乙烯裂解炉的优化操作标定

周 丛 张永刚 李 蔚 郏景省

（中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，北京100013）

乙烯裂解炉的优化操作标定

周 丛 张永刚 李 蔚 郏景省

（中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，北京100013）

介绍了乙烯裂解炉产物含量标定的目的、意义及方法，以某100 kt/a乙烯裂解炉操作优化为实例，对该裂解炉在不同工艺条件下的含量进行标定，根据标定结果对操作条件进行了优化。结果表明，将操作条件调整后，裂解温度从815℃降低至805℃，裂解炉双烯的质量分数提高0.84个百分点。

裂解炉；收率；标定；优化

乙烯工业是石油化工的龙头，裂解炉则是乙烯生产的核心，是乙烯、丙烯、丁二烯、芳烃等重要化工原料的主要生产装置[1]。国内裂解炉技术早期以引进国外技术为主，国外几大裂解炉专利商设计的裂解炉在国内都有应用。20世纪80年代，国内开始开发国产裂解炉[2]。至1984年投产第1台裂解炉，陆续推出了CBL-I～CBL-VII型裂解炉，在产裂解炉单炉生产能力达到150 kt/a，单套乙烯装置生产能力1 Mt/a。

裂解炉建设时，裂解炉专利商提供的裂解炉工艺包以及设计资料均以设计原料性质和负荷为基础。但在生产中，乙烯装置的裂解原料往往与设计条件并不相同，且上、下游的调整以及生产调度需要，负荷也会发生变化。此时，设计工艺条件并不是最佳操作条件，如果照搬设计参数进行操作，显然会影响装置效益。

要优化裂解炉操作，就要掌握具体裂解炉的产品组成。对裂解炉产物进行含量标定是获得裂解炉目标产物收率行之有效的方法。对裂解炉以至具体某组炉管的产品含量分布进行实时取样，标定产品分布，由此可以准确判断标定对象的运行状况，作为裂解炉优化的依据。

1 收率标定方法及意义

1.1 方法

裂解炉收率标定就是通过对裂解炉废锅出口的裂解产物、水蒸汽混合物进行计量、样品采集，并分析气、液相样品组成，计算得到裂解产物的产品收率分布。

裂解炉收率标定过程如图1所示。

图1 裂解装置现场取样Fig 1 Fieldsampling of cracking facilities

裂解炉收率标定方法如下：

1）裂解产物和水蒸汽混合物经废锅出口侧线进入取样换热器；

2）经过换热冷却后的气液混合物，进入现场取样设备，经过水冷、冰冷等步骤，使水及裂解产物重组分冷凝，分离收集；

3）气相产物进行计量、采样；

4）分析气、液相样品，得到各自的详细产物组成；

5）根据气、液相产物组成和标定的气、液相质量，计算得到裂解炉产物组成。

在标定过程中，同时记录裂解炉操作工艺条件，标定得到的产品收率即与操作条件对应，可作为裂解炉精细控制、优化操作的数据基础。

1.2 意义

裂解炉收率标定，可应用在以下方面：

1）对裂解炉进行评价分析，即通过某原料在具体操作条件下的裂解产物分布来判断裂解炉所存在的系统误差。把裂解炉产品收率分布与模拟计算软件计算得到的该原料在该操作条件下的产品收率进行对比，得到该裂解炉存在的系统偏差（最常见的是COT指示误差）。这样，在对裂解炉工艺条件进行优化时，可通过技术手段屏蔽该系统误差，从而达到精确控制裂解炉的目的。

2）判断裂解炉操作参数是否适合当前原料，根据标定结果对裂解炉操作进行优化；根据原料变化调整裂解炉操作，进而实现裂解装置的整体优化。

3）进行裂解炉故障诊断。当裂解炉或者裂解炉某几组炉管由于热偶指示偏差、仪表指示偏差或者进料偏流等原因导致操作状态异常时，常规手段难以及时判断问题根源。通过收率标定可以明确裂解过程实际发生的条件，判断仪表指示的准确性，从而校正偏差，解决问题。

2 优化裂解炉操作

以实例说明裂解炉标定在操作优化中的应用。

某100 kt/a乙烯裂解炉，操作过程中发现双烯（乙烯+丙烯）含量偏低，但难以确定降低的幅度，且无法确认问题存在的环节。为了解决问题，提升裂解炉双烯收率，对该炉进行含量标定，在此基础上优化裂解炉操作条件。

该裂解炉投用原料为石脑油，进料质量流量45 t/h，水油比（稀释蒸汽与裂解原料的质量比）0.55，正常操作温度815℃（仪表指示）。工艺条件优化以裂解温度（COT）优化为主（其他操作条件保持不变）。

改变裂解炉COT，对裂解炉分别进行790、795、800、805、810、820 ℃下的双烯含量标定，结果见图 2。

由图2可以看到，正常操作工况（815℃）下，该炉裂解深度较高，由此判断裂解炉COT指示低于真实值，该裂解炉未处于优化操作状态，可通过调整COT获得提升。COT为805℃时，可使该裂解炉产物双烯含量最大化。

操作调整前COT为815℃，乙烯、丙烯和双烯的质量分数分别为28.5%、12.2%和40.7%；调整COT为805℃后，乙烯、丙烯的质量分数分别为28.2%、13.34%，合计双烯的质量分数达到41.54%。

优化操作后，裂解炉表现有效提升。在优化的COT下操作，在保持较高乙烯收率的同时，双烯收率明显提高，且有效降低裂解炉操作温度，有利于燃料节约和裂解炉长周期运行。

图2 裂解炉产物标定结果Fig 2 Calibration results of cracking furnace products

3 结束语

裂解炉收率标定是裂解炉操作优化的一种有效手段。通过收率标定，可以判断裂解炉控制参数精确性，判断裂解炉是否处于优化的操作状态，为裂解炉进一步提升效益提供方向。

裂解炉收率标定还可与模拟裂解试验、计算软件模拟等方法综合使用，更有效地提升裂解装置效益。比如对某裂解装置进行效益提升攻关，可采取如下步骤：对装置可调配原料进行物性分析、裂解模拟实验，结合裂解炉现场取样标定，通过裂解模拟计算软件优化模拟。对乙烯装置进行全面评价，确认乙烯装置目标产物收率提高的有效环节：确认是通过原料调配方面进行原料优化，还是通过裂解操作方面进行操作优化。进而进行相应调整，最终达到提升整体效益的目的。

[1]王松汉.乙烯装置技术与运行[M].北京：中国石化出版社,2009.

[2]何细藕.烃类蒸汽裂解制乙烯技术发展回顾[J].乙烯工业,2008,20（2）：59-64.

Optimized Operation Calibration on Ethylene Cracking Furnace

Zhou Cong,Zhang Yonggang,Li Wei,Jia Jingsheng
（SINOPEC Beijing Research Institute of Chemical Industry,Beijing 100013）

The purpose,significance and methods of ethylene cracking furnace product content calibration were introduced in this paper.A 100 kt/a ethylene cracking furnace operation optimization was used for example,the product content from the cracking furnace under different operating conditions were calibration and then optimized the operation conditions according to the calibration results.The result showed that the cracking furnace outlet temperature was reduced from 815℃ to 805℃,and the mass fraction of ethylene and propylene was improved by 0.84 percentage after optimization.

cracking furnace;yield;calibration;optimization

TQ221.21+1

B DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2012.03.020

2012-04-10；

2012-04-16