裂解炉轻重质原料投料操作要点

廖本刚

摘要：为了防止乙烯装置裂解炉投料过程中造成炉管结焦，影响裂解炉装置生产运行周期，本文主要分析了裂解炉轻重质原料在投料过程中的操作要点，以避免引起生产大幅波动，提高乙烯装置生产效益。

关键字：裂解；原料；投料；比重

1 裂解炉投料前操作要点分析

裂解炉在投料之前，原料管线中可能会含有裂解炉下线时原料扫线用蒸汽冷却后的残余凝液；当投料炉处于端头位置时，原料在端头位置长时间滞留可能会累积较多的杂质；为了防止投料时原料中带水及过多杂质，造成炉管结焦，影响裂解炉运行周期，可采取在原料总管低点导淋处，接胶带排放，将管线中残留的凝液，杂质排净，确保原料品质。

投料前，为了减缓投料初期由于原料流量低，流速低炉管内的结焦，将各DS流量提高到热备流量的110-115%，投完料，再根据稀释比，调整DS的流量。

投料前，原料管线应先冲压至调节阀前；原料冲压前，主操打开原料各路电磁阀，电磁阀全开后，室外打通原料流程，留一道进料总阀。冲压时室外缓慢地开原料总阀，将原料管线充满。此操作应注意：要先开原料电磁阀，后开手阀；因为电磁阀是全开全关模式，若开电磁阀前管线充满原料，当电磁阀一下打开的时候，原料管线中的瞬时流量忽然间增大很多，可能会造成原料车间泵压力突然下降，备泵自启。电磁阀前充满原料，打开一瞬间，对电磁阀后的调节阀造成冲击，时间长了各路调节阀可能会关不严有内漏的情况；这种冲击会加大调节阀的磨损，使内漏情况加剧；所以原料管线冲压时，操作工序和开阀冲压的速度都是应该注意的。

2 裂解炉投料时操作要点分析

原料冲压结束后，就可以开始投料了。投料时注意各路原料流量计表，阀位0%时，某路进料有流量，此路调节阀有内漏的可能，投料时，此路应该最后投料；目的，使各路进料量尽量一致，各路COT温度偏差缩小，各路结焦程度基本一致；这样操作可以防止个别炉管温度过高，结焦严重，影响裂解炉的运行周期。

投料初期，由于对流段，辐射段内炉管进料流量低，流速较慢，炉管内的结焦趋势会较明显，主操在投料总负荷30%前投料速度应加快，使物料在管线中的流速加快，减缓炉管的结焦趋势。

投料时原料是轻质原料时，原料与稀释蒸汽，清焦蒸汽在盘管内混合，经几次加热后进入辐射段时已经是过热饱和蒸汽；在投料量到总负荷40-50%时，清焦蒸汽逐渐地降为0T/H；清焦蒸汽是200度未经过热的稀释蒸汽注入到原料中，当撤清焦蒸汽时，相当于辐射段入口的原料过热蒸汽温度提高了，辐射段出口温度会出现较明显的上涨；这时随着负荷的增加，燃料气流量增加的幅度要相应减小，防止COT上涨过快，对炉管及后系统产生不利影响。

投料时原料是HTO时，由于重质原料的比重比轻质大，组分多为长碳链的大分子，不易汽化，所以在对流段预热时多出一股汽化蒸汽量，目的让HTO充分汽化，这股蒸汽称为一次注汽；将DS总量的20%在一次注汽点注入，过热后的蒸汽将HTO加热越过其泡点；烃/蒸汽混合物经过一次预热后，与另外百分之八十经过热的DS，在二次注汽点注入，使烃全部汽化预热至通过HTO的干点。HTO在横跨段时达到反应温度，在辐射段发生裂解反应。由于制造裂解炉辐射段盘管的材料和辐射盘管内表面的光洁度在裂解期间能够促使碳质的沉积，也就是结焦。原料当裂解时产生富氢气体，余下部分的不饱和度越来越大，不饱和度由芳烃产品分子的分子量增长来体现，这种芳烃能缩聚成焦，使辐射炉管和下游热回收设备结垢。通常沸点高的原料比沸点低的原料含氢少，结焦倾向性增加。投料过程中，随着裂解深度的增加，焦的初级粒子变得更丰富，随着盘管中温度的增加，芳烃及大分子烃类热稳定性更差，因而氢含量低芳烃和重化合物含量高的HTO将比石脑油更易生成焦。其他机理与环境也能形成焦；在850-1100度的裂解条件下，可以认为结焦主要通过乙炔途径而发生。乙炔可能脱氢而生碳而乙炔更可能与芳烃自由基形成饱和中间体，这种中间体在高温下，发生电离而聚结成焦炭核心，此核心进一步增长而形成焦炭。裂解乙烷要较高的裂解温度，此裂解温度下将导致乙炔分解而形成焦，尤其是在辐射段管壁上出现过热点的情况下，过热点处的温度更易满足乙炔分解生焦的温度条件，其反应机理如下；C2H2=2C+H2，以这种反应而形成焦层，通常硬且质密，相比之下，由芳烃途径形成的焦层是相对比较松软的。

当投料类型是HTO时，因为HTO的稀释比为0.8（轻质0.5），炉管内的DS含量较多并且HTO的组分重，要达到相同的COT所用FG较多，炉膛温度较高；炉管外壁温度与内壁温度，投料初期相差不大，当投料量到40-50%，FG负荷达到约40%，炉管内壁的结焦程度变大了，HTO的焦层相对LTHC，C2C3松软，这种焦层在炉管内壁随着负荷的提升逐渐变厚，炉管内外壁的温差会变大，外壁温度会明显高于内壁温度。投料负荷到40%左右开始退清焦蒸汽，一般操作是退清焦蒸汽的同时，继续提高HTO负荷，及FG负荷，当炉管内清焦蒸汽量减少，HTO负荷提高时，相当于降低了炉管内的稀释比，会加速炉管内的结焦，使炉管内壁的焦层变厚，若同时FG负荷继续提高，裂解炉辐射段炉膛的热量再通过热辐射传给炉管外壁。而由于相对松软的焦层是热的不良导体，导致热量由炉管外壁传至内壁的速度降低，致使炉管外壁温度短时间内快速上升，较高的外壁温度随后又经焦层将热量传给炉管内壁，炉管内此时在退清焦蒸汽，投HTO，由于水蒸气与油的比热容大致相同，相当于此时炉管内减少的冷量与增加的冷量大致相同；炉管外壁短时间内获得的大量热量，经过焦层的一定时间的延迟后，传给炉管内壁时，炉管内壁热量也会短时间内增大很多，体现在温度也短时间内快速上涨，介质把热量带到辐射段出口时，热量又通过焦层传递到炉管外壁，体现在COT上，也是短时间内COT快速上涨。当炉管内壁温度也快速升高时，由于HTO稀释比较大，炉管之前残余的和这次投料新生成的焦数量相对较多，这时炉管内就会发生大量的水煤气反应，产生大量的CO。CO过多易发生漏炔事故；因此在投HTO时，COT的控制是很重要的一个环节；当投料量在40%左右时是一个关键节点；40%之前炉管内清焦蒸汽未动HTO，FG按配比同时提量，炉管处于热平衡状态，COT较稳定；当投料负荷到40%左右时，炉管内开始退清焦蒸汽，实际操作中要减缓退清焦蒸汽的速度，以正常速度投HTO，（投HTO时间一般40min以内）减缓FG量增加的速度；这样操作炉管内外比较容易达到热量平衡，防止COT过快上涨。投料原料是气相乙丙烷时，由于C2C3不含硫成分，投料前做好预硫化，防止投料过程中CO大幅波动，投料时COT低控770度左右；原料中只有C2C3发生裂解反应时生成的焦是质地较硬较密实的碳焦层，这种焦层对炉管内外壁热量的传导和HTO比要理想的多，所以投料过程COT一般不会出现大的波动，COT相对好控制一些。

结束语

无论原料是气相，还是轻质，重质原料，投料过程中注意尽量维持炉管内外的热平衡，就能有效防止COT的大幅波动，同时也能平稳急冷，精馏系统的操作。

参考文献

[1]顾侃英，卢成锹.乙烯原料的裂解性能和结焦规律的研究[J].石油学报，1998（6）.

[2]王松汉.乙烯装置技術与运行[M].北京：中国石化出版社，2009.