1、乙烯裂解爐的發展和節能技術摘要：乙烯工業是石油化工的“龍頭”，并且常作為衡量一個國家基本化學工業的發 展水平。乙烯是合成纖維、合成橡膠、合成塑料的基本化工原料，也用于制造氯乙 烯、苯乙烯、環氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸藥等。烴類管式爐裂解制乙烯是一項 對國民經濟有很大影響的復雜綜合技術，具有投資大、原材料消多、能耗高、主產品 和副產品及聯產品量大且應用廣泛的特點。本文主要介紹乙烯裂解爐的發展以及在節 能技術方面的進展，并且就裂解爐以后的發展做了大膽的預測。關鍵詞：乙烯；乙烯裂解爐；應用。引言在乙烯裝置中，裂解爐的耗能最大。1973年以前乙烯裝置從裂解爐回收的能量較少， 因此需要從界區外補充供應

2、部分能量。由于技術的進步，現在裂解爐可以最大限度地回收 一部分能量用于乙烯裝置的壓縮、深冷、精制各工段，并向界區之外輸出。裂解爐的節 能、降耗、減少投資、降低成本主要從以下兩個方面考慮。降低原料消耗和使用多種原 料來降低原料成本，以較少的原料獲得較多的烯烴。降低裂解爐的能耗。通過改進裂解 工藝可以提高裂解爐的熱效率和高溫裂解氣高溫位熱能回收水平都可達到降低本工序能耗 的目的。1裂解爐技術的發展概況自1964年第一臺輻射段垂直爐管結構的雙面輻射短停留時間裂解爐由魯姆斯公司在德 國推出以來，幾家從事乙烯技術開發的公司投入了大量的資金和技術力量進行裂解技術的 開發。他們總結前人經驗，經過實驗室研究，

3、掌握了裂解基本原理和烴類裂解反應動力學 數據并建立了相應的數學模型，獲得了大量的工業實踐數據和工程技術研究結果。利用計 算機技術，將烴類裂解反應動力學、傳熱學和流體力學、機械工程等學科有機地結合起 來，使裂解爐技術取得了長足進步。1.1輻射段爐管構型不斷改進烴類裂解選擇性的提高主要歸功于輻射段反應爐管構型的改進。為了提高裂解選擇 性，三十多年來，各公司推出了一代又一代的高溫、短停留時間、低烴分壓的輻射段爐管 構型，其總的趨勢是：提高反應溫度。60年代，石腦油裂解溫度一般為800820C，而 現代裂解的裂解溫度已提高到840 C和850860C，單程小直徑爐管裂解溫度達到900 C左 右。縮短烴

4、類裂解時間。現代裂解爐的烴類裂解反應停留時間已由60年初的0.50.7s縮 短至0.30.4s和0.150.25s，單程小直徑爐管達0.1s以下。這可以通過減少爐管程數， 即縮短爐管的長度來解決。降低裂解烴分壓。烴分壓降低可通過降低爐管阻力降和降低 爐管出口壓力來解決。由于上述工藝條件改善，石腦油裂解單程乙烯收率從60年代的23%左右提高到28% 33%，從而使原料消耗大大降低。1.2裂解爐向大型化方向發展隨著石化工業的發展，乙烯裝置的規模不斷擴大。50年代乙烯裝置的規模小于10萬 t/a，單爐能力只有幾千至2.0萬t/a。進入90年代以后，國外新建乙烯裝置的規模多在60 80萬t/a，目前最

5、大規模已達110萬t/a，單爐生產能力擴大到6萬t/a以上，最大達到1214 萬t/a。大型乙烯裝置及裂解爐大型化給乙烯裝置帶來的好處十分顯著。 裂解爐的臺數減少。以年產60.0萬t/a乙烯裝置為例，采用11.0萬t/a的裂解爐全 裝置只需6臺裂解爐，如采用中等容量的爐子則需11臺裂解爐。裂解爐臺數減少使散熱損失 下降，節約能量，方便了設備操作、管理，使操作費用降低。 爐子大型化降低了單位乙烯投資費用。還以上例來說，由于設備臺數減少帶來的 基礎施工、設備材料、施工安裝建設費用下降，可以使總建設投資節省14%18%。 維修方便，費用降低。 有利于裂解爐的優化控制。1.3裂解爐原料適應性增強早期的

6、裂解爐只能適應較輕的液體原料石腦油或氣體原料等單一原料裂解，而現代化 的乙烯裝置要求現代化的裂解爐系統的設計應具有高度的原料靈活性，完全靈活的裂解爐 能裂解從乙烷、液化石油氣、石腦油、柴油、加氫裂化減壓尾油等多種原料。原料變化必將引起工藝設計參數改變，因此在設計中必須考慮對對流段、輻射段、急 冷鍋爐、油急冷器、急冷油粘度帶來的影響，并采取相應措施解決。因此原料的種類越 多，裂解爐系統及分離系統的設計就越復雜，副產品的數量就差別愈大，不能保證每一種 原料都能在最佳的工藝條件下操作，因此單位乙烯所需的能量和投資也較多。然而，原料 靈活性不但可以減輕市場原料供應的沖擊，而且增加了選擇價格相對便宜原料

7、的余地，從 而用降低原料費用創造的利潤來抵消投資費用的增加，縮短投資回收期。基于上述原因， 各乙烯承包商均開發并掌握了原料靈活性裂解爐設計技術，但工廠最終選擇原料種類前， 必須深入調查后慎重確定。1.4抑制爐管結焦技術的發展烴類裂解制乙烯爐管內不可避免地會發生生焦反應，因此需定期清焦，影響生產和經 濟效益。為此，從80年代開始，開發了許多的結焦抑制技術，以提高裂解爐的運轉周期和 生產能力。結焦抑制技術主要包括三項。裂解原料預處理和改質。即采用降低原料中結焦先兆物的含量來達到減少結焦反 應的目的。研制新的合金爐管材料。如采用滲鋁的合金爐管來減少結焦。在裂解原料或稀釋蒸汽中添加結焦抑制劑。結焦抑制

8、劑的作用:與爐管內表面 進行反應使表面鈍化，抑制非均相反應結焦。改變自由基反應歷程，抑制均相結焦。 催化水蒸汽與焦層的氣化反應，降低管壁表觀結焦量。改變焦的物理性質及形態，使之 松散，易于清除。抑制爐管結焦工作已進行多年，但由于影響爐管結焦的因素較復雜，對 此項工作的前景尚有分歧，因此尚未達到工業應用。2節能技術方面的進展2.1裂解爐熱效率提高60年代以前的裂解爐煙氣采用自然抽風排放，空氣過剩系數大，對流段回收管減少， 爐子生產能力小，散熱損失大，裂解熱效率在85%以下。能源緊張和燃料價格上漲，爐子規 模擴大等因素促進了各乙烯承建商改進技術，努力提高爐子熱效率、減少燃料單耗來降低 生產成本，提

9、高市場競爭力，因此裂解爐的熱效率逐漸提高。當今裂解爐設計熱效率平均 在93%以上，最高可達96%。裂解爐熱效率提高主要基于以下幾方面的技術改進。 采用引風機排煙來強化對流段的熱回收。從70年代開始，裂解爐均采用引風排 煙，使對流段管排緊湊，布管增多，既強化了對流段傳熱，又可有效地控制爐膛的負壓， 減少漏風所造成的熱損失。合理安排對流段熱回收管排，降低排煙溫度。現代裂解爐在對流段按照溫度等級 科學性排布空氣預熱段、原料預熱段、鍋爐給水預熱段、稀釋蒸汽過熱段、超高壓蒸汽過 熱段、原料過熱段等，使排煙溫度降至80100C，煙氣排放熱損失降低。但值得注意的 是降低排煙溫度必然會增加投資，同時如果燃料含

10、硫量較高則排煙溫度不宜過低，否則會 發生低溫部分爐管煙氣中酸氣露點腐蝕，因此要慎重考慮確定。采用預熱過的空氣作為助燃空氣。改進爐體結構和采用低導熱性能的保溫材料。由于改進爐體結構和采用低導熱性能 的保溫材料，減少裂解爐表面的散熱損失，現代裂解爐的散熱損失已降至1.5%左右。2.2控制技術的改進裂解爐系統早期采用的單參數或雙參數的調節方法早已不能適用技術的進步，與其它 工業裝置一樣，最近十多年來多數乙烯裝置采用了先進的1)(控制系統，使裝置在數據數 字化的基礎上，形成了高度的控制系統，并可與計算機連接，從而擴大有關操作管理、生 產管理方面的功能。計算機的運用對裝置的生產過程可以實現超前控制、最佳

11、控制等，不 僅降低成本，而且節能，采用最佳化控制后乙烯裝置的效率可提高2%4%，其中裂解系統 的控制的改進占有很大比例。2.3物流均布技術現代高選擇性大型裂解爐每臺爐輻射段爐管多達數十至百組以上，為了維持各組爐管 均在相近的裂解深度下操作，各組爐管的流量均勻分配成為關鍵問題。常規的大容量爐管 采用調節閥來控制每組爐管流量，由于經濟原因和工程的復雜性在此是不適應的。因此， 各乙烯開發公司不約而同地根據流體力學原理，設計開發了結構簡單又無需維修的構件來 均勻各組的流量。2.4在線燒焦技術廢熱鍋爐的焦垢采用一般燒焦法很難脫除，只能用機械清焦法清除，因此耗時多，爐 子需降溫停車。改進工藝和燒焦法后可使

12、廢熱鍋爐的脫焦與爐管的脫焦過程同時進行，使 清焦時間減少至兩天，裂解爐也不需停車，不但節省了時間，也減少了維修費和燃料，對 延長爐管和裂解爐的壽命也有好處。2結語裂解爐技術今后的發展將從兩個方向考慮。第一，繼續改進，完善過去的管式裂解爐 技術；第二，從根本上革新烴類裂解技術。第一方面的工作可分為改進技術和保全技術兩 個方面。改進技術的關鍵包括適應原料多樣化、新的反應爐管構型、反應爐管材質改進、 急冷鍋爐結構及清焦方法改進、抑制爐管及急冷鍋爐結焦等。同時，裂解爐在線最佳控制 開工率和延長裝置的各種檢查診斷技術，早期探測裝置異常的技術，根據原料變化和裂解 爐運行情況預測裝置的變化趨勢技術等。第二方面的工作則要開發新的制乙烯技術，使能 耗和物耗較管式爐裂解大幅度下降，使技術有突破性進展。參考文獻曾清泉，許士興.制乙烯的管式裂解爐技術的發展.化工部北京化工研究院，北京100013.肖雪軍，何細藕.乙烯裝置裂解爐的節能技術.中國石化工程建設公司，北京100101.李紹宇，徐竹林.乙烯生產中計算機技術的應用.盤錦天然氣化工