浅谈裂解炉的节能改造
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【摘要】随着原油价格的不断走高，给生产企业带来很大压力，加强对裂解炉的节能改造非常重要。
【关键词】裂解炉；节能；措施
【 abstract 】 with the rising of the price of crude oil, to the production enterprise to bring a lot of pressure, strengthen the energy saving renovation of cracking furnace is very important.
【 key words 】 cracking furnace; Energy saving; measures
中图分类号：F407.45 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、前言
乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备，主要作用是把天然气、炼厂气、原油及石脑油等各类原材料加工成裂解气，并提供给其它乙烯装置，最终加工成乙烯、丙烯及各种副产品。乙烯裂解炉的生产能力及技术的高低，直接决定了整套乙烯装置的生产规模、产量和产品品质，因此乙烯裂解炉在乙烯生产装置乃至整套石油化工生产中都起到龙头作用
二、裂解炉节能措施
1、改善裂解选择性
对相同的裂解原料而言，在相同工艺设计的装置中，乙烯收率提高1%，则乙烯生产能耗大约相应降低1%。因此，改善裂解选择性，提高乙烯收率是决定乙烯装置能耗的最基本因素。通过裂解选择性的改善，不仅达到节能的效果，而且相应减少裂解原料消耗，在降低生产成本方面起到十分明显的作用。
2、优化工艺操作条件。通过优化裂解炉工艺操作条件，不仅能使原料消耗大幅度降低，也能够使乙烯生产能耗明显下降。不同的裂解原料对应于不同的炉型具有不同的最佳工艺操作条件。对于一定性质的裂解原料与特定的炉型来说，在满足目标运转周期和产品收率的前提下，都有其最适宜的裂解温度、进料量与汽烃比。如果裂解原料性质与原设计差别不大，裂解炉最优化的工艺操作条件可以参照设计值。反之，则需要利用SPYRO软件或裂解试验装置对原料重新评价，以确定最佳的工艺操作条件。
3、延长裂解炉运行周期
采用在线烧焦。裂解炉在线烧焦是在炉管蒸汽-空气烧焦结束后，继续对废热锅炉实施烧焦。与传统的烧焦方式相比，在线烧焦具有明显的优势。一是裂解炉没有升降温过程，可以延长炉管的使用寿命，并可节省裂解炉升降温过程中燃料与稀释蒸汽的消耗；二是由于在线烧焦，裂解炉离线时间短，可以提高开工率，并可增加乙烯与超高压蒸汽的产量。目前BASF在线烧焦程序已在国内外乙烯裂解炉上成功应用了多年。
三、裂解原料优化
乙烯生产成本中裂解原料费用所占比例很大，以石脑油和柴油为原料的乙烯装置原料费用占生产总成本的70%～75%。优化裂解原料，不仅可降低乙烯生产成本，而且对装置能耗也有较大的影响。
1、原料对产品方案的影响
对不同乙烯裂解原料，产品方案是不同的，市场对乙烯装置下游衍生物的需求也是有变化的。采用石脑油、AGO等液相进料的乙烯裂解能满足多种产品的要求，而以乙烷等为原料的裂解装置主要产品是乙烯。原料对乙烯生产的技术经济影响，综合反映在对乙烯生产成本起决定性的作用，一般原料费用在乙烯生产成本中约占70%。
2、裂解原料的优化
不同原料裂解的乙烯收率不同，总体来说，原料越轻，则乙烯收率越高。
目前我国的裂解原料以石脑油为主，加氢裂化尾油、轻烃和轻柴油作为补充。从近10年原料结构发展来看:石脑油用量呈现上升趋势，但最近几年已趋于稳定(约65%);加氢裂化尾油比例相对较稳定(约10%);轻柴油用量逐步下降，轻烃用量逐年增加。
例如燕山乙烯装置原料原始组成为石脑油、柴油、加氢裂化尾油、循环乙烷以及轻烃。2007年为保证市场需要，炼厂产重柴油不再做裂解料，同时也相应对加氢裂化尾油送裂解量进行限制，致使裂解料组成出现较大的变化，即原料组成为石脑油、加氢裂化尾油、循环乙烷以及轻烃。石脑油收率低，且自2010年以来油质变差，投料比例反而加大，加氢裂化尾油收率高，投料比例反而降低，循环乙烷以及轻烃裂解料收率高，比例却维持不变，造成2011年度乙烯收率大幅下降。为此车间先后优化了裂解炉工艺操作参数，开展原料攻关项目，在一定程度上提高了乙烯收率，但相比2006年，收率仍达不到理想要求。为此2012年10月份开始运行3台气体炉，增大轻烃裂解料量投料比例，改善现有原料结构，成功提高了乙烯收率。
四、新区裂解炉(BA1101)改造
1、改造背景
燕山乙烯装置新区SRT－Ⅳ－HC型炉采用6组8－4－1－1型炉管，设计能裂解NAP、AGO，每台炉均有1组炉管既可裂解原料油又可裂解循环乙烷，对流段采用二次注汽技术。每台裂解炉配备3台Schmidt急冷锅炉，每两组炉管出口合并后进入1台急冷锅炉。在决定对BA1101炉改造前，新区4台裂解炉均存在生产负荷、炉膛负压偏低的状况，风机转速已达设计上限，裂解炉负荷已无提升空间。
2、BA1101炉油改气的可行性
目前老区仅投用了2台气体炉(BA110、BA111)。为有效地提高乙烯装置的乙烯收率，如果能保证乙烯装置经常处于3台气体炉的运行工况，对于提升乙烯装置经济技术指标和提高燕化公司资源利用率都有深远意义，经过研究和分析决定将BA1101改造为气体炉。
3、BA1101炉改造方案
根据燕化乙烯裂解原料的特性，BA1101炉拟采用如下改造方案:改造后工艺流程与改造前的区别主要是增加了5组气体原料的进料管线。原设计中，仅有1组乙烷管线进入对流段，与石脑油或轻柴油分组裂解。经过改造，气体原料分为6组，分别经过流量计及调节阀进入对流段原料预热段预热。其后的流程与原设计相同。
具体工艺流程如下:由界区外来的原料，包括气相原料及石脑油，分别经6组流量调节阀进入裂解炉对流段上部的上原料预热器(UFPH)进行预热。由界区外来的稀释蒸汽分两次注入，一次稀释蒸汽经6组流量调节阀后与来自下原料预热器(LFPH)的液体原料在一次混合器中混合，使其部分汽化。
裂解全气相原料时，原料从上原料预热器直接进入一次混合器，将下原料预热器旁路。然后进入上混合过热器(UMPH)过热，二次稀释蒸汽经6组流量调节阀后进入对流段稀释蒸汽过热器过热与来自上混合过热器、蒸汽在第二混合器中混合，再进入下混合过热器(LMPH)过热之后经文氏管流量分配器，使油汽混合物均匀分配到每组8－4－1－1型辐射炉管中。
油汽混合物在6组8－4－1－1型辐射炉管中进行热裂解反应，裂解炉炉管出口温度(COT)为830～850℃，裂解气进入急冷锅炉。高压蒸汽流程与原设计相同。在三段超高压蒸汽过热器之间设置2台减温增湿器，通过调节注入减温增湿器的锅炉给水量，控制超高压蒸汽过热后的温度为525℃。
4、裂解炉BA1101改造后运行状况分析
（1）产品收率分析
SRT－Ⅳ－HC型裂解炉原设计裂解原料为轻柴油与石脑油，近年来主要以石脑油为原料，改造后投用LPG。由于原料烃组成、结构族组成、含氢量等特性发生明显变化，裂解气组成随之也发生较大变化，直接导致裂解产物分布不同。
BA1101炉投用LPG与投用NAP相比，产物收率变化较明显的是甲烷、乙烯、丙烯、丙烷。其中甲烷收率提高了约10个百分点，乙烯收率提高了约11个百分点，同时丙烯收率降低了约3个百分点，丙烷收率提高了约3个百分点，另外丁二烯降低了约1个百分点。
（2）改造前后裂解炉能耗的计算
（一）改造前的能耗计算
精EDC在40℃经进料泵GA401送至裂解炉中，在2.1MPa的压力下，经过预热、蒸发、过热、裂解4个阶段，出料温度510℃，裂解率为55%。进料量按每台裂解炉38t/h计算。由此可以得出，原来使用的裂解炉单台理论上的热量消耗为11622kW。
（二）改造后的能耗计算
精EDC(40℃)经预热器EA412加热到156℃，进入裂解炉对流段进一步加热到195℃，然后进入汽化器进行汽化。EDC汽化后的温度为2660C,进入裂解炉进行裂解，裂解率为55%，裂解炉的出口温度为480℃。由以上计算可以看出，改造后的裂解炉单台理论上热量的消耗8892kW。
五、结束语
在实际的生产过程中，裂解炉的节能技术还处于不断的摸索过程当中，只要我们不断坚持，就一定能够找到一套行之有效的方法降低生产成本，创造更多的经济利益。
参考文献
[1]张楠，裂解炉的节能优化措施概述[J]工业工程，2012
[2]李梅，谈裂解炉的生产工艺操作[J]生产技术，2012