原料多元化对乙烯装置的影响及应对措施

赵治峪，许岩峰，吕云江

（中国石化扬子石油化工有限公司烯烃厂，江苏南京 210048）

扬子乙烯装置自1987年开车以来，原设计裂解料仅有常压柴油（AGO）、减压柴油（HGO/HVGO）、直馏石脑油（NAP）3种原料，为充分发挥扬子炼化一体化优势，按照“宜油则油、宜芳则芳、宜烯则烯”的原则，经过多年的不断探索和实践，乙烯裂解原料不断轻质化、优质化、多元化，目前有来自炼油、芳烃、外购（丙烷、液化气）等多达14种裂解料，这不仅对裂解炉有一定的影响，对装置的后系统也有一定的影响。

1 原料多元化对装置运行绩效指标影响

近几年来，随着分子管理不断的深入，优质、轻质的裂解原料比例增加提升了乙烯装置绩效，特别是LPG（液化气）、吸附石脑油、高压加氢尾油等优质裂解料比例的提高，使得扬子乙烯装置的乙烯收率、高附产品收率等指标得到明显提升，而乙烯能耗、高附产品能耗等指标明显降低，具体如图1所示。

2 原料多元化对后系统影响及应对措施

随着轻质料、优质料为主的多元化的原料投入，急冷、压缩、分离等后系统匹配性的矛盾凸显，以下就其中比例较高的优质裂解料部分如液化气、吸附石脑油和高压加氢尾油等投用后对后系统的影响进行分析。

2.1 裂解液化气对装置后系统影响及应对措施

SPRYO软件模拟及实践表明，裂解LPG乙丙收率明显比裂解直馏石脑油高[2]。近几年来，扬子乙烯装置裂解LPG的比例在不断增加，最大时已达20%左右；通过裂解液化气替代部分直馏石脑油，提升了装置主要产品收率，详见表1。

通过表1可以看出，相比裂解石脑油，裂解LPG乙烯、丙烯产品收率较高，C4以上组分收率下降较大，同时裂解产物中的循环丙烷比例增加较多。

随着裂解丙烷和液化气比例的增加，原料产物与装置后系统匹配问题开始逐步显现，主要表现在急冷水系统、压缩系统和丙烯精馏系统的不匹配。

图1 扬子乙烯装置近几年绩效指标情况

表1 不同原料裂解产物收率对比

2.1.1 LPG质量对急冷单元影响及应对措施

液化气通过1号乙烯装置急冷水加热的液化气蒸发器气化、低压蒸汽过热后进入1号乙烯裂解炉裂解，LPG蒸发器的运行状况直接影响到LPG裂解炉的稳定运行。液化气蒸发压力主要受到急冷水流量、温度和蒸发器换热效率影响，具体流程见图2。

目前急冷水温度控制在88℃左右，流量控制在250 t/h左右，急冷水温度较高，使得急冷水含油量高、乳化风险较大。经对LPG蒸发器切出清理和对垢样分析表明，LPG中夹带有微量的水和较多的不饱和烃。不饱和烃逐步聚合导致换热器列管堵塞，造成换热不良，进而影响LPG炉的进料压力和投料量。对LPG品质不佳导致的结垢问题，采取的应对措施有：①增设脱水罐，定期脱水；②提高互供料质量标准，减少不饱和烃含量；③通过换热器底部排污管线定期排放污油至污油罐，提高换热器的清洁度。

图2 LPG蒸发系统流程

另外，由表1可以看出，裂解LPG与裂解石脑油相比，裂解汽油产量同比减少13.7百分点，裂解中油和乙烯焦油也减少4.9百分点。对于扬子LPG只在1#乙烯装置裂解的实际情况，在正常LPG投入量在40 t/h的情况下，裂解汽油将减少5.28 t/h，柴油和燃料油减少1.96 t/h。这种情况往往导致急冷水塔釜汽油液位不正常，现场不得不引入裂解汽油和裂解中油维持急冷单元油系统的平衡。

2.1.2 对压缩单元影响及措施

根据SPYRO软件模拟可知，每吨液化气裂解气量比每吨石脑油裂解气量多180 m3/h左右，若以正常液化气投入量40 t/h计，同等投入量情况下，裂解气量约增加7 200 m3/h，在目前裂解气压缩机能力已充分利用的前提下，若确保投入量不变，裂解气压缩机一段吸入压力将不得不逐步提高，若确保乙烯产量不变，则必须减少投入量。目前随着裂解LPG的比例增加，虽投入量逐年下降，但裂解气压缩机一段吸入压力也高达80 kPa以上，不仅影响裂解炉的操作，也影响装置乙烯收率的提升。根据SPRYO软件的模拟结果，裂解炉出口压力每增加10 kPa，乙烯丙烯收率会减少0.24%，高附加值产品收率降低0.14%。

针对一段吸入压力高的问题，采取的措施有：①控制装置投入量和裂解气量；②优化LPG的裂解比例，使裂解组成控制在合理范围内；③压缩机系统增加阻垢剂减缓压缩机效率下降；④优化压缩机透平蒸汽参数、复水器在线除垢、增设喷射泵等措施，提高压缩机透平出力；⑤择机进行透平和压缩机改造。

2.1.3 对分离单元影响及措施

根据表1裂解产物收率，丙烷循环量比直馏石脑油增加较多，在丙烯精馏塔系统未改造、液化气替代直馏石脑油投入40 t/h的情况下，会导致1号乙烯装置丙烯精馏塔（DA406）进料量及进料组成严重偏离设计值，详表2。

针对丙烯精馏塔进料严重偏离设计值的问题，采取的应对措施有：①控制液化气裂解比例和品质，尽可能使DA406塔进料量和进料浓度在操作范围内；②通过ASPEN模拟计算和实际操作优化，摸索出DA406塔的合适进料位置；③控制合适的负荷；④丙烯精馏塔系统改造。

表2 丙烯精馏塔进料情况对比

2.2 裂解吸附石脑油对后系统影响及措施

2.2.1 吸附石脑油与直馏石脑油裂解产物对比

利用吸附分离的方法将直馏石脑油中的正构烷烃抽出，作为蒸汽裂解生产乙烯的原料，而富含芳烃的抽余液，则作为重整原料。2013年，扬子芳烃120万吨/年石脑油吸附分离装置开车，将吸附石脑油引入乙烯装置作为裂解料，根据ASPEN软件模拟计算可知，在同样工况下，吸附石脑油的裂解产物中乙烯含量比直馏石脑油高，是不可多得的优质裂解料，具体裂解产物组成见表3。

表3 直馏石脑油与吸附石脑油裂解产物对比 %

由表3可知：

1）吸附石脑油的乙烯、丙烯收率明显高于直馏石脑油，其裂解优越性十分明显。

2）直馏石脑油产气率为72.2%左右，而吸附石脑油产气率为81.5%。

2.2.2 吸附石脑油对后系统影响及措施

在投入量不变的情况下，每吨吸附石脑油的裂解气量比直馏石脑油增加90 m3左右。在吸附石脑油替代直馏石脑油投入25 t/h的情况下，裂解气量将增加2 250 m3/h左右。

由表3的数据可知，吸附石脑油裂解产物中碳二组分增加10百分点以上，而甲烷收率稍有下降，这样的裂解产品结构不利于低压脱甲烷塔（DA301）和乙烯气制冷压缩机的操作，在投入不变的条件下，低压脱甲烷塔（DA301）的顶温比正常高1～3℃，高压甲烷中的乙烯损失增加0.5百分点左右。

针对裂解吸附石脑油产生的问题，采取的应对措施有：①控制装置投入量和裂解气量；②根据SPYRO软件模拟结果，结合裂解炉运行周期，在维持汽烃比不变的情况下，适当提高裂解炉COT温度1～4℃；③结合SPRYO软件模拟结果和实际情况，优化原料结构和品质，调控石脑油和吸附石脑油的比例，使吸附石脑油的正构烷烃比例控制在50%左右，使裂解组成控制在合理范围内；④优化压缩机、透平工艺参数，提升出力；⑤优化低压脱甲烷塔的操作，顶温控制≤-129℃既可；⑥择机进行透平和压缩机改造。

2.3 加氢尾油裂解对后系统影响及应对措施

根据加氢裂化装置特点和尾油组成可知，高压加氢裂化尾油是一种优质的裂解原料，随着扬子芳烃加氢裂化装置的开车，原设计的柴油逐步被尾油全部替代，但高压加氢尾油存在硫含量低，一般在20 mg/kg以内，当尾油硫含量过低时，裂解产物中的CO含量将大幅增加，导致粗氢中CO含量也相应增加，结果导致甲烷化反应温升过大。实际运行经验和研究[3]表明，粗氢中CO浓度超过1.4%时，甲烷化反应器温升将会高达100℃，极易发生甲烷化反应器飞温联锁。粗氢中CO浓度与甲烷化温升关系见图3。

另外，当CO浓度过高时，不仅存在甲烷化飞温的风险，也存在甲烷化反应不完全风险，同样也会严重威胁C2、C3加氢反应器安全，进而影响乙烯、丙烯产品质量。

图3 粗氢中CO含量与甲烷化反应器温升关系

针对高压加氢尾油中硫含量低，易造成甲烷化反应器飞温的风险，装置采取的应对措施有：①采用低温甲烷化催化剂；②在甲烷化反应器温度升高较多时，适当降低入口温度和检查碱洗循环情况等调控手段；③高压加氢裂化尾油中注硫；④适当混入部分硫含量较高的柴油；⑤控制尾油的裂解比例或暂时退料。

3 结论

原料多元化对扬子乙烯装置绩效提升有明显的帮助，但对后系统影响也不容忽视。在原料多元化运用过程中，扬子乙烯装置采取了行之有效的应对措施，不仅提升了装置绩效水平，也消除了对装置后系统的不良影响。扬子乙烯装置针对近期优质化、多元化的原料采取的主要措施有：结合ASPEN和SPYRO软件模拟，根据装置实际情况，摸索合适的原料结构和原料量；针对瓶颈，实施改造，适应原料多元化的要求；工艺运行参数实时调优，提升应对原料多元化能力。