乙烯装置废热回收的工艺特点分析

韩会君，洪博岩

（1.大庆石化公司生产运行处，黑龙江 大庆 163714；2.大庆石化公司化工一厂，黑龙江 大庆 163714）

乙烯装置废热回收的工艺特点分析

韩会君1，洪博岩2

（1.大庆石化公司生产运行处，黑龙江 大庆 163714；2.大庆石化公司化工一厂，黑龙江 大庆 163714）

蒸汽热裂解的乙烯装置能量输入的主要部位是裂解炉，在裂解过程中，生产目的产物的同时也会产生大量的废热。为降低乙烯装置能耗，必须尽可能地回收裂解气中的热量。文中依据某石化公司裂解车间的生产实际，针对KBR乙烯流程，分析了乙烯装置废热回收的过程及其工艺特点。

裂解；废热；裂解炉；乙烯

在采用蒸汽热裂解的乙烯装置中，裂解过程需要输入大量的热量来产生乙丙烯等目的产物，而与此同时也将产生大量的多余热量。如何高效地回收这部分热量，降低装置的能量消耗，一直是行业内努力追求的方向。当前，乙烯装置主要的能量回收部位主要集中在裂解炉和急冷系统2个部位。文中阐述了以管式炉蒸汽热裂解为生产形式的乙烯装置废热回收的主要工艺特点。

1 裂解炉废热回收办法

裂解炉主要由对流段、辐射段组成。裂解炉所消耗的燃烧热中约40%在辐射段提供反应热和升温，约51.5%在对流段被回收，约1.5%为热损失，其余为排烟损失。为了最大限度地回收裂解废热，降低裂解炉能耗，裂解炉系统主要利用废热锅炉、对流段盘管及喷油急冷器来实现各等级热量的回收。

1.1 废热锅炉

裂解炉是热量集中输入的主阵地，因其高温蒸汽热裂解的特点致使裂解气和烟气中不可避免地携带有大量的废热。为了充分回收裂解气中的高位能热能从而降低装置的能耗和物耗，从裂解炉出来的高温裂解气（860℃）在流经废热锅炉系统时，通过与双套管换热器中的超高压锅炉给水以间接冷却的方式进行快速地换热。冷却水因为快速地吸收了裂解气中的高位能废热，所以产生了温度为510±10℃，压力为9.6～11 MPa的超高压蒸汽。这些蒸汽中的绝大部分用以驱动蒸汽透平，将热能转化为机械能以降低能耗；另一部分用于后系统反应器再生，以减少外补超高压蒸汽的用量以降低物耗。通过上述过程裂解气的温度降到了420℃左右，这样就可以最大限度地阻止二次反应（致使目的产物减少的副反应）的发生，进一步提高了目的产物双烯的收率。对于不同的裂解原料或同种原料在同一运行周期内的不同阶段，裂解气释放高位能废热后被冷却的温度值也有所不同，但该温度必须高于裂解气中重组分的露点，以防止重组分冷凝后发生过度的冷凝而结焦［1］。

1.2 对流段盘管

在裂解炉的对流段，紧密而合理地排布着翅片盘管。盘管中主要流通进入反应区前的烃原料、用于降低烃分压的稀释蒸汽以及裂解炉烧焦时所用的工业风。

在回收高温废热的同时，裂解炉还利用对流段的翅片盘管将流过其中的原料与烟道中的烟气进行预热。通过这一途径，自上而下由低位能到高位能地逐级回收了烟气中携带的大量废热。同时由于良好地热回收效应，合理地降低了各段盘管的设计温度从而降低了对材质的要求减少了设备投资，进一步降低了装置的能耗和投资，提高了乙烯装置的综合效益。

1.3 喷油急冷器

从废热锅炉出来的420℃左右的高温裂解气随即进入下游的喷油急冷器中，在此，裂解气经过与急冷油进行直接换热后，使裂解气温度迅速降低至220℃左右。与此同时，急冷油中的一些组分在吸收废热的过程中发生裂解反应，生成额外的乙丙烯，使裂解气中烯烃的含量提高3%～9%，增加了目标产品的产率。同时裂解气中的废热通过直接换热被急冷油良好地回收，为能量的逐级回收奠定了重要的基础。

2 急冷系统的废热回收

在乙烯生产中作为裂解气预分馏系统的急冷系统因原料的差异分为油冷系统和水冷系统。该裂解装置中的急冷系统包含急冷油系统和急冷水系统2个子系统。从废热锅炉出来的温度为420℃左右的裂解气，经急冷器冷却至200～240℃之间后进入急冷油系统继续冷却，从而进一步回收废热。

2.1 急冷油系统

由裂解炉喷油急冷器出来的裂解气混合物进入急冷油塔，先后与急冷油回流、中油回流、汽油回流进行换热被冷却后温度降为104℃左右。急冷油吸收了裂解气的废热后利用其较低位能的热量经由稀释蒸汽发生系统与工艺水进行换热来发生稀释蒸汽，进一步回收热量，提高装置热效率；同时又降低了外补蒸汽的用量，降低了装置的能耗，进一步提高了装置的整体效益。

2.1.1 急冷油循环急冷油循环即急冷油塔釜的急冷油利用急冷油泵提供动力，一小部分直接被送至乙烷炉的喷油急冷器，其余大部分经由急冷油用户（稀释蒸汽发生器）后被送至其它裂解炉的喷油急冷器后返回急冷油塔，形成了周而复始的循环。急冷油循环的主要使命是在回收裂解气的大量低位能热能的同时发生大量的稀释蒸汽供裂解炉使用［2］。

急冷油塔的塔釜温度越高即循环急冷油的温度越高，越利于热量的回收。釜温越高，循环急冷油的能位就越高，在加热工艺水发生稀释蒸汽时，可在一定程度上降低急冷油的循环量，进而减少急冷油循环泵的能耗。同时利于增加蒸汽的发生量，进而减少外补蒸汽量，减少污水排放量和污水处理系统的负荷。而且因传热的温差变大，在一定的热负荷条件下，可降低换热设备的传热面积，减少设备的投资费用。但另一方面，釜温升高后，急冷油中的较重组分的聚合趋势会加重，由此会导致急冷油的粘度将增大。这不但增加了急冷油循环的动力消耗，而且当粘度增加到一定程度后会造成急冷器出口温度升高、稀释蒸汽发生器取热不良、蒸汽发生量降低、急冷油塔釜温进一步升高等一系列恶性循环；严重时还会造成急冷油换热器堵塞、急冷油系统循环故障等严重的后果。因此，将急冷油塔的塔釜的温度控制在合理的范围内尤为重要。一般地，对石脑油裂解装置而言，急冷油的塔釜温度可控制在195℃左右。若在急冷油塔中加入富含芳烃的调质油来调节降低急冷油的粘度，则急冷油塔的塔釜温度可以提升到200℃左右。

2.1.2 中油循环系统在急冷油系统中包含了中油循环系统。从塔中部用泵抽出一股165℃的中油用于裂解原料（石脑油、加氢尾油）的预热及凝液汽提塔、馏出物汽提塔的再沸器热源，释放出废热后中油被冷却至130℃返回急冷油塔。既减少了塔釜的热负荷，有助于急冷油塔釜温度高位运行，保证热量的良好回收；又降低塔顶的汽油回流的用量，减少塔顶的汽相负荷。此外，采用中油循环的方式进行中段取热，有利于塔温的合理分布和各级能量的合理利用，进一步强化了废热的回收效率。

2.1.3 粘度控制塔急冷油的粘度主要取决于其350℃以下轻质馏分的含量，急冷油中350℃以上馏分越多粘度较高，反之则粘度较低［3］。特别是急冷油中280～350℃馏分本身就是粘度较低的调质馏分，设法使急冷油中保持较多350℃以下轻质馏分并使其在运转过程中始终占有一定比例，则循环急冷油的粘度也就可以稳定在较低的水平而维持较高汽油分馏塔塔釜温度。

从急冷油中连续地抽出一股物料送入重质燃料油汽提塔，利用气相裂解炉的裂解气（或高压蒸汽）汽提出高沸点低粘度的轻组分返回到急冷油塔中进行调和，剩余的重组分与轻质燃料油混合后作为燃料油产品送出，通过这种抽出高粘度的重组分送回低粘度的轻组分的方式来实现急冷油的减粘。利用气相裂解炉的裂解气而非高压蒸汽来作为汽提介质，不仅可以节约蒸汽用量，还能减少工艺水的排污量，进一步降低了能耗［4］。

2.2 急冷水系统

裂解气从急冷油塔顶出来后随即被送入到急冷水塔被继续冷却，稀释蒸汽和绝大部分的裂解汽油都被冷却下来，在急冷水塔的塔釜形成油水混合物后再进行分离。

合理地设定急冷水塔釜温度，是有效利用急冷水热量以进一步回收热能的重要途径。急冷水塔釜温通常是根据所需急冷水用户的要求设定的，釜温如果过低，则直接影响装置的废热利用率，降低了热能的回收率；釜温如果过高，则容易诱发急冷水发生乳化，影响装置的平稳高效生产。因此综合整个乙烯装置的能量合理利用，釜温在80～85℃为宜。裂解车间的急冷水塔采用两段填料2股急冷水回流（一股为38℃，另一股为54℃）维持釜温为83℃。

相较于传统的流程，裂解车间的急冷水的用户除了丙烯塔再沸器外，还有高压脱丙烷塔再沸器、脱乙烷塔再沸器、石脑油、加氢尾油预热器等，能量利用率可提高到由先前的40%左右提高到60%～70%。此外，该装置的E2单元通过改造裂解炉的空气预热器系统增加的急冷水的废热回收用户，在降低炉区能耗的同时又更近一步地增加了热能的有效回收［5］。

由于裂解气中含有H2S、CO等酸性气体，为了防止急冷水系统设备腐蚀，在系统中注入了一定浓度的NaOH等碱性药剂，以维持急冷水的pH值为8～9。这就从根本上降低了设备的腐蚀，延长了设备的使用寿命，间接地保证了装置热量回收的良好运行。

3 结束语

结合乙烯装置的生产实际，从裂解炉、急冷系统2个主要的废热回收系统分析了乙烯装置中废热回收的工艺特点。通过超高压锅炉给水、被预热的原料、急冷油、中油、急冷水等不同温度的循环物流，在对裂解气进行逐步冷却的同时逐级地将裂解气及烟气中的不同能位的热量进行逐级回收并加以合理的利用，有效地降低了装置的能耗。

［1］陈滨.乙烯工艺学［M］.北京:化学工业出版社，1997:21-25.

［2］黄殿利.大庆乙烯装置新区急冷油系统减粘技术的应用［J］.乙烯工业，2003，15（3）:51-54.

［3］盛在行.乙烯装置节能技术进展［J］.乙烯工业，2010，22（4）:59-64.

［4］金力强.苯乙烯装置节能技术研究［D］.青岛:青岛科技大学，2006.

［5］刘岭梅.优化带废热回收系统EDC裂解炉节能操作工艺［J］.节能，2000（10）:30-31.

Analysis of process characteristic of ethylene plant waste heat recovery

Han Huijun1，Hong Boyan2
（1.Production Operation Department of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China；2.No.1 Chemical Plant of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

The main part of ethylene plant energy input for steam pyrolysis is the cracking furnace.Large amount of waste heat can be produce during the production of the target product.In order to reduce the ethylene plant energy consumption,the heat in cracked gas must be recovered as far as possible.Based on the actual production of the cracking plant of a petrochemical company and aiming at KBR ethylene production process,this paper analyzed the process of the ethylene plant waste heat recovery and its technological characteristics.

cracking;waste heat;cracking furnace;ethylene

TQ221.211

：B

：1671-4962（2017）03-0020-03

2017-04-17

韩会君，男，工程师，2003年毕业于大庆石油学院化学工程与工艺专业，现从事化工生产运行管理工作。