乙烯装置实现节能节水技术方案浅析

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摘要：在我国石化工业发展的过程当中，乙烯生产是一个核心环节，相关生产技术与工业发展质量有着密切的联系。在实际生产当中，乙烯的生产主要是通过乙烷、丙烷、液化石油气、轻柴油等原料裂解而实现的，乙烯装置主要是由裂解炉系统、急冷系统以及压缩系统这三大部分构成。近年来，随着可持续发展理念的普及，乙烯装置在节能减排方面有了更高的要求，同时在环保层面有了很多新的要求。在这样的情况下，在乙烯装置运行的过程当中形成一个节能节水技术方案是十分有必要的。基于此，本文运用文献分析法、归纳总结法，对乙烯装置节能节水技术该技术方案进行了探究，同时并对分析了乙烯装置实现节能节水的该技术的方法和措施进行深入分析，希望可为石化行业相关技术人员提供参考与借鉴。

关键词：乙烯装置；节能节水；技术方案

在国民经济快速发展的背景下，我国各个社会领域对能源的需求量也呈现出大幅度增加的趋势。作为一个能源消耗大国，我国虽然已经构建起了多种能源供应渠道，但仍然无法满足工业发展和经济发展的需要。近年来，环境污染问题日益严重。尤其是在能源开采和能源转化的过程中，容易对自然环境造成污染与破坏。同时，化石燃料的大量燃烧也会造成大气污染。在污染物排放量超过环境承受能力的情况下，就会出现大气污染、河流污染等一系列的问题，导致生态环境不断恶化。为了从根本上解决这一问题，就要改变这种高能耗、高排放以及低效率的经济发展方式，推动社会向清洁、可持续的方向发展。乙烯装置的运行和使用关系到石化工业的发展，同时关系到国家化学工业的发展。在国际油价和天然气价格不断上升的时代背景下，对乙烯装置进行节水节能改造具有十分现实的意义。

1乙烯装置实现节能节水技术方案

1.1裂解炉系统节能节水技术方案

1.1.1优化原料。在工业实践当中发现，乙烯装置中原料的裂解性能在很大程度上会对乙烯生产的能源消耗水平产生影响，为了达到节能节水的效果，需就要在裂解炉系统当中对原料进行优化，这主要与上游炼厂的配套有关。目前的配套式主要是“大炼油小乙烯”，在进行原料选择的时候有着较大的灵活性。在这样的此情况下，可以通过“炼油化工一体化”的形方式来达到原料优化的效果，在其中坚持“宜烯则烯、宜芳则芳”的原则来选择原材料，可以使炼厂和乙烯装置的原料实现互相供应，并在此基础上达到原料优化的效果。除了对资源配套系统进行完善之外，还可以运采用新工艺来对原料进行优化。一方面，可以对石脑油进行预处理。当前乙烯装置所使用的原材料当中大多会包含石脑油，经过预处理，可以将其中的芳烃等裂解性能比较差的烃组分进行去除，进而使原料的芳烃指数得到降低，同时使乙烯收率得到提高，这对于能耗的降低来说有着极为重要的意义；另一方面，可以对炼厂的干气进行回收。在炼厂当中，无论是催化裂化装置还是焦化装置的干气当中都会含有一定量的轻烃成分，通过对该成分进行回收，可以用于乙烯的生产，这也是降低乙烯装置能源消耗的重要途径。在实践当中发现，这种方法可以使乙烯装置达到良好的节能节水效果。1.1.2提高辐射段炉管的选择性。在裂解炉系统当中，辐射炉管是一个重要的构成部分，该部分的设计会对整个裂解炉的性能产生影响。通过对辐射段炉管的设计进行优化，提高炉管的选择性、增强炉管的处理能力，可以提高乙烯的收率、降低原料消耗，进而可以达到节能节水的效果。具体来说，为了提高辐射段炉管的选择性能，就要适当地提高反应温度，同时使烃类裂解停留的时间被缩短，同时使裂解烃的分压得到降低。当前，国内的很多专利商都在这方面做出了一系列的努力，获得了良好的效果。对于那些比较老旧的乙烯装置来说，在炉管技术改造或者更新的时候可以采用高选择性能的炉管来提高乙烯收率。1.1.3提高裂解炉的热效率。通过提高裂解炉的热效率，可以减少使燃料的单耗量减少，进而使整个裂解炉系统达到节能节水的效果。在对乙烯装置进行优化和改造的过程当中，人们对裂解炉能量综合运用尤为关注，通过整体设计的方式促进了裂解炉热效率的提高。通过这种方式，可以使排烟温度得到大幅度降低，同时对空气过剩系数进行控制，燃烧空气和燃料气可以得到预热，达到了更好的绝热、保温效果。根据以往经验，在排烟温度每降低20℃的情况下，裂解炉的热效率将会提高1%。而通过对燃料气进行净化，可以将其中存在的硫等常见杂质脱除，以此来减少酸性氧化物的生成。同时可以使排烟温度降低，提高整个裂解炉的热效率。除此之外，还可以将乙烯装置当中的低压放空蒸汽、中压冷凝液以及循环机冷水作为加热的介质，使用空气预热器将裂解炉炉膛当中的空气加热，从而提高空气的温度，减少裂解炉所消耗的燃料量。

1.2急冷系统节能节水技术方案

1.2.1中间回流。在中间回流操作的过程当中，技术人员可以从急冷油塔中的某块板当中抽取一定量的高温盘油，将其作为汽提塔的再沸器热源。在盘油温度降低之后，将裂解气冷却到压缩机的吸入温度，就可以将裂解后的燃料油、柴油以及重汽油进行分离。在急冷区，裂解气的温度可以在短时间内被降低至40℃左右，在这之后被送入到压缩机当中，这可使裂解气传递的效率得到提升，同时减少热能的损耗。通常来说，乙烯装置循环冷却系统的温度会被控制在200℃左右，该系统在运行过程当中所产生的热量会被用来产生稀释蒸汽。根据经验来说，总蒸汽的50%～80%都会由稀释蒸汽产生。而循环塔中部的温度通常在165～170℃。但其中的温度被冷却到120℃左右的时候，就会从循环塔的塔釜位置转移到中部位置。在这个此过程中，冷却塔内部各部分温度能够实现有效分布，可以使冷却塔保持良好的运行状态。同时，在冷却水的作用下，冷却塔的温度低最终会保持在80～85℃。在该温度下，可以将脱乙烷、丙烷以及再沸器冷却水注入到急冷水塔当中去，以此来降低系统中温位的热量，使该部分热量能够顺利回流。1.2.2优化急冷油黏度。急冷油当中含有多种成分的杂环化合物和不饱和烃，因此在循环至急冷器当中的时候会与高温裂解气发生缩合反应和结焦反应，这是造成急冷系统能量浪费的重要原因。为了解决这一问题，就要对急冷油的黏度进行优化。如果馏分比较多的话，急冷油的黏度就会比较高。如果黏度超过一定程度，乙烯装置在运行的过程中只能通过降低汽油分馏塔塔釜温度的形式来降低蒸汽稀释量，并开展后续的操作，也只有这样才能使急冷油的黏度保持在比较低的程度，使塔釜的温度保持在比较高的程度。通过降低急冷油的黏度，可以使乙烯装置的能量消耗得到控制。内部急冷油的黏度没有经过处理的话，使用温度就通常可以达到190℃。实践证明，与减黏处理的汽油分馏塔相比，这种方式将会多消耗5%左右的能量。在系统运行的过程当中，会有一些轻质馏分经过急冷油系统并进入循环。通过降低急冷油的黏度，可以使塔釜温度保持在较高的水平，进而减少能量的消耗量。某化工企业在对乙烯装置进行改造的时候，为了达到节能节水的效果，就将乙烷炉裂解气作为燃料油汽提塔的介质，在多次试验之后最终将塔顶的温度设定为250～300℃。在此基础上，还构建起一套完善的中油循环系统来对急冷油的黏度进行控制，使整个操作系统的安全性得到了提升。在急冷油黏度增加的情况下，汽提塔的塔釜位置的温度会降低，同时塔顶的温度会升高，这造成稀释蒸汽发生量减少。为了避免这一问题，企业在新生产线和老生产线的急冷油系统当中使用了互联减黏技术。在运营当中发现，这项举措每小时可以帮助企业减少约40t的中压蒸汽消耗，每年节省的成本支出约为3000万元。

1.3压缩系统节能节水技术方案

1.3.1提升裂解气压力。乙烯装置裂解气当中含有大量的氢气和甲烷，通过使气体分离时的制冷难度降低，可以采取压缩的手段来使气体的压力得到增加。在这样的情况下，裂解气会在压缩机的作用下被分为五段进行压缩，在压缩与裂解之后所排出的冷凝液还会被二次闪蒸。第一次闪蒸之后的裂解气会被自动送至压缩机出口的位置，而第二次闪蒸之后所得到的裂解气则会被自动送至入口的位置。通过这种方式，压缩机与凝液蒸馏塔的负荷可以得到降低，最终达到节能节水目的。1.3.2减少聚合结焦反应。在乙烯装置的压缩系统当中会发生大量的聚合结焦反应，该反应不仅会对装置的性能和运行周期造成影响，同时还可能降低系统运行效率，造成能源的浪费。聚合结焦反应主要指的是裂解气当中所含有的物质在较高温度下发生聚合反应，反应之后所得到的聚合物会粘附在系统的叶片、隔板以及级间流道的表面。随着系统运行时间的增加，这些聚合物的量也会不断增多，经过长时间积累之后会对压缩机的流量造成影响，同时使压缩机在运行时的振动幅度大大提升，并使其气动性能和机械性能受到影响，造成大量的能源消耗。因此，在节能节水技术方案当中，要减少聚合结焦反应。在实践当中发现，在系统温度达到85℃的情况下时，聚合结焦反应的速度也会增加。因此，对温度进行有效控制，将其控制在85℃以下，才可以减少聚合结焦反应的发生。某企业在节能节水技术方案改造的过程中应用了一种先进的裂解气压缩机，该压缩机不仅可以注水，还可以注油，同时可以通过降低出口温度的形式来减少系统当中出现的聚合结焦反应。在操作的过程中，工作人员使用级间注水技术，在压缩机出口的位置进行喷水。在水与裂解气相接触之后二者会发生气化反应，同时会在短时间内吸收大量的热，使气体的温度被降至85℃以下，这不仅使聚合结焦反应发生率降低，同时也使压缩机的功耗得到了降低，节能节水效果比较明显，企业的成本支出也得到了降低。

2乙烯装置实现节能节水的措施

2.1罐区停运和挥发性有机物治理

近年来，乙烯装置当中基本不会再使用拱顶常压罐。这些常压罐虽然已经停用，但很多都没有被倒空，罐体的底部还残存留着大量的油泥。同时，石脑油罐和粗汽油罐目前仍在使用。在乙烯制备的过程中，石脑油仍然是主要的材料，因此石脑油罐无法直接停用，需要将储运车间的油罐跨过乙烯二联合车间，直接用于裂解炉进料预热。在这个过程中，可以将乙烯二联合车间的石脑油罐和进料泵停用，并将石脑油泵拆除，将其放置在储运联合车间的原料装置。而对于粗汽油罐来说，可以对部分流程进行加氢处理，并使用外送泵跨过油罐直接送至乙烯一联合。对于已经隔离但是底部油泥没有被处理的储罐来说，可以使用COWS原油储罐清洗技术来进行清洗，并停用拱顶罐。在乙烯装置运行的过程中，如果阀门、法兰等位置发生泄漏的话，可能会造成挥发性有机物污染，同时会造成能源浪费。为了避免此问题，就要定期对装置内所有的阀门和法兰的密封面进行检测。如果发现挥发性有机物超标，需要通过拧紧法兰、更换垫片以及更换填料等形式进行处理。

2.2提高循环水换热器的换热效率

乙烯装置当中配备的循环水换热器，在经过长时间的运行之后表面会出现结垢，如果没有及时清理会对装置换热的效果产生影响。因此，要对装置内部循环水换热器进行周期性反冲，做好相应的清理工作。在完成反冲之后，换热器的温度通常可以下降2℃左右，这可以使换热效率得到明显提升，减少乙烯装置在运行过程当中对循环水的需要。对于冬季防冻循环水换热器来说，在运行的时候可以将旁路稍微打开。在气温回升之后，再将循环水管线旁路阀进行关闭，也可以降低循环水的消耗量。

2.3对裂解炉对流段进行化学清洗

裂解炉在长时间运行之后，流段炉管的表面会存在明显的积灰。这些积灰如果没有得到及时清理，会导致炉体排烟温度升高，同时使热效率降低。为了解决这一问题，需定期对裂解炉进行化学清洗，将其中的积灰和积垢进行清理，使流段炉管的导热性能得到提高，同时增强整个炉体的换热效率。在实践当中发现，在完成清洗之后，裂解炉的排烟温度可以比之前降低10℃左右，热效率从90%提升到了94%，这起到了明显的节能节水效果。

2.4避免非计划停工造成的低负荷和高能耗

为了使乙烯装置在运行的过程当中保持周期平稳的状态，避免出现非计划停车的问题，要设置备用裂解炉。同时，要避免裂解炉长期处于恒温的状态，否则会导致装置处于低负荷的状态，同时使运行周期缩短，出现严重的结焦问题，对烧焦的质量造成影响，增加能量消耗。为了避免这一问题，首先要提前一个季度对裂解炉的烧焦计划和运行计划进行安排，同时要按照相应的生产任务来对裂解炉的负荷进行有效控制，使其保持标准负荷状态，避免负荷过高或过低。其次，要对辐射段炉管进行定期测温，避免炉管超温的现象出现。如果在系统运行的过程当中发现温度变化明显或者局部温度过热的话，需要及时做好调整，否则可能会因为超温结焦而对乙烯装置的运行周期造成影响。最后，还可以在单位内部开展裂解炉特护比赛，使基层员工都能主动参与裂解炉维护工作当中来，了解乙烯装置的运行知识，并在自己的岗位上采取有效的措施来确保裂解炉和乙烯装置保持良好的运行状态。

3结语

在乙烯装置运行的过程中，为了达到乙烯装置节水节能的效果，就要对裂解炉、急冷系统、压缩系统进行优化，结合系统的特点和工作经验来进行完善，减少不必要的能源消耗，减少循环水的使用，促进热效率的提高。还要通过罐区停运和挥发性有机物治理、提高循环水换热器的换热效率、对裂解炉和流段进行化学清洗等措施来达到节能节水的效果。另外还要避免非计划停工造成的低负荷和高能耗。

参考文献

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作者:王勇猛 朱志成 邱雨佳 孙伟 单位:沈阳石蜡化工有限公司