應器則由于空速過低，易導致床層飛溫。

為此采用手動限位，單獨投用冷返回線進行流量調節。通過查找UV-330001C 閥門特性曲線得出，在防喘閥大于63%時可滿足碳二加氫反應器在開工時對于反應總氣相空速的要求。若裂解爐進行投料后，由于機組進氣量增加則防喘閥還可繼續關閉，裂解氣壓縮機五段防喘控制改變后，不僅利于高壓塔降溫，減少裂解氣五段排出放火炬，而且可使碳二加氫反應器提前具備投用條件。

4 開工過程及存在問題

4.1 開工過程

2018年8月31 日，在裂解氣壓縮機啟機前用氮氣將急冷系統、裂解氣壓縮機系統充至0.3 MPa，8:58啟動丙烯機，11:18啟動乙烯機，待兩冰機運轉穩定后，16:18 啟動裂解氣壓縮機，隨后裂解爐投料，用裂解氣逐步置換系統內氮氣，當碳四輕烴爐及循環乙丙烷爐分別投用1臺后，裝置總投料量在70 t/h，高壓塔塔頂溫度低于-20 ℃，碳二加氫反應器升溫，前冷開始進料，隨著裂解爐投料臺數增加，將尾氣逐步并入燃料氣系統，至9月2 日裝置總負荷提至184 t/h，20:00全部產品合格。

4.2 開工過程中存在的問題

（1）急冷油系統引油時間晚于統籌時間，倒加熱時間不足，急冷油塔升溫過程中出現機泵抽空。

原因分析：倒加熱時間不足，急冷油系統未充分預熱；裂解爐蒸汽切入系統后可能存在部分冷凝；裂解爐投料后由于油水不平衡造成汽油帶水；外引焦油為裝置停工時急冷系統排放的輕、重燃料油可能帶微量水。

解決措施：優化急冷油倒加熱時間，急冷油倒加熱時間為10～12 h，主稀釋蒸汽發生器倒加熱蒸汽每0.5 h 開大兩扣，直至全開。急冷油塔釜溫盡量提至140 ℃以上再將裂解爐切入急冷系統。倒加熱過程中，EH-3234B-E 工藝水側不投用，避免急冷油循環過程中取熱降低急冷油溫度。定期監控外引焦油和裂解汽油品質，防止物料帶水。

（2）高壓脫丙烷塔頻繁超壓，火炬排量增加。

原因分析：由于本次采用氮氣轉實物料開工，造成后系統內不凝氣含量高，同時由于前冷進料受高壓脫丙烷塔降溫速度過慢限制，導致大量裂解氣無法及時進入前冷系統，導致系統內不凝氣含量積累，高壓脫丙烷塔頻繁超壓，被迫放火炬。

解決措施：開工前提前引少量液相乙烯，在高壓塔進料后，投用不合格乙烯回煉，可使高壓塔頂溫迅速下降，盡快使高壓塔頂物料合格，使碳二加氫具備投用條件并往前冷進料，前冷系統進料后，系統內不凝氣在尾氣調節閥PV340141 及粗氫壓力調節閥PV340142 處放火炬，盡快將尾氣并入燃料氣系統，既有利于前冷系統降溫，又可實現在物料損失最小的情況下將系統內氮氣置換合格。

5 結束語

通過置換介質綜合利用、分離系統采用倒開工、裂解氣壓縮機氮氣轉實物料運轉等低排放開工方案實施，以及開工過程中碳二加氫充壓線、高壓脫丙烷塔不合格乙烯回煉線及低壓脫丙烷塔再沸器加熱介質改造等低排放技改項目的應用。E3裝置在2018年大檢修開工過程排放火炬155 t，較2013年的開工排放量343 t，減少55%，乙烯合格時間為28.4 h，較2013年提前20.6 h，通過低排放技術的研究及應用，有效降低火炬排放量、縮短開工時間，實現低排放開工的目標。