裂解炉焦粉沉降池改造优化

高俊杰 李爱民 曾占军 郝南

摘  要：裂解炉达到运行末期会进行在线烧焦，烧焦过程产生的焦粉会落入烧焦罐下方的焦粉沉降池，定期需人工清理。原始设计为三级沉降池，通过改造更换为可移动式的四级沉降池，改造后解决了烧焦过程带来的环保问题，同时极大程度减少了操作工劳动强度，减少了不必要的浪费。

关键词：裂解炉;烧焦;多级沉降;环保

引言

裂解炉辐射段炉管的结焦是限制裂解炉长周期的主要因素，烃类高温热裂解时生产乙烯时，裂解炉辐射段炉管内表面伴随着焦炭的生成。烃类裂解过程的结焦主要由三种作用引起：一是炉管金属成分（主要是Fe和Ni）对烃类的催化结焦作用;二是烃类高温裂解自由基反应机理引起的结焦;三是烃类高温裂解生成的各种不饱和烃、稠环芳烃的缩聚等反应引起的结焦[1]。高温条件下形成的焦炭是热的不良导体，会使炉管传热阻力增加、炉管内径变小，导致炉管外壁表面温度升高、炉管内流体压降增大，甚至堵塞管道，影响裂解炉的长周期运行。炉管外表面温度达到炉管材质所能承受的最高温度或者压降达到裂解炉的最大压降时，裂解炉必须进行烧焦，清除炉管内的焦炭后才可再次进行生产。

一、裂解炉烧焦系统概况

大庆石化公司化工一厂E3装置共有7台裂解炉。其中EF-3110为USC-8M型气相裂解炉，可以裂解循环乙丙烷;EF-3120、3130为USC-192U型轻质液相裂解炉，可以裂解轻烃碳四、石脑油及循環乙丙烷（B室）;EF-3140/50/60为USC-192U型重质液相裂解炉，可以裂解加氢尾油、石脑油;EF-3170为USC-176U型轻质液相裂解炉，可以裂解轻烃碳四、石脑油。每台裂解炉运行到末期时均下线进行烧焦，以去除裂解炉及急冷锅炉中的焦垢，改善裂解炉的性能，降低装置的能耗及物耗，延长运行周期。目前裂解炉烧焦采用的方式为空气-蒸汽在线烧焦。

烧焦系统设计有两个烧焦罐EV-3101/3102，其中EF-3110～3140四台裂解炉的烧焦尾气排至EV-3101，其余三台排至EV-3102。为保证烧焦操作温度不超过管道及设备的设计温度，烧焦气排放至烧焦罐前、后均需注水降温，烧焦管道各自注水降温后汇总至炉清焦总管道，然后再排放至烧焦罐中。裂解炉进行烧焦操作时，烧焦气通过烧焦管道进入到对应的烧焦罐，烧焦过程中产生的废气（主要为CO、CO2及水蒸气）通过烧焦罐顶端排大气，废渣（主要为未燃烧的焦粉）通过烧焦罐底部落入焦粉沉降池，定期人工清理，废水排入含油污水系统。

二、裂解炉烧焦系统现状及存在问题

E3装置裂解炉的运行周期最长可超过70天，一般在40-50天左右;当出现原料组份及原料平衡问题时，裂解炉需要进行换原料操作，这时运行周期可能会缩短至30天左右。全年7台裂解炉总烧焦次数在50次以上。每次烧焦过程中，未燃烧干净的焦粒在高温、高速清焦物流的携带下进入清焦罐，与外界注入的水充分混合，直径较大的焦粒在自身重力作用下脱离气体沉降[2]，大量的焦粉落入焦粉沉降池内并存积，需要定期进行人工清理、外送。这主要带来以下两方面问题：

（一）环保问题

裂解炉烧焦完成后，在定期对沉降池内堆积的焦粉进行清理时，不可避免的会有焦粉等废渣、废液散落，污染附近地面及其他设施，严重影响装置的现场环境卫生。同时，排放的废水化学需氧量COD偏高，影响装置的环保。

（二）人力问题

裂解炉烧焦完成后，需要将堆积的焦粉人工装袋后外送。焦粉外送都是由班组和培训班组人工装车，由于焦粉装车工作量极大，对班组的日常工作安排产生了一定影响并占用了培训时间。此外，焦粉装袋运出后需要人工卸车、割袋，浪费了极大的人力。

三、裂解炉操作优化

针对上述问题，车间首先从优化裂解炉运行及烧焦过程着手，延长裂解炉的运行周期，减少烧焦次数，近而减少焦粉生成量。

（一）加强裂解炉特护管理

成立专项特护管理小组，由“五位一体”组成，即工艺、设备、电气、仪表及维修人员，每天要进行现场巡检检查及 DCS 趋势检查，并记录相关数据，定期组织召开专题会。各专业共同分析存在的问题及解决方案，要讨论裂解炉的运行周期缩短、辐射段炉管塞等问题的影响因素及控制方法，以及裂解炉烧焦方案的优化等问题，并形成分析总结记录，不断总结改进，优化裂解炉的操作与维护，保障裂解炉的长周期运行。

（二）裂解炉的运行控制

1.优化投料操作。严格控制投料过程中的辐射段炉管出口（COT）温度，投料过程中COT控制对裂解炉长周期运行有关键影响，温度过低会加速SLE结焦，温度过高会加快原料在辐射段炉管内结焦。控制COT在760℃-780℃。

2.优化烧焦操作。为加强烧焦效果、缩短烧焦时间，同时启动两台清焦空气压缩机进行进行烧焦，单路工业风量由5t/h提至7t/h。烧焦末期时，降低稀释蒸汽通入量，由过去的5t/h减少至4t/h，提升工业风烧焦的效果。

采用上述措施后，裂解炉运行周期延长，每年会减少烧焦次数3次左右，但不能从根本上解决烧焦系统排放问题，车间进一步研究对焦粉沉降池进行改造。

四、焦粉沉降池改造

（一）原始设计烧焦池结构

原始设计的烧焦沉降池为固定式三级沉降池，位于烧焦罐正下方。

（二）改造思路及设计

将固定式三级沉降池改造，改造为四级沉降池。设计该级沉降池横截面积较大为可移动式，烧焦的BFW首先经过该级沉降池进行沉降，分离出的焦粉沉降后水再溢流至原来的沉降池，待该级沉降池焦粉满后可由叉车直接将其装车运走，不影响装置稳定运行。

（三）投用效果

1.沉降池改造后，分离效果比较好，废水COD明显降低;同时也降低下游的处理负荷，既节约又环保。

2.改造后，装卸焦粉方便，省去了大量人力，减少操作工劳动强度优化生产，每月节约清理焦粉费用1000元，一年共计12000元。

3.单台裂解炉一次烧焦产生的焦粉大约可装200编织袋，乙烯车间共7台裂解炉每年可产生焦粉10000余袋。改造后，避免浪费每年可节约10000个编织袋，约30000元。

结论

环保形势日益严峻，在这样的氛围下，如何打好环保攻坚战成为很多化工企业的热门问题。将固定式三级沉降池改造为移动式四级焦粉沉降池，解决了烧焦过程中废渣、废液带来的环保问题，同时极大程度减少了操作工劳动强度，减少了不必要的浪费。

参考文献

[1]  王松汉.乙烯装置技术与运行[M].北京：中国石化出版社，2009.

[2]  李昌力.乙烯裂解炉污染物及减排技术[J].石油化工设备技术2013，34（1）-51.

作者简介：第一作者：高俊杰，男，1964年4月1日，汉，黑龙江大庆，在大庆石化公司化工一厂乙烯车间从事裂解反应工作，联系地址：大庆石化公司化工一厂乙烯车间。

第二作者：李爱民，男，1984年07月16日，满，黑龙江省大庆市，在大庆石化公司化工一厂乙烯车间从事分离工作，联系地址：大庆石化公司化工一厂乙烯车间。

第三作者：曾占军，男，1966年12月15日出生，汉族，黑龙江省大庆市，在大庆石化公司化工一厂乙烯车间从事分离工作，联系地址：大庆石化公司化工一厂乙烯车间，。

第四作者：郝南，男，1970年08月05日，汉，黑龙江省大庆市，在大庆石化公司化工一厂乙烯车间从事分离工作。