乙烯装置蒸汽系统节能降耗技术

乙烯装置蒸汽系统节能降耗技术

齐翔 

中国寰球工程有限公司北京分公司 100012

摘要：乙烯、丙烯是石油化工的主要基础产品，在石油化工中占主导地位。乙烯收率、双烯收率是乙烯裂解装置重要的经济技术指标。乙烯原料费用约占生产成本的70％以上，提高装置双烯收率、降低单位产品的原料消耗，可大幅降低单位产品的成本，从而提升企业的竞争力。通过采取原料轻质化、优化裂解炉及急冷系统运行、压缩系统进行CCC控制等手段有效提高乙烯收率和两烯收率，装置加工能耗大幅降低。在提高乙烯收率的同时装置也出现了急冷油温度低、燃料气产量过大等问题，成为制约装置能耗进一步降低的瓶颈。如何能有效解决瓶颈问题成为下一步工作的重点方向。

关键词：乙烯装置；收率；节能；优化

1前言

某新建80万吨/年蒸汽裂解装置生产工艺采用中石化CBL裂解技术(7台裂解炉)及LECT低能耗乙烯分离技术，采用复叠制冷的办法进行深冷分离，最终产出乙烯、丙烯等主要产品。在生产过程中主要的耗能介质为燃料气、水、电、汽、风等，而2021年作为投产首年，裂解炉操作调整、烧焦计划安排、工艺系统优化等方面均存在一定的不足，进而造成多种能源介质的消耗高居不下，导致乙烯能耗(折合标油)偏高。

2能耗情况概述

某新建乙烯装置能耗主要由燃料气、蒸汽、水、电、风、氮气组成，乙烯能耗(折合标油)的计算方式为：乙烯能耗=介质消耗量×折标系数/乙烯产量，即介质折算标准油量/乙烯产量，单位为kg/t。其中折标系数取自《GB30250—2013乙烯装置单位产品能源消耗限额》中的耗能工质折算值。可知，2022年较2021年乙烯能耗(折合标油)降低32.561kg/t，其中能耗变化较大的介质为燃料气、蒸汽、循环水。同时2021年各能源介质的能耗占比从大到小排序为燃料气>水>蒸汽>电>氮气>风，由此可见，乙烯装置节能降耗的最大潜力在于燃料气、蒸汽、水三个方面。

3装置整体系统调整

3.1急冷系统改造

裂解原料大幅轻质化后，会给急冷系统运行带来很大的困难。首先是由于重质原料的减少直接造成急冷油产量降低，当急冷油生成量过低时会使汽油分馏塔无回流，同时急冷油循环时间过长也会使其黏度急剧升高，造成系统管道堵塞严重威胁装置稳定生产。其次是裂解气组分变轻，大量的轻组分通过汽油分馏塔塔顶，引起该塔的热量和物料的不平衡。为解决急冷系统的问题，采取以下措施：1）在汽油分馏塔中段油处外接１条重质油补油线，当汽油分馏塔中段油液位降低后外补重质油进行调整。2）外引中压1.2MPaG蒸气，当急冷油温度降低，稀释蒸汽发生器能力不足的情况下补入中压蒸气维持裂解炉稀释蒸气产量。3）多余的工艺水通过工艺水汽提塔汽提，COD检测合格后进行排放。实现将外补的中压蒸汽以液态水的形式排出，保证急冷系统中工艺水平衡。

3.2裂解气压缩

调整原料轻质化后，裂解气分子量由设计时25降至22。为保证裂解气压缩机能稳定运行，对其喘振曲线进行重新校验，通过厂家人员对ＣＣＣ系统防喘振响应值进行更改，增大压缩机防喘裕度，避免出现喘振。将汽油汽提塔汽油返回到汽油分馏塔，作为汽油分馏塔中段油的补充，减少外补中段油量降低装置运行费用。

3.3分离系统

调整乙烯流程上采用后加氢工艺。加工重质原料时，碳二加氢反应器进料量为24000ｍ3／ｈ，原料轻质化后进料量增大到26000ｍ３／ｈ。为适应新的进料量，在不增加催化剂使用量的情况下，利用2019年大修的机会对碳二加氢催化剂进行更换，乙烯使用的是直列两段床加氢催化剂。将一段加装高活性催化剂，二段加装高选择性催化剂，如此可最大限度地在高炔烃条件下保证催化剂选择性和活性。具优化丙烯系统运行，提高丙烷质量实现丙烷自裂解。乙烯装置受到设计和设备等因素影响造成丙烷中丙烯、丙二烯等烯烃含量高，所产丙烷进入裂解炉后裂解深度低，严重时造成炉管结焦被迫将丙烷作为产品进行外卖。为提高装置运行经济效益，必须将丙烷产品进行回炼。为保证回炼效果，首先提高丙烷的产品质量，其次提高丙烷回炼温度保证裂解深度进而实现丙烯收率的提升。通过设定新的工艺指标以及对碳三分离系统优化，将丙烷产品中丙烯含量由５％降低到0.2％以下，丙炔、丙二烯含量控制在0.2％以下，同时将Ｃ4和Ｃ5的含量控制在1％以下，丙烷纯度由82％提高到97％以上。丙烷产品质量提升后，将丙烷并入原料预热系统实现丙烷循环裂解。

4影响能耗的相关变量及优化措施

4.1装置负荷装置

负荷是影响乙烯能耗(折合标油)的重要因素之一，加工量越接近设计负荷，燃料气、蒸汽、电、循环水等单耗下降，单位能耗越小。受市场需求和形势影响，2021年乙烯装负荷率在74%～99%之间调整，其中2月和12月负荷率为全年最低的两个月，分别为85.93%和74.6%，其对应的乙烯能耗(折合标油)为全年最高的两个月，分别为673.643kg/t和727.637kg/t。装置负荷过低会导致乙烯能耗上升，主要受如下因素影响：(1)装置负荷下降幅度大，但水冷器的循环水消耗与装置负荷不是等比例减少，减少幅度更小，造成循环水能耗增加。(2)低负荷下裂解炉汽包11.0MPa

G蒸汽产汽量少，同时大型机组的效率下降，且防喘振阀常有开度产生了一定的循环负荷，透平的蒸汽消耗量与装置负荷不是等比例减少，造成11.0MPaG蒸汽能耗增加；此外，为保护裂解炉炉管，所通入的稀释蒸汽量也需过量，造成1.2MPaG蒸汽能耗增加。(3)裂解炉的加工负荷过低，裂解炉热效率下降，造成燃料气相对用量增加。由此可见，装置高负荷稳定生产能有效提高能源介质的使用效率，降低装置的乙烯能耗(折合标油)。

4.2原料结构

裂解原料的轻重对乙烯收率的高低起到决定性的作用，直接影响乙烯能耗的高低。相同负荷下，乙烯收率越高，产出等量的乙烯所需要的投料量就越少。乙烯装置主要投用轻石脑油、重石脑油、液化气、煤油、加裂尾油、富乙烷气、下游返回尾气，其中轻石脑油、液化气、富乙烷气均为轻质原料，重石脑油、煤油、加裂尾油为重质原料。在相同乙烯产量的情况下，原料越轻，乙烯收率越高，能有效降低投料量，降低裂解炉的原料处理负荷，以减少燃料气、稀释蒸汽、0.6MPaG脱盐水的消耗。此外，裂解炉负荷降低后，裂解气压缩机的处理量减少，11.0MPaG蒸汽消耗降低。同时丙烯制冷压缩机和乙烯制冷压缩机的制冷负荷也相应降低，减少了11.0MPaG蒸汽和3.8MPaG蒸汽的消耗。

4.3裂解炉的无乙烯产出

投用乙烯装置共建有7台裂解炉，其无乙烯产出投用主要包括三方面，分别是烧焦、点火升温、降温停炉。裂解炉的无乙烯产出的投用期间，会造成燃料气、1.2MPaG蒸汽、0.6MPaG脱盐水、6.4MPaG除氧水的消耗。

4.4蒸汽用户消耗

(1)2021年10月，对11.0MPaG蒸汽保温进行外温检测，发现部分管段表面温度在50～190℃，热量损失最大达到1953.83W/m2，远超国标允许最大热量损失251W/m2。2022年1月对热量损失超标的管段进行保温升级改造后，有效降低了11.0MPaG蒸汽的热量损失，同时将裂解气压缩机透平和丙烯制冷压缩机透平入口11.0MPaG蒸汽温度从约509℃提高至516℃，在同等负荷下降低11.0MPaG蒸汽约4t/h的消耗。(2)急冷水泵设计为2台透平泵运行和2台电泵备用。透平泵使用3.8MPaG蒸汽，抽排出0.4MPaG蒸汽，设计蒸汽量为18t/h。电泵设计电耗为710kW·h。(3)自开工以来，受南方气候影响，冬季最低温度基本在10℃以上，大量设计中考虑温度低所提供的大量0.4MPaG蒸汽伴热均未投用，能有效降低0.4MPaG蒸汽的消耗，大幅度增加其产量。但同时造成了流量计超设计量程导致计量不准，以及内部管网压力过高导致时常打开放空阀泄压的问题。

结语

目前乙烯装置主流是充分发挥炼化一体化的优势，实现上下游原料互供和优化利用，而乙烯规模小，只有从内部挖掘潜力从生产的实际状况出发，从提高竞争力和可持续发展的长远目标考虑，研究优化裂解原料的切实可行方案，优化原料使之达到轻质化、优质化，降低乙烯生产成本，提升产品的市场竞争力。

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