“三烯”、“三苯”是石油化工的基礎(chǔ)，各種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品都要以其為生產(chǎn)的原料。所以生產(chǎn)“三烯”、“三苯”的乙烯裝置也成為了石油化學(xué)工業(yè)的龍頭，它的生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)量、和技術(shù)可以體現(xiàn)出國(guó)家石油化工的發(fā)展水平。

小課堂：“三烯”、“三苯”是什么呢？

三烯：乙烯、丙烯、丁二烯

三苯：苯、甲苯、二甲苯

你了解乙烯生產(chǎn)方法嗎？知道乙烯生產(chǎn)裝置嗎？小編先帶大家了解常見(jiàn)的生產(chǎn)方法，并為大家詳細(xì)介紹生產(chǎn)工藝中最為重要的裝置——裂解爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和類型。

乙烯的生產(chǎn)方法

1 管式爐裂解技術(shù)

石油烴通過(guò)管式裂解爐進(jìn)行高溫裂解反應(yīng)以制取乙烯，這種技術(shù)是生產(chǎn)乙烯最為成熟的技術(shù)。

2 催化裂解技術(shù)

催化裂解即烴類裂解反應(yīng)在有催化劑存在下進(jìn)行，可以降低反應(yīng)溫度，提高選擇性和產(chǎn)品收率。催化裂解技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)，使其成為改進(jìn)裂解過(guò)程最有前途的工藝技術(shù)之一。

3 合成氣制乙烯（MTO）

MTO合成路線，是以天然氣或煤為主要原料，先生產(chǎn)合成氣，合成氣再轉(zhuǎn)化為甲醇，然后由甲醇生產(chǎn)烯烴的路線，完全不依賴于石油。在石油日益短缺的21世紀(jì)有望成為生產(chǎn)烯烴的重要路線。

目前，幾乎世界上所有乙烯裝置均采用管式爐蒸汽裂解技術(shù)，其它工藝路線由于經(jīng)濟(jì)性或者存在技術(shù)“瓶頸”等問(wèn)題，至今仍處于技術(shù)開(kāi)發(fā)或工業(yè)化實(shí)驗(yàn)的水平，沒(méi)有或很少有常年運(yùn)行的工業(yè)化生產(chǎn)裝置。

裂解爐的結(jié)構(gòu)

乙烯裝置中的裂解爐由對(duì)流段、輻射段（包括輻射爐管和燃燒器）和急冷鍋爐系統(tǒng)三部分構(gòu)成。

裂解反應(yīng)在輻射段爐管中發(fā)生生成乙烯和丙烯等產(chǎn)品。對(duì)流段回收高溫?zé)煔庥酂?，以氣化和過(guò)熱原料至反應(yīng)所需的橫跨溫度，同時(shí)預(yù)熱鍋爐給水和超高壓蒸汽。急冷鍋爐系統(tǒng)的作用是終止裂解二次反應(yīng)并回收裂解氣的高溫?zé)崃恳援a(chǎn)生超高壓蒸汽。

基本流程如下：

裂解爐的分類

乙烯裂解爐的種類從技術(shù)上可分為雙輻射室、單幅射室及毫秒爐。

從爐型上可分為CBL裂解爐（自主研發(fā)）、SRT型裂解爐、USC型裂解爐、KTI GK裂解爐、毫秒裂解爐、Pyrocrack型裂解爐。

CBL型裂解爐

CBL爐是我國(guó)在20世紀(jì)90年代，北京化工研究院、中國(guó)石化工程建設(shè)公司、蘭州化工機(jī)械研究院等多家單位，相繼開(kāi)發(fā)的高選擇性裂解爐。

CBL裂解爐的對(duì)流段設(shè)置在輻射室上部的一側(cè)，對(duì)流段頂部設(shè)置煙道和引風(fēng)機(jī)。對(duì)流段內(nèi)設(shè)置原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水預(yù)熱、原料過(guò)熱、稀釋蒸汽過(guò)熱、高壓蒸汽過(guò)熱段。稀釋蒸汽的注入：二次注汽的為I、Ⅱ型，一次注汽的為Ⅲ型。 

主要特點(diǎn)是將對(duì)流段中稀釋蒸汽與烴類傳統(tǒng)方式的一次混合改為二次混合新工藝。一次蒸汽與二次蒸汽比例應(yīng)控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。采用二次混合新工藝后，物料進(jìn)入輻射段的溫度可提高50℃以上。

這樣，當(dāng)裂解深度不變時(shí)，裂解溫度可降低5℃-6℃，輻射段煙氣溫度可相應(yīng)降低20℃-25℃，最高管壁溫度下降14℃-20℃，全爐供熱量可降低約10％。 

供熱采用側(cè)壁燒嘴與底部燒嘴聯(lián)合布置方案,側(cè)壁燒嘴為無(wú)焰燒嘴，底部燒嘴為油氣聯(lián)合燒嘴。

該爐具有裂解選擇性高、調(diào)節(jié)靈活、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。

SRT型裂解爐

SRT管式裂解爐結(jié)構(gòu)

SRT型裂解爐即短停留時(shí)間爐，是美國(guó)魯姆斯（Lummus）公司于1963年開(kāi)發(fā)，1965年工業(yè)化，以后又不斷地改進(jìn)了爐管的爐型及爐子的結(jié)構(gòu)，先后推出了SRT－Ⅰ～Ⅵ型裂解爐。

該爐型的不斷改進(jìn)，是為了進(jìn)一步縮短停留時(shí)間，改善裂解選擇性，提高乙烯的收率，對(duì)不同的裂解原料有較大的靈活性。SRT 型爐是目前世界上大型乙烯裝置中應(yīng)用最多的爐型。

SRT型裂解爐的對(duì)流段設(shè)置在輻射室上部的一側(cè)，對(duì)流段頂部設(shè)置煙道和引風(fēng)機(jī)。對(duì)流段內(nèi)設(shè)置進(jìn)料、稀釋蒸汽和鍋爐給水的預(yù)熱。

從SRT-Ⅵ型爐開(kāi)始，對(duì)流段還設(shè)置高壓蒸汽過(guò)熱，由此取消了高壓蒸汽過(guò)熱爐。在對(duì)流段預(yù)熱原料和稀釋蒸汽過(guò)程中，一般采用一次注入蒸汽的方式，當(dāng)裂解重質(zhì)原料時(shí)，也采用二次注汽。

早期SRT型裂解爐多采用側(cè)壁無(wú)焰燒嘴燒燃料氣，為適應(yīng)裂解爐燒油的需要，目前多采用側(cè)壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合的布置方案。底部燒嘴最大供熱量可占總熱負(fù)荷的70％。SRT-Ⅲ型爐的熱效率達(dá)93.5％。

折疊USC型裂解爐

USC型裂解爐結(jié)構(gòu)示意圖

斯通-偉伯斯特(S.W)公司的USC裂解爐(超選擇性裂解爐)為單排雙輻射立管式裂解爐，輻射盤(pán)管為W型或U型盤(pán)管。由于采用的爐管管徑較小，因而單臺(tái)裂解爐盤(pán)管組數(shù)較多(16-48組)。

每2組或4組輻射盤(pán)管配一臺(tái)USX型(套管式)一級(jí)廢熱鍋爐，多臺(tái)USX廢熱鍋爐出口裂解氣再匯總送入一臺(tái)二級(jí)廢熱鍋爐。后期開(kāi)始采用雙程套管式廢熱鍋爐(SLE)，將兩級(jí)廢熱鍋爐合并為一級(jí)。 

USC型裂解爐對(duì)流段設(shè)置在輻射室上部一側(cè)，對(duì)流段頂部設(shè)置煙道和引風(fēng)機(jī)。對(duì)流段內(nèi)設(shè)有原料和稀釋蒸汽預(yù)熱、鍋爐給水預(yù)熱及高壓蒸汽過(guò)熱等熱量回收段。大多數(shù)USC型裂解爐為一個(gè)對(duì)流段對(duì)應(yīng)一個(gè)輻射室，也有兩個(gè)輻射室共用一個(gè)對(duì)流段的情況。 

當(dāng)裝置燃料全部為氣體燃料時(shí)，USC型裂解爐多采用側(cè)壁無(wú)焰燒嘴；如裝置需要使用部分液體燃料時(shí)，則采用側(cè)壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合布置的方案。底部燒嘴可燒氣也可燒油，其供熱量可占總熱負(fù)荷的60％-70％。 

由于USC型裂解爐輻射盤(pán)管為小管徑短管長(zhǎng)爐管，單管處理能力低，每臺(tái)裂解爐盤(pán)管數(shù)較多。為保證對(duì)流段進(jìn)料能均勻地分配到每根輻射盤(pán)管，在輻射盤(pán)管入口設(shè)置了文丘里噴管。

USC裂解技術(shù)是根據(jù)停留時(shí)間、裂解溫度和烴分壓條件的選擇，使生成的產(chǎn)品中乙烷等副產(chǎn)品較少，乙烯收率較高而命名的。短的停留時(shí)間和低的烴分壓使裂解反應(yīng)具有良好的選擇性。

折疊KTIGK裂解爐

GK-I型裂解爐

早期的GK—I型裂解爐為雙排立管式裂解爐，20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的GK一Ⅱ型裂解爐為混排(入口段為雙排，出口段為單排)分支變徑管。

在此基礎(chǔ)上，相繼開(kāi)發(fā)了GK一Ⅲ型、GK一Ⅳ型和GK—V型裂解爐。GK—V型裂解爐為雙程分支變徑管，由于管程減少，管長(zhǎng)縮短，停留時(shí)間可控制在O.2秒以內(nèi)。GK型裂解爐一般采用一級(jí)廢熱鍋爐。 

對(duì)流段設(shè)置在輻射室上側(cè)。對(duì)流段除預(yù)熱原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水外，還進(jìn)行高壓蒸汽的過(guò)熱。

GK型裂解爐采用側(cè)壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合布置的方案。底部燒嘴可燒油也可燒氣，其最大供熱量可占總熱負(fù)荷的70％。側(cè)壁燒嘴為燒氣的無(wú)焰燒嘴。

對(duì)不同的裂解原料采用不同的爐管構(gòu)形，對(duì)原料的靈活性較大。新型輻射段爐管的停留時(shí)間短，熱效率高。

折疊毫秒裂解爐

毫秒裂解爐結(jié)構(gòu)示意圖

凱洛格公司的毫秒爐為立管式裂解爐，其輻射盤(pán)管為單程直管。對(duì)流段在輻射室上側(cè)，原料和稀釋蒸汽在對(duì)流段預(yù)熱至橫跨溫度后，通過(guò)橫跨管和豬尾管由裂解爐底部送入輻射管，物料由下向上流動(dòng)，由輻射室頂部出輻射管而進(jìn)入第一廢熱鍋爐。

裂解輕烴時(shí)，常設(shè)三級(jí)廢熱鍋爐；裂解餾分油時(shí)，只設(shè)兩級(jí)廢熱鍋爐。對(duì)流段還預(yù)熱鍋爐給水并過(guò)熱高壓蒸汽，熱效率為93％。 

毫秒爐采用底部大燒嘴，可燒氣也可燒油。由于毫秒爐管徑小，單臺(tái)爐爐管數(shù)量大，為保證輻射管流量均勻，在輻射管入口設(shè)置豬尾管控制流量分配。

毫秒爐管徑較小，所需爐管數(shù)量多，致使裂解爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資相對(duì)較高。因裂解管是一程，沒(méi)有彎頭，阻力降小，烴分壓低，因此乙烯收率比其它爐型高。

折疊Pyrocrack型

林德公司從20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)了Pyrocrack裂解爐，該型裂解爐通常為雙輻射段、單對(duì)流段結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)不同的原料，Pyrocrack裂解爐采用了Pyrocrack4-2、Pyrocrack2-2和Pyrocrack1-1型3種不同的爐管結(jié)構(gòu)。

其中Pyrocrack1-1型選擇性高，停留時(shí)間也短，單組爐管處理能力最小但烯烴產(chǎn)量高。林德公司在90年代以后設(shè)計(jì)的裂解爐主要采用Pyrocrack1-1型爐管。

如何節(jié)約能耗？

裂解系統(tǒng)作為乙烯裝置的核心，大約占整個(gè)裝置能耗的70-80%。裂解系統(tǒng)能耗的多少?zèng)Q定了裝置的能耗水平。下面小七以中沙石化有限公司的乙烯裝置為例，為大家講解如何通過(guò)優(yōu)化裂解爐操作的方法，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

一、裂解系統(tǒng)的優(yōu)化操作

1  優(yōu)化裂解爐的運(yùn)行

降低裂解爐的裂解深度，強(qiáng)化裂解爐的優(yōu)化操作管理，實(shí)時(shí)關(guān)注裂解原料變化，并進(jìn)行分析及調(diào)整，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)產(chǎn)品分布。

2  優(yōu)化裂解原料

嚴(yán)控原料品質(zhì)，根據(jù)入廠原料日?qǐng)?bào)分析，及時(shí)調(diào)整注硫量。輕、重石腦油分別送進(jìn)不同的裂解爐，分儲(chǔ)分煉投用。

3  優(yōu)化工藝操作及現(xiàn)場(chǎng)管理

提高裂解爐的熱效率：

a.裂解爐正常運(yùn)行過(guò)程中，加強(qiáng)檢查爐膛內(nèi)火嘴燃燒狀況是否良好，根據(jù)火嘴燃燒情況調(diào)整風(fēng)門(mén)的開(kāi)度。若是火嘴燒壞或堵塞，要及時(shí)更換和清理疏通，防止?fàn)t管因局部過(guò)熱造成爐管結(jié)焦和保溫變形。

b.控制煙氣氧含量。

c.關(guān)注爐子密閉性，降低熱量損失。日常操作中要檢查觀火孔、點(diǎn)火孔是否關(guān)閉或者損壞，一定要及時(shí)處理，減少冷空氣漏入。

4  優(yōu)化燒焦方案，縮短燒焦時(shí)間

裂解爐燒焦是完全地耗能工況。通過(guò)調(diào)整稀釋蒸汽和空氣的配比，及時(shí)分析燒焦氣中CO，CO2含量，并在純空氣燒焦階段切換側(cè)壁火嘴，使?fàn)t子充分受熱，這可有效減少燒焦時(shí)間。

另外，燒焦時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和過(guò)短都是不好的。燒焦時(shí)，爐子溫度高，對(duì)流段溫度比正常運(yùn)行高，輻射段易出現(xiàn)超過(guò)爐管最高允許值的熱點(diǎn)，若燒焦時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，必然會(huì)對(duì)爐管造成損害，縮短其使用壽命，增加維護(hù)費(fèi)用。若燒焦時(shí)間短，燒焦不徹底，會(huì)造成下次清焦周期短，影響生產(chǎn)。

二、實(shí)施新型節(jié)能技術(shù)

1.在裂解爐底部燃燒器加入空氣預(yù)熱器，可以節(jié)約燃?xì)庥昧浚瑫r(shí)改善燃燒條件，減少煙氣排放，進(jìn)而提高裂解爐的熱效率。

2.回收煉廠干氣，增加裝置效益。

3.焦?fàn)t罐改造

燒焦時(shí)易將焦粉從罐頂帶出，污染環(huán)境，且燒焦冷卻水用量大。通過(guò)對(duì)燒焦罐進(jìn)行改造，使得焦粉的中小粒徑顆粒分布增加，可有效改善焦粉溢出的問(wèn)題。

4.乏氣回收項(xiàng)目

以脫鹽水為工作水源，經(jīng)動(dòng)力頭抽吸的作用，將乏氣冷凝成水，回收蒸汽。