乙烯装置低排放开工技术的应用

张 涛

（中国石油大庆石化公司化工一厂，黑龙江大庆163714）

某石化公司600 kt/a 乙烯装置（简称E3 装置）于2012年10月建成投产，采用前脱丙烷前加氢流程。装置于2013年及2015年进行过2 次大检修，2018年装置大检修为化工区全面检修，三套乙烯装置均进行停工检修，根据开工统筹E3 装置首先开工，故无法借助无排放开工线实现无排放开工［1]，E3 装置结合历次停开工经验，根据现场实际流程，通过增加碳二加氢开工充压线、高压脱丙烷塔不合格乙烯回炼线、裂解气压缩机改变五段防喘控制等优化措施缩短装置开工时间，同时研究乙烯装置天然气、氮气等低排放开工方式，首次提出裂解气压缩机氮气转实物料开工方式，加快装置开工进度，降低开工过程中火炬排放量。

1 装置概况

E3 装置采用美国SSW 公司的USC 192U 型、8M 型及寰球工程公司专利的HQF-Ⅱ型管式裂解炉技术，中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“大型乙烯装置工业化成套技术开发”开发的前脱丙烷前加氢的分离工艺技术。裂解气压缩采用五段压缩，分离系统采用双塔前脱丙烷前加氢，低压乙烯塔与乙烯制冷压缩机构成开式热泵。

2 低排放开工方案

2.1 低排放开工的总体思路

乙烯装置低排放开工的总体思路就是降低火炬排放量、缩短产品合格时间，其关键点是将开工过程的物料尽可能回收或缩短自投料到产品合格时间及减少开工过程物料投料量［2]。但受开工进度及开工初期放火炬物料性质限制，开工的物料很难实现大量回收［3]，因此缩短时间和减少物料投料量是乙烯装置低排放开工的重点优化过程。

2.2 分离系统采用倒开工方式

分离系统倒开工技术，可有效缩短开工时间。部分精馏塔引液进行全回流操作，可显著降低装置投料后的产品合格时间。首先对丙烯精馏塔进行气相充压，随后外引开工液相丙烯，投用采用低压蒸汽作为加热介质的开工再沸器。丙烯塔建立全回流运转，利用丙烯塔塔顶气相线对丙烯机进行实气置换，随后投用丙烯机开工引液线，将丙烯引至各用户调节阀前，丙烯机四段排出丙烯冷剂收集罐引液至约70%，丙烯机具备开工条件；乙烯机及乙烯塔实气置换合格后，外引开工液相乙烯至乙烯缓冲罐，并投用冷回流对乙烯塔进行预冷。丙烯机无负荷运转正常后，乙烯机开工，乙烯塔建立全回流运转，保证2机组在最低转速以上运转正常，可显著缩短前冷进料后的产品合格时间［4]。

2.3 裂解气压缩机氮气运转

裂解气压缩机开工前，急冷及裂解气压缩机系统可采用裂解气、天然气或氮气充压至0.3 MPa，若有多套并行乙烯装置可引入正常运转装置裂解气充压开工，由于本次开工E3装置优先开工，故无法借用另两套装置裂解气进行实气充压；若采用裂解炉投料后对急冷及裂解气压缩机系统充压，在压缩机启机前大量裂解气在急冷水塔顶进行放火炬，不仅浪费物料而且易导致环境污染；当界外天然气供应充足时可采用天然气开工。但由于大庆石化天然气供应紧张，且天然气中CO2含量高达3.64%，易击穿碱洗塔造成前冷冻堵；E3 装置裂解气压缩机在设计时有氮气工况，在2018年停工过程中为提高物料回收、减少放火炬损失及加快停工进度已进行氮气停工，为氮气开工积累了宝贵经验，综合考虑决定采用氮气作为开工介质。

2.4 置换介质综合利用

乙烯装置开工前，工艺系统内充满了氮气，根据各单元工艺特点，通常需用裂解气、甲烷、乙烯、丙烯等进行置换，各单元置换气直接排放至火炬，造成物料大量损失及火炬冒黑烟现象。为此根据工艺流程特点，利用置换介质复用开工技术［5]，针对开工置换过程中氮气用量受限问题，为保证置换进度，将后分离系统中丙烯塔、前冷等置换用氮气排放至火炬管网，将火炬界区大阀关闭，为防止设备超压，此时重点监控火炬管网压力不高于设计值0.35 MPa，当火炬管网压力为0.3 MPa时，打开急冷水塔顶放火炬调节阀，将火炬系统接收的置换氮气反引至急冷系统，大大缩短装置氮气置换合格时间及氮气用量，将丙烯塔系统的实气置换气体引入丙烯机系统，将乙烯机系统的实气置换气体引入脱乙烷塔系统，将丙烯机、前冷系统的实气置换气体引入裂解气压缩机系统及急冷系统，充分利用置换介质，减少火炬排放量。

3 开工过程中低排放措施

3.1 利用大修实施低排放技改

3.1.1 碳二加氢充压线改造碳二加氢开工进度决定前冷进料及乙烯产品合格进度，而采用裂解气充压易导致床层飞温，根据装置流程特点在气相乙烯外送线上增加1条碳二加氢充压线，配至反应器一段入口，通过投用气相乙烯外送事故加热器，对反应器进行充压，由于床层内无氢气，床层不会升温，当高压塔塔顶丁二烯摩尔分数小于200×10-6时，碳二加氢可以进行投用，且根据催化剂厂家建议逐步提高各段反应器入口温度，尽快使反应器出口乙炔合格，缩短乙烯产品合格时间。

3.1.2 高压脱丙烷塔增加不合格乙烯回炼线在装置开工过程中，由于碳二加氢反应器出口合格需要一定时间，而为降低火炬排放量，可将未加氢合格裂解气引至前冷系统，此时将导致乙烯中炔烃含量超标，而乙烯塔不合格乙烯回炼线仅能回炼乙烷超标的炔烃，针对此情况，在高压脱丙烷塔增加不合格乙烯回炼线，将回炼线配至高压脱丙烷塔回流调节阀后，此部分不合格乙烯可经过碳二加氢反应器将乙炔加氢脱除，此回炼线投用不仅可以进行不合格乙烯回炼，而且有利于高压脱丙烷塔塔顶降温，缩短塔顶碳四合格时间，加快碳二加氢反应器投用进度，缩短装置开工时间。

3.1.3 脱甲烷塔塔釜增加去脱乙烷进料线开工初期，由于预切割塔塔顶冷剂能力不足，导致脱甲烷塔塔釜带有部分碳三组份，若直接进入乙烯塔，则在塔釜积聚，不仅造成丙烯损失，而且重组分过多易导致乙烯塔塔釜再沸器加热能力不足，影响精馏塔的正常操作，为此，在脱甲烷塔塔釜增加一条外送线，连接至脱乙烷塔进料线，可将开工初期塔釜物料送至脱乙烷塔，当预切割塔运行正常，脱甲烷塔灵敏板温度在正常范围内时再将塔釜物料送至乙烯塔。

3.2 裂解气压缩机改变五段防喘控制

裂解气压缩机五段防喘振控制是用1 个控制器控制2个分程调节的流量调节阀实现防喘控制。热返回线UV-330001D 最大流通量为压缩机五段设计容量的25%，冷返回线UV-330001C 最大流通量为压缩机五段设计容量的75%，采用喘振PID、喘振超驰、ITCC 或DCS 手动输入3 个值进行高选后分程控制五段防喘阀，同时高选后的输出值与手动限位值进行低选，控制五段防喘阀的开度。

分程控制器默认输出值100%，此时C阀全开，D 阀全部关闭，若利用分程控制器进行防喘阀控制，则随着ITCC手动输入值逐渐关小，冷返回线逐步关闭，热返回线逐步打开。此时不利于高压脱丙烷塔的降温，同时由于冷返回线逐步关闭，五段排出去碳二加氢系统的裂解气流量降低，将不满足反应器的最低流量要求，此时若投用反应器则由于空速过低，易导致床层飞温。

为此采用手动限位，单独投用冷返回线进行流量调节。通过查找UV-330001C 阀门特性曲线得出，在防喘阀大于63%时可满足碳二加氢反应器在开工时对于反应总气相空速的要求。若裂解炉进行投料后，由于机组进气量增加则防喘阀还可继续关闭，裂解气压缩机五段防喘控制改变后，不仅利于高压塔降温，减少裂解气五段排出放火炬，而且可使碳二加氢反应器提前具备投用条件。

4 开工过程及存在问题

4.1 开工过程

2018年8月31 日，在裂解气压缩机启机前用氮气将急冷系统、裂解气压缩机系统充至0.3 MPa，8:58启动丙烯机，11:18启动乙烯机，待两冰机运转稳定后，16:18 启动裂解气压缩机，随后裂解炉投料，用裂解气逐步置换系统内氮气，当碳四轻烃炉及循环乙丙烷炉分别投用1台后，装置总投料量在70 t/h，高压塔塔顶温度低于-20 ℃，碳二加氢反应器升温，前冷开始进料，随着裂解炉投料台数增加，将尾气逐步并入燃料气系统，至9月2 日装置总负荷提至184 t/h，20:00全部产品合格。

4.2 开工过程中存在的问题

（1）急冷油系统引油时间晚于统筹时间，倒加热时间不足，急冷油塔升温过程中出现机泵抽空。

原因分析：倒加热时间不足，急冷油系统未充分预热；裂解炉蒸汽切入系统后可能存在部分冷凝；裂解炉投料后由于油水不平衡造成汽油带水；外引焦油为装置停工时急冷系统排放的轻、重燃料油可能带微量水。

解决措施：优化急冷油倒加热时间，急冷油倒加热时间为10～12 h，主稀释蒸汽发生器倒加热蒸汽每0.5 h 开大两扣，直至全开。急冷油塔釜温尽量提至140 ℃以上再将裂解炉切入急冷系统。倒加热过程中，EH-3234B-E 工艺水侧不投用，避免急冷油循环过程中取热降低急冷油温度。定期监控外引焦油和裂解汽油品质，防止物料带水。

（2）高压脱丙烷塔频繁超压，火炬排量增加。

原因分析：由于本次采用氮气转实物料开工，造成后系统内不凝气含量高，同时由于前冷进料受高压脱丙烷塔降温速度过慢限制，导致大量裂解气无法及时进入前冷系统，导致系统内不凝气含量积累，高压脱丙烷塔频繁超压，被迫放火炬。

解决措施：开工前提前引少量液相乙烯，在高压塔进料后，投用不合格乙烯回炼，可使高压塔顶温迅速下降，尽快使高压塔顶物料合格，使碳二加氢具备投用条件并往前冷进料，前冷系统进料后，系统内不凝气在尾气调节阀PV340141 及粗氢压力调节阀PV340142 处放火炬，尽快将尾气并入燃料气系统，既有利于前冷系统降温，又可实现在物料损失最小的情况下将系统内氮气置换合格。

5 结束语

通过置换介质综合利用、分离系统采用倒开工、裂解气压缩机氮气转实物料运转等低排放开工方案实施，以及开工过程中碳二加氢充压线、高压脱丙烷塔不合格乙烯回炼线及低压脱丙烷塔再沸器加热介质改造等低排放技改项目的应用。E3装置在2018年大检修开工过程排放火炬155 t，较2013年的开工排放量343 t，减少55%，乙烯合格时间为28.4 h，较2013年提前20.6 h，通过低排放技术的研究及应用，有效降低火炬排放量、缩短开工时间，实现低排放开工的目标。