关于乙烯裂解炉标定与工艺条件优化研究

＊陈志强

（中国石化海南炼油化工有限公司 海南 578001）

1.前言

乙烯裂解炉在乙烯生产当中具有极其重要的作用，其标定与工艺条件不仅会影响乙烯的生产效率，而且还会影响乙烯的质量，所以必须优化乙烯裂解炉标定与工艺条件。在此就以某石化公司的乙烯裂解炉为例，该乙烯裂解炉从20世纪80年代就开始运转，期间共进行了两次扩建，分别为：450kt/a以及720kt/a，现阶段该乙烯裂解炉的生产能力可达到800kt/a。不过此乙烯裂解炉仍存在很多的缺点，主要包括：规模小、炉型多、裂解原料复杂、裂解种类繁多等等，就使得装置优化变得非常困难，而且技术指标还比较低。通常裂解物的收率标定是判断裂解炉运行状态的最佳方式，借助标定以及产物价值测算能够良好掌握工艺条件相应的裂解收率分布情况，能够给裂解炉的控制以及工艺条件优化带来很大的帮助。同时将标定数据以及新产品的价格相结合，能够准确预测裂解物的价值，从而可以良好控制裂解炉，使经济利益水平达到最大化。于是就利用标定结果得到了相应的裂解工艺条件，再进一步优化工艺条件，使乙烯裂解炉达到了经济效益最大化的发展目标。

2.标定流程

现阶段乙烯裂解炉在运行的时候，存在着很多的问题，如原料结构不合理、重油比较大等，不仅影响了乙烯的收率，而且还影响了裂解炉的效率、能耗，并且给乙烯装置的发展带来了抑制的作用，所以必须对乙烯裂解炉展开优化。于是就对某石化公司的乙烯裂解炉展开了优化研究，优化后的乙烯裂解炉不仅运行时间更长，而且生产效率更高，能耗更少。由此可见，对乙烯裂解炉标定与工艺条件优化非常有必要。为了增大乙烯装置的生产规模和运行时间，应增设一些单元和设备。于是就增加了一台裂解炉，不仅良好的解决了乙烯裂解炉效率低的问题，而且还充分发挥了裂解炉的作用，给乙烯产能提升带来很大的帮助，既减少了乙烯的能耗，又增强了企业的竞争实力。通过对裂解物收率标定能够准确得到裂解炉的运行状态，再利用标定以及产物价值测算能够良好掌握工艺条件相应的裂解收率分布情况，给裂解炉控制以及工艺条件优化带来很大的帮助。另外，将标定数据以及新产品的价格结合在一起，可准确预测裂解物的价值，从而可以良好控制裂解炉，使经济利益水平达到最大化。为此，便借助标定结果得出了裂解的工艺条件，从而进一步优化工艺条件，就可使乙烯裂解炉实现经济效益最大化的目标。

(1)乙烯裂装置运行现状

本文所研究的乙烯装置共由15台裂解炉组成，其中有七台是GK-VI型，有三台是SRT-IV型，有两台是SL-II型，有三台是CBL型，该乙烯装置可以裂解很多种原料，主要包括：乙烷、轻烃、石脑油和加氢裂化尾油等。经过对此乙烯装置裂解炉的不断改进、优化和完善，使得装置节能效果更加显著，生产效率更加快速，不仅很大程度上减少了装置的能耗情况，而且还显著增大了乙烯和三烯的收率，优化效果非常明显。另外，还利用KTI技术把原来LSCC1-1型炉管换成了GK-6型炉管，又对底部的燃烧器展开了改进，改进以后的乙烯装置裂解炉生产水平从6万t/a变成了8.4万t/a，随后又对乙烯裂解炉的对流段以及急冷锅炉实施了优化，首先增设了一层对流段，并运用了换热水平较强的急冷锅炉，将优化后的裂解炉投入生产，其排烟温度最高可达140℃，平均可达130℃，温度要比没有优化的低大概30℃，热效率显著提升，从原先的90.5%变成了93.36%，高压蒸汽产率从原先的1吨/吨原料变成了1.43吨/吨原料，优化后的乙烯装置能够良好实现预期效果，并且裂解炉的对流段余热回收率还显著提升，高压蒸汽量显著增强，外引高压蒸汽量显著减少，很大程度上减少了能耗水平，这也意味着乙烯装置裂解炉正向着节能的方向发展，能够有效减少乙烯装置的能耗情况。

(2)乙烯裂解炉的标定流程

乙烯裂解炉的标定流程主要为：首先，关闭防焦蒸汽，让240℃的高温裂解气从裂解炉的废热锅炉出口管一边出来进到水冷器中，以使裂解气冷却，冷却温度约为50℃，这时一些重馏分以及水蒸气就会从气相变成液相，然后将物料放到气液分离器中，以展开气液分离，此时气相组分会进到冰冷器中，继续冷却，直到温度变为6℃，而气液分离器以及冰冷器中的液相组分会合并在一起，之后被切割成很多个馏分，主要包括：裂解汽油、裂解柴油和裂解燃料油等等，其中裂解汽油的馏程为180℃以下和180～204℃；裂解柴油的馏程为204～288℃；裂解燃料油的馏程为288℃以上。对于馏程在180℃以下的馏分来说，应着重对苯、甲苯、乙苯、苯乙烯和二甲苯含量展开分析，其气相产物应在冰冷器的气相出口进行取样，利用气相色谱对其组成成分实施检测，对于剩下的气相产物应利用干式流量计测量之后再放空。

(3)乙烯裂解炉的标定意义

就现阶段的实际发展状况来看，目前的乙烯裂解炉收率标定在实际的作业过程中具有一定的意义，而且具有较为广泛的应用，其中最为显著的一个应用就是能够对乙烯裂解炉进行详细的评价以及分析，也就是说工作人员在实际的作业过程中，可以通过某一种原料在实际工作过程中出现的裂物质，有效的判断裂解炉在实际运行过程中可能存在的系统误差。而且还可以将裂解炉产品的收率分布情况，使用计算机软件进行一定的模拟计算，从而高效的获得原材料在特定操作条件下的产品收率情况，并将其与相关数据进行比较，这样就能够保障工作人员较好的获得裂解炉运行中存在的系统偏差，就现阶段的实际发展状况来看，裂解炉运行中最为常见的误差就是COT指示误差。如果日后工作人员对裂解炉的实际运行情况进行分析，对其进行一定的工艺优化工作的话，就可以有效的借鉴这些数据，从而根据设备的运行状况和以前的相关数据，采取有效的方式有效的避免该设备在使用中出现系统误差，从而保障整个裂解炉运行的准确性，对整个裂解炉的运行情况进行严格的掌握和把控。

除此以外，工作人员还能够在此基础上对整个裂解炉的操作参数进行研究，从而保障自己设定的裂解炉操作参数能够与原材料的加工条件相适应和匹配，而工作人员在这一过程中还应该根据原材料加工过程中发生的变化，对整个裂解炉的操作进行实时的监控以及调整，这样就能够有效的保障裂解炉运行过程中，整体的技术得到较好的优化和完善，为整个行业的生产和原材料加工打下坚实的基础。与此同时，工作人员还能够对整个裂解炉运行中产生的故障进行深入的研究以及诊断，在实际的运行过程中，如果裂解炉或者是裂解炉的相关设备和炉管，在实际运行过程中出现了热偶指示偏差的话，就表明该设备在实际运行过程中出现了一定的运行异常状况，而工作人员使用较为常规的方式并不能够较好的发现其存在的问题以及危险因素。但是如果使用收率标定的话，就能够保障工作人员在较短时间内查询出裂解炉运行中出现的问题，并分析其产生问题的原因，然后根据相关数据以及查询出来的原因，采取具有针对性的方式进行解决和处理，这样就能够在极大程度上促进整个裂解炉运行的安全性以及工作效率的提升，为整个行业的发展打下坚实的基础。

3.标定结果

通常乙烯裂解炉在运行过程中需要控制的参数有：投油量、蒸汽投料量、出口分压以及裂解炉出口温度等等，上述参数对裂解产物的收率均具有很大的影响。一般在生产的过程中，需要根据计划来决定投油量，如果稀释比保持不变时，蒸汽量也不会发生较大的改变，出口分压会受压缩机生产的影响，所以各项参数无法给乙烯裂解炉工艺条件优化带来有效的作用，并且乙烯裂解炉标定采用的是实时投油量、蒸汽投料量以及出口分压，所以仅能够通过优化裂解炉出口温度（COT）来优化工艺条件。于是就对部分台次的乙烯裂解炉展开了标定，因为原料的种类不同，主要包括：轻烃、拔头油、石脑油和尾油等等，所以利用标定就能良好得出乙烯裂解炉在不同的出口温度（COT）中产物的收率情况，从而有效增强高附收率，给企业带来可观的经济利益。本文主要以5#石脑油裂解炉为研究对象，对乙烯裂解炉标定流程展开了深入的研究。

(1)裂解原料和工艺条件

原料采集包括三个部分，一个是标定前期，一个是标定中期，一个是标定末期，分别探究了其组成成分。5#石脑油裂解炉原料组成包括：正构链烷烃、异构链烷烃、烯烃、环烷烃以及芳烃。经过研究能够发现，原料链烷烃的质量分数始终保持在70.67%～71.16%，芳烃的质量分数始终保持在7.31%～8.07%，并且波动幅度非常小，这就说明标定时期原料组成非常的稳定，因此标定结果能够良好比较。另外，在标定时期原料投料量和稀释比都有所变化，对于稀释比来说，其从0.623变为0.656；对于投料量来说，其随着出口温度（COT）的增加越来越大，但是裂解停留时间从0.293s变成了0.261s。同时运行参数以及原料族组成变化情况均给产物的收率与经济效益带来了一些影响。

(2)乙烯裂解炉标定结果分析

在标定的时候，5#石脑油裂解炉已经稳定运转了9d，在标定过程中共选择了六处的出口温度（COT）进行研究。经过对5#石脑油裂解炉主要产物收率和效益测算的研究，能够得到不同出口温度（COT）的裂解产物收率和效益测算情况，当出口温度（COT）从790℃变为840℃的时候，表征裂解深度的P/E值就从0.65变成了0.47，同时乙烯的收率显著提高，丙烯的收率显著降低。通过石脑油标定情况可知，最佳的P/E值是0.55，如果裂解深度过大就会导致裂解炉的运行时间较长。通过能耗情况可知，当出口温度（COT）越高，燃料气的消耗量就会越大，由此乙烯裂解炉的能耗量就会变大。通过裂解产物高附收率和出口温度（COT）的变化情况能够发现，高附收率、三烯收率以及出口温度（COT）会先增加到最大值，然后开始下降。经过研究能够发现，当吨原料效益处于最大值时，其出口温度（COT）为820℃。通过对化工产品的价格研究得到了5#石脑油裂解炉吨原料效益与出口温度（COT）的变化关系，从吨原料效益与出口温度（COT）的变化可知，出口温度（COT）从790℃变成840℃时，吨原料效益为先增加后下降的形式，当出口温度（COT）为820℃的时候，吨原料效益最佳。

(3)乙烯裂解炉标定结论

在乙烯裂解炉标定之前，5#石脑油裂解炉的实际出口温度（COT）均会处于830℃，结合吨原料经济效益和高附收率情况来看，应当依据生产的情况适当减少出口温度（COT），这样不仅能够实现工艺条件优化，而且还能减少能耗，避免能源浪费，对经济效益提升具有很大的帮助。

(4)乙烯裂解炉标定情况和实施情况

当乙烯裂解炉标定完成以后，就取得了不同出口温度（COT）的产物收率和吨原料效益变化形式，从吨原料效益以及高附收率角度来看，得到了各自的最佳裂解出口温度（COT），对于1＃尾油炉来说，标定前为808，建议为800，优化后为798；对于2＃尾油炉来说，标定前为784，建议为800，优化后为798；对于4#石脑油炉来说，标定前为835，建议为829，优化后为830；对于5#石脑油炉来说，标定前为830，建议适当降低，优化后为825；对于9#轻烃炉来说，标定前为848，建议保持不变，优化后仍为848；对于10#轻烃炉来说，标定前为840，建议为835，优化后为835；对于11#轻烃炉来说，标定前为848，建议适当降低，优化后为844；对于12#轻烃炉来说，标定前为848，建议保持不变，优化后仍为848，通过标定结果可知，对乙烯裂解炉的出口温度（COT）展开优化之后，乙烯裂解炉的工艺条件有了显著的改变，尤其是乙烯三烯收率以及总高附收率，它们均显著增大，其中乙烯总高附收率从59.97%变成了60.94%，此次提升和乙烯裂解炉标定、工艺条件优化有着很大的关系。由此可见，借助乙烯裂解炉标定数据能够充分了解乙烯裂解炉的运行情况，给乙烯裂解炉工艺条件优化带来了很大帮助。

通过此次研究结果，能够清楚了解各种类型乙烯裂解炉的性能和工艺特点，给乙烯裂解炉的发展带来了很大的促进作用，尤其是经济效益，非常的可观。通过研究能够发现，标定数据既能够有效体现出裂解炉的运行状况，又能够给工艺条件优化带来指导作用，使乙烯裂解炉更加的高效、节能。

4.总结

通过上述内容可知，乙烯裂解炉标定非常重要，能够很大程度的影响到乙烯裂解工艺条件的优化情况，对工艺条件优化具有促进的作用，为了研究不同类型的乙烯裂解炉，便加大了研究力度，得到了各种裂解炉的最佳工艺运行条件，同时还显著增大了乙烯裂解炉的高附收率。另外，还将标定数据与新产品的价格相结合，准确预测出了裂解物的价值，进而给乙烯裂解炉发展带来了积极的影响，使乙烯裂解企业的经济利益水平达到最大，因为标定结果就能够得到相应的裂解工艺条件，在此工艺条件的基础上进一步实施优化，就能让乙烯裂解炉达到经济效益最大化，并且充分发挥出乙烯裂解炉的性能和作用，不仅给乙烯装置的发展带来了巨大的作用和经济效益，而且还使得我国工业领域发展更加迅速，从而推动我国经济发展更快。