优化乙烯装置工艺流程降低能耗的研究

关键　张星　王强

[摘 要]本文通过对甲烷尾气放火炬现象进行原因分析，并提出相应的流程优化方案，有效地解决甲烷气放火炬的问题，使得乙烯装置能耗大幅下降。

[关键词]乙烯；优化；能耗；甲烷气

中图分类号：S653 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0042-01

石化公司100万吨/乙烯装置是石化公司100万吨/年乙烯装置配套项目乙烯工程的核心装置，也是中石化建设的第一套百万吨级乙烯装置，采用ST/Lummus顺序深冷分离、二元制冷技术，规模为年100万乙烯/年（按8000小时计算），装置内主要由裂解、急冷、压缩、分离冷区和热区、废碱氧化、火炬气汽化、污水预处理等组成，其主要生产流程为以石脑油、加氢尾油及饱和液化气为裂解原料，在裂解炉经高温裂解，后经急冷、压缩、分离工序，生成氢气、甲烷、乙烯、丙烯、混合碳四、粗裂解汽油、2#裂解重馏分及裂解重馏分等产品。

自2010年1月乙烯装置首次投料开车以来，随着装置负荷逐步提高及裂解原料中异构烷烃含量较高，装置生产的甲烷除在满足裂解炉使用外，还有富裕的甲烷气排入火炬系统，不仅使装置能耗增加，还限制了装置高负荷运行。为解决此问题，乙烯装置对燃料系统进行优化，决定利用现有管线。

1 原因分析

1.1 设计情况

乙烯装置采用的是高温蒸汽裂解，能耗主要集中在裂解炉、分离过程和压缩机上，节能应立足于能量的回收及减少能量的消耗上。乙烯装置建有11台年产10万吨乙烯的SL-1型裂解炉，其使用燃料为装置自产甲烷或氢气。原设计的燃料系统流程为来自再生系统的甲烷尾气进入燃料气系统，同时过量的氢气和乙烷也进入燃料气罐，燃料气罐的甲烷尾气优先去裂解炉的侧壁烧嘴，过量的甲烷尾气和汽化的LPG去裂解炉的底部烧嘴。正常生产时，系统所生产的甲烷气不富裕，不能外送。

乙烯装置燃料平衡表

1.2 物料平衡数据

设计物料平衡数据乙烯装置设计物料平衡2010年乙烯装置物料平衡数据：

装置名称投入产出原料名称本期产品名称本期生产收率，%乙烯装置1号石脑油1328323.618

2号石脑油301608.208氢气25628.0110.912芳烃抽余油38750.220甲烷404364.69414.394

加氢裂化尾油916376.570乙烯854942.11330.433饱和液化气223921.245丙烯432753.26115.405丙炔气270.976混合碳四296560.82810.5572809250.836粗裂解汽油607728.95121.6332号裂解重馏分28104.0151.000裂解重馏分138482.6244.930。

從上述数据可得出，在2010年乙烯装置甲烷收率为14.394%，高于设计值13.88%，而在装置原设计中没有甲烷外送线，所以，装置所生产的甲烷除供裂解炉作燃料、EO/EG装置制稳剂、苯酚装置焚烧炉燃料及火炬长明线使用外，还有部分富裕量，因无下游用户，只能排入火炬系统。装置内无甲烷外送线，不能适应装置高负荷运行的需要，所以，优化燃料系统，及时将富裕甲烷外送，保证燃料系统稳定，是装置急需解决的问题。

2 新增甲烷1#线改造

2.1 改造原因

在实际生产过程中因装置负荷逐年提高、裂解原料中异构烷烃含量较高，装置生产的甲烷除在满足裂解炉使用外，还有富裕的甲烷气，使燃料系统压力升高，造成多余的甲烷气排放至火炬。

2.2 改造方案

利用中沙公司与烯烃部之间的DN100甲烷线，将乙烯装置多产的甲烷气送至热电部燃料系统，按外送量4/h考虑，甲烷气输送管道自PV30003阀前引出，引出点压力为0.55MPa～0.6MPa，按压力0.55MPa考虑，热电部燃料气系统缓冲罐操作压力0.3MPa。按照DN100，当量长度4120m，输送起点压力为0.55MPa，热电部现有燃料气系统缓冲罐终点0.3MPa核算，根据weymouth公式计算得，在保证压力的情况下，输送量为1.173t～1.393t。

2.3 实施后效果

2011年1月乙烯装置新增1#甲烷外送线投用，外送甲烷能力为2.0吨/小时，降低装置能耗14.28千克标油/吨乙烯。2011年乙烯装置高负荷运行，共外送天津石化甲烷气15880吨，实现销售收入1905万元。

2011年1月新增甲烷外送1#线投用后，乙烯装置在满足下游装置使用及外送需求的条件下，仍有部分甲烷气排放至火炬。为解决此问题，提高装置整体经济效益，乙烯装置决定对甲烷外送线流程再次进行优化。

3 新增甲烷2#线改造1）改造原因

当乙烯装置进一步提升负荷或出现1台加氢尾油炉运行时，每小时约有2.5t的甲烷富裕量，会造成富裕甲烷气排放至火炬。

2012年乙烯装置利用低位能的急冷水热量给裂解炉助燃空气预热，降低裂解炉燃料气的使用量，项目实施完毕后，每小时节约1.0t/h的燃料气。

苯酚装置对焚烧炉进行改造，增加空气预热器、更换废热锅炉及氧化尾气预热器，每小时可节约0.5t燃料气，又会产生0.5t的甲烷富裕量。

3.2 改造方案

在保证脱甲烷塔（DA301）和燃料系统压力稳定的情况下，甲烷气外送压力：0.55MPa，甲烷外送热电部最大量5.3吨/小时，从乙烯装置“E-E”接口，甲烷送出管线引接一条6“的管线引接至中沙公司与烯烃部之间的火炬管线上，并将乙烯装置内“F-F”接口的甲烷管线12“FG90003-A1A-T上的流量计FIQ-90805移位，安装在新引接的6”管线上。

3.3 实施效果

2012年10月投入35万元利用原有的火炬管线，新增一条甲烷外送线，外送甲烷能力为4.4吨/小时，降低装置能耗10.69千克标油/吨乙烯。2013年乙烯装置高负荷运行，共外送天津石化甲烷气49000吨，实现销售收入约4600万元。

4 燃料系统的日常管理

为保证燃料系统的稳定，最大限度地将富裕甲烷外送至天津石化，杜绝甲烷放火炬，在日常操作中进行如下管理：

4.1 优化燃料系统操作，最大限度地外送甲烷。在正常生产时，燃料系统不引入饱和液化气或剩余碳四作为裂解炉燃料，当燃料气系统压力波动时，通过调节裂解炉出口温度及稀释比，保证燃料系统压力稳定，杜绝燃料气放火炬现象。

4.2 对空气预热器、火炬回收压缩机等节能设备进行定期检查，保证其运行正常。

4.3 通知调度及时与天津石化公司联系，将甲烷及时外送至天津石化，保证燃料系统压力稳定，确保火炬回收压缩机稳定运行，最大量地回收火炬气。

4.4 每周两次对乙烯装置外送甲烷产品进行组成分析，确保外送产品质量合格。

5 结论

为适应乙烯装置原料性能及高负荷运行的需要，先后2次对甲烷外送流程进行优化。项目实施后，2013年在装置高负荷运行时，在保证系统稳定的情况下，能最大限度地外送甲烷气，为乙烯装置的各项经济指标的创优奠定良好基础。

参考文献

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