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大庆石化解决裂解装置“卡脖子”难题，助力乙烯高效生产

时间：2023-08-03 来源：浏览：

大庆石化解决裂解装置“卡脖子”难题，助力乙烯高效生产

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7月31日，检修后的大庆石化化工一厂裂解车间裂解一套装置稳步生产合格乙烯，标志着这套装置检修后开车一次成功，进入新一轮高效生产中。

据了解，全国总工会发布2023年全国五一劳动奖和全国工人先锋号表彰名单，中国石油3家单位获全国五一劳动奖状，14名个人获全国五一劳动奖章，17个集体获评全国工人先锋号，大庆石化化工一厂裂解车间是其中的一员。集体荣誉离不开团队精神的支撑和引领。在近40年的漫长岁月里，几代裂解人自强不息、奋斗不止，铸就了以“忠诚敬业、科学务实、团结协作、拼搏奉献”为主要内涵的裂解精神，推动着企业不断发展向前。

“裂解精神是我们车间271名干部员工拼搏进取的强大动力，也是车间发展壮大的不竭源泉。”裂解车间主任王树民的话字字铿锵。

裂解车间的两套装置，主要用于生产“化工之母”乙烯产品，是大庆石化乙烯事业的“发源地”。 30多年来，这个车间注重强化各项基础管理工作，依靠科技攻关和创新驱动，解决了引进装置与国产化装置运行中的一系列“卡脖子”难题，实现两套装置安稳长满优运行。

SC-1型裂解炉在停止进料过程中，炉管内壁焦层经常发生脱落导致炉管堵塞，而个别炉管无法通过烧焦的方式烧通，需停炉更换，严重制约装置长周期生产。为了延长炉管使用寿命，车间裂解内操孙宏文和技术人员深入研究、屡次尝试，通过分阶段调整燃料气总量与现场风门开度的优化革新措施，使炉管温差的降低速率在可控范围内，避免焦块脱落造成停炉检修风险，解决制约装置长周期运行的瓶颈问题。

大庆石化乙烯装置全景（央广网发大庆石化供图）

工艺水品质高，是装置安稳运行的重要保障。车间技术人员积极动脑筋、想办法，利用检修前后有利时机，通过清理再沸器，调整轻质燃料油采出量及汽油回流量，定时监测急冷水、外排水水质状态等措施，提升工艺水水质，增加稀释蒸汽发生量，延长装置运行周期。此外，车间积极在运行30多年的老装置身上应用前沿技术，2022年，EF-111N炉管首次实现毫秒高效炉管国产化，打破国外技术垄断；EF-111E高效抑制自清焦炉管实现国内首次应用，裂解炉运行周期分别提升26%和55%。

裂解车间创新裂解炉管理模式，采用红旗炉评定办法，联合大庆石化三套裂解炉参与评比活动，每季度评选出红旗炉、标兵炉和裂解炉特护能手，保证了对进入运行末期装置的精心呵护和科学管理。车间2套乙烯装置成为中石油集团公司首批进入5年长周期运行装置，乙烯收率、双烯收率和装置能耗等主要经济技术指标屡创佳绩，在激烈的行业竞争中勇站排头，稳居中国石油炼化企业前列。

乙烯裂解炉特性及节能措施

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。

大庆石化如今的E1装置和E2装置。

下面，流程君介绍一下乙烯裂解炉的相关技术信息。

种类

乙烯裂解炉的种类从技术上可分为双辐射室、单幅射室及毫秒炉。从炉型上可分为CBL裂解炉、SRT型裂解炉、USC型裂解炉、KTI GK裂解炉、毫秒裂解炉、Pyrocrack型裂解炉。乙烯裂解炉的设计及建造需要丰富的技术经验及专业知识，世界范围内同时具有乙烯裂解炉开发、设计和建造能力的企业有，法国赫锑（HEURTEY）、SW、林德、KBR、Lummus、KTI、中石油以及惠生工程。而根据CMAI的资料全球开发了商用乙烯裂解炉的专利技术的公司则只有6家，国内只有惠生工程一家。

1、CBL裂解炉

CBL炉是我国在20世纪90年代，北京化工研究院、中国石化工程建设公司、兰州化工机械研究院等多家单位，相继开发的高选择性裂解炉。在辽化、齐鲁石化、吉化、抚顺石化、燕化、天津乙烯和中原乙烯建成投产了9台CBL－Ⅰ、CBL－Ⅱ、CBL－Ⅲ和CBL－Ⅳ型炉，主要技术经济指标与同期国际水平相当。主要技术特点为:2一1型炉管构型,采用独特的稀释蒸汽二次注入法;二级急冷。该炉具有裂解选择性高、调节灵活、运转周期长等特点。

2、SRT型裂解炉

SRT型裂解炉即短停留时间炉，是美国鲁姆斯（Lummus）公司于1963年开发，1965年工业化，以后又不断地改进了炉管的炉型及炉子的结构，先后推出了SRT－Ⅰ～Ⅵ型裂解炉，该炉型的不断改进，是为了进一步缩短停留时间，改善裂解选择性，提高乙烯的收率，对不同的裂解原料有较大的灵活性。SRT 型炉是目前世界上大型乙烯装置中应用最多的炉型。

3、USC型裂解炉

超选择性裂解炉简称USC炉。它是美国斯通－韦伯斯特（Stone & Webster）公司在70年代开发的一种炉型，USC裂解技术是根据停留时间、裂解温度和烃分压条件的选择，使生成的产品中乙烷等副产品较少，乙烯收率较高而命名的。短的停留时间和低的烃分压使裂解反应具有良好的选择性。改型裂解炉应用比较广泛，如中国大庆石油化工总厂以及世界上很多石油化工厂都采用它来生产乙烯及其联产品。同时世界上单台产能最高的乙烯裂解炉也是USC型裂解炉，单台年产量达到19.2万吨是主流裂解炉的2倍。这台裂由惠生工程担任EPC总承包，属于扬子-巴斯夫2010年的乙烯裂解炉项目。

4、KTI GK裂解炉

Technip 公司的裂解炉采用早期荷兰动力技术国际（KTI）公司开发的裂解炉型。原KTI公司从1973年开发出GK-Ⅰ、GK-Ⅱ型裂解炉后，又相继开发了GK-Ⅲ、GK-Ⅳ、GK-Ⅴ、GK-Ⅵ型裂解炉。单台裂解炉的能力也相应提高，到21世纪产能达到100kt/a以上的规模。对不同的裂解原料采用不同的炉管构形，对原料的灵活性较大。新型辐射段炉管的停留时间短，热效率高。

5、毫秒裂解炉

即超短停留时间裂解炉简称USRT炉，是美国凯洛（Kellogg）公司在60年代开始研究开发的一种炉型。1978年开发成功，在高裂解温度下，使物料在炉管内的停留时间缩短到0.05～0.1秒（50～100毫秒），因此被称为毫秒裂解炉。毫秒炉由于管径较小，所需炉管数量多，致使裂解炉结构复杂，投资相对较高。因裂解管是一程，没有弯头，阻力降小，烃分压低，因此乙烯收率比其它炉型高。

6、Pyrocrack型裂解炉

林德公司从20世纪60年代开发了Pyrocrack裂解炉，该型裂解炉通常为双辐射段、单对流段结构。为了适应不同的原料，Pyrocrack裂解炉采用了Pyrocrack4-2、Pyrocrack2-2和Pyrocrack1-1型3种不同的炉管结构。其中Pyrocrack1-1型选择性高，停留时间也短，单组炉管处理能力最小但烯烃产量高。林德公司在90年代以后设计的裂解炉主要采用Pyrocrack1-1型炉管。

乙烯裂解炉的构造

乙烯裂解炉分为对流段和辐射段。一般地说,对流段作用是回收烟气余热,用来预热并汽化原料油,并将原料油和稀释蒸汽过热至物料的横跨温度,剩余的热量用来过热超高压蒸汽和预热锅炉给水。在原料预热汽化过程中,注入稀释蒸汽,以降低原料油的汽化温度,防止原料油在汽化过程中焦化。裂解炉对流段每一组盘管主要由换热炉管(光管或翅片管)通过回弯头组焊而成,端管板和中间管板支持起炉管,有些盘管的进出口通过集箱汇集到一起。每一组盘管的四周再组对上炉墙,则构成一个模块。

乙烯裂解炉要根据工艺特点定制的．目前我们国内的乙烯装置工艺包多是买国外的先进工艺技术专利，裂解炉根据工艺设计由设计方指定的几个厂家进行投标产生。

裂解炉是乙烯装置的能耗大户，其能耗占装置总能耗的50%-60%。降低裂解炉的能耗是降低乙烯生产成本的重要途径之一。随着能源价格的不断上涨，国内外相关部门均加强了裂解炉节能措施的研究。裂解炉的能耗在很大程度上取决于裂解炉系统本身的设计和操作水平，近年来，裂解炉技术向高温、短停留时间、大型化和长运转周期方向发展。通过改善裂解选择性、提高裂解炉热效率、改善高温裂解气热量回收、延长运转周期和实施新型节能技术等措施，可使裂解炉能耗显著下降。

节能措施盘点

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。

（1）采用新型裂解炉。新型裂解炉均采用高温-短停留时间与低烃分压的设计。20世纪70年代，大多数裂解炉的停留时间在0.4s左右，相应石脑油裂解温度控制在800-810℃，轻柴油裂解温度控制在780-790℃。近年来，新型裂解炉的停留时间缩短到0。2s左右，并且出现低于0.1s的毫秒裂解技术，相应石脑油裂解温度提高到840℃以上，毫秒炉达890℃；轻柴油裂解温度提高到820℃以上，毫秒炉达870℃。由于停留时间大幅度缩短，毫秒炉裂解产品的乙烯收率大幅度提高。对丁烷和馏分油而言，与0.3-0.4s停留时间的裂解过程相比，毫秒炉裂解过程可使乙烯收率提高10%-15%。

（2）选择优质的裂解原料。在相同工艺技术水平的前提下，乙烯收率主要取决于裂解原料的性质，不同裂解原料，其综合能耗相差较大。裂解原料的选择在很大程度上决定乙烯生产的能耗水平。通过适当调整裂解原料配置结构，优化炼油加工方案，增加优质乙烯原料如正构烷烃含量高的石脑油等供应，改善原料结构和整体品质，在提高乙烯收率的同时，达到节能降耗的目标。

（3）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。

2 、延长裂解炉运行周期

（1）优化原料结构与工艺条件。

裂解原料组成与性质是影响裂解炉运行周期的重要因素。一般含氢量高、低芳烃含量的原料具有良好的裂解性能，是裂解炉长周期运行的必要条件。对不饱和烃含量较高的原料进行加氢处理，是提高油品质量的有效途径。当裂解原料一定时，工艺条件是影响裂解炉运行周期的主要因素。低烃分压、短停留时间和低裂解温度有利于延长裂解炉运行周期。但考虑到烯烃收率与蒸汽消耗，需要对裂解深度与汽烃比控制加以优化。

（2）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，事实证明，采用在线烧焦可大大减少废热锅炉的机械清焦次数，有效地降低乙烯装置的能耗。

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