乙烯裂解爐改造技術(shù)應(yīng)用分析

楊旭

摘要：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我們對乙烯及其衍生物的需求不斷增加，導(dǎo)致我國乙烯長期供不應(yīng)求。目前我國乙烯生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，除新建的大型乙烯生產(chǎn)裝置外，依托現(xiàn)有的裝置、人才及技術(shù)優(yōu)勢對現(xiàn)有的裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造。另外，一些裂解爐已經(jīng)投用時間較長，技術(shù)比較落后，相比現(xiàn)在的工藝技術(shù)存在著一定的技術(shù)缺陷，或者能耗較大，為了改進(jìn)這些技術(shù)并克服這些缺陷，需要對裂解爐進(jìn)行改造，以提高裂解爐的綜合性能。

關(guān)鍵詞：乙烯裂解爐；改造技術(shù)；應(yīng)用分析

1 導(dǎo)言

乙烯是石油化工的基礎(chǔ)原料，提高乙烯裝置的經(jīng)濟(jì)效益對提升整個石化企業(yè)的競爭力具有重要的意義。乙烯裂解爐可以看作是乙烯裝置的心臟。在這個工序中原料被加工為產(chǎn)品，在后續(xù)工藝中這些產(chǎn)品被分離、凈化。使用高溫裂解工藝，裂解爐的原料損耗量和燃料的熱利用率在整套乙烯裝置的經(jīng)濟(jì)效益中起了決定性的作用。

2 研究意義

國內(nèi)石油化工行業(yè)發(fā)展一直存在能耗高的問題，其中乙烯裝置是最為突出的能耗大戶，而乙烯裂解爐的能耗又占整個乙烯裝置能耗的70%以上，直接影響了乙烯裝置生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

？？目前，國內(nèi)共有二十多家乙烯生產(chǎn)企業(yè)，這些企業(yè)大多隸屬中石化和中石油旗下還包括幾家中外合資大型煉化企業(yè)及地方性煉化國企。在這些乙烯生產(chǎn)裝置中，多數(shù)乙烯裂解爐裝置又建成于上世紀(jì)，這些裂解爐設(shè)備普遍存在爐型老、熱效率低、能耗高、運(yùn)行周期短的共性問題。盡管近年來國內(nèi)各乙烯生產(chǎn)企業(yè)通過實(shí)施工藝優(yōu)化、技術(shù)改進(jìn)、節(jié)能改造等措施，不斷降低裂解爐能耗，但與國際先進(jìn)水平相比，仍有不小差距。

3 研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)乙烯裝置裂解爐鎮(zhèn)海乙烯最大生產(chǎn)能力達(dá)到15萬噸/年，乙烯收率達(dá)到34%，同時排煙溫度達(dá)90℃左右，熱效率更是高達(dá)95%，大大降低了裝置的綜合能耗，個別乙烯裝置裂解爐改造后裂解爐液體原料運(yùn)行周期長達(dá)200天，裂解氣體原料運(yùn)行周期長達(dá)230天，標(biāo)志著我國乙烯生產(chǎn)技術(shù)又邁上新的臺階。該裝置裂解爐原設(shè)計生產(chǎn)能力為6萬噸/年乙烯，爐管型式為LSCC1-1型爐管，采用雙輻射室形式的門式裂解爐，供熱方式為底部和側(cè)壁聯(lián)合供熱，其中底部為油氣混合燒嘴。設(shè)計原料適應(yīng)性較強(qiáng)，可以裂解石腦油、輕柴油、加氫尾油及循環(huán)乙烷/丙烷等。

在乙烯裝置改造中，為了實(shí)現(xiàn)裝置生產(chǎn)能力達(dá)到理想目標(biāo)，結(jié)合裂解爐運(yùn)行情況對裂解爐進(jìn)行了改造。改造后側(cè)輻射室將原LSCC1-1型爐管，改為8組“1-1-1-1-1-1-1-1”型8程輻射爐管，以乙烷和丙烷為裂解原料，A側(cè)輻射室將原LSCC1-1，改為56組GK-6型輻射爐管，以石腦油、化工輕油、加氫尾油為裂解原料。單臺裂解爐乙烯生產(chǎn)能力由原來的6

萬噸/年乙烯提高到8.4萬噸/年以上。改造內(nèi)容包括更換輻射段爐管、對流段部分管束、風(fēng)機(jī)及電機(jī)、底部火嘴、增加除焦罐及燃料控制系統(tǒng)等。

4 熱裂解理論及反應(yīng)機(jī)理

4.1 裂解原理

裂解原料（如AGO、HLN、HGO、NAP、C5、C2/C3等）經(jīng)管式裂解爐在高溫820～860℃下反應(yīng)，生成氫氣、甲烷、乙烯、丙烯等各種組分的裂解氣。1、一次反應(yīng)和二次反應(yīng)烴類熱裂解的過程非常復(fù)雜。它分為一次反應(yīng)和二次反應(yīng)。一次反應(yīng)是指由原料烴類經(jīng)裂解生成乙烯和丙烯的反應(yīng)。二次反應(yīng)主要是指一次反應(yīng)生成的乙烯、丙烯等低級烯烴進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)生成多種產(chǎn)物，甚至最后結(jié)焦或生碳的反應(yīng)。烴類熱裂解的一次反應(yīng)主要是發(fā)生脫氫和斷鏈反應(yīng)。脫氫反應(yīng)是C-H鍵斷裂的反應(yīng)，生成烯烴和氫氣。如：R-CH2-CH3R-CH=CH2+H2（烷烴裂解通式）斷鏈反應(yīng)是C-C鍵斷裂的反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物是碳原子數(shù)少的烷烴和烯烴。R-CH2-CH2-RR-CH=CH2+RH（烷烴裂解通式）或（Cm+nH2（m+n）+2）CmH2m+CnH2n+2脫氫和斷鏈都是吸熱反應(yīng)，所以裂解時必須供給大量的熱。在相同的裂解溫度下，脫氫比斷鏈所需的熱量大，要加快脫氫反應(yīng)必須采取更高溫度。環(huán)烷烴、芳香烴、烯烴等也均可發(fā)生一次反應(yīng)（斷鏈和脫氫），但均有各自不同的特點(diǎn)，這里不再贅述。烴類熱裂解過程的二次反應(yīng)比一次反應(yīng)復(fù)雜，原料烴一次反應(yīng)后生成了氫，甲烷和一些低分子量的烯烴如乙烯、丙烯、丁烯、異丁烯、戌烯等。在裂解溫度下，氫及甲烷很穩(wěn)定，而烯烴可繼續(xù)反應(yīng)，主要的二次反應(yīng)有：（1）反應(yīng)生成的較大分子烯烴可以繼續(xù)裂解生成乙烯，丙烯等小分子烯烴或二烯徑；（2）烯烴能夠發(fā)生聚合，環(huán)化，縮合，最后直至轉(zhuǎn)化成焦；（3）烯烴加氫和脫氫；（4）烴類分解生碳?？傊诙畏磻?yīng)中除了較大分子的烯烴裂解能夠增產(chǎn)乙烯外，其余的反應(yīng)都要消耗乙烯，降低乙烯收率。

4.2 反應(yīng)機(jī)理

在此對烴高溫裂解進(jìn)行討論，以加深對其中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和相關(guān)聯(lián)的熱力學(xué)反應(yīng)的理解。通過對這些原理的運(yùn)用提高裂解爐性能[7]。裂解反應(yīng)，盡管看上去比較復(fù)雜，但其基本機(jī)理是脫氫和C-C鍵斷裂兩種反應(yīng)。這兩種反應(yīng)都屬吸熱反應(yīng)，因此必須由外界提供反應(yīng)時所需的熱量。裂解后分子的數(shù)量會增加，以熱力學(xué)觀點(diǎn)看，低烴分壓就有利于裂解反應(yīng)。烴類在高溫時失去穩(wěn)定性，分解為氫氣、甲烷、烯烴和芳烴。高溫時，還能生成穩(wěn)定的雙烯烴和芳烴。因此，裂解反應(yīng)不僅有乙烯和丙烯之類的輕質(zhì)烯烴，同時還生成較重的冷凝芳烴和焦油。相關(guān)的研究證明：碳原子間的鍵幾乎總是發(fā)生斷裂。而且，在烴原料轉(zhuǎn)化率較低的時候，反應(yīng)也是第一性的。也就是說，原料中烴的消失速率不受壓力的影響。此外，這些反映的活化能總是低于C-C鍵斷裂所需的能量。所以，這種消失可以看作是單分子行為，遵循第一性機(jī)理。

5 結(jié)論

乙烯裝置裂解爐能耗占總能耗的二分之一以上，所以裂解爐技術(shù)改造勢在必行，該裝置實(shí)施了裂解爐擴(kuò)能改造、節(jié)能改造、增加裂解深度先進(jìn)控制系統(tǒng)、裂解爐原料適應(yīng)性改造，通過以上改造增加了裝置三烯收率，降低了裝置的能耗，降低了煙氣排放溫度，提高了裂解爐的熱效率，真正達(dá)到了節(jié)能降耗增產(chǎn)的目的。

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（作者單位：大慶石化公司）