乙烯装置运行优化对策

第24卷第6期石油化工技术与经济2008年12月Technology & Economics in Petrochemicals产业发展战略及政策研究乙烯装置运行优化对策张利军(中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃事业部,200540)摘要:分析了 乙烯原料劣质化对装置运行适应性带来的几个操作问题，主要有:乙烯综合能耗、双烯收率等技术经济指标下滑,裂解炉炉管焊缝腐蚀穿漏,急冷油出现分层现象,碱洗塔操作波动等。对上述问题的产生原因进行了初步分析,并提出了具体应对措施。关键词:原料劣质化乙烯装置影响应对措施文章编号: 1674- 1099 (2008)06 -0001 -04中图分类号:TQ221.21 +1文献标识码: A能源紧张导致了高油价时代的到来,加工原乙烯裂解原料的原油资源大幅减少,而且还使油日益劣质化、重质化已是各石化企业的必然选NAP(石脑油)、AGO(煤柴油)等品质变差。据原择。近年来,某石化企业也以实施低成本战略作料数据回归发现, NAP、AGO中链烷烃(P)含量与为自己的生产经营战略,坚持以加工原油重质化、劣质化前的2005年上半年平均值相比呈逐年下劣质化为方向,每年适度提高高硫、重质和含酸原降趋势,NAP链烷烃由69. 38下降到64. 40, AGO油的加工比例。从2005年到2007年,API度由链烷烃由47.90下降到43. 28。另外,受装置运.34.97下降为33. 17,硫的质量分数由1. 08%提行周期影响,尾油的芳烃指数值(BMCI)逐年上高到1.13%,平均酸值则由0.21mg/(100mL)提升,加氢裂化尾油( HVG0)裂解性能逐年下降(详高到0.24mg/( 100mL)。此项举措虽有效降低了见表 1)。生产成本,但也对整个加工链上主要装置的生产表1裂解原料质量变化运行的适应性带来了前所未有的挑战，乙烯装置原料2005年2006年2007年也不例外。P含量,%该企业现有两套乙烯生产装置,乙烯总设计能AGO47. 9045. 9443. 28力870 kVa(A装置145 kVa,B装置725 kVa) ,实69.3866.4464.4际生产能力2005年为962.3 kt ,2006年为972 kt,BMCI2007年因装置大修,乙烯产量为869 kt。与其他高压HVGO8.710. 412. 5兄弟企业相比，该公司原油加工量与乙烯产量比中压HVGO13.214. 80低于10: 1,乙烯原料资源相对偏紧。加工原油重上述乙烯原料的劣质化,直接导致了装置能质化、劣质化后,乙烯原料也呈劣质化趋势,对装耗和双烯收率等主要技术经济指标的下滑(详见置运行带来的挑战主要有:乙烯综合能耗、双烯收表2)。率等技术经济指标下滑,裂解炉炉管焊缝腐蚀穿由表2可知,双烯收率由劣质化前的45.23%漏,急冷油出现分层现象,碱洗塔操作波动等。下面就上述问题产生原因及应对措施展开分析。中国煤化工fYHCN M H G,1989年毕业于华东化工学1主要 技术经济指标变化及应对措施院能源化工系有机化工专业。高级工程师,从事乙烯、炼油、1.1主要技术经济 指标变化情况芳烃等生产、技术管理工作,就职于中国石化上海石化股份加工劣质原油后,不仅使适合加工生产优质有限公司烯烃部。石油化工技术与经济第24卷第6期●2.Technology & Economics in Petrochemicals2008年12月下降到43. 75% ,能耗由684kg(标油)/t上升到758kg(标油)/t。表2乙烯 能耗、双烯收率情况kg(标油)/2005年2006年2007年装置名称能耗双烯收率,% .双烯收率,%A装置83345.4985145.1784044.74B装置.65645.2067944.9373943.53合计45.2370944.9875843.751. 2应对措施尾油的裂解性能。应对措施主要是充分发掘炼化一体优势,整1.2.2依靠技术进步提高技术经济指标合内部资源,优化操作,加强管理,扼止双烯收率(1)利用大修机会,把B装置老区7台能耗偏等主要技经指标进一步下滑。高的SRT-I裂解炉淘汰,改造为技术先进的GK1.2.1优化乙烯原料结构和品质-6型裂解炉,并最终使蒸汽过热炉停役;项目投(1)优化原料结构产以来已节约15kt标油,有效降低了装置能耗。.在做好物料平衡的基础上,尽可能减少(2)对A装置进行节能改造,增设了急冷水AGO,增大液化气(LPG)占乙烯原料比例,以提高换热系统;项目投产后,装置能耗下降了4个百分双烯收率。以B装置为例,原料结构优化后,点。ACO比例由9.71%下降到5.43%,与此相对应,(3)利用裂解炉更换炉管机会,安装扭曲片NAP、HVGO、LPG的比例则得到提高，剔除劣质管,强化传热效果,使裂解炉运行周期比原来提高化影响,原料结构改善可挽回双烯收率0.5个百了10%~20%。分点,具体数据见表3。(4)对裂解炉和乙丙烯精馏塔系统实施APC表3原料结构优化 前后比较先进控制,通过卡边操作减少质量过剩,降低装置优化前优化后能耗2个百分点。种类数量/kt比例,%1.2.3 强化管理和优化操作加氢循环油261.92112. 08310.82614. 55(1)加强对原料品质的跟踪分析,充分利用调合化工轻油1 620.01774. 711 627. 50176.17各种软件指导生产,灵活组织生产,及时优化裂解常压中油210. 356).71116. 0125.43深度,尽可能提高双烯收率。LPG57. 439.2. 6:65. 8883. 08(2)做好两套装置漏点排查工作,尽可能减其他18.587.8516. 3320.76少排放损失。通过强化管理,B装置排放损失下2 168. 320 100. 002 136. 559100. 00降了90%,A装置排放损失下降了60%。(2)优化原料品质(3)优化水、电、蒸汽等公用工程系统。以B第一,积极挖掘适合作乙烯原料的内部资源,装置为例,由于设计和设备原因,其蒸汽管网能效如芳烃LPG、常减压轻烃、催化丙烷、轻石脑油、炼利用率较低,约有80Vh的超高压蒸汽没有做厂LPG等,通过必要的流程改造,用作乙烯原料。功,而是直接经减温减压变为高压蒸汽,开工锅炉以加氢裂化轻石脑油为例,其双烯收率要比自产超高压蒸汽发汽量更是高达250 Vh。通过主要石脑油高3个多百分点,优化至今共投用28 kt,设备消缺和蒸汽管网系统优化后，减温减压蒸汽效果十分明显。量降至20Vh,开工锅炉超高压蒸汽发汽量降到第二,做好窄馏分原料的分储分炼工作,如将220 Vh以下,节能效果显著。加氢焦化汽油、加氢裂化轻石脑油等物料单独储中国煤化工该公司乙烯装置较存单独裂解,可找到最适宜的裂解深度,从而使双好地MHCNMH G带来的不利影响,双烯收率最大化。烯收率由优化前的44.98%提高到45.62% ,能耗第三,通过改变石脑油馏分切割点和石蜡基由680 kg(标油)/t下降到635 kg(标油)/t,装置.蜡油进中压加氢裂化等手段,保证石脑油和加氢竞争力得到有效提升。第6期(2008)张利军，乙烯装置运行优化对策2主要 操作问题及运行优化对策改投尾油。操作调整后,炉管焊缝穿漏现象不再2.1裂解炉炉管焊缝 腐蚀穿漏及对策出现。2.1.1裂解炉炉管焊缝腐蚀穿漏情况2.2急冷油分层及应对措施2003年3月起,B装置老区BA-101裂解炉2.2.1急冷油分层情况先后二次发现辐射段炉管低温段下弯头焊缝出现2004年3月起,B装置老区1"急冷区首次出腐蚀穿孔,当时考虑到该炉马上要改造,故采取了现急冷油分层现象,观察样品,发现在热态下无分返口重焊措施。但同年5月又发现BA- 105也层现象,冷却后底部出现1 cm左右的黏稠重组出现同样问题,经过拍片发现有14道焊口有质量分,导致稀释蒸汽发生器、急冷油外送管线等堵塞缺陷,仍采用返口重焊的方法修补,焊丝为日益严重,汽油分馏塔系统操作趋向恶化。当时ERNICR-3(FM-82),于6月中旬重新投入使初步判定与投中压加氢尾油有关,操作上采取了用,7月份该炉又发现焊缝穿孔泄漏,经停炉检减少尾油投料比例和降低尾油炉炉出口温度的应查,发现上次返修焊口80%都被腐蚀穿孔。此时急措施,但急冷油分层问题仍时好时坏，没有得到BA-110、104也发现了类似损坏，部位也是辐射彻底解决。直到9月份停止裂解所有加氢尾油段炉管低温段下弯头,拍片检查焊缝全部不合格，后,急冷油品质才得到恢复,分层现象得以消失。现场切割也证实了腐蚀的发生。而上述炉子当时第二次分层出现在2006年6、7月间,6月22所投原料均为加氢裂化尾油,故当时初步判断焊日发现老区1"急冷区急冷油出现轻微分层现象。缝腐蚀可能与尾油有关,期间对此腐蚀现象作了急冷系统工艺参数也有较大变化,主要有汽油分分析研究,认为是炉管在低温焊缝处发生了热化馏塔釜压降低、釜温偏低、汽油减少等。发生急冷学腐蚀,原料中的Ni与S发生反应形成NizSz共油分层初期,老区对应工况为3台NAP炉和2台晶体,该共晶体融点仅为645 C ,恰好与穿孔部分HVG0炉。受物料平衡影响,初期尾油无法减少的温度相符,融化物被高速裂解气体不断冲走,最使用,故当时对策是将3"炉由NAP改投AGO,同后发生焊缝穿漏(见图1)。然而,遗憾的是从加时将HVGO炉出口温度(COT)由800C降至氢尾油结果看,仅唯一一次有微量Ni存在。从加795C。经过一一个阶段调整,急冷油分层恶化趋氢裂化的工艺特点看,加氢尾油也不应该带金属势得到抑制,但无明显好转。7月17日尾油炉减元素,生成NijSz的证据不足,故上述解释仍存在为1台,COT降至790C,观察急冷油样品仍有明争议。显分层,8月15日老区停止投尾油,工况改为4台NAP和2台ACO,17日急冷油分层现象消失，分析数据趋于正常。2.2.2 原因分析经过委托有关科研单位对急冷油分层现象做研究和急冷油4组分分析结果比对,认为急冷油中芳烃、饱和烃比例失调导致分层。在正常的急冷油组成中,一.般芳烃含量达40% ~ 70%，饱和烃含量低于20%。因芳烃本身是- -种有机溶剂，能有效溶解,故当芳烃含量过低时,急冷油中的胶质和沥青质组分因不能完全被溶解而析出,导致重组分分层,详见表4。图1 裂解炉炉管焊缝腐蚀穿漏部位2.1.2避免裂解炉辐射段炉 管焊缝穿漏的对策中国煤化典型数据胶质+沥青质尽管导致裂解炉辐射段炉管焊缝穿漏的机理0HCNMHG尚未最终确定,但可以肯定的是与投加氢尾油有E常1U28. 90分层工况5. 2062.1512.60关。故操作上采取的对策是裂解炉投加氢尾油之前先投石脑油,待其运行一周,炉管充分钝化后再造成急冷油中4组分比例失调的主要原因与石油化工技术与经济第24卷第6期Technology & Economics in Petrochemicals2008年12月所投尾油品质有关。高压加氢尾油开环较彻底,避免急冷油中的大分子不饱和烃和稠环芳烃自链烷烃含量一-般在50%以上,环烷烃在40%以聚,阻止沥青质形成,也可防止较轻饱和烃组分进下，而中压加氢尾油开环却相对不彻底。在加工人急冷油中。又如控制好柴油侧线采出量,由于大庆原油等石蜡基原油时,裂解性能尚可,但加工裂解柴油中单环芳烃含量较高,对调节急冷油品中间基、环烷基原油时,其HVGO中的环烷烃含质有较好作用。量高达60%以上,且接近- -半是三环以上环烷.2.3 碱洗塔操作波动烃,多环烃类只有在临氢状态下才有可能开环裂2.3.1碱洗塔操作波 动情况化,在自由基反应机理的热裂解状态下,一般不会2006年9月4日，上午,A装置碱洗塔碱浓度反应，只能随重组分带人急冷油，使得急冷油中饱突然下降,经分析,碱浓度为5.74%,稀碱段为和烃含量增加。故控制尾油品质和尾油投油比例0.52%。当时认为是由原料变化引起,故马上把.是避免急冷油出现分层现象的关键。浓度注碱量提高,同时对原料进行切罐作业。至2.2.3应对措施中午12:00,碱洗塔浓、稀二段碱浓度分析数据均降应对急冷油分层的主要措施有改善加氢尾油至零,碱洗前裂解气中CO2含量达441 mg/L(正常品质,合理控制尾油裂解方式，适当引人调质油,为50 mg/L),乙烯产品中CO2大于1 000 mg/L,同优化急冷系统操作等。时甲烷化、碳二、碳三等反应器均出现不同程度温(1)改善尾油品质度升高现象,而此时碱泵冲程已调整至100%,碱在原油采购重质化、、劣质化前提下,想要通过流量已超出满量程700 kg/h。在全开3台碱泵并加工石蜡基原油来改善加氢尾油品质是行不通打开流量计旁路后,碱浓度才缓慢上升,至第二天的。要彻底解决中压加氢裂化装置加工中间基原0:00,稀碱段浓度回升至0.9%,18:00乙烯中料时因催化剂临氢开环能力不足而导致尾油中多CO2指标合格。期间对AGO原料罐分析,结果为环环烷烃含量过高的问题,必须对现有中压加氢酸度14.4 mg/(100 mL)、硫分0.024% ,酸度明显裂化催化剂进行升级换代,目前在做此项工作。偏高。除此之外,通过对中压加氢裂化装置的操作调优，事后,经排查分析,发现AGO原料切罐时,有也能在--定程度上改善HVGO品质,如多环烷烃一台裂解炉恰好烧焦结束正在投料,由于炉管壁大多集中在柴油馏分中,分馏塔侧线抽出柴油,既未钝化,因而产生了大量的CO2 ,碱洗塔不能完全可减少柴油与尾油的馏分重叠度,又可降低尾油吸收CO2 ,最终使乙烯产品中CO2超标。中的多环烷烃含量;又如采取优化加氢裂化原料，2.3.2应对措施中压加氢裂化装置原料加工减一、减二等“精饲(1)做好对加工原油的跟踪分析工作,及时料”，安排较重的减三、焦蜡等进高压加氢裂化装调节好原油配比,尽量降低AGO酸值,适当提高置加工,能在一定程度上改善尾油质量。硫含量。(2 )优化尾油裂解方式(2)在原料切罐时,尽量避开炉子切换,避免根据经验,B装置老区1*区投尾油炉台数不两种因素同时发生,加剧裂解气中CO2浓度波宜超过2台,2"区不宜超过1台,同时考虑中、高动。压尾油混炼,当尾油占原料比例偏高时,可考虑1(3)裂解炉投料前，先对炉管进行2~4 h预~2台AGO炉。另外,尾油炉的裂解深度不宜过硫化。投料时,预先增加新鲜碱用量,同时在投料深。后2h采样分析,并及时调整。(3)适当引人调质油可适当引入一些富含芳烃的组分,如裂解碳3结论十、常压柴油、芳烃碳十等,必要时补人急冷油中,中国煤化工效应对措施,消化直接调合4组分比例。.了原MYHCN MH C后,装置能耗进一(4)优化急冷系统操作步下降,双烯收率进-一步提高,生产设备故障持续在急冷油分层过程中,有些操作对缓解分层减少,装置安稳运行得到保障,装置综合竞争力得现象有一定作用,如控制好汽油分馏塔釜温,既可(下转第22页)石油化工技术与经济第24卷第6期●22●Technology & Economics in Petrochemicals2008年12月3结束语售,降低资源和产品在不同领域的运输成本,使公中国石油总部先进计划系统利用成熟的技术司整体经济效益最大。和软件,设计了总部计划优化模型,以满足生产计参考文献划业务优化的需求。利用总部计划优化模型,总1王华，多炼厂计划优化模型的应用设计[J]. 化工进展,部可以根据油田、港口、炼厂位置、炼厂加工能力、2007 ,26(1):134 ~ 137产品销售市场等客观条件,综合考虑运输费用等郭锦标,杨明诗.化工生产计划与调度的优化[M].北京:化因素,通过计划调度合理分配原油资源、产品销学工业出版社,2006Study on Application of Multi - plant ProductionPlanning Optimization ModelLu W encheng, Wang Zhe ,Chai Xianfeng, Wang Hua( Planning &Engineering Institute ，PetroChina, Beijing 100083)ABSTRACTThe features of a multi - plant production planning optimization model established with RPMS softwarewere introduced, and problems in the process of its establishment and application were discussed with thetarget of maximizing overall proft of the corporation. Typical examples were given to analyze the result of multi- plant model in overall planning optimization. Result showed that the optimization calculation of multi - plantmodel could allocate the resources more reasonably which could ensure the petroleum refining enterprises togain greatest overall economic profit.Keywords :multi - plant model, production planning, planning optimization, liner planning(上接第4页)到有效提升。当然，在原料进- -步劣质化的趋但有理由相信,只要经过不懈努力，随着技术手势下,一些新的问题还必然会出现,像裂解炉辐段的不断开发和认识水平的不断提高,乙烯装射段炉管焊缝穿漏的机理等问题还有待进--步置原料适应性所带来的问题,最终将会得到圆深人研究,装置运行优化将是一项长期性任务。满解决。Measures for Optimization of Ethylene Plant OperationZhang Lijun( Olefin Ditision , SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.，Ltd. 200540 )The operational problems brought by deterioration of ethylene material on plant operation applicabilitywere analyzed, including regress of economic indexes as integrated energy consumption of ethylene, yield ofdiene, corrosion and breakout of welding line in cracking fur中国煤化工on in quenching oil,operation fluctuation of alkaline tower, and so on. The causd:TYHC N M H Ganalyzed tentatively,and countermeasures were raised accordingly.Keywords : material，deterioration, ethylene plant, effect, countermeasure