蒸汽裂解制乙烯的發(fā)展趨勢

趙家琦

摘 要 蒸汽裂解制備乙烯的方式已經(jīng)較為成熟，但隨著科技的進(jìn)步以及社會(huì)的發(fā)展仍需要不斷對該工藝進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新研究，進(jìn)而促進(jìn)蒸汽裂解工藝制備乙烯朝著低能耗、低投資以及大型化方向發(fā)展。基于此，本文通過分析目前制備乙烯的發(fā)展現(xiàn)狀入手，提出了蒸汽裂解制乙烯的現(xiàn)狀以及裂解爐大型化實(shí)現(xiàn)長周期運(yùn)轉(zhuǎn)、結(jié)焦抑制技術(shù)、乙烯節(jié)能技術(shù)等發(fā)展趨勢，由此希望推動(dòng)該工藝的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 蒸汽裂解 乙烯 結(jié)焦抑制 乙烯節(jié)能技術(shù)

中圖分類號(hào)：TQ221.211 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）07-0028-02

1 乙烯生產(chǎn)過程中存在的問題

由于受到各方面因素的影響和制約，導(dǎo)致很長一段時(shí)間內(nèi)我國的乙烯工藝按照“規(guī)模大、流程短以及成本低”的要求進(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致其下游產(chǎn)品主要以合成樹脂為主，進(jìn)而導(dǎo)致其差異化程度較低，而中高端產(chǎn)品仍主要依靠進(jìn)口。作為乙烯下游生產(chǎn)中首要解決的問題，結(jié)構(gòu)型短缺總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過總量短缺[1]。為此，導(dǎo)致我國乙烯裂解原料的結(jié)構(gòu)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(qū)對于乙烯生產(chǎn)的擴(kuò)張，導(dǎo)致齊國裂解裝置成本缺乏市場競爭力，基于此，加強(qiáng)對蒸汽裂解制乙烯工藝的研究對于我國化工行業(yè)的發(fā)展而言尤其重要。

2 裂解原料現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

蒸汽裂解原料的構(gòu)成。作為對乙烯回收率影響最為嚴(yán)重的因素之一，裂解原料占總生產(chǎn)成本的70%左右，而且乙烯的研制成本將直接影響到下游產(chǎn)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(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，各大廠家逐漸加強(qiáng)了對裂解原料的研發(fā)。對于原料的開發(fā)而言，其必須要體現(xiàn)柔性化策略、煉油化工一體化等，所以未來原料的開發(fā)趨勢應(yīng)當(dāng)為：通過合理利用劣質(zhì)的原料而生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的裂解原料;加強(qiáng)對重質(zhì)原料的改質(zhì);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(shù)發(fā)展趨勢

3.1 裂解爐大型化以及實(shí)現(xiàn)長周期運(yùn)轉(zhuǎn)

由于裂解爐占整個(gè)乙烯制備裝置成本的30%作用，所以，為了更好地適應(yīng)乙烯大型化的發(fā)展趨勢，必須要加強(qiáng)對裂解爐大型化的研發(fā)。通過大型化裂解爐的應(yīng)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(yè)的投資成本，減少設(shè)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(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)等。除此以外，在制備乙烯過程中逐漸加強(qiáng)了對其安全生產(chǎn)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(qiáng)生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性、降低設(shè)備故障發(fā)生幾率、提升設(shè)備的運(yùn)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(gè)生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性可以有效地降低產(chǎn)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(chǎn)效率。

3.2 結(jié)焦抑制技術(shù)

在進(jìn)行蒸汽裂解制備乙烯的過程中，裂解爐的結(jié)焦問題嚴(yán)重阻礙了其生產(chǎn)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(dǎo)致的傳熱強(qiáng)流體阻力[2]。經(jīng)常地進(jìn)行清焦處理不僅會(huì)影響到爐管的使用壽命，而且還會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力的下降，所以結(jié)焦抑制技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用尤為重要。方式一，適當(dāng)?shù)奶砑咏Y(jié)焦抑制劑。就結(jié)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(fā)的專利技術(shù)通過三硫代磷酸酯來對爐管進(jìn)行表面的處理工作，也會(huì)適當(dāng)?shù)囊种平饘俦砻娉霈F(xiàn)結(jié)焦的問題，或者氧化三氨基膦也可以起到相應(yīng)的抑制結(jié)焦。方式二，對爐管的表面進(jìn)行涂層操作。韓國公司SK通過在線方式間隙式地在爐管進(jìn)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(kuò)散障層，之后在擴(kuò)散層上進(jìn)行0.1-0.2微米的堿土金屬或者堿金屬涂層進(jìn)行除焦。經(jīng)過一些列操作后不僅有效的提升了涂層與爐管的結(jié)合性，而且還有效地阻止了碳原子以及金屬元素的擴(kuò)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?jié)B碳性。Ganser則是通過應(yīng)用鋁、硌、鈦等作為涂層材料，然后通過熱處理的方式將其產(chǎn)生與基礎(chǔ)合金類似的擴(kuò)散阻隔層，并且通過對爐管表面進(jìn)行氧化處理讓其形成氧化鉻保護(hù)層等，最后形成抑制結(jié)焦的涂層。據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，該方式下形成的涂層，在1130攝氏度以下其性能表現(xiàn)良好，可以完全滿足蒸汽裂解過程中的抗結(jié)焦以及抗?jié)B碳性能。方式三，加強(qiáng)對新型爐管材料的研究。據(jù)相關(guān)報(bào)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(jié)焦的作用。通過應(yīng)用此種新型爐管材料乙烯的生產(chǎn)率可以達(dá)到90%，有效地提升了生產(chǎn)效率。

3.3 乙烯節(jié)能技術(shù)

第一，燃料氣以及預(yù)熱燃燒空氣技術(shù)。由于在蒸汽裂解過程中往往通過通入常溫空氣來進(jìn)行燃燒，這樣操作不僅不能對爐膛的燃燒溫度進(jìn)行有效控制，而且還浪費(fèi)了較多的燃料能源。為此，通過熱能循環(huán)理論的應(yīng)用，可以將乙烯裝置中煙道氣的預(yù)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(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，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(yù)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(jīng)應(yīng)用在中石化下屬的9家制備乙烯的化工企業(yè)，起到了較好的節(jié)能效果。第二，爐管強(qiáng)化傳熱技術(shù)。由于裂解反映需要在短時(shí)間內(nèi)將大量的熱量傳遞給反應(yīng)物，所以其屬于強(qiáng)吸熱反應(yīng)。爐管內(nèi)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(qiáng)化傳熱技術(shù)的應(yīng)用可以有效地增大爐管邊界層的傳熱系數(shù)，從而起到節(jié)約能量，降低能耗的作用。強(qiáng)化傳熱的內(nèi)部構(gòu)件較為多樣，目前應(yīng)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(fā)的扭曲片管的強(qiáng)化傳熱技術(shù)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(fā)生反應(yīng)的雜質(zhì)進(jìn)行脫除，進(jìn)而在確保不受到“露點(diǎn)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(shù)的降低。在確保燃料充分燃燒的基礎(chǔ)上，最大程度地降低空氣過剩系數(shù)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(xué)的排布燃燒器以及優(yōu)化其自身結(jié)構(gòu)等措施可以有效地將空氣過剩系數(shù)控制在科學(xué)的范圍內(nèi)。

3.4 煉油化工一體化技術(shù)

通過乙烯制備廠家與煉油廠家的合作可以有效地實(shí)現(xiàn)原料與產(chǎn)品的互供，進(jìn)而促進(jìn)雙方的經(jīng)濟(jì)效益的提升。煉油廠所生產(chǎn)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)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(jìn)行回收，通過將干氣副產(chǎn)氣體的分離，可以得到粗乙烯、丙烯，進(jìn)而可以直接進(jìn)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(chǎn)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(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)理論要求，而且還可以提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)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(shù)。為了有效地控制生產(chǎn)成本，國外的化工企業(yè)通過優(yōu)化乙烯原料的方式來對市場原料構(gòu)成進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而通過采取低價(jià)原料進(jìn)行優(yōu)化來控制成本。所以，生產(chǎn)裝置必須要具備一定的靈活性進(jìn)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(yīng)性，不僅可以有效地降低原料供應(yīng)市場的不穩(wěn)定以及價(jià)格的波動(dòng)影響，而且還可以盡可能地選擇低價(jià)原料，降低乙烯的生產(chǎn)成本，增加下游產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。第二，提升產(chǎn)品的靈活性。因?yàn)橄掠萎a(chǎn)品具有較大的波動(dòng)，所以必須要加強(qiáng)對乙烯聯(lián)合裝置產(chǎn)品方案的靈活性，譬如可以通過靈活配置下游產(chǎn)品來提高裝置操作的簡單以及靈活性。

3.6 急冷油系統(tǒng)的黏度控制技術(shù)

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(zhì)不僅僅可以有效地節(jié)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(jìn)而促使設(shè)備尺寸的降低，進(jìn)而便于對急冷油的黏度進(jìn)行合理的控制。

3.7 分離流程系統(tǒng)優(yōu)化

根據(jù)相關(guān)專利技術(shù)來看，相關(guān)企業(yè)通過依托于單元節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行組合，從而提出了對于不同裂解原料的分離流程系統(tǒng)。進(jìn)而有效地降低深冷分離區(qū)對于冷量的需求，促進(jìn)流程的緊湊性，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性。

總而言之，隨著社會(huì)的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，乙烯制備顯然已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期，尤其是目前資源如此緊缺的背景下，加強(qiáng)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(huì)朝著大型化、煉化一體、集成化以及基地化發(fā)展，并通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)有效地拓寬乙烯原料的來源，促進(jìn)我國乙烯行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李濤.乙烯生產(chǎn)原料的發(fā)展?fàn)顩r分析[J].石油化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2005（05）：11-17.

[2] 王紅秋.乙烯蒸汽裂解技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].乙烯工業(yè)，2005，17（04）：8-11.

[3] 李國威，楊利斌，田亮.乙烯裂解爐的結(jié)焦及其抑制技術(shù)[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2007，25（01）：75-79.