1、EN -U003(0703 頁碼:1/78 裂解爐操作手冊(cè) S&W lntemqtionalInc在要求時(shí)應(yīng)該將它返回。未經(jīng)斯通和韋伯斯特國際有限公司的書面許可,嚴(yán)禁復(fù)制本資料的 內(nèi)容、將它披露給第三方、或者用于其專用目的以外的其它用途。 目錄1.1. 介紹 . 42.1. 總則 . 5 2.2. 原料 . 7 2.3. 裂解條件 . 14 2.4. 裂解機(jī)理 . 22 2.5. 成焦機(jī)理 . 24 2.6. 裂解深度 . 252.7. 裂解深度對(duì)產(chǎn)品分布的影響 . 283.1. 工藝描述-總則 . . 31 3.2. 新鮮進(jìn)料爐, F -1110到 F -1170 . 32 3.3. 新鮮進(jìn)

2、料爐-循環(huán)氣體裂解, F -1160到 F -1170 . 383.4. 循環(huán)爐-位號(hào) F -1180 . 384.1. 總則 . 42 4.2. 裂解爐控制 . . 424.3. 裂解爐引風(fēng) . . 465.1. 介紹 . 48 5.2. 急冷換熱器 . . 48 5.3. 急冷換熱器中的結(jié)焦 . 50 5.4. 清理急冷換熱器 . . 51 5.5. 蒸汽發(fā)生系統(tǒng) . . 52 5.6. 汽包排污 . 54 6.1. 總則 . 56 6.2. 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的化學(xué)清洗 . 57 6.3. 裂解爐管道的清理 . . 58 6.4. 裂解爐的操作前檢查 . 60 6.5. 干燥操作 . 666.

3、6. 測(cè)試裂解爐蒸汽系統(tǒng)的 PSV . . 827.1. 裂解爐開車 . . 85 7.2. 裂解爐正常操作 . . 100 7.3. 裂解爐停車 . . 1057.4. 裂解爐操作模式切換 . 1258.1. 清焦的條件 . . 132 8.2. 蒸汽/空氣清焦操作 . 1358.3. 清焦的完整性 . . 1409.1. 高壓水力清焦 . . 140 9.2. 機(jī)械清理 . 141 11.1. 預(yù)計(jì)工況 . 143 1.0設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.1. 介紹撫順石化分公司乙烯裝置的成功運(yùn)行要求所有操作人員都能理解其工藝設(shè)計(jì),并熟悉影 響裝置產(chǎn)率、裝置安全性、生產(chǎn)能力、以及運(yùn)行連續(xù)性的因素。這包括了解所有

4、主要設(shè)備的 性能參數(shù),熟練掌握為了保護(hù)人員和設(shè)備而組合到本裝置設(shè)計(jì)中的所有聯(lián)鎖和安全裝置,尤 其是在緊急情況下如何應(yīng)用這些裝置。本手冊(cè)中給出的說明主要是為了給裝置管理人員提供一個(gè)總體指南。關(guān)于更詳細(xì)的說明 (例如, 其內(nèi)容包括逐個(gè)閥門的操作步驟, 啟動(dòng)前的安全檢查清單, 目標(biāo)設(shè)備操作條件, 等 , 應(yīng)該由撫順方面在操作人員培訓(xùn)階段進(jìn)行編制。還應(yīng)該認(rèn)真遵守由設(shè)備制造商提供的說明書;它們可以作為本手冊(cè)的補(bǔ)充資料。本手冊(cè)中給出的溫度、壓力和組分應(yīng)該理解為近似值,可在建立初始操作條件時(shí)作為指 南使用。隨著工廠操作經(jīng)驗(yàn)的積累,應(yīng)該對(duì)這些值進(jìn)行優(yōu)化,以獲得最佳操作條件。本操作說明書給出了對(duì)工藝的詳細(xì)描述,

5、描述了裂解爐公用工程系統(tǒng),并討論了安全操 作規(guī)程。 這些說明也描述了典型的開車順序, 并給出了正常情況下和緊急情況下的停車規(guī)程。 2.0蒸汽裂解工藝2.1. 總則乙烯在本裝置中的生產(chǎn)原理是,通過在裂解爐中對(duì)烴和蒸汽混合物進(jìn)行高溫裂解,形成 富含乙烯和其它烯烴氣體的復(fù)雜混合物。本裝置還生產(chǎn)原始裂解汽油和燃料油。其它副產(chǎn)品 包括丙烯和混合的 C4(四碳烴;它們與乙烯一樣,也是有價(jià)值的化工原料。乙烯、丙烯、 和丁二烯含有一個(gè)或多個(gè)化學(xué)雙鍵;從化學(xué)意義上講,它們被歸類為鏈烯烴。其它被裂解的 產(chǎn)品包括氫氣(它在裝置內(nèi)部的加氫反應(yīng)器中消耗掉和甲烷(它被用作燃料氣。裂解流 出物也包含少量的乙炔(三鍵烴;它們

6、將在下游除去,以滿足成品乙烯和丙烯的產(chǎn)品技術(shù) 規(guī)格。裝置內(nèi)部生產(chǎn)的乙烷和丙烷被循環(huán)回到裂解爐區(qū)域,并被裂解,在循環(huán)爐內(nèi)消耗掉, 以增加乙烯產(chǎn)率。裂解反應(yīng)可以劃分成兩大類:主反應(yīng)和副反應(yīng)。主反應(yīng)涉及到打開大的分子來形成自由 基(不穩(wěn)定的基團(tuán);然后,自由基重新組合、形成新的分子,包括鏈烯烴(乙烯,丙烯, 和丁二烯。這些主反應(yīng)后面跟著副反應(yīng);在副反應(yīng)中,鏈烯烴組合在一起,形成較大的分 子和氫氣。因此,快速冷卻裂解后的流出物非常重要,以免發(fā)生我們不想要的副反應(yīng)?？焖?冷卻到副反應(yīng)速度很低的溫度, 能夠最大化乙烯產(chǎn)率。 典型的裂解爐裂解爐管反應(yīng)時(shí)間在 0.15到 0.20秒的范圍內(nèi),而在離開反應(yīng)區(qū)域開始

7、急冷的的時(shí)間間隔在 0.01秒內(nèi)。高溫、低壓條件下,生成鏈烯烴的主反應(yīng)得以加強(qiáng)。烴的分壓是烴分子近似性的衡量方 法。低烴分壓有利于提高乙烯產(chǎn)量,這也是在裂解流程中使用稀釋蒸汽的原因之一。盡管稀 釋蒸汽在最小化結(jié)垢反應(yīng)方面有好處,但是裂解操作仍然會(huì)生成一些焦炭,因此裂解爐和換 熱器必須定期進(jìn)行清焦處理。清焦是利用蒸汽/空氣混合物對(duì)焦炭進(jìn)行混合燒焦而實(shí)現(xiàn)的。在相同的裂解條件下, 不同的原料產(chǎn)生的乙烯產(chǎn)量也不同。 一般來說, 較輕 (比重 和 較低沸點(diǎn)的原料裂解產(chǎn)生的乙烯產(chǎn)量也高。稀釋蒸汽注入到原料中以降低其烴分壓和較少焦質(zhì)的沉積。烴分壓越低,目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn) 量越高,在裂解爐和急冷換熱器中結(jié)焦速度也越

8、低。稀釋蒸汽最佳的注入量取決于原料類型及性質(zhì)?？偟膩碚f,越輕的原料所需的稀釋蒸汽 也越少。由于以下原因增加稀釋蒸汽用量是不可取的: 較高的最終裂解爐爐管壓力將會(huì)部分抵消通過較高的蒸汽與原料比而獲得的較 低烴壓力。 線速度越高越能侵蝕輻射段爐管出口管鑄件和跨接管件。 當(dāng)稀釋蒸汽到達(dá)某值時(shí),再增加蒸汽比也不會(huì)產(chǎn)生額外的乙烯。乙烯活性很高;在輻射爐管出口處存在的較高溫度下,它不穩(wěn)定。為了防止副反應(yīng)造成 的乙烯損失,有必要盡快冷卻離開輻射爐管的氣體,以減少副反應(yīng)造成的不利影響。這是在 裂解氣急冷換熱器中進(jìn)行的;這就是新鮮進(jìn)料爐(F -1110到 F -l170中的“選擇性線性換熱 器(SLEs ”,或

9、者是循環(huán)爐(F -1180中的 USXs 。 2.2. 原料新鮮進(jìn)料爐(F -1110到 F -1170可以裂解的原料如下:液體進(jìn)料石腦油加氫 尾油(HTO 粗柴油輕質(zhì)烴循環(huán) C5循環(huán)進(jìn)料循環(huán)乙烷循環(huán)丙烷F -1110, F -1120, F -1130和 F -1140屬于重質(zhì)進(jìn)料裂解爐;它們既能裂解“重質(zhì)進(jìn)料”, 也能裂解“輕質(zhì)進(jìn)料”。 F -1150, F -1160和 F -1170屬于輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐;它們只能裂解“輕 質(zhì)進(jìn)料” 。 循環(huán)爐 (F -1180 處于清焦操作, 裂解循環(huán)進(jìn)料 C2/C3可進(jìn)入 F -1160和 F -1170的 A 爐膛進(jìn)行裂解。一(1臺(tái)重質(zhì)進(jìn)料裂解爐被指

10、定作為備用。 循環(huán)爐可裂解的原料如下:循環(huán)進(jìn)料循環(huán)乙烷循環(huán)丙烷上述進(jìn)料將被混合,作為單一進(jìn)料物流在循環(huán)爐(F -1180中一起裂解。 表 2.2.1 石腦油技術(shù)規(guī)格 表 2.2.1 石腦油技術(shù)規(guī)格(續(xù) 表 2.2.2 加氫 尾油的技術(shù)規(guī)格 表 2.2.3 粗柴油的技術(shù)規(guī)格 表 2.2.4 輕質(zhì)烴的技術(shù)規(guī)格 表 2.2.5 循環(huán) C5的技術(shù)規(guī)格 表2.2.5循環(huán) C5的技術(shù)規(guī)格(續(xù) 2.3.裂解條件裂解爐中乙烯和丙烯的總體產(chǎn)量受進(jìn)料類型和裂解深度的影響。裂解條件應(yīng)該保證,對(duì) 于每一種 OMB 工況,下游要求都能滿足。表 2.3.1、表 2.3.2和表 2.3.3中顯示了基于 OMB 工況 的每個(gè)

11、裂解爐的烴進(jìn)料數(shù)量。每一種 OMB 工況的裂解條件顯示在表 2.3.4中。 表 2.3.1OMB :裂解爐進(jìn)料分布,第 1種工況, A /B 表 2.3.2OMB :裂解爐進(jìn)料分布,第 2種工況, A /B 表 2.3.3OMB :裂解爐進(jìn)料分布,第 3種工況, A /B 備注:1.裂解爐 F -1150, F -1160,和 F -1170只是“混合石腦油進(jìn)料裂解爐”。2.“混合石腦油”是加氫 C5循環(huán)、輕質(zhì)烴、直餾餾分石腦油 1、直餾餾分石腦油 2、和 焦化加氫石腦油的混合物。3.對(duì)于裂解爐 F -1130的情況 1B、 3A和 3B,以及對(duì)于裂解爐 F -1120的情況 1A、 1B、

12、2A、和 2B(此處,不同的進(jìn)料在裂解爐的一個(gè)爐膛或 半個(gè)爐膛 中裂解,可以調(diào)節(jié)進(jìn)料流 量或稀釋蒸汽比例,以保證在 兩個(gè)爐膛(四個(gè)進(jìn)料方向 上均勻的熱量分布和裂解條件。 表 2.3.4 所有情況的裂解條件 表 2.3.4所有情況的裂解條件(續(xù) 2.4. 裂解機(jī)理從飽和或是富氫的原料生成有用的烯烴如乙烯和丙稀的主反應(yīng)基本取決于反應(yīng)的溫度和 時(shí)間,尤其是取決于最高的反應(yīng)溫度或爐管出口溫度(COT 。副反應(yīng)是涉及裂解主反應(yīng)的 產(chǎn)品;因?yàn)樗鼈兺ㄟ^分子的組合而構(gòu)成的,所以它們受反應(yīng)中這些分子結(jié)合在一起時(shí)緊密程 度的影響 ;換句話說,也就是受烴分壓的影響?？梢园逊謮嚎醋髡羝壤涂偡磻?yīng)壓力共同 作用的結(jié)果

13、。高的烴分壓不利于生成乙烯產(chǎn)品,因此,降低蒸汽比例或增大爐管出口壓力能減小特定 產(chǎn)原料的乙烯產(chǎn)率。丙烯不受此方式的影響,因?yàn)樗陨砹呀猱a(chǎn)生乙烯和甲烷。這樣,雖然 可以通過改變蒸汽比例和壓力而改變丙烯與乙烯的產(chǎn)率,但對(duì)于實(shí)際而言,這些變量與烴原 料速度一樣保持固定。因此,對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)率分布的主要通控制 COT 即爐管出口溫度。 裂解反應(yīng)是從烴分子分解成不穩(wěn)定的甲基和 /或乙基這樣的化學(xué)活性基團(tuán)開始的。 這些活 性基團(tuán)會(huì)引起如下一系列的其他反應(yīng): CH 3和H自由基與原料的反應(yīng)。 C 2H 5與原料的反應(yīng)或分解。 大自由基的分解。鏈增長反應(yīng):自由基 CH3或H從反應(yīng)物上提取一個(gè)氫原子,生成具有更大分子

14、量的 基團(tuán), 加成反應(yīng):一個(gè)基團(tuán)和一個(gè)分子結(jié)合生成一個(gè)單個(gè)基團(tuán): 鏈終止反應(yīng):兩個(gè)基團(tuán)結(jié)合生成一個(gè)分子: 由主反應(yīng)生成烯烴的副反應(yīng)類型很多 。上述的加成反應(yīng)就是典型例子。主要鏈烯烴的脫 氫反應(yīng)也會(huì)發(fā)生。也能發(fā)生形成較大穩(wěn)定分子的縮合反應(yīng),例如環(huán)二烯烴和芳香烴。反應(yīng)物在較低的轉(zhuǎn)化率和裂解深度時(shí),副反應(yīng)并不非常明顯,這是因?yàn)橹饕溝N的濃 度低,從而它們的分壓也低。在高的主反應(yīng)物轉(zhuǎn)換率條件下,伴隨著較高的溫度和鏈烯烴分 壓 副反應(yīng)將 占主導(dǎo)地位。副反應(yīng)除了能減少我們希望的鏈烯烴產(chǎn)品以外,它還能最終導(dǎo)致結(jié) 焦。在相同的裂解條件下,不同的原料的乙烯產(chǎn)率也不同。一般來說,原料中的氫氣含量越 高,能獲得的

15、乙烯產(chǎn)率就越高;也就是說,乙烷原料能生產(chǎn)的乙烯比石腦油多,而石腦油的 生產(chǎn)的乙烯量要大于常壓粗柴油生產(chǎn)的。2.5. 成焦機(jī)理在裂解操作過程中, 裂解爐輻射段爐管的材料和內(nèi)部表面的涂層容易集炭或是結(jié)焦。這 種結(jié)焦機(jī)理涉及到脫氫反應(yīng),即小的芳香族原子轉(zhuǎn)變成大的復(fù)雜的芳香族聚合物 ,繼而形成 的混合物的脫氫反應(yīng),然后這些混合物就附著在爐管的內(nèi)表面而形成焦炭。產(chǎn)物母體分子可能存在于原料中,或者在熱裂解過程中合成。因此,如果原料中含有相 當(dāng)數(shù)量的芳香烴或重組分, 那么將很容易形成焦炭。 乙烯生產(chǎn)所使用的原料相對(duì)來說 富氫 (單 分子 。隨著裂解反應(yīng)的進(jìn)行, 富氫逐漸被分離生成氫氣 ,而剩余部分的 氫(單

16、分子含量 會(huì)越來越小。這種 缺乏氫的現(xiàn)象 表現(xiàn)為生成分子量不斷增大的芳香烴分子;它們傾向于生成 焦炭, 從而在輻射爐管與下游熱量回收設(shè)備的表面上結(jié)垢。 最終, 如果在較高的裂解深度下, 原料中幾乎所有氫被消耗掉, 留下含有很少氫或不含氫的類似于焦炭的殘余物 。通過盡可能 具有選擇性的裂解,烯烴產(chǎn)量增加,結(jié)焦被降低到最小程度。 此過程是在輻射裂解爐管中, 通過短停留時(shí)間、高溫、低壓力降、和最佳稀釋蒸汽與烴進(jìn)料比的組合來實(shí)現(xiàn) 。 USC 裂解爐 系統(tǒng)具有這些特點(diǎn):實(shí)現(xiàn)最大化乙烯和其他有價(jià)值的副產(chǎn)品的產(chǎn)量,最小化非期望產(chǎn)品。隨 著裂解裂解深度的增大,由于爐管中溫度的不斷提高,焦炭產(chǎn)物母體分子變得越來

17、越豐富, 它們的熱力學(xué)活性也越來越高。因此,具有低氫含量和高芳香烴及高重質(zhì)成分含量的粗柴油 將能夠比石腦油更容易結(jié)焦。焦質(zhì)也可通過其他的機(jī)理和環(huán)境條件形成。 乙烷裂解需要較高裂解溫度才能達(dá)到高轉(zhuǎn)化 率 。這樣,由乙炔形成焦質(zhì)的反應(yīng)更容易,特別是當(dāng)輻射段管壁的熱點(diǎn)產(chǎn)生時(shí),靠近管壁涂 層的裂解溫度使分解反應(yīng)更容易進(jìn)行: 這種反應(yīng)生成的焦質(zhì)與芳香烴形成的較軟的焦層相比,更硬,更致密。2.6. 裂解深度2.6.1 裂解深度的概念對(duì)于特定的反應(yīng)物/原料來說,轉(zhuǎn)化的程度是裂解裂解深度的指標(biāo)。該反應(yīng)物的特定產(chǎn) 品分布與反應(yīng)的劇烈程度相關(guān)。為了以恒定的方式預(yù)測(cè)產(chǎn)率分布、并設(shè)計(jì)出能滿足性能要求 的熱裂解爐管,

18、Stone & Webster (斯通和韋伯斯特公司使用了“動(dòng)態(tài)裂解深度函數(shù)(KSF 概念”,其中, 它類似于:式中:Kt =反應(yīng)速度常數(shù),秒 -1,處于任何反應(yīng)物的溫度(t 時(shí)K5=正 戊烷的反應(yīng)速度常數(shù),秒 -1=停留時(shí)間,秒=反應(yīng)物的消失分?jǐn)?shù)(轉(zhuǎn)化率KSF 是給定原料的輻射裂解爐管中分解程度的一個(gè)定量指標(biāo)。這個(gè)函數(shù)考慮了輻射爐管 內(nèi)部的時(shí)間/溫度關(guān)系,是用于裂解產(chǎn)率糾正的一個(gè)可靠參數(shù)。KSF 關(guān)系能夠采用正戊烷消失率的術(shù)語來表示,因?yàn)樗軌蜥槍?duì)進(jìn)料和流出物分析而容 易地測(cè)定。因此,它的分解是石腦油轉(zhuǎn)換程度的一個(gè)良好衡量指標(biāo)。反應(yīng)速度的測(cè)定需要使 用阿侖尼烏斯(Arrhenius 公式,頻

19、率系數(shù)和正戊烷的活化能。 Stone & Webster 公司進(jìn)一步 將 KSF 原理用于諸如正癸烷之類的重質(zhì)原料,作為除了正戊烷以外的消失率的衡量指標(biāo)。對(duì) 于氣相原料的情況,例如乙烷和丙烷裂解,使用重要組分之一的轉(zhuǎn)換速度。 按照裂解裂解深度而言, 1.0的 KSF 指示非常低的裂解深度, 而 4.0的 KSF 則代表高的裂解 深度,最大的 KSF 依賴于原料。在相同的裂解深度下,裂解爐管操作的不同停留時(shí)間能產(chǎn)生截然不同的產(chǎn)率格式。短停 留時(shí)間裂解爐(USC 具有較低的甲烷/乙烯產(chǎn)出比,以及相對(duì)較高的鏈烯烴產(chǎn)率。2.6.2 裂解深度的經(jīng)驗(yàn)糾正經(jīng)驗(yàn)表明,裂解深度的一個(gè)有意義、可靠的方法就是在裂解

20、氣中通過測(cè)量甲烷、乙烯和 丙烯的摩爾濃度來得到。這些值聯(lián)合成裂解深度的分析解析函數(shù)(ASF , 定義如下,單位: mol 。 盡管 ASF 所取的數(shù)值時(shí)純經(jīng)驗(yàn)的,但它的優(yōu)點(diǎn)是不需測(cè)定裂解氣中汽 /油比,就可以通過 測(cè)定裂解氣組成來測(cè)定 ASF 。因?yàn)樵谑覝叵?以上的組成都不是液相,所以并不需要總的物 料平衡。通過 n-戊烷來測(cè)定 KSF 需要通過抽樣來測(cè)定氣 /油比,因?yàn)橄喈?dāng)一部分常態(tài)戊烷將和 液相汽油餾分一起冷凝?？傊? 對(duì)于石腦油裂解來說, 0.2的 ASF 對(duì)應(yīng)于低的裂解深度, 而 0.65則代表高裂解深度。 對(duì)于重質(zhì)油裂解, 0.2的 ASF 數(shù)代表相當(dāng)高的裂解深度。在某種程度上講,

21、ASF 依賴于原料質(zhì) 量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),我們將可以補(bǔ)償 ASF 和 KSF 計(jì)算值之間的差異,從而根據(jù)原料的變化對(duì)裂解 進(jìn)行調(diào)整。2.6.3 裂解深度的實(shí)際測(cè)定由于 KSF 不能在裂解爐上容易地測(cè)得,所以能夠使用其它方法來控制操作裂解深度。對(duì) 于給定的原料和裂解爐操作條件,可以利用下列參數(shù)中的任何一個(gè)對(duì)操作裂解深度進(jìn)行日常 檢查;這些參數(shù)與 KSF 有直接關(guān)系: 裂解氣密度(有用,但目前的做法是通過裂解氣分析測(cè)得 裂解氣分析的解析裂解深度函數(shù)(ASF 裂解氣分析 -丙烯與甲烷比 裂解爐爐管出口溫度裂解爐配備了裂解氣在線分析儀;它們周期性地監(jiān)測(cè)裂解爐的裂解深度。2.7. 裂解深度對(duì)產(chǎn)品分布的影響當(dāng)在

22、輻射爐管中裂解典型原料時(shí),主要裂解產(chǎn)物的分布取決于裂解深度。我們假設(shè)烴和 稀釋蒸汽的流量為恒定的,爐管出口壓力也是常數(shù)。通過將裂解深度劃分成三個(gè)區(qū)域,就能 形象地表達(dá)裂解反應(yīng)的進(jìn)程。這些區(qū)域?qū)⒃谙旅嬗懻?。在區(qū)域 1中,直到 KSF 1的裂解深度,主要反應(yīng)涉及到原料中飽和烴的消失。產(chǎn)生的丁二 烯大部分在二次反應(yīng)中脫除,因此,在此裂解深度區(qū),此種有價(jià)值的副產(chǎn)品的產(chǎn)率是低的。 在區(qū)域 2中, 隨著 C5及 C5+原料的迅速減少, 主反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行, 但二次反應(yīng)變得重要。 該 區(qū)域的范圍是 KSF 值為 2至 2.5之間。氫氣、甲烷、總的 C2以及丁二烯的產(chǎn)量開始是持續(xù)迅速 增加的, 隨后以逐漸減少的速

23、度反應(yīng)之本區(qū)的終點(diǎn)。 在 KSF 值為 1.7時(shí), 丙烯的產(chǎn)率達(dá)到最高, 在此點(diǎn),丙烯的消失速度與其生成速度相等。在區(qū)域 3中, 主反應(yīng)已經(jīng)基本上停止, 混合物組分進(jìn)一步的變化是由于副反應(yīng); 其中, 穩(wěn) 定芳香化合物的形成、以及丙烯的和 C 4 直到 C 5+產(chǎn)率則隨著裂解深度的增大而繼續(xù)減少。柴油的裂解機(jī)理與石腦油的裂解機(jī)理類似。輕質(zhì)組分的收率與石腦油裂解遵循相同的方 式。但液相產(chǎn)品的收率是不同的。 未裂解的 AGO 的沸點(diǎn)范圍是 250至 365,而汽油產(chǎn)品的終 熘點(diǎn)是 205。在裂解深度為零時(shí),將產(chǎn)品定義為 100%的燃料油。隨著裂解深度的增加,燃 料油或者未裂解的進(jìn)料迅速減少,汽油產(chǎn)品

24、增加。最后,隨著裂解裂解深度的增加,汽油的消失速度超過其形成速度。在裂解粗柴油時(shí), 產(chǎn)品中的汽油部分在相當(dāng)?shù)偷牧呀馍疃认陆?jīng)過一個(gè)峰值。不過,由于二次縮合反應(yīng),燃料油 的產(chǎn)率隨著粗柴油的高裂解深度裂解而增加。在輻射段爐管出口處的乙烯,在高溫下,具有極強(qiáng)的活性。為了防止乙烯損失,有必要 將輻射段爐管出口處的裂解氣盡可能的冷卻,以減少副反應(yīng)發(fā)生。該冷卻將在急冷換熱器中 進(jìn)行。 3.0USC 裂解爐3.1. 工藝描述-總則裝置的熱解爐段包括用于裂解新鮮液體進(jìn)料的七 (7 個(gè) “U” 形 “超級(jí)選擇性轉(zhuǎn)換 (USC ” 裂解爐(F -1110到 F -I 170,以及一(1個(gè)用于裂解氣相循環(huán)進(jìn)料的“M”

25、形 USC 裂解 爐(F -1180。這些裂解爐的設(shè)計(jì)能夠生產(chǎn) 800,000 MTA乙烯(年產(chǎn) 80萬噸。裂解新鮮液 體進(jìn)料的七(7臺(tái)裂解爐中的每一個(gè)都采用雙爐膛配置,每個(gè)爐膛中具 88根U型輻射爐管, 每臺(tái)裂解爐總共有 176根U形爐管。 每個(gè) U 形爐管由兩個(gè)串聯(lián)的管組成; 出口管的直徑稍微大 于入口管 (或者稱為變徑 。 USC-12M 型循環(huán)氣裂解爐為單爐膛 (輻射室 結(jié)構(gòu), 12根 M 型 爐管在爐膛中一字排列, 每個(gè)M形爐管包括六 (6 個(gè)串聯(lián)的垂直管, 具有一個(gè)變徑管, 在頂 部和底部利用回流彎頭連接起來,形成一個(gè)螺旋形爐管。點(diǎn)火是通過內(nèi)部生成的殘余氣體燃料和開車燃料(LPG

26、,液體石油氣,采用用從爐底 垂直向上的 100%的底部燃燒,。燒嘴采用低 N O x (氮氧化物型,供燃燒的氧只通過環(huán)境 空氣來提供。每個(gè)加熱器配備有一個(gè)補(bǔ)償(相對(duì)于輻射室對(duì)流段,設(shè)計(jì)用于從離開輻射段的熱煙氣 中回收余熱。煙氣最后通過煙囪排放到大氣中。裂解爐運(yùn)行所需的引風(fēng)由在安裝在對(duì)流段上 方的引風(fēng)機(jī)提供。從每臺(tái) USC 176U型裂解爐的輻射爐管中出來的裂解氣體在 “選擇性線性換熱器 (SLE ” 中急冷,在直接急冷器中進(jìn)一步冷卻,然后送到急冷油塔。離開循環(huán)爐輻射爐管的裂解氣體 在“超級(jí)選擇性換熱器(USX ”中急冷,在直接急冷器中進(jìn)一步冷卻,然后送到重質(zhì)燃料 油汽提塔。裂解爐設(shè)計(jì)上能夠處理

27、各種新鮮原料和循環(huán)物流,運(yùn)行中不會(huì)有任何干擾。下列將描述 每個(gè)類型的裂解爐:3.2. 新鮮進(jìn)料爐, F -1110到 F -11703.2.1 對(duì)流段對(duì)流段能夠從離開輻射爐膛的煙氣中回收熱量?；厥盏臒崃坑糜诟鞣N用途,從而提高裂 解爐的整體熱效率。對(duì)流段將用于預(yù)熱烴(HC 進(jìn)料和超高壓 (SHP 鍋爐給水(BFW , 并用于過熱稀釋 蒸汽(DS 和 SHP 蒸汽。新鮮進(jìn)料爐包含一個(gè)單獨(dú)的補(bǔ)償對(duì)流段;它布置在成對(duì)輻射爐膛的 中上方。每個(gè)對(duì)流段包含下列爐管(從頂部到底部:a .烴預(yù)熱 HC PH 1b .鍋爐給水省煤器 BFWc .烴預(yù)熱 HC PH 2d .烴+稀釋蒸汽 1 HC +DS1 e .

28、稀釋蒸汽預(yù)熱 DS PH f . SHP 蒸汽過熱 1 SHPSS1,減溫器前g . SHP 蒸汽過熱 2 SHPSS2,減溫器后h .烴+稀釋蒸汽 2 HC +DS2新鮮烴進(jìn)料通過四個(gè) (4 流量控制閥, 在單獨(dú)通道控制之下進(jìn)入裂解爐。 在整個(gè)對(duì)流段 中,都維持這種四(4通道配置。原料在四(4通道的逆流 HC PH 1爐管中預(yù)熱,在對(duì)流 段的兩側(cè)各有兩(2個(gè)通道進(jìn)入。進(jìn)料隨后在 HC PH 2爐管中進(jìn)一步預(yù)熱。稀釋蒸汽在流量控制之下進(jìn)入裂解爐; 具有四 (4 個(gè)流量控制閥, 以便維持單獨(dú)通道控 制。稀釋蒸汽進(jìn)入四(4通道逆流 DS PH管束;在對(duì)流段的兩側(cè)各有兩(2個(gè)通道進(jìn)入。 來自每個(gè)通道

29、的過熱后的稀釋蒸汽被送去與烴進(jìn)料混合。在輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐中,在外部混合三通中,來自稀釋蒸汽預(yù)熱對(duì)流段爐管的過熱稀釋蒸 汽將注入到來自 HC PH 2對(duì)流段爐管的經(jīng)過預(yù)熱的烴進(jìn)料中,然后重新進(jìn)入對(duì)流段。稀釋蒸 汽根據(jù)需要在進(jìn)稀釋蒸汽預(yù)熱爐管前與 DMDS 混合,并與預(yù)熱后的烴混合。烴和稀釋蒸汽混 合物將進(jìn)一步在 HC +DS 1對(duì)流段爐管中、接著在 HC +DS 2對(duì)流段爐管中相繼預(yù)熱。在重質(zhì)進(jìn)料裂解爐內(nèi),當(dāng)裂解重質(zhì)進(jìn)料時(shí),稀釋蒸汽將分兩次噴入到烴進(jìn)料中。整個(gè)稀 釋蒸汽中的一部分(對(duì)于粗柴油進(jìn)料為 5%,對(duì)于 HTO 進(jìn)料為 20%將注入到來自 HC 預(yù)熱 2對(duì) 流段爐管的預(yù)熱后的重質(zhì)進(jìn)料中。 重

30、質(zhì)進(jìn)料烴和部分稀釋蒸汽混合物在 HC +DS 1對(duì)流段爐管 中進(jìn)一步加熱。 將一部分稀釋蒸汽噴入到重質(zhì)進(jìn)料中不僅能保護(hù) HC +DS 1對(duì)流段爐管、 防止 其結(jié)焦,而且還能改善傳熱效果。稀釋蒸汽的剩余部分將在 DS PH對(duì)流段爐管中過熱,然后 通過 S&W公司的專利重質(zhì)進(jìn)料混合器, 添加到來自 HC +DSl 爐管的重質(zhì)進(jìn)料烴和部分稀釋蒸 汽混合物中。 此混合器能保證重質(zhì)進(jìn)料在進(jìn)入到 HC +DS 2對(duì)流段爐管中進(jìn)行最終預(yù)熱之前能 夠完全氣化。在重質(zhì)進(jìn)料裂解爐內(nèi),當(dāng)裂解輕質(zhì)進(jìn)料時(shí),來自 DS PH對(duì)流段爐管的過熱后的稀釋蒸汽 將被噴入到來自 HC PH 2對(duì)流段爐管的預(yù)熱后的烴進(jìn)料中。 烴和稀

31、釋蒸汽混合物在 HC +DS 1對(duì)流段爐管中進(jìn)一步加熱。 烴和稀釋蒸汽混合物然后被送到 HC +DS 2對(duì)流段爐管中, 進(jìn)行最 終預(yù)熱。當(dāng)循環(huán)爐(F -1180停下來進(jìn)行清焦時(shí),循環(huán)氣體被送到輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐(F -1160或 F -1170的一(1個(gè)爐膛;此處,它以大約 0.6 S/HC 比例和 65%當(dāng)量乙烷轉(zhuǎn)換率進(jìn)行裂解。 循環(huán)物流送到進(jìn)料分布總管, 通過進(jìn)料控制閥分配給輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐的兩 (2 個(gè)對(duì)流段通道。在 HC PH 1爐管底下,設(shè)置了兩(2通道、逆流式 BFW 省煤器管束;其設(shè)計(jì)意圖是,預(yù) 熱裂解爐急冷系統(tǒng)中產(chǎn)生 SHP 蒸汽所需的 BFW 。 BFW 的流量通過三 (3 元件控

32、制系統(tǒng)設(shè)定; 而 BFW 流量控制則通過離開汽包的飽和蒸汽流量與汽包中的液位而重置。裂解爐急冷系統(tǒng)生成的蒸汽在一個(gè)兩段式 SHPSS 爐排中過熱。第一個(gè)管束 SHPSS 1為六 (6 通道的逆流管束。 過熱后的蒸汽在出口處組合到一個(gè)通道中, 然后在外部溫度調(diào)節(jié)站中 進(jìn)行調(diào)溫。溫度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)意圖是,通過在溫度控制的條件下將 BFW 噴入過熱蒸汽中,將 SHP 輸出的最終過熱溫度控制在 520。然后,經(jīng)過調(diào)溫的蒸汽在六(6通道逆流 SHPSS 2管束中進(jìn)一步加熱到期望的過熱溫度。 3.2.2 輻射段每個(gè)新鮮進(jìn)料爐均采用雙爐膛配置,具有兩(2個(gè)相同的對(duì)稱輻射爐膛。USC-176U 型裂解爐共有 1

33、76根 U 型輻射管, 分為兩個(gè)爐膛, 每個(gè)爐膛內(nèi)懸掛單排 88根爐 管。 在對(duì)流段預(yù)熱過的原料烴和稀釋蒸汽的混合物由 4根橫跨管分別引入到 16個(gè)輻射段入口集 合管中,每根橫跨管連接 4 個(gè)集合管,每個(gè)集合管再通過 11根輻射管將裂解原料輸送進(jìn)爐膛 中。每個(gè)輻射爐管的入口處布置的文丘里噴嘴保證了到所有輻射爐管的進(jìn)料的均勻分布。這 種流量文丘里元件能形成臨界流量;在此條件下,流量只是上游壓力的函數(shù),與下游壓力無 任何關(guān)系。這樣,即使通過單獨(dú)輻射爐管的壓力降因不均勻的結(jié)焦速度而變化,到達(dá)每根爐 管的流量也能始終維持相等。只要絕對(duì)出口壓力與絕對(duì)入口壓力之比小于等于 0.90,文丘里 管就能提供均勻

34、的流量分布。每個(gè)裂解爐包含一百七十六(176根 USC “U”型輻射爐管,有八十八(88根爐管沿 著每個(gè)爐膛的中心線布置在單獨(dú)一排中。單根爐管在裂解爐頂部進(jìn)出輻射段。輻射爐管的直 徑將大約在爐管的中部增大或“變徑”,以提高產(chǎn)率,并減小剝落的焦炭堵塞爐管的風(fēng)險(xiǎn)。 輻射爐管入口管的內(nèi)徑為 45 mm,輻射爐管出口管的內(nèi)徑為 51 mm。每個(gè)輻射爐管的有效長 度通常為 23 m,相應(yīng)的解停留時(shí)間大約為 0.2秒。對(duì)于重質(zhì)進(jìn)料裂解爐,兩(2個(gè)輻射爐管出口在“Y”形管件中組合。然后, “Y”形 管件的單一出口被連接到短的輸送管線上。對(duì)于輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐,每個(gè)輻射爐管直接連接到 短的輸送管線上。輸送管線具有

35、非常低的絕熱容積;這能將副反應(yīng)導(dǎo)致的產(chǎn)率下降的影響最 小化。 對(duì)于輕質(zhì)和重質(zhì)兩種進(jìn)料裂解爐, 輸送管線都連接到一 (1 個(gè) SLE 急冷換熱器氣體入 口上。 來自每個(gè)輻射爐膛的四(4個(gè) SLE 模塊的公共出口總管直接連接到一(1個(gè)急冷器。 每個(gè)新鮮進(jìn)料裂解爐有兩(2個(gè)急冷器。輻射爐管通過入口處的恒定張力彈簧支架垂直懸掛并支撐。天花板穿孔是通過具有活動(dòng) 蓋板的暗箱。3.2.3 急冷系統(tǒng)裂解氣急冷系統(tǒng)將劃分成如下兩個(gè)階段:第一級(jí):液體裂解爐的主要急冷將發(fā)生在擁有專利權(quán)的封閉耦合式、爐頂安裝的 SLE 急 冷換熱器中。輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐中,每一(1根輻射爐管對(duì)應(yīng)一(1個(gè) SLE 元件;在重質(zhì)進(jìn) 料裂解爐

36、中,每兩(2根輻射爐管對(duì)應(yīng)一(1個(gè) SLE 元件。 SLE 是一種套管式線性換熱器, 在外部套管中生成 SHP 蒸汽。 離開每個(gè) SLE 模塊的裂解氣直接進(jìn) SLE 上方的水平總管中。 總管 中的高流速能保證,任何焦炭顆粒都能被夾帶到焦炭捕集器中。 SLE 中的焦炭沉積將減小, 不需要頻繁的機(jī)械清理。對(duì)于重質(zhì)進(jìn)料裂解爐, SLE 內(nèi)管的內(nèi)徑為 84毫米,有效傳熱長度為 19.8米;對(duì)于輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐, SLE 內(nèi)管的內(nèi)徑為 57.4毫米,有效傳熱長度為 17.9米。裂解氣自下而上穿過急冷換熱器內(nèi)管,套管外走從汽包降液管來的鍋爐給水,經(jīng)急冷裂 解氣產(chǎn)生的超高壓蒸汽通過上升管進(jìn)入汽包。水側(cè)的循環(huán)流

37、動(dòng)靠熱虹吸作用自然循環(huán)。 第二級(jí):來自各輻射爐膛的所有 SLE 的裂解氣將收集在一起,在 S&W專利急冷器中進(jìn)一 步冷卻。裂解氣被急冷到所需的溫度,然后送到急冷油塔。3.3. 新鮮進(jìn)料爐-循環(huán)氣體裂解, F -1160 到 F -1170新鮮進(jìn)料爐 F -1160和 F -1170是專門為了裂解循環(huán)氣體而設(shè)計(jì)的。這樣,當(dāng)循環(huán)氣體裂解 爐(F -1180退出運(yùn)行進(jìn)行清焦或維護(hù)時(shí),循環(huán)氣體也能得到裂解。專門裂解允許循環(huán)物流 在比共同裂解更高的裂解深度下進(jìn)行裂解,從而最小化對(duì)裝置產(chǎn)量的影響。這種改變要求給每個(gè)裂解爐的進(jìn)料分布總管提供一個(gè)原料供應(yīng)管線,使用氣體進(jìn)料閥來 控制到每個(gè)通道的循環(huán)進(jìn)料分布;其

38、它操作與液體裂解操作相同。 DCS 裂解爐模式開關(guān)能改 變停車的聯(lián)鎖設(shè)定,也能在圖形上重新設(shè)置進(jìn)料控制范圍。3.4. 循環(huán)爐-位號(hào) F -11803.4.1 對(duì)流段裂解爐對(duì)流段包含下列管束(從頂部到底部:a .烴預(yù)熱 1 HC PH 1b .鍋爐給水省煤器 BFW c .烴預(yù)熱 2 HC PH 2d . SHP 蒸汽過熱 1 SHPSS 1,減溫器前e . SHP 蒸汽過熱 2 SHPSS2,減溫器后f .烴+稀釋蒸汽 HC +DS乙烷/丙烷(C2/C3循環(huán)進(jìn)料通過三(3個(gè)流量控制閥,在單獨(dú)通道控制之下進(jìn)入 裂解爐。 在整個(gè)對(duì)流段中, 都維持這種三 (3 通道配置。 原料在三 (3 通道逆流式

39、 HC PH 1和 HC PH 2管束中預(yù)熱;對(duì)于對(duì)流段,有兩(2個(gè)通道進(jìn)入一端,而一個(gè)(1通道進(jìn)入另 一端。 然后, 每個(gè)單獨(dú)通道中的進(jìn)料與新鮮稀釋蒸汽混合; 在此, 通過外部跨接管輸送到 HC +DS 管束。在 HC +DS 管束中,混合物(循環(huán)氣體+稀釋蒸汽繼續(xù)被過熱到剛好低于初始 裂解溫度的一個(gè)溫度。隨著管束中三個(gè)并聯(lián)通道中每一個(gè)的混合物離開對(duì)流段的底部管束, 它通過外部跨接管被送到裂解爐的輻射段。在 HC PH 1爐管底部安裝了的單一通道省煤器管束,用于預(yù)熱裂解爐急冷系統(tǒng)中生成 SHP 蒸汽所需的 BFW 。 BFW 的流量通過三(3元件控制系統(tǒng)設(shè)定;流量控制通過離開汽包 的飽和蒸汽

40、流量與汽包中的液位而重置。由裂解爐急冷系統(tǒng)生成的蒸汽在一個(gè)兩段式 SHP 管束中從飽和溫度過熱。第一個(gè)管束 SHPSS 1為兩(2通道的逆流管束。過熱后的蒸汽在出口處組合到單一通道中,然后在外部 溫度調(diào)節(jié)站中進(jìn)行調(diào)溫。 溫度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)意圖是, 通過在溫度控制的條件下將 BFW 噴入過 熱蒸汽中,將 SHP 輸出的最終過熱溫度控制在 520。然后,經(jīng)過調(diào)溫的蒸汽在兩(2通道 逆流 SHPSS 2管束中進(jìn)一步加熱到期望的過熱溫度。 3.4.2 輻射段三(3個(gè)對(duì)流段通道通過進(jìn)料分布總管的方式輸送到輻射爐膛。每個(gè)管對(duì)應(yīng)四(4個(gè) 輻射“M”爐管,總共 12根輻射爐管。每個(gè)輻射爐管的入口處安裝的文丘里噴

41、嘴保證了到所有輻射爐管的進(jìn)料的均勻分布。這 種流量元件能形成臨界流量;在此條件下,流量只是上游壓力的函數(shù),與下游壓力無任何壓 力。這樣,即使經(jīng)單獨(dú)輻射爐管的壓力降因不均勻的結(jié)焦速度而變化,到每個(gè)爐管的流量也 能始終維持相等。只要絕對(duì)出口壓力與絕對(duì)入口壓力之比小于等于 0.90,文丘里管就能提供 均勻的流量分布。裂解爐含有十二 (12 根 USC 型 “M” 輻射爐管, 沿著爐膛的中心線單排雙面輻射布置。 輻射爐管尺寸為 105 mm入口內(nèi)徑/111 mm出口內(nèi)徑; 長度 66.5 m。 爐管在頂部和底部通過靜 態(tài)鑄造合金返回彎頭連接,以形成螺旋形。來自廢堿處理單元的排放氣體和加氫再生氣也將被送

42、到裂解爐爐膛。其中,來自廢堿處 理單元的排放氣體是連續(xù)排放的,加氫再生氣是間歇排放的。當(dāng)加氫反應(yīng)器再生的時(shí)候才會(huì) 有氣體被排放進(jìn)爐膛。此時(shí)爐膛應(yīng)盡量避免在清焦時(shí)有再生氣排放到爐膛,以免影響清焦效 果。F-1160 和 F-1170, 這兩個(gè)裂解爐的底部爐膛, 除裂解爐自身的清焦氣進(jìn)爐膛外, 另外還 有四種來自乙烯裝置內(nèi)不同設(shè)備的排放氣進(jìn)入爐膛。注意:來自 R-1801A/B中的再生廢氣中有蒸汽。由于該反應(yīng)器是間歇再生的。所以當(dāng)該 反應(yīng)器停止再生的時(shí)候,蒸汽可能在管道中冷凝。等到下一次反應(yīng)器再生的時(shí)候,這些冷凝 水很有可能被再生氣沖進(jìn)裂解爐的爐膛或者直接沖擊管道彎頭,造成管道破裂。這是非常危 險(xiǎn)

43、的。未避免以上情況。每當(dāng)該管線需要輸送廢氣進(jìn)爐膛燃燒的時(shí)候,都需要檢查管線所有 可能有袋型的地方以及已經(jīng)設(shè)置的水靴和蒸汽疏水器。盡快將蒸汽凝液排空。同時(shí)當(dāng)反應(yīng)器 再生完成后,停止排放再生氣后的一段時(shí)間后,依然需要檢查管線中是否有蒸汽凝液。如果 有,排放凝液。由于再生反應(yīng)器再生時(shí)的復(fù)雜性,操作人員一定要注意管線中可能有烴類隨 凝液排除,蒸汽凝液排放點(diǎn)禁止明火。同時(shí)由于再生廢氣的溫度高,需要注意管線燙傷人員 或排放的凝液再沸灼傷人員。3.4.3 急冷系統(tǒng)通過來自輻射室的短停留時(shí)間轉(zhuǎn)接管線,每個(gè)輻射爐管的出口被連接到天花板上固定的 USX 急冷換熱器。共有六對(duì)相同的 USX 并聯(lián)布置。 USX 急冷

44、系統(tǒng)能為熱解反應(yīng)產(chǎn)物提供快速 有效的急冷,同時(shí)能以超高壓蒸汽的形式回收熱量。USX 換熱器包括垂直固定的套管元件,工藝物料在內(nèi)管中流動(dòng),而鍋爐給水則在外環(huán)中 流動(dòng)。 USX 換熱器內(nèi)管的內(nèi)徑為 112.9毫米,有效傳熱長度為 13.35米。離開每個(gè) USX 元件的 裂解氣到達(dá)大直徑焦炭收集總管的頂部(F-1180的管道配置中,沒有焦炭收集總管。裂解氣 直接進(jìn)入急冷器中。總管的中低速度能保證裂解氣中夾帶的任何焦炭顆粒都能從物流中分 離出來,并收集在總管的底部。來自收集總管的裂解氣被送到急冷器。 4.0裂解爐控制理論4.1. 總則三個(gè)基礎(chǔ)蒸汽裂解變量(分別是停留時(shí)間,烴的分壓,和反應(yīng)溫度在工業(yè)裂解

45、爐上借 助于四個(gè)主要操作變量分別是烴進(jìn)料流量,稀釋蒸汽流量,爐管出口壓力,和爐管出口溫 度(COT 進(jìn)行調(diào)節(jié)。流量或多或少地是由裂解爐管的設(shè)計(jì)固定的,但是,如果特殊情況 有要求,那么它也能略微向下調(diào)節(jié)。爐管出口壓力是由裂解氣體壓縮機(jī)的吸入壓力固定的, 因此基本上無法改變。能夠在實(shí)用程度上改變的唯一操作變量是 COT 。這是主導(dǎo)性的裂解變 量;不過, COT 這么小的變化(20到 30將會(huì)對(duì)裂解裂解深度有明顯的影響,因此也影響 裂解產(chǎn)率。這樣,控制裂解爐的本質(zhì)就是控制 COTs 。4.2. 裂解爐控制4.2.1 新鮮進(jìn)料爐(位號(hào) F -1110到 F -1170HC 進(jìn)料通過四 (4 個(gè)并聯(lián)的流量控制閥進(jìn)入每個(gè)裂解爐。 稀釋蒸汽流量通過四 (4 個(gè) 并聯(lián)的閥門控制; 每個(gè)稀釋蒸汽物流通過與它對(duì)應(yīng)的 HC 進(jìn)料物流的比例來控制。 關(guān)于裂解爐 的完整描述見 3.1節(jié)。燃燒在通過每個(gè)輻射爐膛中獨(dú)立的燃燒區(qū)域的完成,因此每個(gè)裂解爐需要兩個(gè)燃料氣流量控制閥。新鮮進(jìn)料裂解爐設(shè)計(jì)使用燃料氣作燃料。燃料氣流量通過在 SLE 入口處測(cè)得的平 均爐管出口溫度(COT 來控制。每個(gè)爐管中的 CO