绿色环保经济低排放策略在化工装置停开车中的实践

张兴龙

（中国石油化工股份有限公司广州分公司，广东广州510726）

1 概述

2015年在某石化企业化工区装置实施大修减排增效方案中，曾首次采用低排放措施，对物料进行回收，实现了低排放、安全环保达标。本次大修充分发挥炼化一体化优势，打破了以往停车过程中裂解炉停止进料后，裂解气压缩机随即停机，压缩、分离等各系统各自隔离，各自倒空排放，造成物料大量排放至火炬的传统模式。从现场实际情况出发，制定了将化工区物料送往炼油区瓦斯系统作为燃料为主的减排、低排措施。通过采取将含有化学清洗水的污水临时存入石脑油罐；停车过程中产生的污油通过异构二甲苯装车设施进行装车转运到炼油区进行回炼；将急冷油塔和急冷水塔与裂解气压缩机连起来作为裂解气压缩机一段吸入缓冲，使裂解气压缩机尽可能长时间运行，多回收物料；分别在前冷系统和碳二系统、丙烯压缩机的缓冲罐和丙烯精馏塔釜增设回收设施，将系统内的物料尽量多回收到炼油瓦斯系统。制定了塔罐蒸煮排放至火炬系统，温度高限100℃等措施，最大限度回收气、液相物料，有效控制火炬排放量。在聚乙烯和聚丙烯一装置分别增设气相物料回收设施，对装置倒空的气相物料进行回收，送到炼油区瓦斯系统[1]。本次停车过程共回收气相物料（送到炼油瓦斯系统）550吨，其中裂解装置537吨、聚乙烯装置1吨、聚丙烯一装置12吨。回收液相丙烯100吨，其中裂解装置84吨、聚丙烯一装置16吨。开工过程回收物料256吨。

化工装置低排放物料回收重点是在乙烯装置，对停工倒空阶段和开工过程各个系统实物料置换和系统开车调整过程排放的物料进行回收，所以主要围绕裂解装置的低排放进行阐述。

2 增设物料回收设施

某石化企业只有1套乙烯装置，将回收的物料只能送到炼油区作为瓦斯气。因此，裂解装置需增设4个回收系统，分别是冷物料回收系统、热物料回收系统、高压甲烷回收系统和液相丙烯回收系统。在界区根据物料压力不同，分为高、低压2个等级，分别利用干气制乙苯装置侧线烷基化尾气和富丙烯干气输送到炼油区2条管线，输送到炼油区高、低压瓦斯系统，作为炼油区的燃料[2]。见图1。

2.1 冷物料回收系统

冷物料回收系统主要用于回收分离工序碳四以上的轻组分，由于该物料主要来自冷分离系统，故回收物料温度较低，且经过节流和汽化会进一步使温度降低，无法直接排放到瓦斯管网，需增加回收罐，并配置汽化器和加热器，保证排放温度不低于40℃。

介质主要是甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、碳四。从各个排放点收集到总管，经回收罐分别接到高低压瓦斯线。回收罐底部较重组分经汽化器汽化后返回罐内，与气体物料一起排放到加热器经加热后送到炼油区瓦斯系统。

2.2 热物料回收系统

热物料回收来源于裂解气压缩机出口的裂解气，该物料的温度大于35℃，能够直接排放到瓦斯系统。

操作介质为裂解气，操作压力3.5 MPa（最高），温度15℃。裂解气自压缩机出口经调节阀PV1319B后分别排放到高、低压瓦斯系统。

2.3 高压甲烷回收系统

物料来源于脱甲烷塔顶的甲烷氢组分，由于该物料的压力只有0.4 MPa，不能直接送到炼油区高压瓦斯系统（≥0.5 MPa），故只能送到炼油区低压瓦斯系统。

介质是甲烷氢，操作压力0.4 MPa，温度20℃。甲烷氢自燃料气分离罐排放到炼油区低压瓦斯系统。

2.4 液相丙烯回收系统

该系统主要回收丙烯制冷压缩机和丙烯精馏塔的液相丙烯，增设管线，将丙烯制冷压缩机回收罐和丙烯精馏塔釜进行连接，然后用高压氮气将丙烯制冷压缩机回收罐内的丙烯送到丙烯不合格罐。

介质丙烯，压力0.14 MPa，温度是-10℃。

3 物料回收方案实施

3.1 停工阶段

3.1.1 确保停工阶段裂解气压缩机长时间运行

为了多回收物料，在停工阶段确保裂解气压缩机长时间运行是关键，而随着裂解炉的不断退油，超高压蒸汽会逐渐减少，故需预测裂解气压缩机最低负荷运行时需要的超高压蒸汽量。

估算条件：裂解气主要为甲烷，少量氢气，更少量氮气、碳二、碳三，微量碳四；燃料气分离罐返回裂解气压缩机一段中间罐的循环量以38 t/h计，“三返一”量以9.87 t/h计，“四返四”量，以6.72 t/h计，一段吸入压力为0.05 MPa，温度35℃。透平等焓效率取0.7，机械效率取0.97，见表1和图2。

由表1和图2看出，当裂解气压缩机入口压力下降到1.03 MPa时，裂解气压缩机维持运行需要33.25 t/h的EHPS，在停工时，六炉热备能够满足裂解气压缩机运行的条件。

表1 不同出口压力下透平需要蒸汽量

3.1.2 确保裂解气压缩机停车时，不造成安全阀起跳

计算的条件：停车前一段吸入压力0.05 MPa，急冷最高承压0.3 MPa，急冷容积1 036.4 m3，压缩容积219.1 m3，前冷容积137.95 m3，合计容积1 393.45 m3，见表2。

表2 裂解气压缩机不同出口压力下进行停车时平衡后的压力 MPa

从表2看出，压缩机出口压力在低于1.5 MPa以下状态停车时，通过急冷系统，完全可以平衡压缩机系统的气体，不会造成安全阀起跳放火炬。

3.1.3 实际回收物料量

为了平衡回收气相物料和炼油区瓦斯系统，裂解装置停车前3天安排炼油区火炬气柜拉低到最低库容，安排动力投运3#，4#煤粉炉瓦斯系统试掺烧瓦斯。在裂解停车动力3#，4#煤粉炉期间平均掺烧量是4 760 Nm3/h，最大掺烧量为11 000 Nm3/h。裂解装置停车前1天保持5台裂解炉运行，11月29日9∶10时退出第一台炉，第四台炉运行，随后裂解炉陆续退料，12∶10时退料完毕，当压缩机出口压力低于脱甲烷塔压力2 550 kPa时，切断分离系统进料，裂解气系统独立运行，裂解气压缩机继续运行，液相通过裂解气凝液泵/汽提塔进料泵返回急冷，系统气相通过PV1319B送到炼油区瓦斯系统。16∶18时裂解气压缩机停车，PV1319B关闭。

11月30日将丙烯塔釜的液相丙烯回收到丙烯不合格罐，17∶00时开始从丙烯机系统将液相丙烯回收到压缩机回收罐，再用高压氮气压送到丙烯不合格罐。20∶40时设定流程压缩机回收罐至回收罐低压瓦斯系统。

12月1日上午，丙烯机系统回收完毕后，开始丙烯气相回收，12月2日8∶00时，气相丙烯回收结束。

3.2 开工阶段

3.2.1 减少排放措施落实

1）引天然气进行分离前冷预冷，缩短开工时间。安排苯乙烯装置提前开工，在裂解开工前，产出合格的氢气，为裂解碳二加氢提前配氢创造条件，能够减少开工过程物料的排放[3]。

2）裂解投料前的状态，第七台炉热备，EHPS产量50 t/h。急冷系统天然气充压，裂解气系统进料阀打开，急冷水塔与裂解气压缩机联通。裂解气压缩机天然气运行，若出口压力大于2.7 MPa，则压缩机联通前冷系统大循环，否则压缩机与前冷断开，压缩机自循环。

3）当高压甲烷中乙烯含量不大于6%时，切入燃料气。

4）进一步细化裂解炉投油方案，第三台炉投料后，开碳二加氢，并增加碳二返回量，碳二加氢出口碳二炔烃含量小于100 μg/g时，乙烯塔进料，乙烯塔进料时投第四台炉，乙烯合格后投第五、六台炉。

5）提前做好裂解开工过程的回收物料平衡，在1月13日10∶00时裂解投料前，炼油区1#，2#号气柜拉低至5 000 Nm3，剩余容量30 000 Nm3。打开炼油区高压瓦斯泄至中压瓦斯管网的调节阀副线，确保流通量，适当提高压力控制在0.54 MPa，确保动力瓦斯掺烧瓦斯量稳定达到10 t/h。完善动力瓦斯分液罐的排液流程，确保动力掺烧瓦斯的运行安全。瓦斯消耗分配：动力锅炉烧10 t/h，顶天然气8 t/h，顶液化气2 t/h，共消耗20 t/h。

3.2.2 开工效果

1月12日18∶00时脱甲烷塔进天然气充压，置换系统内氮气，20∶00时开始投用脱甲烷塔第一、二、三预冷器丙烯冷剂，23∶15时脱甲烷塔第一进料罐顶部温度正常，投用脱甲烷塔第四预冷器乙烯冷剂，预冷天然气投用10%再沸量，天然气用量平均是2 t/h，13日9∶00时天然气用量提高到8 t/h，预冷速度明显加快，9∶15时投用脱甲烷塔第六预冷器，10∶00时停止引入天然气，11∶00时脱甲烷塔顶温度降至-74℃，投用脱甲烷塔冷凝器。采用天然气预冷前冷的调整时间比以往开车缩短6小时。1月12日碳二加氢引入苯乙烯产出的合格氢气，系统升温，13日裂解装置三台炉投油，碳二加氢开始配氢，缩短乙烯合格时间，并减少物料排放。1月13日11∶00时第一台炉A炉投料，17∶30时高压甲烷中乙烯含量不大于6%时，切入燃料气，1月13日22∶15时乙烯合格，取得了11小时乙烯合格的新记录，同时在开工过程首次尝试将以前开工中放空的物料进行最大限度回收。

4 存在问题及待完善的措施

4.1 存在问题

1）停工过程发现调节阀PV1319B容易卡涩，造成调节偏差大，影响物料回收。

2）低压甲烷和氢气再并网之前因没有回收流程导致未能回收。

3）停工过程丙烯回收不彻底。

4）开车时天然气预冷时间不足。

4.2 待完善的设施

1）针对PV1319B存在的问题进行整改。

2）增加低压甲烷和氢气回收流程。

3）增加丙烯回收泵，彻底对丙烯进行回收。

4）开工时提高天然气进料量，并增加预冷时长，使前冷得到充分的预冷，进一步缩短开工时间。

5 结语

通过此次大修增加物料回收系统，验证了该石化企业乙烯装置低排放停开工的可行性，缩短了开工时间，有效回收物料806吨，并减少火炬排放893吨，在停开工过程中践行绿色环保经济理念，实现了火炬不冒黑烟。但实践过程仍存在系统不完善、统筹协调欠佳、开工时预冷时间较少、经验不足等问题，需进一步总结和改进。在2019年化工装置消缺停工前进行补充和完善设施，同时增加乙烯罐气相到炼油区瓦斯的流程，做到不点辅助火炬，统筹更有力，设施更完善，方案更优化，排放更有序，进一步实现绿色环保停开工。