乙烯装置裂解炉节能降耗措施分析

2022-11-21邱雨佳孙伟王勇猛朱志成沈阳石蜡化工有限公司

节能与环保 2022年5期

文_邱雨佳孙伟王勇猛朱志成沈阳石蜡化工有限公司

1 乙烯裂解炉相关概述

乙烯裂解炉是乙烯生产环节当中的重要设备之一，裂解炉在乙烯生产过程当中的运行状态，直接决定了乙烯生产所需要的能源消耗。

乙烯裂解炉在乙烯具体的生产过程中，首先将裂解的原料在对流室当中进行预热，在预热流程结束后，裂解原料会产生一定量的蒸汽，然后利用对流室将蒸汽进一步加热和处理，待到裂解原料以及其产生蒸汽均达到初裂解的温度时，将裂解原料从对流室传送到裂解炉的混合罐当中，并将裂解原料根据实际的情况均分到辐射段的炉管当中进行下一阶段的热裂解。此时需要将在辐射段出口产生的裂解气通过炉管运送到急冷器当中，再由裂解炉当中的冷水系统对其进行降温以及换热的工作，从而形成成品的乙烯。在这一过程当中需要注意的是，乙烯裂解炉会产生排烟，且排烟会伴随着非常高的温度，大部分能量也会随着高温排烟被浪费，无法回收和利用，造成巨大能源消耗以及能耗过高。

2 乙烯裂解炉导致能源消耗过高的技术弊端

2.1 乙烯生产过程中的排烟携带大量热能

由于裂解炉在设计之初缺乏良好的吹灰装置，导致其自带的吹灰装置以及自动控制系统在实际的应用中还存在诸多没有解决的问题，无法对裂解炉中的对流段以及关键部位进行及时的清理与吹灰，使对流段中存在大量的结垢与积灰吸收了裂解炉排烟过程中的大量热能。通常情况下，裂解炉在初始投入乙烯生产的运营当中，排烟温度基本在165℃左右，而随着对流段当中结垢的持续增加，后续的排烟温度基本可以达到200℃左右，这种情况在一定程度上造成了裂解炉在乙烯生产过程中能耗的增加，导致能源的浪费。

2.2 炉管堵塞受热不均匀热效率降低

根据乙烯裂解炉主体结构以及相关技术情况，裂解炉随着使用时间的推移会出现炉管内部变形的情况，一旦炉管变形严重或弯曲将会导致裂解炉对乙烯热处理不均匀。同时，如果炉管内部变形的情况长时间得不到及时有效地处理，将会导致炉管内部堵塞，使乙烯原料在炉管内部受热不均匀情况进一步加重，从而导致其热效率的进一步下降，并增加裂解炉能源消耗。

2.3 烧焦方式不合理

在裂解炉装置进行乙烯生产的过程当中，对乙烯原料处理的烧焦方案采用不当也是导致裂解炉能源消耗过大的重要因素。在乙烯生产过程中，裂解炉装置通常需要长时间的运行和工作，如果相关技术人员在烧焦的环节没有对烧焦的时间进行良好的把控，导致造成烧焦时间过长，从而使裂解炉在烧焦环节造成严重的能源消耗和浪费。同时，如果相关技术人员对裂解炉的冷热设备使用不够合理，出现一台或多台设备同时运行的情况，也会导致能源浪费，增加乙烯装置在生产环节的能耗。

3 乙烯装置裂解炉节能降耗具体措施分析

3.1 合理选择裂解原料

裂解原料的性质与质量能够直接决定乙烯成品的质量，同时裂解原料的性质与质量对乙烯装置裂解炉的能源消耗也有着非常直接的影响，因此对裂解原料的合理选择对于乙烯生产环节的成本控制以及裂解炉的能源控制具有非常重要的价值和作用。合理选择裂解原料，首先需要从炼油收率方面进行考虑，保证其原料在裂解炉中能够得到良好的炼油收率。其次需要从炼油的品质方面进行考虑，避免因为低价采购劣质裂解原料，造成后期乙烯的品质下降。最后需要从裂解原料成本的合理性方面进行考虑，保证裂解材料的采购符合乙烯生产的经济性。

3.2 优化烧焦方案

由于乙烯装置裂解炉长时间的裂解反映，炉管内部结成的焦会吸收过多热量，严重阻碍热量在炉管中的良好传递，使裂解炉中的裂解原材料无法快速达到所需要的反映温度，从而直接影响到裂解原料的良好反映，进而降低乙烯收率。与此同时，这种情况的出现会导致裂解反映时间延长，进一步增加乙烯装置炉能耗，因此需要处理结焦（即烧焦环节），对不同类型裂解炉烧焦工艺的特点做深入分析，在烧焦环节对烧焦处理方案进一步优化和改良。

以GK-VI 型裂解炉为例，在烧焦的初始阶段，一旦出现温度升高过快的情况，很容易导致炉管当中的焦垢发生大面积的脱落，从而导致炉管堵塞，此时温度升高过快并让炉管在短时间内积攒大量热能。由于炉管所承受的最高热量有限，短时间的热能激增会出现烧坏炉管的情况，因此在烧焦方案的制定及具体落实中，需要对炉管的温度进行实时的管监与控制，可采用相关测温仪器等设备对炉管的最高温度进行监测，既能防止在烧焦过程中对炉管的损坏又能降低裂解炉能耗。

3.3 提升裂解炉的热效率

裂解炉的热效率过低会使裂解炉内部的反映时间延长以及反映不充分，并在一定程度上增加深裂解炉的能耗。因此，要进一步降低裂解炉装置的能源消耗，就需要有效地提高裂解炉的热效率。根据目前主流的裂解炉结构和应用技术，提升热效率有降低排烟温度、控制过剩空气系数、加强绝热保温三种有效方式。据有关数据显示，通过科学良好的方式降低排烟温度，能够实现热效率的快速提升，最高可达90%以上，但在利用降低排烟温度提升裂解炉的热效率时，需要对酸性气体的温度进行充分考量，因为酸性气体对管壁具有一定的腐蚀性，所以涉及到酸性气体的排放可适当提高炉管的耐腐蚀度。大量实验证明，过剩空气系数每下降10%，热效率可提高2%，但在利用控制过剩空气系数方式提升裂解炉的热效率时，需要将降低过剩空气系数的相关操作建立在炉管内燃料完全燃烧的基础上。利用加强绝热保温方式提升裂解炉的热效率时，需要注意对保温材料厚度的把控，厚度合适的保温材料才能减少炉体热损失。

3.4 新型节能技术的应用

新型节能技术在裂解的过程当中，能够有效地减少裂解环节所发生的损失，并减缓炉管在放映过程中受到的损耗。

可应用于裂解炉的新型节能技术包括风机变频技术、燃烧空气预热技术、炉管强化传热技术以及裂解炉与燃气轮机联合技术等。在应用风机变频技术的过程中，使用变频电机代替驱动风机运行的普通电机，并撤除烟道挡板。燃烧空气预热技术可以利用裂解炉中的蒸汽、急冷水等介质对空气进行提前的预热，从而实现及节约燃料（能源）的目的。炉管强化传热技术主要是通过扭曲片加强炉管传热，需要对扭曲片安装部分进行定期检测，从而使炉管温度更加均匀减少结焦，降低后期烧焦所需要的成本支出，进而降低能源消耗。裂解炉与燃气轮机联合技术是将燃料气导入燃气轮机发电，然后把发电中产生的高温燃气送入裂解炉中，以此作为助燃空气。上述四种新型节能技术的科学合理使用能够有效实现燃料（能源）利用率的提高，从而实现乙烯装置裂解炉的节能降耗。