關于乙烯裂解爐標定與工藝條件優化研究

＊陳志強

（中國石化海南煉油化工有限公司 海南 578001）

1.前言

乙烯裂解爐在乙烯生產當中具有極其重要的作用，其標定與工藝條件不僅會影響乙烯的生產效率，而且還會影響乙烯的質量，所以必須優化乙烯裂解爐標定與工藝條件。在此就以某石化公司的乙烯裂解爐為例，該乙烯裂解爐從20世紀80年代就開始運轉，期間共進行了兩次擴建，分別為：450kt/a以及720kt/a，現階段該乙烯裂解爐的生產能力可達到800kt/a。不過此乙烯裂解爐仍存在很多的缺點，主要包括：規模小、爐型多、裂解原料復雜、裂解種類繁多等等，就使得裝置優化變得非常困難，而且技術指標還比較低。通常裂解物的收率標定是判斷裂解爐運行狀態的最佳方式，借助標定以及產物價值測算能夠良好掌握工藝條件相應的裂解收率分布情況，能夠給裂解爐的控制以及工藝條件優化帶來很大的幫助。同時將標定數據以及新產品的價格相結合，能夠準確預測裂解物的價值，從而可以良好控制裂解爐，使經濟利益水平達到最大化。于是就利用標定結果得到了相應的裂解工藝條件，再進一步優化工藝條件，使乙烯裂解爐達到了經濟效益最大化的發展目標。

2.標定流程

現階段乙烯裂解爐在運行的時候，存在著很多的問題，如原料結構不合理、重油比較大等，不僅影響了乙烯的收率，而且還影響了裂解爐的效率、能耗，并且給乙烯裝置的發展帶來了抑制的作用，所以必須對乙烯裂解爐展開優化。于是就對某石化公司的乙烯裂解爐展開了優化研究，優化后的乙烯裂解爐不僅運行時間更長，而且生產效率更高，能耗更少。由此可見，對乙烯裂解爐標定與工藝條件優化非常有必要。為了增大乙烯裝置的生產規模和運行時間，應增設一些單元和設備。于是就增加了一臺裂解爐，不僅良好的解決了乙烯裂解爐效率低的問題，而且還充分發揮了裂解爐的作用，給乙烯產能提升帶來很大的幫助，既減少了乙烯的能耗，又增強了企業的競爭實力。通過對裂解物收率標定能夠準確得到裂解爐的運行狀態，再利用標定以及產物價值測算能夠良好掌握工藝條件相應的裂解收率分布情況，給裂解爐控制以及工藝條件優化帶來很大的幫助。另外，將標定數據以及新產品的價格結合在一起，可準確預測裂解物的價值，從而可以良好控制裂解爐，使經濟利益水平達到最大化。為此，便借助標定結果得出了裂解的工藝條件，從而進一步優化工藝條件，就可使乙烯裂解爐實現經濟效益最大化的目標。

(1)乙烯裂裝置運行現狀

本文所研究的乙烯裝置共由15臺裂解爐組成，其中有七臺是GK-VI型，有三臺是SRT-IV型，有兩臺是SL-II型，有三臺是CBL型，該乙烯裝置可以裂解很多種原料，主要包括：乙烷、輕烴、石腦油和加氫裂化尾油等。經過對此乙烯裝置裂解爐的不斷改進、優化和完善，使得裝置節能效果更加顯著，生產效率更加快速，不僅很大程度上減少了裝置的能耗情況，而且還顯著增大了乙烯和三烯的收率，優化效果非常明顯。另外，還利用KTI技術把原來LSCC1-1型爐管換成了GK-6型爐管，又對底部的燃燒器展開了改進，改進以后的乙烯裝置裂解爐生產水平從6萬t/a變成了8.4萬t/a，隨后又對乙烯裂解爐的對流段以及急冷鍋爐實施了優化，首先增設了一層對流段，并運用了換熱水平較強的急冷鍋爐，將優化后的裂解爐投入生產，其排煙溫度最高可達140℃，平均可達130℃，溫度要比沒有優化的低大概30℃，熱效率顯著提升，從原先的90.5%變成了93.36%，高壓蒸汽產率從原先的1噸/噸原料變成了1.43噸/噸原料，優化后的乙烯裝置能夠良好實現預期效果，并且裂解爐的對流段余熱回收率還顯著提升，高壓蒸汽量顯著增強，外引高壓蒸汽量顯著減少，很大程度上減少了能耗水平，這也意味著乙烯裝置裂解爐正向著節能的方向發展，能夠有效減少乙烯裝置的能耗情況。

(2)乙烯裂解爐的標定流程

乙烯裂解爐的標定流程主要為：首先，關閉防焦蒸汽，讓240℃的高溫裂解氣從裂解爐的廢熱鍋爐出口管一邊出來進到水冷器中，以使裂解氣冷卻，冷卻溫度約為50℃，這時一些重餾分以及水蒸氣就會從氣相變成液相，然后將物料放到氣液分離器中，以展開氣液分離，此時氣相組分會進到冰冷器中，繼續冷卻，直到溫度變為6℃，而氣液分離器以及冰冷器中的液相組分會合并在一起，之后被切割成很多個餾分，主要包括：裂解汽油、裂解柴油和裂解燃料油等等，其中裂解汽油的餾程為180℃以下和180～204℃；裂解柴油的餾程為204～288℃；裂解燃料油的餾程為288℃以上。對于餾程在180℃以下的餾分來說，應著重對苯、甲苯、乙苯、苯乙烯和二甲苯含量展開分析，其氣相產物應在冰冷器的氣相出口進行取樣，利用氣相色譜對其組成成分實施檢測，對于剩下的氣相產物應利用干式流量計測量之后再放空。

(3)乙烯裂解爐的標定意義

就現階段的實際發展狀況來看，目前的乙烯裂解爐收率標定在實際的作業過程中具有一定的意義，而且具有較為廣泛的應用，其中最為顯著的一個應用就是能夠對乙烯裂解爐進行詳細的評價以及分析，也就是說工作人員在實際的作業過程中，可以通過某一種原料在實際工作過程中出現的裂物質，有效的判斷裂解爐在實際運行過程中可能存在的系統誤差。而且還可以將裂解爐產品的收率分布情況，使用計算機軟件進行一定的模擬計算，從而高效的獲得原材料在特定操作條件下的產品收率情況，并將其與相關數據進行比較，這樣就能夠保障工作人員較好的獲得裂解爐運行中存在的系統偏差，就現階段的實際發展狀況來看，裂解爐運行中最為常見的誤差就是COT指示誤差。如果日后工作人員對裂解爐的實際運行情況進行分析，對其進行一定的工藝優化工作的話，就可以有效的借鑒這些數據，從而根據設備的運行狀況和以前的相關數據，采取有效的方式有效的避免該設備在使用中出現系統誤差，從而保障整個裂解爐運行的準確性，對整個裂解爐的運行情況進行嚴格的掌握和把控。

除此以外，工作人員還能夠在此基礎上對整個裂解爐的操作參數進行研究，從而保障自己設定的裂解爐操作參數能夠與原材料的加工條件相適應和匹配，而工作人員在這一過程中還應該根據原材料加工過程中發生的變化，對整個裂解爐的操作進行實時的監控以及調整，這樣就能夠有效的保障裂解爐運行過程中，整體的技術得到較好的優化和完善，為整個行業的生產和原材料加工打下堅實的基礎。與此同時，工作人員還能夠對整個裂解爐運行中產生的故障進行深入的研究以及診斷，在實際的運行過程中，如果裂解爐或者是裂解爐的相關設備和爐管，在實際運行過程中出現了熱偶指示偏差的話，就表明該設備在實際運行過程中出現了一定的運行異常狀況，而工作人員使用較為常規的方式并不能夠較好的發現其存在的問題以及危險因素。但是如果使用收率標定的話，就能夠保障工作人員在較短時間內查詢出裂解爐運行中出現的問題，并分析其產生問題的原因，然后根據相關數據以及查詢出來的原因，采取具有針對性的方式進行解決和處理，這樣就能夠在極大程度上促進整個裂解爐運行的安全性以及工作效率的提升，為整個行業的發展打下堅實的基礎。

3.標定結果

通常乙烯裂解爐在運行過程中需要控制的參數有：投油量、蒸汽投料量、出口分壓以及裂解爐出口溫度等等，上述參數對裂解產物的收率均具有很大的影響。一般在生產的過程中，需要根據計劃來決定投油量，如果稀釋比保持不變時，蒸汽量也不會發生較大的改變，出口分壓會受壓縮機生產的影響，所以各項參數無法給乙烯裂解爐工藝條件優化帶來有效的作用，并且乙烯裂解爐標定采用的是實時投油量、蒸汽投料量以及出口分壓，所以僅能夠通過優化裂解爐出口溫度（COT）來優化工藝條件。于是就對部分臺次的乙烯裂解爐展開了標定，因為原料的種類不同，主要包括：輕烴、拔頭油、石腦油和尾油等等，所以利用標定就能良好得出乙烯裂解爐在不同的出口溫度（COT）中產物的收率情況，從而有效增強高附收率，給企業帶來可觀的經濟利益。本文主要以5#石腦油裂解爐為研究對象，對乙烯裂解爐標定流程展開了深入的研究。

(1)裂解原料和工藝條件

原料采集包括三個部分，一個是標定前期，一個是標定中期，一個是標定末期，分別探究了其組成成分。5#石腦油裂解爐原料組成包括：正構鏈烷烴、異構鏈烷烴、烯烴、環烷烴以及芳烴。經過研究能夠發現，原料鏈烷烴的質量分數始終保持在70.67%～71.16%，芳烴的質量分數始終保持在7.31%～8.07%，并且波動幅度非常小，這就說明標定時期原料組成非常的穩定，因此標定結果能夠良好比較。另外，在標定時期原料投料量和稀釋比都有所變化，對于稀釋比來說，其從0.623變為0.656；對于投料量來說，其隨著出口溫度（COT）的增加越來越大，但是裂解停留時間從0.293s變成了0.261s。同時運行參數以及原料族組成變化情況均給產物的收率與經濟效益帶來了一些影響。

(2)乙烯裂解爐標定結果分析

在標定的時候，5#石腦油裂解爐已經穩定運轉了9d，在標定過程中共選擇了六處的出口溫度（COT）進行研究。經過對5#石腦油裂解爐主要產物收率和效益測算的研究，能夠得到不同出口溫度（COT）的裂解產物收率和效益測算情況，當出口溫度（COT）從790℃變為840℃的時候，表征裂解深度的P/E值就從0.65變成了0.47，同時乙烯的收率顯著提高，丙烯的收率顯著降低。通過石腦油標定情況可知，最佳的P/E值是0.55，如果裂解深度過大就會導致裂解爐的運行時間較長。通過能耗情況可知，當出口溫度（COT）越高，燃料氣的消耗量就會越大，由此乙烯裂解爐的能耗量就會變大。通過裂解產物高附收率和出口溫度（COT）的變化情況能夠發現，高附收率、三烯收率以及出口溫度（COT）會先增加到最大值，然后開始下降。經過研究能夠發現，當噸原料效益處于最大值時，其出口溫度（COT）為820℃。通過對化工產品的價格研究得到了5#石腦油裂解爐噸原料效益與出口溫度（COT）的變化關系，從噸原料效益與出口溫度（COT）的變化可知，出口溫度（COT）從790℃變成840℃時，噸原料效益為先增加后下降的形式，當出口溫度（COT）為820℃的時候，噸原料效益最佳。

(3)乙烯裂解爐標定結論

在乙烯裂解爐標定之前，5#石腦油裂解爐的實際出口溫度（COT）均會處于830℃，結合噸原料經濟效益和高附收率情況來看，應當依據生產的情況適當減少出口溫度（COT），這樣不僅能夠實現工藝條件優化，而且還能減少能耗，避免能源浪費，對經濟效益提升具有很大的幫助。

(4)乙烯裂解爐標定情況和實施情況

當乙烯裂解爐標定完成以后，就取得了不同出口溫度（COT）的產物收率和噸原料效益變化形式，從噸原料效益以及高附收率角度來看，得到了各自的最佳裂解出口溫度（COT），對于1＃尾油爐來說，標定前為808，建議為800，優化后為798；對于2＃尾油爐來說，標定前為784，建議為800，優化后為798；對于4#石腦油爐來說，標定前為835，建議為829，優化后為830；對于5#石腦油爐來說，標定前為830，建議適當降低，優化后為825；對于9#輕烴爐來說，標定前為848，建議保持不變，優化后仍為848；對于10#輕烴爐來說，標定前為840，建議為835，優化后為835；對于11#輕烴爐來說，標定前為848，建議適當降低，優化后為844；對于12#輕烴爐來說，標定前為848，建議保持不變，優化后仍為848，通過標定結果可知，對乙烯裂解爐的出口溫度（COT）展開優化之后，乙烯裂解爐的工藝條件有了顯著的改變，尤其是乙烯三烯收率以及總高附收率，它們均顯著增大，其中乙烯總高附收率從59.97%變成了60.94%，此次提升和乙烯裂解爐標定、工藝條件優化有著很大的關系。由此可見，借助乙烯裂解爐標定數據能夠充分了解乙烯裂解爐的運行情況，給乙烯裂解爐工藝條件優化帶來了很大幫助。

通過此次研究結果，能夠清楚了解各種類型乙烯裂解爐的性能和工藝特點，給乙烯裂解爐的發展帶來了很大的促進作用，尤其是經濟效益，非常的可觀。通過研究能夠發現，標定數據既能夠有效體現出裂解爐的運行狀況，又能夠給工藝條件優化帶來指導作用，使乙烯裂解爐更加的高效、節能。

4.總結

通過上述內容可知，乙烯裂解爐標定非常重要，能夠很大程度的影響到乙烯裂解工藝條件的優化情況，對工藝條件優化具有促進的作用，為了研究不同類型的乙烯裂解爐，便加大了研究力度，得到了各種裂解爐的最佳工藝運行條件，同時還顯著增大了乙烯裂解爐的高附收率。另外，還將標定數據與新產品的價格相結合，準確預測出了裂解物的價值，進而給乙烯裂解爐發展帶來了積極的影響，使乙烯裂解企業的經濟利益水平達到最大，因為標定結果就能夠得到相應的裂解工藝條件，在此工藝條件的基礎上進一步實施優化，就能讓乙烯裂解爐達到經濟效益最大化，并且充分發揮出乙烯裂解爐的性能和作用，不僅給乙烯裝置的發展帶來了巨大的作用和經濟效益，而且還使得我國工業領域發展更加迅速，從而推動我國經濟發展更快。