节能减排技术在乙烯装置上的应用资料下载.pdf

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员前言目前袁野节能尧降耗尧减排冶日益成为包括上海石化公司在内的各石化公司乙烯装置提高竞争力和求生存尧谋发展的重要手段遥上海石化公司目前有两套乙烯联合装置遥玉号装置为1973年从日本三菱油化引进的成套装置袁设计以煤油尧柴油为原料袁生产聚合级乙烯和化学级丙烯袁目前规模为15伊104t/a遥该工艺炉子采用三菱倒梯台形M-TCF裂解炉袁分离部分采用前脱丙烷后加氢流程遥域号装置是1978年从日本东洋工程公司引进的成套装置袁采用Lummus专利技术遥1997年第一轮改造后袁装置由30伊104t/a扩至40伊104t/a曰2002年新建一套并联的30伊104t/a装置遥新装置采用中国石化与Lummus合作开发的SL-域大型裂解炉袁分离部分采用SW公司前脱丙烷前加氢ARS流程遥文章主要论述节能减排技术在上海石化公司乙烯装置上的应用情况遥2裂解炉技术改造2.1改造内容随着乙烯裂解炉技术日益突破袁域号装置老区的7台SRT-芋型炉逐渐成为淘汰炉型遥为此袁对其进行了节能改造遥本次改造的主要目的是在裂解炉对流段增设蒸汽过热模块袁从而停用蒸汽过热炉袁降低装置能耗遥其中3台（BA-105尧106尧110）扩能改造袁由SRT-芋型改造为GK-遇型炉袁能力由4.5伊104t/a扩至6.2伊104t/a曰1台（BA-103）改造辐射段和对流段袁能力不变曰3台（BA-104尧107尧108）只改造对流段袁能力不变袁保留原来的辐射段和废热锅炉遥2.2改造效果淤蒸汽过热炉停役可节约燃料油1.5伊104t/a遥于进行对流段改造的裂解炉（BA-104尧107尧108）的热效率比原炉型有较大提高曰对对流段和炉管都进行改造但未扩能的裂解炉（BA-103）袁其热效率比原有炉型也有较大提高遥盂乙烯尧丙烯收率也有明显的提高（见表1）遥榆辐射段燃烧热量分布有所优化袁底部和侧壁的热量分配由原来的40颐60改为55颐45遥节能减排技术在乙烯装置上的应用张利军（中国石化上海石油化工股份有限公司袁上海200540）摘要介绍了上海石油化工股份有限公司乙烯装置节能减排技术改造的情况院淤利用先进裂解技术对落后的裂解炉进行扩能改造曰于采用专利技术降低排烟温度曰盂利用扭曲片管技术降低金属管壁的结焦速度曰榆采用干式气柜回收技术减少火炬气的燃烧排放曰虞应用先进控制技术优化操作曰愚应用凝液回收技术节约用水遥经过改造袁裂解炉燃料总量节省了3%曰火炬气回收系统每年可回收相当于3伊104t液化石油气的燃料气曰装置运行平稳曰节水效果明显遥关键词节能减排乙烯装置裂解炉应用作者简介院张利军袁高级工程师袁1989年毕业于华东化工学院能源化工系有机化工专业袁长期从事乙烯尧炼油尧芳烃等生产技术管理工作遥E-mail院SRT-芋GK-遇裂解炉出口温度（COT）/益AGO淤802839（S）/845（E）HVGO于852（S）/857（E）NAP盂840864（S）/871（E）裂解炉汽烃比AGO0.750.7HVGO0.85NAP0.50.6乙烯单程收率袁%（质量分数）AGO25.4127.49HVGO31.42NAP27.3529.23丙烯单程收率袁%（质量分数）AGO13.7315.38HVGO16.96NAP13.1814.60项目表1裂解炉收率与裂解深度对比注院淤常压柴油曰于加氢尾油曰盂石脑油遥节能与环境保护窑90窑第14卷第6期2009年6月中外能源SINO-GLOBALENERGY项目BA-2101BA-2102BA-2103BA-2104投用前投用后投用前投用后投用前投用后投用前投用后底部燃料气流量（标准）/（m3窑h-1）82707950722067307458708572076821侧壁燃料气流量（标准）/（m3窑h-1）965950132012251290123512011250排烟温度/益158150156148162152165150炉膛负压/Pa-9.8-30-10-60-26-56-33-48氧含量袁%3.12.53.52.83.22.73.42.5引风机电流/A2021222320231920表3空气预热器投用前后裂解炉部分操作参数对比淤裂解炉燃料气使用量相对减少袁一般在500m3/h（标准）左右遥按照新区装置70%甲烷氢和30%干气的燃料组成袁其平均相对分子质量为15.6袁若按1台炉子平均节省300m3/h（标准）计算袁其质量流量=300伊15.6/22.4=209（kg/h）袁即5t/d袁约占燃料总量的3%左右遥于排烟温度明显下降袁平均下降810益袁表明炉膛烟气量下降后袁热效率有所提高遥盂炉膛负压平均提高20Pa袁表明烟气总量下降遥榆风机电流略有增大袁说明空气预热器的安装增加了一定的阻力遥虞氧含量减少袁说明空气预热器对裂解炉进风有一定影响遥愚经测试袁投用空气预热器后裂解炉热效率可提高0.5%左右遥4扭曲片管技术4.1技术介绍及应用方案扭曲片管是一种管内带有扭曲片的精密整铸管件遥流体通过与炉管同径的扭曲片时袁强迫流体从原来的活塞流状态旋转起来袁流体的周向流速大大增加袁这将对管内壁形成强烈的冲刷作用袁使热阻系数大的边界层厚度有效减薄袁增大炉管的总传热系数遥边界层的减薄使得管壁附近长时间滞留的物料减少遥扭曲片管产生的径向流使流动界面上的流体温度更均匀袁从而降低金属管壁的结焦速度遥扭曲片法采用分段加入法袁与整根炉管采用强化传热不同袁具有以下特点院淤只通过在局部安装部件来达到改变流型的目的袁压降损失较小曰于部分加装的方式可相应减少投资袁加装一般可结合炉虞运行周期延长遥愚各项性能达到设计指标袁节能效果明显遥3应用空气预热器技术项目采用北京航天动力研究所专利技术要要要乙烯裂解炉底部燃烧器空气预热系统及方法袁即利用乙烯装置过剩的低温热袁如低压放空蒸汽尧中压凝液和循环急冷水等作为加热介质（加热设备为增设在裂解炉底部燃烧器的空气预热器）袁加热进入炉膛的空气袁从而降低裂解炉燃料消耗遥项目已分别在域号装置新区和玉号装置的11台裂解炉上实施遥另外袁域号装置老区10台裂解炉拟利用急冷水作热源袁项目准备2009年实施遥下面以域号乙烯新区4台裂解炉为例具体介绍空气预热技术的应用情况遥3.1改造方案与实施低温热源配置情况见表2遥具体方案为院利用新区152.4mmMC加热器加热BA-2101尧2102增设的空气预热节能设备袁凝液加热后返回低压闪蒸系统曰利用新区低压凝液袁经泵加压后去BA-2103加热空气预热节能设备袁凝液返回原低压凝液外送管线曰收集和利用老区TC凝液袁加热BA-2104空气预热节能设备袁然后返回凝液回收系统回收遥利用2007年大修机会袁对4台裂解炉底部燃料气管线进行了重新排布袁并按照3台燃烧器共用2台换热器的方式安装了空气预热器袁待大修结束后袁于2007年9月初投用遥3.2投用效果分析空气预热器投用后袁裂解炉的部分操作参数发生了较大变化（见表3）遥热源情况中压凝液（新区）低压凝液（新区）伴热凝液（老区）热源温度/益150100129流量/（t窑h-1）4050506050热源换热后温度/益107空气加热后温度/益7575100裂解炉号BA-2101/2102BA-2103BA-210475表2低温热源配置情况窑91窑第6期张利军.节能减排技术在乙烯装置上的应用回收到燃料气系统火炬水封罐分液罐各装置排放火炬气图1干式气柜回收火炬气流程图管报废更新来进行遥4.2投用效果分析炉管表面温度比投用前下降约50益袁比其他3台裂解炉低5080益不等曰运行周期达78d袁比投用前平均延长28d曰对三烯收率无不良影响遥COT提高后袁三烯收率进一步提高（见表4）遥5火炬气回收技术5.1气柜储存法火炬气回收系统近年来袁石化行业相继将干式气柜技术应用于火炬气回收系统遥与在线回收流程相比袁干式气柜回收系统主要增加了一只大容量的气柜袁可将排放气回收和储存起来袁避免了在线回收压缩机由于受排放气压力波动而经常出现开停的问题遥上海石化公司于2003年9月建成投用了一台3伊104m3的威金斯卷帘型干式气柜回收系统袁同时设置了3台58m3/min的螺杆压缩机袁并在每个火炬区域设置了水封阀遥该系统主要流程如图1所示遥威金斯卷帘型干式气柜采用橡胶膜密封袁密封性能好袁结构简单袁自重轻袁升降灵活袁吞吐量大袁安全性高袁维护费用低遥克服了以往采用的湿式气柜需要采用水槽密封尧自重大尧升降不灵活尧钢板易腐蚀尧塔节卡轨常出现故障等缺点遥5.2干式气柜回收系统运行情况运行开工后袁干式气柜回收系统一直保持较好的运行状态袁每小时回收瓦斯气约5000m3遥这部分燃料气补入燃料气管网袁相应替换出装置使用的液化石油气的用量约3伊104t/a左右遥同时减少了火炬气的燃烧排放袁降低了烟尧火光尧噪声及废气污染遥6先进控制技术的应用域号装置乙烯裂解炉（含新区4台SL-域型裂解炉尧老区5台GK-遇型裂解炉尧4台SRT-芋型裂解炉以及1台GK-吁型炉）尧乙烯精馏塔尧丙烯精馏塔先进控制与优化技术项目于2007年6月启动遥6.1裂解炉先进控制系统以新区为例袁新区4台SL-域型裂解炉中的2台（E-BA-2101尧2102）可进行全液相尧全气相裂解或者气液相混合裂解遥相对于单一相裂解炉袁混合裂解炉的控制系统结构复杂遥6.1.1裂解炉炉管平均出口温度先进控制方案新区SL-域型裂解炉底部燃料气原采用炉管平均出口温度寅燃料气热通量寅控制阀的串级控制方案遥改进后采用热值前馈寅炉管平均出口温度寅燃料气流量寅控制阀的串级控制方案遥在改进方案中袁将燃料气热值的神经网络软测量值作为裂解炉炉管平均出口温度控制器的前馈袁使其能实时地对燃料气热值的变化作出响应袁并通过平均出口温度控制器袁调整底部燃料气流量控制器的设定值遥底部燃料气流量控制器的燃料气流量经过压力尧温度补偿袁能更准确地反映燃料气流量的实际变化遥控制器的OP在输出到控制阀前袁先经过底部燃料气低压保护超驰模块袁使底部燃料气压力不低于某一压力值遥侧壁/底部燃料气比例控制模块OP输出到侧壁燃料气流量控制器袁按照给定的控制比例袁根据裂解炉底部燃料气流量袁调整侧壁燃料气流量的设定值遥6.1.2炉管出口温度均衡控制和总通量控制系统E-BA-2101尧2102裂解炉为混合裂解炉遥按照裂解原料的不同袁可以分为以下4种裂解模式院纯液相裂解模式（裂解原料为NAP）尧纯气相裂解模式（原料为LPG或者C3）尧气液混合裂解模式（原料为LPG或者C3+NAP）和气气混合裂解模式（原料为LPG或者C3+C2）遥根据各裂解模式下工艺要求的不同袁采用不同的温度均衡与总通量控制方案遥6.1.3炉管汽/烃比控制系统汽/烃比值控制系统的目的是控制裂解炉原料COT838益840益裂解原料NAPNAP裂解气气相组成袁%（质量分数）H21.131.21CH416.5016.69C203.984.06C2=29.9130.21C300.520.63C3=14.0914.381袁2-丁二烯0.250.241袁3-丁二烯3.654.07表4裂解气气相组成2009年第14卷窑92窑中外能源SINO-GLOBALENERGY5.65.35.04.74.4050100150200250300乙烯产品中乙烷浓度/（滋L窑L-1）图3塔顶乙烷浓度与塔顶回流比的关系曲线表5DA-402塔模拟结果与实际工况的比较现场数据模拟结果塔顶温度/益-31.1-31.5塔釜温度/益-7.2-7.6冷凝罐回流温度/益-35.4-35.3冷凝回流流量/（t窑h-1）251248乙烯产品流量/（t窑h-1）51.