乙烯裂解爐的優(yōu)化操作標(biāo)定

周 叢 張永剛 李 蔚 郟景省

（中國石油化工股份有限公司北京化工研究院，北京100013）

乙烯裂解爐的優(yōu)化操作標(biāo)定

周 叢 張永剛 李 蔚 郟景省

（中國石油化工股份有限公司北京化工研究院，北京100013）

介紹了乙烯裂解爐產(chǎn)物含量標(biāo)定的目的、意義及方法，以某100 kt/a乙烯裂解爐操作優(yōu)化為實例，對該裂解爐在不同工藝條件下的含量進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果對操作條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，將操作條件調(diào)整后，裂解溫度從815℃降低至805℃，裂解爐雙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高0.84個百分點(diǎn)。

裂解爐；收率；標(biāo)定；優(yōu)化

乙烯工業(yè)是石油化工的龍頭，裂解爐則是乙烯生產(chǎn)的核心，是乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等重要化工原料的主要生產(chǎn)裝置[1]。國內(nèi)裂解爐技術(shù)早期以引進(jìn)國外技術(shù)為主，國外幾大裂解爐專利商設(shè)計的裂解爐在國內(nèi)都有應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，國內(nèi)開始開發(fā)國產(chǎn)裂解爐[2]。至1984年投產(chǎn)第1臺裂解爐，陸續(xù)推出了CBL-I～CBL-VII型裂解爐，在產(chǎn)裂解爐單爐生產(chǎn)能力達(dá)到150 kt/a，單套乙烯裝置生產(chǎn)能力1 Mt/a。

裂解爐建設(shè)時，裂解爐專利商提供的裂解爐工藝包以及設(shè)計資料均以設(shè)計原料性質(zhì)和負(fù)荷為基礎(chǔ)。但在生產(chǎn)中，乙烯裝置的裂解原料往往與設(shè)計條件并不相同，且上、下游的調(diào)整以及生產(chǎn)調(diào)度需要，負(fù)荷也會發(fā)生變化。此時，設(shè)計工藝條件并不是最佳操作條件，如果照搬設(shè)計參數(shù)進(jìn)行操作，顯然會影響裝置效益。

要優(yōu)化裂解爐操作，就要掌握具體裂解爐的產(chǎn)品組成。對裂解爐產(chǎn)物進(jìn)行含量標(biāo)定是獲得裂解爐目標(biāo)產(chǎn)物收率行之有效的方法。對裂解爐以至具體某組爐管的產(chǎn)品含量分布進(jìn)行實時取樣，標(biāo)定產(chǎn)品分布，由此可以準(zhǔn)確判斷標(biāo)定對象的運(yùn)行狀況，作為裂解爐優(yōu)化的依據(jù)。

1 收率標(biāo)定方法及意義

1.1 方法

裂解爐收率標(biāo)定就是通過對裂解爐廢鍋出口的裂解產(chǎn)物、水蒸汽混合物進(jìn)行計量、樣品采集，并分析氣、液相樣品組成，計算得到裂解產(chǎn)物的產(chǎn)品收率分布。

裂解爐收率標(biāo)定過程如圖1所示。

圖1 裂解裝置現(xiàn)場取樣Fig 1 Fieldsampling of cracking facilities

裂解爐收率標(biāo)定方法如下：

1）裂解產(chǎn)物和水蒸汽混合物經(jīng)廢鍋出口側(cè)線進(jìn)入取樣換熱器；

2）經(jīng)過換熱冷卻后的氣液混合物，進(jìn)入現(xiàn)場取樣設(shè)備，經(jīng)過水冷、冰冷等步驟，使水及裂解產(chǎn)物重組分冷凝，分離收集；

3）氣相產(chǎn)物進(jìn)行計量、采樣；

4）分析氣、液相樣品，得到各自的詳細(xì)產(chǎn)物組成；

5）根據(jù)氣、液相產(chǎn)物組成和標(biāo)定的氣、液相質(zhì)量，計算得到裂解爐產(chǎn)物組成。

在標(biāo)定過程中，同時記錄裂解爐操作工藝條件，標(biāo)定得到的產(chǎn)品收率即與操作條件對應(yīng)，可作為裂解爐精細(xì)控制、優(yōu)化操作的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2 意義

裂解爐收率標(biāo)定，可應(yīng)用在以下方面：

1）對裂解爐進(jìn)行評價分析，即通過某原料在具體操作條件下的裂解產(chǎn)物分布來判斷裂解爐所存在的系統(tǒng)誤差。把裂解爐產(chǎn)品收率分布與模擬計算軟件計算得到的該原料在該操作條件下的產(chǎn)品收率進(jìn)行對比，得到該裂解爐存在的系統(tǒng)偏差（最常見的是COT指示誤差）。這樣，在對裂解爐工藝條件進(jìn)行優(yōu)化時，可通過技術(shù)手段屏蔽該系統(tǒng)誤差，從而達(dá)到精確控制裂解爐的目的。

2）判斷裂解爐操作參數(shù)是否適合當(dāng)前原料，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果對裂解爐操作進(jìn)行優(yōu)化；根據(jù)原料變化調(diào)整裂解爐操作，進(jìn)而實現(xiàn)裂解裝置的整體優(yōu)化。

3）進(jìn)行裂解爐故障診斷。當(dāng)裂解爐或者裂解爐某幾組爐管由于熱偶指示偏差、儀表指示偏差或者進(jìn)料偏流等原因?qū)е虏僮鳡顟B(tài)異常時，常規(guī)手段難以及時判斷問題根源。通過收率標(biāo)定可以明確裂解過程實際發(fā)生的條件，判斷儀表指示的準(zhǔn)確性，從而校正偏差，解決問題。

2 優(yōu)化裂解爐操作

以實例說明裂解爐標(biāo)定在操作優(yōu)化中的應(yīng)用。

某100 kt/a乙烯裂解爐，操作過程中發(fā)現(xiàn)雙烯（乙烯+丙烯）含量偏低，但難以確定降低的幅度，且無法確認(rèn)問題存在的環(huán)節(jié)。為了解決問題，提升裂解爐雙烯收率，對該爐進(jìn)行含量標(biāo)定，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化裂解爐操作條件。

該裂解爐投用原料為石腦油，進(jìn)料質(zhì)量流量45 t/h，水油比（稀釋蒸汽與裂解原料的質(zhì)量比）0.55，正常操作溫度815℃（儀表指示）。工藝條件優(yōu)化以裂解溫度（COT）優(yōu)化為主（其他操作條件保持不變）。

改變裂解爐COT，對裂解爐分別進(jìn)行790、795、800、805、810、820 ℃下的雙烯含量標(biāo)定，結(jié)果見圖 2。

由圖2可以看到，正常操作工況（815℃）下，該爐裂解深度較高，由此判斷裂解爐COT指示低于真實值，該裂解爐未處于優(yōu)化操作狀態(tài)，可通過調(diào)整COT獲得提升。COT為805℃時，可使該裂解爐產(chǎn)物雙烯含量最大化。

操作調(diào)整前COT為815℃，乙烯、丙烯和雙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為28.5%、12.2%和40.7%；調(diào)整COT為805℃后，乙烯、丙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為28.2%、13.34%，合計雙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到41.54%。

優(yōu)化操作后，裂解爐表現(xiàn)有效提升。在優(yōu)化的COT下操作，在保持較高乙烯收率的同時，雙烯收率明顯提高，且有效降低裂解爐操作溫度，有利于燃料節(jié)約和裂解爐長周期運(yùn)行。

圖2 裂解爐產(chǎn)物標(biāo)定結(jié)果Fig 2 Calibration results of cracking furnace products

3 結(jié)束語

裂解爐收率標(biāo)定是裂解爐操作優(yōu)化的一種有效手段。通過收率標(biāo)定，可以判斷裂解爐控制參數(shù)精確性，判斷裂解爐是否處于優(yōu)化的操作狀態(tài)，為裂解爐進(jìn)一步提升效益提供方向。

裂解爐收率標(biāo)定還可與模擬裂解試驗、計算軟件模擬等方法綜合使用，更有效地提升裂解裝置效益。比如對某裂解裝置進(jìn)行效益提升攻關(guān)，可采取如下步驟：對裝置可調(diào)配原料進(jìn)行物性分析、裂解模擬實驗，結(jié)合裂解爐現(xiàn)場取樣標(biāo)定，通過裂解模擬計算軟件優(yōu)化模擬。對乙烯裝置進(jìn)行全面評價，確認(rèn)乙烯裝置目標(biāo)產(chǎn)物收率提高的有效環(huán)節(jié)：確認(rèn)是通過原料調(diào)配方面進(jìn)行原料優(yōu)化，還是通過裂解操作方面進(jìn)行操作優(yōu)化。進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，最終達(dá)到提升整體效益的目的。

[1]王松漢.乙烯裝置技術(shù)與運(yùn)行[M].北京：中國石化出版社,2009.

[2]何細(xì)藕.烴類蒸汽裂解制乙烯技術(shù)發(fā)展回顧[J].乙烯工業(yè),2008,20（2）：59-64.

Optimized Operation Calibration on Ethylene Cracking Furnace

Zhou Cong,Zhang Yonggang,Li Wei,Jia Jingsheng
（SINOPEC Beijing Research Institute of Chemical Industry,Beijing 100013）

The purpose,significance and methods of ethylene cracking furnace product content calibration were introduced in this paper.A 100 kt/a ethylene cracking furnace operation optimization was used for example,the product content from the cracking furnace under different operating conditions were calibration and then optimized the operation conditions according to the calibration results.The result showed that the cracking furnace outlet temperature was reduced from 815℃ to 805℃,and the mass fraction of ethylene and propylene was improved by 0.84 percentage after optimization.

cracking furnace;yield;calibration;optimization

TQ221.21+1

B DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2012.03.020

2012-04-10；

2012-04-16