苯乙烯装置蒸汽过热炉节能减排技术研究及应用

文_林亚祥 中海石油宁波大榭石化有限公司

苯乙烯主要用作合成树脂、离子交换树脂及合成橡胶等的重要单体，也可用于制药、染料、农药以及选矿等行业，应用十分广泛。目前，国内苯乙烯主要是采用乙苯绝热脱氢技术生产，其产品成本除原料价格影响之外，能耗占比较大。为此，节能技术的开发利用可提高产品的竞争力，为企业创造更大效益。

1 技术改造内容

1.1 苯乙烯蒸汽过热炉本体改造

苯乙烯蒸汽过热炉是采用“A”“B”室双辐射炉膛共用一个对流段的立式方箱炉，是为乙苯脱氢反应器提供热源的关键设备，炉管位于炉膛中央，炉管两侧布置多种燃料混烧的联合燃烧器，燃烧器共有24台套。其改造分为两部分。

1.1 更换燃烧器

将24台套燃烧器全部更换为低氮燃烧器，降低氮氧化物排放。采用了行业领先的燃料分级燃烧及烟气内循环的原理，通过分级燃烧的形式降低火焰中心温度，使得热力型NOx大幅降低，同时通过喷嘴高速射流在炉膛内形成烟气内循环，把靠近炉膛外壁的温度较低的烟气引到燃烧区，使得火焰燃烧区的温度和氧含量浓度进一步降低，从而NOx值可以进一步降低。燃烧器及低氮燃烧技术见图1。

图1 燃烧器及低氮燃烧技术示意图

NOx形成机理为快速或直接转化型、燃料转化型、热力型或热转化型。在火焰高温区空气中的N2和O2在高温条件下反应生成，分子式为：

热力学NOx的生成量和燃烧温度关系很大，在温度足够高时，热力NOx的生成量可占到NOx总量的90%，随着反应温度的升高，其反应速率按指数规律增加。

当温度＜1300℃时，NOx的生产量不大，当温度＞1300℃时，每增加100℃，NOx反应速率增大6～7倍。

1.2 增加对流段翅片换热管

对蒸汽过热炉对流段进行改造，利用底部翅片管空间，增加40根15m长，直径141mm的翅片管及弯头箱，增加换热面积，有效利用烟气余热，降低排烟温度。

1.3 新增凝液热交换器

在工艺水汽提塔进料管线上增加一台换热器E317，优化装置低低压凝液余热利用。利用装置自产的低低压凝液对进塔工艺水进行加热，减少原进料预热器SP3024的0.25MPa蒸汽耗量，换热后的蒸汽凝液温度由109℃左右降低至80℃，送至苯乙烯蒸汽过热炉对流段进行取热，进一步降低排烟温度。

2 技术应用效果

装置利用2021年4月大检修期间实施技术改造，该项目于5月正式投用，经过运行优化，取得了理想效果。

2.1 蒸汽过热炉热效率

苯乙烯蒸汽过热炉烟气排放温度降低，热效率提高，项目实施前后蒸汽过热炉热效率变化详见图2。

图2 改造前后苯乙烯蒸汽过热炉热效率

改造前，加热炉排烟温度在160℃左右，通过增加凝液热交换后，低低压凝液进蒸汽过热炉对流段前温度由109℃降低至80℃，同时对流段翅片管的增加，加大了凝液与烟气换热的面积，使排烟温度降低至105℃左右，热效率由91.4%提高至目前93.5%，效率提升明显。

2.2 蒸汽过热炉烟气氮氧化物含量

烟气排放中氮氧化物含量明显降低，详见表1。

表1 蒸汽过热炉烟气检测数据汇总表

改造前， 苯乙烯蒸汽过热炉烟气排放中氮氧化物含量在95～105mg/m3之间，有时超过了地方排放标准。项目实施后，不同负荷下烟气中氮氧化物含量均控制在65mg/m3以下，大大低于国家排放标准。

2.3 汽提塔预热蒸汽消耗

未增加凝液热交换器E317之前，工艺水温度为50℃，需要经过0.25MPa蒸汽加热至71℃后再进入汽提塔。增加E317回收低低压凝液余热后，该项目于2021年5月15日正式投用，通过逐步关闭E317三通阀旁路，将凝液全部并入热交换器进行换热，最大限度回收凝液余热，工艺水加热后温度由50℃提高至65℃，经过热量衡算，可节约汽提塔进料0.25MPa预热蒸汽2.65t/h，详见表2。

表2 改造前后汽提塔进料和预热蒸汽消耗

3 结语

①通过节能减排技术的研究及应用，加热炉热效率由91.4%提高至93.5%，节约了0.25MPa蒸汽2.65t/h，有效降低了装置的能耗和碳排放量，达到了节能降碳目的。

②加热炉烟气排放中氮氧化物含量降低30%以上，达65mg/m3以下，完全满足国家最严地方标准小于100mg/m3排放要求。

③该技术在炼油化工装置上有很大的推广价值，对加热炉实施技术改造提供了借鉴思路。