兰州石化公司乙烯厂 甘肃兰州 730060
摘要：裂解炉作为乙烯装置的龙头设备，在乙烯生产过程中起着举足轻重的作用，同时也是用能、耗能大户和实施环境保护的重点对象。由于节能效益可以量化计算，而且能在短期内降低企业生产成本，提高企业的竞争力，因此逐渐受到企业的青睐和关注，而污染物的减排则受投资回报期长等影响，同时更多的是公益性社会效益，因而往往成为行业遵守国家、地方或企业标准的被动选择; 因此，二者比较而言，减排的压力要大于节能。本文分析了乙烯裂解炉污染物及减排技术。
关键词：乙烯裂解炉；污染物；减排技术；
1烧焦技术
1.1单根炉管烧焦技术
对于裂解炉每根炉管的文丘里喷嘴后都有一块用来测量文丘里喷嘴后压力的压力表,如果炉管结焦严重,此处的压力将上升。炉管受限后,将此处的压力表拆下,换上变径丝头,接胶带通稀释蒸汽,受限的炉管物料流量将增大;测量炉管表面温度,发现受限的炉管与正常炉管没有大的差异。另外,大的蒸汽流也有清焦的作用。这种做法的最大优点是,不用降低整组炉管的辐射热量,使整台裂解炉在相同的裂解深度下运行,不影响产品转化率,并且能够使裂解炉坚持运行到一个运行周期。裂解炉烧焦时将先前的胶带通稀释蒸汽改为通工业风。但具体操作时要谨慎,应避免大量焦遇空气剧烈燃烧, 释放大量的热量而不能及时带出,造成炉管超温断裂。具体操作有:一是胶带工业风端阀门全开,炉管端阀门开2～3扣;二是在炉膛升温的同时,逐渐增加工业风流量;一般情况下每隔0.5h,炉管端胶带阀门开半扣;三是在炉膛提温和增加工业风流量过程中,要密切注意炉管表面温度变化情况,防止温度变化剧烈烧断炉管。当炉管烧通后,停通工业风。从生产实践得知,裂解炉单根炉管烧焦技术对于U形裂解炉非常有效,该项技术也同样适用于在文丘里喷嘴出口有压力表的其它型式的裂解炉。
1.2在线清焦技术
裂解炉在线烧焦技术的应用,可以提高裂解炉清焦的科学性,降低操作人员的劳动强度,提高整个乙烯装置的自动化水平和生产效率。目前,某厂已在所有的裂解炉上成功地实施了国内外领先的裂解炉在线烧焦先进技术,由此每年可创经济效益20万元以上。裂解炉采用在线清焦技术,该技术采用蒸汽—空气烧焦方法,利用此技术可清除辐射段炉管及急冷锅炉中的焦。烧焦温度为800～850℃,整个清焦过程需要约37h,与其它裂解炉型相比,其最大特点是烧焦用时短,不含纯空气烧焦步骤。经过几个周期的实际操作检验,每次烧焦后下一个周期运行初期,急冷锅炉出口温度基本上维持在372℃左右,这说明烧焦比较彻底,能够达到规定技术要求。
2节能减排技术
2.1优化原料节能
原料的裂解性能在很大程度上决定了乙烯生产的能耗水平，但乙烯装置原料的优化和其上游炼厂的配制有很大关系。大炼油小乙烯的配制，乙烯装置的原料就有很大的灵活性，相反小炼油或自身没有炼厂的乙烯装置其对原料就没有多少选择的余地。我国优化裂解原料的重要措施就是实行“炼油化工一体化”，采用“宜烯则烯，宜油则油，宜芳则芳”的原则，它有利于炼厂和乙烯装置之间的原料互供和优化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除在资源配套上采取措施外，原料优化还有以下新工艺可采用。
2.2裂解炉节能
（1）裂解炉与燃气轮机联合。热效率达94％的裂解炉直接节能效果极其有限，从20 世纪70 年代开始，由于航机陆用技术迅速发展，工业用燃气轮机的制造技术日臻完善。首先发展了燃气轮机与锅炉结合热电联产，而后又发展了燃气轮机和生产工艺用热相结合技术，利用燃气轮机温度达到500℃的燃料气热量用以发电并投放到裂解炉内。如乙烯装置中裂解炉和蒸汽过热炉与燃气轮机结合，可使装置能耗降低8％~22％。此技术对燃气轮机和电网要求很高，一旦出现问题可能造成全装置停车，损失较大。但随着燃气轮机技术的成熟和智能电网的发展，该技术将会在国内得到推广应用。
（2）裂解炉-IGCC-SOFC联合。固体氧化物燃料电池SOFC 是采用廉价固体氧化物电化学反应直接将化学能转电能，裂解炉-SOFC 联合是节能降耗的新技术。整体煤气化联合循环IGCC 发电系统是将煤气化和联合循环结合的工艺。IGCC 是将煤气化和净化送燃气轮机并驱动燃气透平作功，排气进余热锅炉产生蒸汽驱动蒸汽轮机。故裂解炉-IGCC-SOFC 联合不仅“以煤代油”少用燃油而且提高热效率。但联合工艺正处于研究阶段，尚无工业应用实例。
（3）低压蒸汽回收利用技术。除可利用过剩的低压蒸汽来预热裂解炉燃烧空气外，目前正在研究采用氨吸收制冷技术将低压蒸汽的热量转换成冷量，以弥补乙烯装置在夏季丙烯制冷压缩机能力的不足。另外利用低压蒸汽发电的技术使乙烯装置多出的低压蒸汽产生电能，以降低乙烯装置能耗的研究也在进行中。
2.3颗粒物及减排技术
近年来，随着各城市空气质量的下降，被称为“灰霾元凶”的空气污染物PM2．5(简称PM)等颗粒物的污染指数受到公众的广泛关注。裂解炉颗粒物产生有两个渠道:燃烧排放及清焦排放。由于所用燃料为轻质气体且较为干净，因此前一种颗粒物较少，但清焦排放产生的颗粒物较多，裂解炉正常操作过程中焦会伴随热裂解反应的进行，慢慢在辐射段炉管及换热器管内壁沉积，造成管壁温度升高、压降增大和换热效果下降，达到一定的限度就需要进行在线清焦操作(急冷换热器甚至还需要进行水力清焦)，将焦粒带出裂解炉，如果不加以处理，将会增加空气中颗粒物的污染。对在烧焦期间排出裂解炉的颗粒污染物有三种减排处理措施:湿法、干法及返回炉膛烧焦。一是湿法除尘。在清焦操作过程中，未燃烧干净的焦粒在高温、高速清焦物流的携带下进入清焦罐，与外界注入的水充分混合，直径较大的焦粒在自身重力作用下脱离气体沉降收集;常温水冷凝了部分的高温蒸汽，使稍小直径焦粒进一步凝结沉降，未得以分离的小焦粒随着气流排出清焦罐。湿式清焦罐的优点是结构简单、造价低、除尘效率高，且可净化有害气体，但不足是过程需要大量的水注入，造成二次污染及能耗。二是干法除尘。干法除尘基于旋风分离器原理，从高速旋转的气流中分离出一定粒径范围内的焦粒。含焦粒清焦物流从长方形入口切向进入旋风分离式清焦罐内，进口保持一定的流速。气流在清焦罐内沿圆筒内壁旋转向下运动，在圆锥体内由于内径缩小，气流速度增大，继续下行在锥体底部附近转变为上升气流，最后由上部芯管排出。在旋转流动过程中，焦粒在离心力的作用下向外沉降，沿清焦罐内壁沉降进行收集。旋风分离式干法除尘的优点是结构简单，不需要额外注水，除去大于10μm以上颗粒的效率较高，不会造成二次污染，但不足是焦粒在管系及清焦罐内碰撞及磨损下，破碎变小，高温干燥环境下使得旋风分离器的分离效率下降，产生PM2．5的污染物，因此在设计中必需予以重点关注，选择合适的尺寸并进行相应的优化。
结语
在设计中,应结合我国国情,以降低投资,方便操作为原则,本着大型化、提高裂解深度、缩短停留时间、提高裂解原料变化的操作弹性,进一步提高现有乙烯装置的技术含量,以降低物耗、能耗为发展方向,将更多、更好的新技术应用于裂解炉的设计中去,使我国的乙烯总体技术能够达到世界先进水平。
参考文献：
[1]宋全夫.烃类裂解制乙烯技术研究进展[J].辽宁化工,2016,35(12):732-735.
[2]李进锋，吴德飞，何细藕．利用CFX软件模拟计算旋风分离器内流场［J］．石油化工设备技术，2016，31(5):36．
论文作者:梁博文
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/28
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