乙烯裝置實現(xiàn)節(jié)能節(jié)水技術方案淺析
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摘要：在我國石化工業(yè)發(fā)展的過程當中，乙烯生產是一個核心環(huán)節(jié)，相關生產技術與工業(yè)發(fā)展質量有著密切的聯(lián)系。在實際生產當中，乙烯的生產主要是通過乙烷、丙烷、液化石油氣、輕柴油等原料裂解而實現(xiàn)的，乙烯裝置主要是由裂解爐系統(tǒng)、急冷系統(tǒng)以及壓縮系統(tǒng)這三大部分構成。近年來，隨著可持續(xù)發(fā)展理念的普及，乙烯裝置在節(jié)能減排方面有了更高的要求，同時在環(huán)保層面有了很多新的要求。在這樣的情況下，在乙烯裝置運行的過程當中形成一個節(jié)能節(jié)水技術方案是十分有必要的?；诖耍疚倪\用文獻分析法、歸納總結法，對乙烯裝置節(jié)能節(jié)水技術該技術方案進行了探究，同時并對分析了乙烯裝置實現(xiàn)節(jié)能節(jié)水的該技術的方法和措施進行深入分析，希望可為石化行業(yè)相關技術人員提供參考與借鑒。
關鍵詞：乙烯裝置；節(jié)能節(jié)水；技術方案
在國民經濟快速發(fā)展的背景下，我國各個社會領域對能源的需求量也呈現(xiàn)出大幅度增加的趨勢。作為一個能源消耗大國，我國雖然已經構建起了多種能源供應渠道，但仍然無法滿足工業(yè)發(fā)展和經濟發(fā)展的需要。近年來，環(huán)境污染問題日益嚴重。尤其是在能源開采和能源轉化的過程中，容易對自然環(huán)境造成污染與破壞。同時，化石燃料的大量燃燒也會造成大氣污染。在污染物排放量超過環(huán)境承受能力的情況下，就會出現(xiàn)大氣污染、河流污染等一系列的問題，導致生態(tài)環(huán)境不斷惡化。為了從根本上解決這一問題，就要改變這種高能耗、高排放以及低效率的經濟發(fā)展方式，推動社會向清潔、可持續(xù)的方向發(fā)展。乙烯裝置的運行和使用關系到石化工業(yè)的發(fā)展，同時關系到國家化學工業(yè)的發(fā)展。在國際油價和天然氣價格不斷上升的時代背景下，對乙烯裝置進行節(jié)水節(jié)能改造具有十分現(xiàn)實的意義。
1乙烯裝置實現(xiàn)節(jié)能節(jié)水技術方案
1.1裂解爐系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術方案
1.1.1優(yōu)化原料。在工業(yè)實踐當中發(fā)現(xiàn)，乙烯裝置中原料的裂解性能在很大程度上會對乙烯生產的能源消耗水平產生影響，為了達到節(jié)能節(jié)水的效果，需就要在裂解爐系統(tǒng)當中對原料進行優(yōu)化，這主要與上游煉廠的配套有關。目前的配套式主要是“大煉油小乙烯”，在進行原料選擇的時候有著較大的靈活性。在這樣的此情況下，可以通過“煉油化工一體化”的形方式來達到原料優(yōu)化的效果，在其中堅持“宜烯則烯、宜芳則芳”的原則來選擇原材料，可以使煉廠和乙烯裝置的原料實現(xiàn)互相供應，并在此基礎上達到原料優(yōu)化的效果。除了對資源配套系統(tǒng)進行完善之外，還可以運采用新工藝來對原料進行優(yōu)化。一方面，可以對石腦油進行預處理。當前乙烯裝置所使用的原材料當中大多會包含石腦油，經過預處理，可以將其中的芳烴等裂解性能比較差的烴組分進行去除，進而使原料的芳烴指數(shù)得到降低，同時使乙烯收率得到提高，這對于能耗的降低來說有著極為重要的意義；另一方面，可以對煉廠的干氣進行回收。在煉廠當中，無論是催化裂化裝置還是焦化裝置的干氣當中都會含有一定量的輕烴成分，通過對該成分進行回收，可以用于乙烯的生產，這也是降低乙烯裝置能源消耗的重要途徑。在實踐當中發(fā)現(xiàn)，這種方法可以使乙烯裝置達到良好的節(jié)能節(jié)水效果。1.1.2提高輻射段爐管的選擇性。在裂解爐系統(tǒng)當中，輻射爐管是一個重要的構成部分，該部分的設計會對整個裂解爐的性能產生影響。通過對輻射段爐管的設計進行優(yōu)化，提高爐管的選擇性、增強爐管的處理能力，可以提高乙烯的收率、降低原料消耗，進而可以達到節(jié)能節(jié)水的效果。具體來說，為了提高輻射段爐管的選擇性能，就要適當?shù)靥岣叻磻獪囟?，同時使烴類裂解停留的時間被縮短，同時使裂解烴的分壓得到降低。當前，國內的很多專利商都在這方面做出了一系列的努力，獲得了良好的效果。對于那些比較老舊的乙烯裝置來說，在爐管技術改造或者更新的時候可以采用高選擇性能的爐管來提高乙烯收率。1.1.3提高裂解爐的熱效率。通過提高裂解爐的熱效率，可以減少使燃料的單耗量減少，進而使整個裂解爐系統(tǒng)達到節(jié)能節(jié)水的效果。在對乙烯裝置進行優(yōu)化和改造的過程當中，人們對裂解爐能量綜合運用尤為關注，通過整體設計的方式促進了裂解爐熱效率的提高。通過這種方式，可以使排煙溫度得到大幅度降低，同時對空氣過剩系數(shù)進行控制，燃燒空氣和燃料氣可以得到預熱，達到了更好的絕熱、保溫效果。根據以往經驗，在排煙溫度每降低20℃的情況下，裂解爐的熱效率將會提高1%。而通過對燃料氣進行凈化，可以將其中存在的硫等常見雜質脫除，以此來減少酸性氧化物的生成。同時可以使排煙溫度降低，提高整個裂解爐的熱效率。除此之外，還可以將乙烯裝置當中的低壓放空蒸汽、中壓冷凝液以及循環(huán)機冷水作為加熱的介質，使用空氣預熱器將裂解爐爐膛當中的空氣加熱，從而提高空氣的溫度，減少裂解爐所消耗的燃料量。
1.2急冷系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術方案
1.2.1中間回流。在中間回流操作的過程當中，技術人員可以從急冷油塔中的某塊板當中抽取一定量的高溫盤油，將其作為汽提塔的再沸器熱源。在盤油溫度降低之后，將裂解氣冷卻到壓縮機的吸入溫度，就可以將裂解后的燃料油、柴油以及重汽油進行分離。在急冷區(qū)，裂解氣的溫度可以在短時間內被降低至40℃左右，在這之后被送入到壓縮機當中，這可使裂解氣傳遞的效率得到提升，同時減少熱能的損耗。通常來說，乙烯裝置循環(huán)冷卻系統(tǒng)的溫度會被控制在200℃左右，該系統(tǒng)在運行過程當中所產生的熱量會被用來產生稀釋蒸汽。根據經驗來說，總蒸汽的50%～80%都會由稀釋蒸汽產生。而循環(huán)塔中部的溫度通常在165～170℃。但其中的溫度被冷卻到120℃左右的時候，就會從循環(huán)塔的塔釜位置轉移到中部位置。在這個此過程中，冷卻塔內部各部分溫度能夠實現(xiàn)有效分布，可以使冷卻塔保持良好的運行狀態(tài)。同時，在冷卻水的作用下，冷卻塔的溫度低最終會保持在80～85℃。在該溫度下，可以將脫乙烷、丙烷以及再沸器冷卻水注入到急冷水塔當中去，以此來降低系統(tǒng)中溫位的熱量，使該部分熱量能夠順利回流。1.2.2優(yōu)化急冷油黏度。急冷油當中含有多種成分的雜環(huán)化合物和不飽和烴，因此在循環(huán)至急冷器當中的時候會與高溫裂解氣發(fā)生縮合反應和結焦反應，這是造成急冷系統(tǒng)能量浪費的重要原因。為了解決這一問題，就要對急冷油的黏度進行優(yōu)化。如果餾分比較多的話，急冷油的黏度就會比較高。如果黏度超過一定程度，乙烯裝置在運行的過程中只能通過降低汽油分餾塔塔釜溫度的形式來降低蒸汽稀釋量，并開展后續(xù)的操作，也只有這樣才能使急冷油的黏度保持在比較低的程度，使塔釜的溫度保持在比較高的程度。通過降低急冷油的黏度，可以使乙烯裝置的能量消耗得到控制。內部急冷油的黏度沒有經過處理的話，使用溫度就通?？梢赃_到190℃。實踐證明，與減黏處理的汽油分餾塔相比，這種方式將會多消耗5%左右的能量。在系統(tǒng)運行的過程當中，會有一些輕質餾分經過急冷油系統(tǒng)并進入循環(huán)。通過降低急冷油的黏度，可以使塔釜溫度保持在較高的水平，進而減少能量的消耗量。某化工企業(yè)在對乙烯裝置進行改造的時候，為了達到節(jié)能節(jié)水的效果，就將乙烷爐裂解氣作為燃料油汽提塔的介質，在多次試驗之后最終將塔頂?shù)臏囟仍O定為250～300℃。在此基礎上，還構建起一套完善的中油循環(huán)系統(tǒng)來對急冷油的黏度進行控制，使整個操作系統(tǒng)的安全性得到了提升。在急冷油黏度增加的情況下，汽提塔的塔釜位置的溫度會降低，同時塔頂?shù)臏囟葧?，這造成稀釋蒸汽發(fā)生量減少。為了避免這一問題，企業(yè)在新生產線和老生產線的急冷油系統(tǒng)當中使用了互聯(lián)減黏技術。在運營當中發(fā)現(xiàn)，這項舉措每小時可以幫助企業(yè)減少約40t的中壓蒸汽消耗，每年節(jié)省的成本支出約為3000萬元。
1.3壓縮系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術方案
1.3.1提升裂解氣壓力。乙烯裝置裂解氣當中含有大量的氫氣和甲烷，通過使氣體分離時的制冷難度降低，可以采取壓縮的手段來使氣體的壓力得到增加。在這樣的情況下，裂解氣會在壓縮機的作用下被分為五段進行壓縮，在壓縮與裂解之后所排出的冷凝液還會被二次閃蒸。第一次閃蒸之后的裂解氣會被自動送至壓縮機出口的位置，而第二次閃蒸之后所得到的裂解氣則會被自動送至入口的位置。通過這種方式，壓縮機與凝液蒸餾塔的負荷可以得到降低，最終達到節(jié)能節(jié)水目的。1.3.2減少聚合結焦反應。在乙烯裝置的壓縮系統(tǒng)當中會發(fā)生大量的聚合結焦反應，該反應不僅會對裝置的性能和運行周期造成影響，同時還可能降低系統(tǒng)運行效率，造成能源的浪費。聚合結焦反應主要指的是裂解氣當中所含有的物質在較高溫度下發(fā)生聚合反應，反應之后所得到的聚合物會粘附在系統(tǒng)的葉片、隔板以及級間流道的表面。隨著系統(tǒng)運行時間的增加，這些聚合物的量也會不斷增多，經過長時間積累之后會對壓縮機的流量造成影響，同時使壓縮機在運行時的振動幅度大大提升，并使其氣動性能和機械性能受到影響，造成大量的能源消耗。因此，在節(jié)能節(jié)水技術方案當中，要減少聚合結焦反應。在實踐當中發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)溫度達到85℃的情況下時，聚合結焦反應的速度也會增加。因此，對溫度進行有效控制，將其控制在85℃以下，才可以減少聚合結焦反應的發(fā)生。某企業(yè)在節(jié)能節(jié)水技術方案改造的過程中應用了一種先進的裂解氣壓縮機，該壓縮機不僅可以注水，還可以注油，同時可以通過降低出口溫度的形式來減少系統(tǒng)當中出現(xiàn)的聚合結焦反應。在操作的過程中，工作人員使用級間注水技術，在壓縮機出口的位置進行噴水。在水與裂解氣相接觸之后二者會發(fā)生氣化反應，同時會在短時間內吸收大量的熱，使氣體的溫度被降至85℃以下，這不僅使聚合結焦反應發(fā)生率降低，同時也使壓縮機的功耗得到了降低，節(jié)能節(jié)水效果比較明顯，企業(yè)的成本支出也得到了降低。
2乙烯裝置實現(xiàn)節(jié)能節(jié)水的措施
2.1罐區(qū)停運和揮發(fā)性有機物治理
近年來，乙烯裝置當中基本不會再使用拱頂常壓罐。這些常壓罐雖然已經停用，但很多都沒有被倒空，罐體的底部還殘存留著大量的油泥。同時，石腦油罐和粗汽油罐目前仍在使用。在乙烯制備的過程中，石腦油仍然是主要的材料，因此石腦油罐無法直接停用，需要將儲運車間的油罐跨過乙烯二聯(lián)合車間，直接用于裂解爐進料預熱。在這個過程中，可以將乙烯二聯(lián)合車間的石腦油罐和進料泵停用，并將石腦油泵拆除，將其放置在儲運聯(lián)合車間的原料裝置。而對于粗汽油罐來說，可以對部分流程進行加氫處理，并使用外送泵跨過油罐直接送至乙烯一聯(lián)合。對于已經隔離但是底部油泥沒有被處理的儲罐來說，可以使用COWS原油儲罐清洗技術來進行清洗，并停用拱頂罐。在乙烯裝置運行的過程中，如果閥門、法蘭等位置發(fā)生泄漏的話，可能會造成揮發(fā)性有機物污染，同時會造成能源浪費。為了避免此問題，就要定期對裝置內所有的閥門和法蘭的密封面進行檢測。如果發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性有機物超標，需要通過擰緊法蘭、更換墊片以及更換填料等形式進行處理。
2.2提高循環(huán)水換熱器的換熱效率
乙烯裝置當中配備的循環(huán)水換熱器，在經過長時間的運行之后表面會出現(xiàn)結垢，如果沒有及時清理會對裝置換熱的效果產生影響。因此，要對裝置內部循環(huán)水換熱器進行周期性反沖，做好相應的清理工作。在完成反沖之后，換熱器的溫度通?？梢韵陆?℃左右，這可以使換熱效率得到明顯提升，減少乙烯裝置在運行過程當中對循環(huán)水的需要。對于冬季防凍循環(huán)水換熱器來說，在運行的時候可以將旁路稍微打開。在氣溫回升之后，再將循環(huán)水管線旁路閥進行關閉，也可以降低循環(huán)水的消耗量。
2.3對裂解爐對流段進行化學清洗
裂解爐在長時間運行之后，流段爐管的表面會存在明顯的積灰。這些積灰如果沒有得到及時清理，會導致爐體排煙溫度升高，同時使熱效率降低。為了解決這一問題，需定期對裂解爐進行化學清洗，將其中的積灰和積垢進行清理，使流段爐管的導熱性能得到提高，同時增強整個爐體的換熱效率。在實踐當中發(fā)現(xiàn)，在完成清洗之后，裂解爐的排煙溫度可以比之前降低10℃左右，熱效率從90%提升到了94%，這起到了明顯的節(jié)能節(jié)水效果。
2.4避免非計劃停工造成的低負荷和高能耗
為了使乙烯裝置在運行的過程當中保持周期平穩(wěn)的狀態(tài)，避免出現(xiàn)非計劃停車的問題，要設置備用裂解爐。同時，要避免裂解爐長期處于恒溫的狀態(tài)，否則會導致裝置處于低負荷的狀態(tài)，同時使運行周期縮短，出現(xiàn)嚴重的結焦問題，對燒焦的質量造成影響，增加能量消耗。為了避免這一問題，首先要提前一個季度對裂解爐的燒焦計劃和運行計劃進行安排，同時要按照相應的生產任務來對裂解爐的負荷進行有效控制，使其保持標準負荷狀態(tài)，避免負荷過高或過低。其次，要對輻射段爐管進行定期測溫，避免爐管超溫的現(xiàn)象出現(xiàn)。如果在系統(tǒng)運行的過程當中發(fā)現(xiàn)溫度變化明顯或者局部溫度過熱的話，需要及時做好調整，否則可能會因為超溫結焦而對乙烯裝置的運行周期造成影響。最后，還可以在單位內部開展裂解爐特護比賽，使基層員工都能主動參與裂解爐維護工作當中來，了解乙烯裝置的運行知識，并在自己的崗位上采取有效的措施來確保裂解爐和乙烯裝置保持良好的運行狀態(tài)。
3結語
在乙烯裝置運行的過程中，為了達到乙烯裝置節(jié)水節(jié)能的效果，就要對裂解爐、急冷系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)進行優(yōu)化，結合系統(tǒng)的特點和工作經驗來進行完善，減少不必要的能源消耗，減少循環(huán)水的使用，促進熱效率的提高。還要通過罐區(qū)停運和揮發(fā)性有機物治理、提高循環(huán)水換熱器的換熱效率、對裂解爐和流段進行化學清洗等措施來達到節(jié)能節(jié)水的效果。另外還要避免非計劃停工造成的低負荷和高能耗。
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作者:王勇猛 朱志成 邱雨佳 孫偉 單位:沈陽石蠟化工有限公司
