蒸汽裂解制乙烯的發展趨勢

趙家琦

（三江化工有限公司，浙江 嘉興 314201）

1 乙烯生產過程中存在的問題

由于受到各方面因素的影響和制約，導致很長一段時間內我國的乙烯工藝按照“規模大、流程短以及成本低”的要求進行生產，進而導致其下游產品主要以合成樹脂為主，進而導致其差異化程度較低，而中高端產品仍主要依靠進口。作為乙烯下游生產中首要解決的問題，結構型短缺總量已經遠遠超過總量短缺[1]。為此，導致我國乙烯裂解原料的結構性過重，譬如，石腦油的比重超過世界平均水平的40%左右，而輕烴則要低于世界平均水平的50%，并且隨著中東、北美地區對于乙烯生產的擴張，導致齊國裂解裝置成本缺乏市場競爭力，基于此，加強對蒸汽裂解制乙烯工藝的研究對于我國化工行業的發展而言尤其重要。

2 裂解原料現狀及發展趨勢

蒸汽裂解原料的構成。作為對乙烯回收率影響最為嚴重的因素之一，裂解原料占總生產成本的70%左右，而且乙烯的研制成本將直接影響到下游產品的制作成本，所以必須要合理的選擇裂解原料；基于此，再加上乙烯產業的迅速發展，各大廠家逐漸加強了對裂解原料的研發。對于原料的開發而言，其必須要體現柔性化策略、煉油化工一體化等，所以未來原料的開發趨勢應當為：通過合理利用劣質的原料而生產出優質的裂解原料；加強對重質原料的改質；提升原料的靈活性以及合理配置原料資源等。

3 蒸汽裂解技術發展趨勢

3.1 裂解爐大型化以及實現長周期運轉

由于裂解爐占整個乙烯制備裝置成本的30%作用，所以，為了更好地適應乙烯大型化的發展趨勢，必須要加強對裂解爐大型化的研發。通過大型化裂解爐的應用不僅可以有效地降低裂解所需裝置，而且還可以降低企業的投資成本，減少設備占地面積，而且還可以有效地解決散熱損失較大的問題，便于對設備進行統一管理和維護等。除此以外，在制備乙烯過程中逐漸加強了對其安全生產的重視，所以在未來蒸汽裂解制備乙烯的過程中必須要加強生產工藝的穩定性、降低設備故障發生幾率、提升設備的運行周期等方面的重視力度。而其通過提升操作周期以及確保整個生產工藝的穩定性可以有效地降低產品的損失，降低能量、物料消耗以及維修成本，提升乙烯制備的生產效率。

3.2 結焦抑制技術

在進行蒸汽裂解制備乙烯的過程中，裂解爐的結焦問題嚴重阻礙了其生產效率，所以，必須要不斷地提升管壁溫度以及爐管口的壓力從而克服焦層所導致的傳熱強流體阻力[2]。經常地進行清焦處理不僅會影響到爐管的使用壽命，而且還會導致生產力的下降，所以結焦抑制技術的研發和應用尤為重要。方式一，適當的添加結焦抑制劑。就結焦抑制劑而言，其種類較為豐富譬如，含磷、含硫化合物、金屬鹽以及氧化物等。另外，由Nalco 公司所研發的專利技術通過三硫代磷酸酯來對爐管進行表面的處理工作，也會適當的抑制金屬表面出現結焦的問題，或者氧化三氨基膦也可以起到相應的抑制結焦。方式二，對爐管的表面進行涂層操作。韓國公司SK 通過在線方式間隙式地在爐管進行涂層，首先其在爐管表面形成1-5 微米后的氧化物緩沖層，然后在乘積4-12 微米后的二氧化硅擴散障層，之后在擴散層上進行0.1-0.2 微米的堿土金屬或者堿金屬涂層進行除焦。經過一些列操作后不僅有效的提升了涂層與爐管的結合性，而且還有效地阻止了碳原子以及金屬元素的擴散，并且通過堿金屬以及堿土金屬的催化作用，有效的提升了焦炭的氣化，提升了爐管的抗滲碳性。Ganser 則是通過應用鋁、硌、鈦等作為涂層材料，然后通過熱處理的方式將其產生與基礎合金類似的擴散阻隔層，并且通過對爐管表面進行氧化處理讓其形成氧化鉻保護層等，最后形成抑制結焦的涂層。據相關實驗表明，該方式下形成的涂層，在1130 攝氏度以下其性能表現良好，可以完全滿足蒸汽裂解過程中的抗結焦以及抗滲碳性能。方式三，加強對新型爐管材料的研究。據相關報道SW 公司目前正在研究一種陶瓷爐，此種裂解爐不僅僅可以承受較高的溫度，而且還可以起到抑制結焦的作用。通過應用此種新型爐管材料乙烯的生產率可以達到90%，有效地提升了生產效率。

3.3 乙烯節能技術

第一，燃料氣以及預熱燃燒空氣技術。由于在蒸汽裂解過程中往往通過通入常溫空氣來進行燃燒，這樣操作不僅不能對爐膛的燃燒溫度進行有效控制，而且還浪費了較多的燃料能源。為此，通過熱能循環理論的應用，可以將乙烯裝置中煙道氣的預熱、低壓蒸汽以及中壓蒸汽的凝液等廢熱加熱燃燒空氣，或者可以通過燃料氣的再次利用而減少對燃料的使用。據相關統計發現，在對燃燒空氣加熱到100 攝氏度過程中，通過對裂解過程中預熱的使用，燃料的使用量可以從百分之百降低到百分之九十五，并且還可以再次回收利用大量的蒸汽。如今該方式已經應用在中石化下屬的9 家制備乙烯的化工企業，起到了較好的節能效果。第二，爐管強化傳熱技術。由于裂解反映需要在短時間內將大量的熱量傳遞給反應物，所以其屬于強吸熱反應。爐管內壁由于熱阻較大的問題，所以其溫度變化情況也較為明顯，而通過爐管強化傳熱技術的應用可以有效地增大爐管邊界層的傳熱系數，從而起到節約能量，降低能耗的作用。強化傳熱的內部構件較為多樣，目前應用最為廣泛的則是梅花管、扭曲片管以及MERT 管等。由我國自主研發的扭曲片管的強化傳熱技術可以有效地促使管壁溫度下降20 攝氏度左右，爐管的壓力可以增加15%左右，且使用周期可以延長一半以上。第三，有效地降低裂解爐排煙溫度。通過降低排煙溫度可以有效地提升裂解熱效率。就目前而言，排煙溫度每下降20 攝氏度，其熱效率就可以提升1%左右。為此，可以通過對燃料油的凈化來將其中容易與氧氣發生反應的雜質進行脫除，進而在確保不受到“露點腐蝕”的前提下降低排煙溫度，提升乙烯制備的熱效率[3]。第四，空氣過剩系數的降低。在確保燃料充分燃燒的基礎上，最大程度地降低空氣過剩系數可以有效地降低煙氣的排放量以及燃料的消耗情況。通過采取科學的排布燃燒器以及優化其自身結構等措施可以有效地將空氣過剩系數控制在科學的范圍內。

3.4 煉油化工一體化技術

通過乙烯制備廠家與煉油廠家的合作可以有效地實現原料與產品的互供，進而促進雙方的經濟效益的提升。煉油廠所生產的輕烴、加氫尾油以及抽余油等均是蒸汽裂解制備乙烯的基礎原料，所以通過原料互供裝置的使用可以有效地提升乙烯制備效率，并實現資源最大化的利用。而且通過煉油廠干氣的凈化可以有效地對乙烯進行回收，通過將干氣副產氣體的分離，可以得到粗乙烯、丙烯，進而可以直接進行再次裂解從而得到精制乙烯，且分離出來的乙烷、丙烷等又可以重新送回裂解裝置作為生產乙烯的原料。通過對資源的最大化利用，不僅可以滿足可持續發展經濟理論要求，而且還可以提升企業的經濟效益，以及乙烯制備效率。

3.5 提高靈活性

第一，提升對乙烯原料的靈活性技術。為了有效地控制生產成本，國外的化工企業通過優化乙烯原料的方式來對市場原料構成進行調節，從而通過采取低價原料進行優化來控制成本。所以，生產裝置必須要具備一定的靈活性進而滿足原料多樣化的需求。通過采用原料靈活性的方式來提升裂解爐對原料的適應性，不僅可以有效地降低原料供應市場的不穩定以及價格的波動影響，而且還可以盡可能地選擇低價原料，降低乙烯的生產成本，增加下游產品的經濟效益。第二，提升產品的靈活性。因為下游產品具有較大的波動，所以必須要加強對乙烯聯合裝置產品方案的靈活性，譬如可以通過靈活配置下游產品來提高裝置操作的簡單以及靈活性。

3.6 急冷油系統的黏度控制技術

對于蒸汽裂解制備乙烯工藝而言，通過采用裂解氣來作為重燃料油汽提塔的汽提介質不僅僅可以有效地節省大量的能量消耗，而且還可以有效的提升急冷油塔顳部的塔釜溫度，進而促使設備尺寸的降低，進而便于對急冷油的黏度進行合理的控制。

3.7 分離流程系統優化

根據相關專利技術來看，相關企業通過依托于單元節能技術的應用與先進技術進行組合，從而提出了對于不同裂解原料的分離流程系統。進而有效地降低深冷分離區對于冷量的需求，促進流程的緊湊性，體現了設計的經濟合理性。

總而言之，隨著社會的發展以及科技的進步，乙烯制備顯然已經進入了一個新的時期，尤其是目前資源如此緊缺的背景下，加強對蒸汽裂解制乙烯的研究尤為重要。在未來，乙烯制備工藝必然會朝著大型化、煉化一體、集成化以及基地化發展，并通過先進的科學技術有效地拓寬乙烯原料的來源，促進我國乙烯行業的可持續發展。