【正文】 行過熱，不僅節(jié)省了蒸汽過熱爐的投資，同時也降低了燃料消耗。目前在以下方面已有明顯改進： 1）取消蒸汽過熱爐。 改善高溫裂解氣熱量回收 在石腦油裂解時，由裂解爐對流段和裂解氣廢熱鍋爐回收的超高壓蒸汽大致可以平衡乙烯裝置所需動力和加 熱用蒸汽。 此外，對原有的老裂解爐型，利用大修更換爐內(nèi)件進行更新改造，也可提高裂解爐的熱效率、提高乙烯收率。裂解爐的輻射段爐管增加扭曲片，可增加裂解爐輻射段的傳 熱效果，在裝置燃料氣用量沒有增加的情況下，可提高乙烯丙烯收率?？衫脽煹罋馀艧熡酂徇M行空氣預熱，近來也有裝置利用過剩低壓蒸汽、凝液和急冷水等預熱空氣，效果也很好。利用乙烯裝置廢熱預熱燃燒空氣可以減少燃料用量，減少的燃料用量大致相當于預熱空氣的熱負荷。爐頂保溫與輻射段爐管進出的間隙以及對流段爐管出入與保溫的縫隙等部位。近年來，為減少爐體熱損失，對保溫材料及保溫設(shè)計 均進行改進，爐體熱損失大約下降 25%左右。 3）減少爐體熱損失。采用新型燒嘴，可將燃燒氣燒嘴的過熱空氣系數(shù)降至 106%~108%，油燒嘴的過熱空氣系數(shù)可降至 112%~115%。因此，在保證燃料完全燃燒的前提下，降低過?？諝庀禂?shù)也是提高裂解爐熱效率的措施之一。實際燃燒所需空氣量與理論空氣量之比稱為過剩空氣系數(shù)。 2）降低過剩空氣系數(shù)。但是，由于受煙氣中酸性 氣露點的影響，為防止對流段發(fā)生腐蝕，或需提高對流段爐管材質(zhì)等級，或需對使用的燃料含硫量嚴格限制。至 20世紀 70 年代末期，新設(shè)計的裂解爐排煙溫度降至 130~140℃，相應，裂解爐的效率提高到 92%~93%。在其他條件不變的前提下，裂解爐熱效率與排煙溫度直接相關(guān)。由于熱效 率的提高，在相同工藝技術(shù)條件下，生產(chǎn) 1t 乙烯的燃料消耗比 20 世紀 70 年代初期降低 10%左右。能源危機后，至 20世紀 70年代末期，新設(shè)計的裂解爐熱效率普遍提高到 92%以上。因此，裂解原料的選擇在很大程度上決定乙烯生產(chǎn)的能耗水平。 在相同工藝技術(shù)水平的前提下，乙烯收率主要取決于裂解原料的性質(zhì)。因此，改善裂解的選擇性，提高乙烯收率顯然是降低乙烯裝置能耗的重要因素，由此不僅達到節(jié)能的效果，而且相應減少原料油消耗，在降低生產(chǎn)成本方 面起到十分明顯的作用。當裂解爐溫度提高到 %以上時，其排煙溫度降至100℃以下，相應要求燃料中硫含量控制在 5ml/m3以下。經(jīng)驗表明，未經(jīng)丁二烯抽屜分離的裂解碳四餾分作為氣體燃料使用時，燒嘴易產(chǎn)生結(jié)焦堵塞，而未經(jīng)加氫的裂解 C5 作為氣體燃料使用時，堵塞更加嚴重。裂解爐燒嘴的設(shè)計一般可以適應這種變化。根據(jù)氣體燒嘴的設(shè)計，替代燃料氣的低熱值不宜相差過大。裂解爐以氣體作為燃料時，應注意控制如下一些指標。因此，乙烯生產(chǎn)的能耗在很大程度上取決于裂解爐系統(tǒng)的設(shè)計和操作。 裂解爐的節(jié)能措施 乙烯裝置節(jié)能效果最明顯的區(qū)域是在裂解爐區(qū)，乙烯生產(chǎn)的能耗很大部分消耗于裂解爐的燃料，而機泵的功耗中，絕大多數(shù)是由裂解爐回收的高壓蒸汽供給。 遼寧石油化工大學職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 16 最近韓國 SK 公司開發(fā)了一種在線原位涂覆系統(tǒng)，在爐管清焦后，于高溫下依次注射一些化學添加劑，形成涂覆層，工業(yè)試驗表明可提高運轉(zhuǎn)周期 1 倍。 預氧化技術(shù)可使爐管表面形成催化活性低的 Cr2O3/SiO2表面，形成抗?jié)B碳的阻 隔層。Westaim 公司在埃德蒙頓的大型爐管生產(chǎn)廠已投產(chǎn)，預計對 10 家乙烯生產(chǎn)商的裂解爐技術(shù)進行改造。實驗 1年后發(fā)現(xiàn)，相對而言，該公司沒有涂層的爐管壓降增加 ，則有涂層的爐管壓降平均才增加 。 Root）公司裂解爐的一組爐管上采用 Cotallpy 技術(shù)。 Westaim 表面工程產(chǎn)品公司的 Cotalloy 技術(shù)采用等離子體和氣相沉積工藝使合金和陶瓷相結(jié)合，并經(jīng)過表面熱處理后形成涂層。 改進裂解爐管表面化學結(jié)構(gòu)可有效抑制催化結(jié)焦和高溫熱結(jié)焦的生成，延長運行周期。還開發(fā)了硫化物和磷化物混合的 抑制劑。 首先，添加結(jié)焦抑制劑技術(shù)進一步發(fā)展， Nove 公司開發(fā)的 CCA500 抗垢劑，已在加拿大 Saskatchewan 乙烯裝置上完成工業(yè)試驗。 抑制裂解爐結(jié)焦技術(shù) 裂解爐結(jié)焦會降低產(chǎn)物收率，增加能耗，縮短爐管壽命和運行周期。 針對國內(nèi)豐富的重油資源，中國洛陽石油化學工程公司開發(fā)成功 重油直接裂解制乙烯（ HCC） 技術(shù)，并在撫順石油化工公司進行工業(yè)試驗。 日本化學工業(yè)協(xié)會與工業(yè)技術(shù)研究所組織出光石油化學等 5個公司，研究開發(fā)成功了一種新的催化劑裂解制乙烯、丙烯技術(shù)。該工藝可大幅度提高烯烴產(chǎn)率，乙烯收率提高 20%，丙烯收率提高 10%，操作成本降低。 Nova 和 IFP 計劃采用該陶瓷爐建一套 10kt/a 示范裝置。W 公司開發(fā)了超高溫裂解乙烯的陶 瓷爐，裂解溫度超過 1000℃，且不宜結(jié)焦，實現(xiàn)了超高溫裂解。遼寧石油化工大學職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 14 USC 型裂解爐不同爐管的數(shù)據(jù)比較如表 14所示。但管徑變細，以輕柴油為原料，裂解爐出口溫度為 808℃，停留時間為 ，乙烯收率為 %（質(zhì)），丙烯收率為 %（質(zhì)）。 20 世紀 80 年代中期， Samp。 W型爐管相對較長，處理能力較大； U型爐管管長較短，處理能力較小，但裂解選擇性較高；近期多采用 U型管。 Samp。由于 USC 型裂解爐輻射盤管為小管徑、短管長爐管，膽單管處理能力低，每臺裂解爐盤管數(shù)較多。 當裝置燃料全部采用氣體燃料時， USC 型裂解爐多采用側(cè)壁無焰燒嘴；如裝置需要使用部分液體燃燒時，則采用側(cè)壁燒嘴與底部燒嘴聯(lián)合布置方案。對流段內(nèi)設(shè)置進料和稀釋蒸汽、鍋爐給水及超高壓蒸汽過熱等熱量回收設(shè)施。近期開始采用雙程套管式廢熱鍋爐（ SLE） ，將兩級廢熱鍋爐合并為一級。由于采用的爐管管徑較小，因而單臺裂解爐盤管組數(shù)較多（ 16~18 組）。 Samp。W 公司早期大多使用西拉斯裂解爐， 1966 年在西拉斯裂解爐的基礎(chǔ)上開發(fā)了 USC 型裂解爐（超選擇性裂解爐）。W）公司為例進行簡單的介紹。進入 20世紀 50 年代后，由于石油化工的發(fā)展，世界各國競相研究提高乙烯生產(chǎn)水平的工藝技術(shù)，并找到通過高溫短停留時間的技術(shù)措施可以大幅度提高乙烯收率。 表 13 裂解深度的常用指標 裂解深度指數(shù) 適用范圍 特點 局限 原料轉(zhuǎn)化率 X 輕烴 容易分析測定 對于重餾分油原料由于反應復雜，不易確 定代表組分 甲烷收率 y(C1o) 各種原料 容易分析測定 反應初期甲烷收率低 乙烯對丙烯收率比 y(C2=)/y(C3=) 各種原料 容易分析測定 不宜用于裂解深度極高時 甲烷對丙烯收率比 y(C1o)/y(C3=) 各種原料 容易分析測定，在裂解溫度高時，特別靈敏 裂解深度較淺時不敏感 液體產(chǎn)物氫碳原子比 （ H/C） L 較重烴 可作為液相脫氫程度和引起結(jié)焦傾向的度量 輕烴裂解，液體產(chǎn)物不多時，用此指標無優(yōu)點 出口溫度 Tout 各種原料 測量容易 不能用于不同爐型和不同操作條件的比較 裂解深度函 數(shù) S 各種原料 計算簡單 不能用于停留時間過長情況 動力學裂解深度函數(shù) KSF 各種原料 結(jié)合原料性質(zhì)、溫度和停留時間三個因素 不能用于停留時間過長情況 超選擇性管式裂解爐（ USC 爐 ） 的簡介 早在 20世紀 30年代就開始研究用管式裂解爐高溫法裂解石油烴。為避開裂解原料性質(zhì)的影響，將正戊烷裂解所得 ∫ kdθ定義為動力學裂解深度函數(shù)（ KSF） . KSF=∫ k5dθ =∫ A5exp(E5/RT)dθ 式中 k5— 正戊烷裂解反應速率常數(shù)； A5— 正戊烷裂解反應的頻率因子； E5— 正戊烷裂解反應的活化能。 （ 8）動力學裂解深度函數(shù) 如果將原料的裂解反應的作為一級反應處理，則原料轉(zhuǎn)化率 X和反應速率常數(shù) k及停留時間θ之間存在如下關(guān)系： ∫ kdθ =ln (1/1X) ∫ kdθ可以表示溫度分布和停留時間分布對裂解原料轉(zhuǎn)化率或裂解深度的影響，在一定程度可以定量表示裂解深度。 （ 7）裂解深度函數(shù) 考慮到溫度和停留時間對裂解深度的影響，有人將裂解溫度 T 與停留時間θ按下式關(guān)聯(lián)。此時，對給定裂解原料及負荷而言，爐出口溫度在一定程度上可以表征裂解的深度，用于區(qū)分淺度、中深度及深度裂解。當裂解深度過高時，可能結(jié)焦嚴重而使清焦周期大大縮短。根據(jù)氫的平衡可以看出，裂解所得 C5和 C5以上的液體產(chǎn)物的氫含量和氫碳比（ H/C） L將隨裂解深度的提高而下降。因此，在高深度裂解時，用甲遼寧石油化工大學職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 11 烷對乙烯或丙烯的收率比 （ y(C1o)/y(C2=)或 y(C1o)/y(C3=)） 衡量裂解深度是比較合理的。此時，收率比 y(C2=)/y(C3=)已不能正確反 映裂解的深度。因此，在一定裂解深度范圍內(nèi)，可以用乙烯與丙烯收率之比 y(C2=)/y(C3=)作為衡量裂解深度的指標。 （ 3）乙烯對丙烯的收率比 在一定裂解深度范圍內(nèi)，隨著裂解深度的增大，乙烯收率增高，而丙烯收率增加緩慢。為消除芳烴含量不同的影響，可扣除原料中的芳烴而以烷烴和環(huán)烷烴的質(zhì)量為計算甲烷收率的基準，稱為無芳烴甲烷收率。因此，裂解產(chǎn)品中甲烷收率可以在一定程度上衡量反應的深度。 （ 2）甲烷收率 裂解所得甲烷收率 y(C1o)隨著裂解深度的提高而增加。 X=（ n0n） /n0=1n/n0 混合輕烴裂解時，可分別計算各組分的轉(zhuǎn)化率。因此常用原料轉(zhuǎn)化率衡量裂解深度。根據(jù)不同的狀況，常常采用如下參數(shù)衡量裂解深度。 裂解深度控制 裂解深度是指裂解反應的進行程度。 20世紀 60年代末以來，改進技術(shù)的主要推動力是提高產(chǎn)率和選擇性； 70年代中期以來，由于油價上漲，重點轉(zhuǎn)到高能量效率上；80年代，技術(shù)改進的方向是縮短反應停留時間，提高裝置效率；進人 90年代后，重點又轉(zhuǎn)移到降低投資上。烴類裂解機理在 20世紀 30年代由 Rice建立，并由許 多研究者不斷完善。目前，全世界乙烯產(chǎn)量的 99％ 以上采用此方法生產(chǎn)。乙烯規(guī)模的壯大將顯著降低投資，裝置規(guī)模由 500kt/a 增至 700kt/a 可節(jié)省投 資 16%，由 500kt/a增至 1000kt/a 時節(jié)省投資 35%。與此相反，我國國內(nèi)苯酚需求增速相對較緩，預計將從 2020 年的73 萬噸增至 2020 年的 200 萬噸。三井化學公司也與中石化合資建設(shè)了一座雙酚 A廠，而且還可能建設(shè)苯酚生產(chǎn)廠。同時，在當?shù)卦O(shè)有工廠的藍星公司還計劃生產(chǎn)苯遼寧石油化工大學職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 9 酚和雙酚 A。盡管 2020 年我國乙烯供應仍可能短缺，但一些衍生物的生產(chǎn)能力將會出現(xiàn)過剩的現(xiàn)象。毫無疑問，如果這些工程不能全部按時投產(chǎn)，我國乙烯市場的供求狀況將繼續(xù)緊張。設(shè)備供應商的供貨是否及時 將直接影響到工程能否順利完工。世界各國的乙烯工程不可能全部按期完工。中石化上海石化公司計劃到 2020 年完成其 100 萬噸／年乙烯工程的第二階段的改造，改造完成后工程還有 30 萬桶／天的煉油能力和 70萬噸／年的對二甲苯的生產(chǎn)能力。中石油獨山子石化公司的乙烯建設(shè)工程已經(jīng)于 2020 年 9 月完工，乙烯生產(chǎn)能力為 120 萬噸／年。在 20202020 年建設(shè)高潮之前，由中石化、美國?？松梨诠竞蜕程匕⒚拦驹诟＝ê腺Y建設(shè)的大型石油一體化工廠預計將于 2020 年中期建成投產(chǎn)。中海油繼續(xù)尋求在澳大利亞和尼日利亞獲得石油開采權(quán)，以實現(xiàn)我國能源來源多元化戰(zhàn)略。因此，這 3 家公司的現(xiàn)金流十分充足，紛紛計劃建立大型乙烯工程。 2020 年，我國三大石油集團 中石油、中石化、中海油，盡管煉油業(yè)務由于政府控制油價而虧損，但整體業(yè)務收入和凈利潤增速均超過 20%。因此，在這三大石化工程投產(chǎn)后，我國需要進口的石化產(chǎn)品仍將繼續(xù)增多。綜合起來，我國在一年之中乙烯新增生產(chǎn)能力達到 230 萬噸／年。隨后，由德國 BASF 公司和揚子石化公司合資建設(shè)的大型石化綜合廠于 2020 年二季度建成投產(chǎn)，乙烯生產(chǎn)能力為 60 萬噸／年。近年來我國一直是生產(chǎn)擴能改造的排頭兵。鑒于我國市場空間巨大，中東和東南亞地區(qū)蜂擁建立一批大型石化工程，這使得國際石化市場變得復雜起來。 遼寧石油化工大學職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 7 表 12 2020 年全球十大乙烯工廠排名 Kt/a 公司名稱 裝置所在地 生產(chǎn)能力 諾瓦化學公司 沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司 ?？松梨诨瘜W公司 雪弗龍菲利普斯化學公司 道化學公司 英力士烯烴和聚合物公司 愛奎斯塔化學公司 延布石化公司 道化學公司 殼牌化學公司 加拿 大焦弗雷 沙特阿拉伯朱拜勒 美國貝敦 美國斯維尼 荷蘭特紐贊 美國喬古特拉 貝榮 美國切內(nèi)爾維尤 沙特阿拉伯延布 美國弗里波特 美國納爾科 2812 2250 2197 1868 1800 1752 1750 1705 1640 1556 2020 年以后大型乙烯擴能項目 2020 年，我國已經(jīng)超過日本成為亞洲最大的乙烯生產(chǎn)國，生產(chǎn)能力將達 890 萬噸／年，計劃到 2020 年提高至 1800 萬噸／年。由于乙烯生產(chǎn)的規(guī)模及經(jīng)濟效益，在全球乙烯裝置最大化的趨勢下也十分