蒸汽裂解制乙烯的发展趋势

赵家琦

摘 要 蒸汽裂解制备乙烯的方式已经较为成熟，但随着科技的进步以及社会的发展仍需要不断对该工艺进行优化和创新研究，进而促进蒸汽裂解工艺制备乙烯朝着低能耗、低投资以及大型化方向发展。基于此，本文通过分析目前制备乙烯的发展现状入手，提出了蒸汽裂解制乙烯的现状以及裂解炉大型化实现长周期运转、结焦抑制技术、乙烯节能技术等发展趋势，由此希望推动该工艺的可持续发展。

关键词 蒸汽裂解 乙烯 结焦抑制 乙烯节能技术

中图分类号：TQ221.211 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2021）07-0028-02

1 乙烯生产过程中存在的问题

由于受到各方面因素的影响和制约，导致很长一段时间内我国的乙烯工艺按照“规模大、流程短以及成本低”的要求进行生产，进而导致其下游产品主要以合成树脂为主，进而导致其差异化程度较低，而中高端产品仍主要依靠进口。作为乙烯下游生产中首要解决的问题，结构型短缺总量已经远远超过总量短缺[1]。为此，导致我国乙烯裂解原料的结构性过重，譬如，石脑油的比重超过世界平均水平的40%左右，而轻烃则要低于世界平均水平的50%，并且随着中东、北美地区对于乙烯生产的扩张，导致齐国裂解装置成本缺乏市场竞争力，基于此，加强对蒸汽裂解制乙烯工艺的研究对于我国化工行业的发展而言尤其重要。

2 裂解原料现状及发展趋势

蒸汽裂解原料的构成。作为对乙烯回收率影响最为严重的因素之一，裂解原料占总生产成本的70%左右，而且乙烯的研制成本将直接影响到下游产品的制作成本，所以必须要合理的选择裂解原料;基于此，再加上乙烯产业的迅速发展，各大厂家逐渐加强了对裂解原料的研发。对于原料的开发而言，其必须要体现柔性化策略、炼油化工一体化等，所以未来原料的开发趋势应当为：通过合理利用劣质的原料而生产出优质的裂解原料;加强对重质原料的改质;提升原料的灵活性以及合理配置原料资源等。

3 蒸汽裂解技术发展趋势

3.1 裂解炉大型化以及实现长周期运转

由于裂解炉占整个乙烯制备装置成本的30%作用，所以，为了更好地适应乙烯大型化的发展趋势，必须要加强对裂解炉大型化的研发。通过大型化裂解炉的应用不仅可以有效地降低裂解所需装置，而且还可以降低企业的投资成本，减少设备占地面积，而且还可以有效地解决散热损失较大的问题，便于对设备进行统一管理和维护等。除此以外，在制备乙烯过程中逐渐加强了对其安全生产的重视，所以在未来蒸汽裂解制备乙烯的过程中必须要加强生产工艺的稳定性、降低设备故障发生几率、提升设备的运行周期等方面的重视力度。而其通过提升操作周期以及确保整个生产工艺的稳定性可以有效地降低产品的损失，降低能量、物料消耗以及维修成本，提升乙烯制备的生产效率。

3.2 结焦抑制技术

在进行蒸汽裂解制备乙烯的过程中，裂解炉的结焦问题严重阻碍了其生产效率，所以，必须要不断地提升管壁温度以及炉管口的压力从而克服焦层所导致的传热强流体阻力[2]。经常地进行清焦处理不仅会影响到炉管的使用寿命，而且还会导致生产力的下降，所以结焦抑制技术的研发和应用尤为重要。方式一，适当的添加结焦抑制剂。就结焦抑制剂而言，其种类较为丰富譬如，含磷、含硫化合物、金属盐以及氧化物等。另外，由Nalco公司所研发的专利技术通过三硫代磷酸酯来对炉管进行表面的处理工作，也会适当的抑制金属表面出现结焦的问题，或者氧化三氨基膦也可以起到相应的抑制结焦。方式二，对炉管的表面进行涂层操作。韩国公司SK通过在线方式间隙式地在炉管进行涂层，首先其在炉管表面形成1-5微米后的氧化物缓冲层，然后在乘积4-12微米后的二氧化硅扩散障层，之后在扩散层上进行0.1-0.2微米的碱土金属或者碱金属涂层进行除焦。经过一些列操作后不仅有效的提升了涂层与炉管的结合性，而且还有效地阻止了碳原子以及金属元素的扩散，并且通过碱金属以及碱土金属的催化作用，有效的提升了焦炭的气化，提升了炉管的抗渗碳性。Ganser则是通过应用铝、硌、钛等作为涂层材料，然后通过热处理的方式将其产生与基础合金类似的扩散阻隔层，并且通过对炉管表面进行氧化处理让其形成氧化铬保护层等，最后形成抑制结焦的涂层。据相关实验表明，该方式下形成的涂层，在1130摄氏度以下其性能表现良好，可以完全满足蒸汽裂解过程中的抗结焦以及抗渗碳性能。方式三，加强对新型炉管材料的研究。据相关报道SW公司目前正在研究一种陶瓷炉，此种裂解炉不仅仅可以承受较高的温度，而且还可以起到抑制结焦的作用。通过应用此种新型炉管材料乙烯的生产率可以达到90%，有效地提升了生产效率。

3.3 乙烯节能技术

第一，燃料气以及预热燃烧空气技术。由于在蒸汽裂解过程中往往通过通入常温空气来进行燃烧，这样操作不仅不能对炉膛的燃烧温度进行有效控制，而且还浪费了较多的燃料能源。为此，通过热能循环理论的应用，可以将乙烯装置中烟道气的预热、低压蒸汽以及中压蒸汽的凝液等废热加热燃烧空气，或者可以通过燃料气的再次利用而减少对燃料的使用。据相关统计发现，在对燃烧空气加热到100摄氏度过程中，通过对裂解过程中预热的使用，燃料的使用量可以从百分之百降低到百分之九十五，并且還可以再次回收利用大量的蒸汽。如今该方式已经应用在中石化下属的9家制备乙烯的化工企业，起到了较好的节能效果。第二，炉管强化传热技术。由于裂解反映需要在短时间内将大量的热量传递给反应物，所以其属于强吸热反应。炉管内壁由于热阻较大的问题，所以其温度变化情况也较为明显，而通过炉管强化传热技术的应用可以有效地增大炉管边界层的传热系数，从而起到节约能量，降低能耗的作用。强化传热的内部构件较为多样，目前应用最为广泛的则是梅花管、扭曲片管以及MERT管等。由我国自主研发的扭曲片管的强化传热技术可以有效地促使管壁温度下降20摄氏度左右，炉管的压力可以增加15%左右，且使用周期可以延长一半以上。第三，有效地降低裂解炉排烟温度。通过降低排烟温度可以有效地提升裂解热效率。就目前而言，排烟温度每下降20摄氏度，其热效率就可以提升1%左右。为此，可以通过对燃料油的净化来将其中容易与氧气发生反应的杂质进行脱除，进而在确保不受到“露点腐蚀”的前提下降低排烟温度，提升乙烯制备的热效率[3]。第四，空气过剩系数的降低。在确保燃料充分燃烧的基础上，最大程度地降低空气过剩系数可以有效地降低烟气的排放量以及燃料的消耗情况。通过采取科学的排布燃烧器以及优化其自身结构等措施可以有效地将空气过剩系数控制在科学的范围内。

3.4 炼油化工一体化技术

通过乙烯制备厂家与炼油厂家的合作可以有效地实现原料与产品的互供，进而促进双方的经济效益的提升。炼油厂所生产的轻烃、加氢尾油以及抽余油等均是蒸汽裂解制备乙烯的基础原料，所以通过原料互供装置的使用可以有效地提升乙烯制备效率，并实现资源最大化的利用。而且通过炼油厂干气的净化可以有效地对乙烯进行回收，通过将干气副产气体的分离，可以得到粗乙烯、丙烯，进而可以直接进行再次裂解从而得到精制乙烯，且分离出来的乙烷、丙烷等又可以重新送回裂解装置作为生产乙烯的原料。通过对资源的最大化利用，不仅可以满足可持续发展经济理论要求，而且还可以提升企业的经济效益，以及乙烯制备效率。

3.5 提高灵活性

第一，提升对乙烯原料的灵活性技术。为了有效地控制生产成本，国外的化工企业通过优化乙烯原料的方式来对市场原料构成进行调节，从而通过采取低价原料进行优化来控制成本。所以，生产装置必须要具备一定的灵活性进而满足原料多样化的需求。通过采用原料灵活性的方式来提升裂解炉对原料的适应性，不仅可以有效地降低原料供应市场的不稳定以及价格的波动影响，而且还可以尽可能地选择低价原料，降低乙烯的生产成本，增加下游产品的经济效益。第二，提升产品的灵活性。因为下游产品具有较大的波动，所以必须要加强对乙烯联合装置产品方案的灵活性，譬如可以通过灵活配置下游产品来提高装置操作的简单以及灵活性。

3.6 急冷油系统的黏度控制技术

对于蒸汽裂解制备乙烯工艺而言，通过采用裂解气来作为重燃料油汽提塔的汽提介质不仅仅可以有效地节省大量的能量消耗，而且还可以有效的提升急冷油塔颞部的塔釜温度，进而促使设备尺寸的降低，进而便于对急冷油的黏度进行合理的控制。

3.7 分离流程系统优化

根据相关专利技术来看，相关企业通过依托于单元节能技术的应用与先进技术进行组合，从而提出了对于不同裂解原料的分离流程系统。进而有效地降低深冷分离区对于冷量的需求，促进流程的紧凑性，体现了设计的经济合理性。

总而言之，随着社会的发展以及科技的进步，乙烯制备显然已经进入了一个新的时期，尤其是目前资源如此紧缺的背景下，加强对蒸汽裂解制乙烯的研究尤为重要。在未来，乙烯制备工艺必然会朝着大型化、炼化一体、集成化以及基地化發展，并通过先进的科学技术有效地拓宽乙烯原料的来源，促进我国乙烯行业的可持续发展。

参考文献：

[1] 李涛.乙烯生产原料的发展状况分析[J].石油化工技术经济，2005（05）：11-17.

[2] 王红秋.乙烯蒸汽裂解技术的发展趋势[J].乙烯工业，2005，17（04）：8-11.

[3] 李国威，杨利斌，田亮.乙烯裂解炉的结焦及其抑制技术[J].石化技术与应用，2007，25（01）：75-79.