乙烯裂解装置燃料气系统的节能降耗的优化方法

2022-09-11

近些年来, 我国的经济取得了快速发展, 乙烯工业也取得了进步。2006年, 我国的乙烯产量和产能取得了突破性的增长, 成为了世界上第二大乙烯生产国。而降低乙烯裂解装置中的燃料气系统能耗, 能够进一步增加效益。

一、乙烯裂解装置燃料气系统工作原理

乙烯裂解炉使用的是自产的甲烷氢作为燃料, 通过回收系统进行分离得到, 但是产量并不会随着裂解炉的需求而有所变化。由于裂解装置的在生产中呈动态变化, 所以必须不断补充备用燃料, 避免燃料系统的变动对裂解炉运行产生影响。系统自产甲烷氢的量和裂解炉需求量比较接近, 但装置在生产中甲烷氢的需求量处于动态变化中, 这使得燃料气系统一直处于盈缺动态循环中, 必须补入或者排放循环燃料, 就会形成燃料气间断排放火炬。因为燃料气系统一直处于动态的平衡中, 当裂解炉热效率降低时, 这种平衡关系将会被打破, 就必须及时补充备用燃料气。而与自产甲烷氢相比, 备用燃料气的价格更高, 这就造成了乙烯生产成本的上涨。中韩石化武汉乙烯只有一套裂解装置, 也只有一套燃料气系统, 这就比国内其它改扩建以后的装置燃料气优化更为复杂, 不像其他改扩建的新老装置之间能够相互补充。武汉乙烯燃料气系统如图1所示:

二、乙烯装置燃料气系统的节能降耗方法

1. 借助空气预热器减少燃料气用量

从2010年之后, 中韩石化武汉乙烯就开始对裂解装置中的一台裂解炉进行技术攻关, 试图设计出空气预热器, 并且取得了成功。在两年之后, 开始在生产中实施空气预热器改造计划。空气预热器的主要热源来自于裂解装置内的中压凝聚液以及再沸器中的中压蒸汽凝液。充分利用了装置的低温余热, 实现了裂解炉燃烧装置优化的目的。从2011年之后, 裂解装置计划安装总共8台预热器, 利用乙烯装置内的中压蒸汽凝液, 并且对其中的某个燃气炉使用空气预热器前后的情况进行了核算。当使用了空气预热器之后, 燃气炉不论是使用NAP或者是LPG, 消耗的燃料气量都下降。在COT和复合不变的情况下, 使用NAP作为裂解炉燃料, 燃料气的用量下降了将近8%。当使用LPG作为裂解炉燃料时, 燃料气的消耗量下降了将近6%。通过对使用空气预热器前后消耗燃料气量的对比, 能够发现能源节省不少, 而且还改善了火焰燃烧的状态, 火焰高度有所下降, 火焰发飘的情况有所改善, 降低了对流段温度, 设备运行寿命有效延长。

2. 冷备裂解炉减少燃料消耗

为了进一步降低裂解炉燃料消耗, 裂解车间分析和研究了能够对裂解炉运行产生影响的因素和能够降低备用裂解炉能耗的影响因素, 并且进行了技术攻关。公司的乙烯裂解装置如果热备用燃料气消耗量2600kg/h, 当采用冷备时, 装置燃料气消耗量则会明显降低, 乙烯能耗就会降低。后来, 对裂解炉工艺操作进行了优化, 将裂解炉各项管理更加细致化, 在延长裂解炉运行周期, 稳定在线裂解炉运行的情况下, 针对备用裂解炉实施了冷态备用手段, 实现了降低燃料消耗的目的。从2011年之后, 先后将多台燃气炉停炉冷态备用, 全年节省了燃料气约2850t, 节省成本达到了84万元左右。

3. 控制乙烯装置燃料气平衡

控制乙烯装置燃料平衡主要是要让自产甲烷氢和裂解炉需要的燃料之间保持平衡, 当不足时需要补充外供燃料或者液化气或者天然气等。一般情况下, 裂解石脑油和轻烃时, 馏分副产甲烷能够实现燃料平衡。裂解原料质量和裂解炉的裂解深度决定了燃料气的甲烷氢量。当原料质量较差或者裂解深度较高时, 甲烷氢收率比较高, 用于裂解炉热量转移的燃料气过量, 需要将过剩燃料气送往装置外, 甚至排放至火炬系统。当情况相反时, 燃料气量不满足需求就要从外界进行补充。控制装置的损失率, 就是要控制裂解深度位于合理的程度, 不会造成燃料气过量排放, 同时还要提高三烯收率。所以, 裂解车间根据系统的要求, 对工艺控制参数进行了调整, 控制裂解深度, 保证甲烷氢不会过量, 力求使燃料气系统物料实现平衡。燃料气系统的控制原理是在保障裂解装置系统稳定的前提下, 将燃料气外送到各个用户, 使燃料气的利用率提高。

4. 操作和维护燃料气系统

在优化燃料气系统时, 工艺调优和生产操作能够有效提高裂解炉热效率, 使生产能够长久安全运行。首先, 由于设备老化, 燃料气系统中的热蒸汽疏水器造成了非常严重的损坏, 致使燃料气的伴热无法正常使用, 而利用燃料气过热器则可以将燃料气外送温度提高, 避免了燃料气带液的影响, 提高了燃料的显热, 节约燃料。其次, 可以采用先进的仪表自动控制技术, 保证系统稳定。比如采用自动热值补偿控制, 采用后避免了裂解炉系统波动, 即便装置发生波动, 燃料供应意外中断, 而备用燃料也正在使用中, 此时自动热值补偿控制装置会进行自动补偿。再者, 要加强检测对火嘴状态, 对侧壁和底部火嘴燃烧情况进行检查, 如果发现火焰发散、发飘或者堵塞等情况, 要将风门拆下彻底清洁或者调整风门, 要将火嘴燃烧状态调整至最佳。同时可以制定定期清理火嘴的计划, 可以利用停炉冷备时对火嘴进行清理。另外, 还可以通过调整过剩空气系数, 将烟气中氧含量降低, 控制在2%到3%之间, 控制空气过剩系数在1.2%, 保证裂解炉处于最佳燃烧状态, 同时要定期检查裂解炉热效率, 依据检测结果对空气过剩系数进行及时调整。