“三烯”、“三苯”是石油化工的基礎，各種重要的有機化工產(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的生產(chǎn)方法，并為大家詳細介紹生產(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)

石油烴通過管式裂解爐進行高溫裂解反應以制取乙烯，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在有催化劑存在下進行，可以降低反應溫度，提高選擇性和產(chǎn)品收率。催化裂解技術(shù)具有的優(yōu)點，使其成為改進裂解過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)濟性或者存在技術(shù)“瓶頸”等問題，至今仍處于技術(shù)開發(fā)或工業(yè)化實驗的水平，沒有或很少有常年運行的工業(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。

裂解反應在輻射段爐管中發(fā)生生成乙烯和丙烯等產(chǎn)品。對流段回收高溫煙氣余熱，以氣化和過熱原料至反應所需的橫跨溫度，同時預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并回收裂解氣的高溫熱量以產(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爐是我國在20世紀90年代，北京化工研究院、中國石化工程建設公司、蘭州化工機械研究院等多家單位，相繼開發(fā)的高選擇性裂解爐。

CBL裂解爐的對流段設置在輻射室上部的一側(cè)，對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內(nèi)設置原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水預熱、原料過熱、稀釋蒸汽過熱、高壓蒸汽過熱段。稀釋蒸汽的注入：二次注汽的為I、Ⅱ型，一次注汽的為Ⅲ型。 

主要特點是將對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控制在適當范圍內(nèi)。采用二次混合新工藝后，物料進入輻射段的溫度可提高50℃以上。

這樣，當裂解深度不變時，裂解溫度可降低5℃-6℃，輻射段煙氣溫度可相應降低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、運轉(zhuǎn)周期長等特點。

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間爐，是美國魯姆斯（Lummus）公司于1963年開發(fā)，1965年工業(yè)化，以后又不斷地改進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，是為了進一步縮短停留時間，改善裂解選擇性，提高乙烯的收率，對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用最多的爐型。

SRT型裂解爐的對流段設置在輻射室上部的一側(cè)，對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內(nèi)設置進料、稀釋蒸汽和鍋爐給水的預熱。

從SRT-Ⅵ型爐開始，對流段還設置高壓蒸汽過熱，由此取消了高壓蒸汽過熱爐。在對流段預熱原料和稀釋蒸汽過程中，一般采用一次注入蒸汽的方式，當裂解重質(zhì)原料時，也采用二次注汽。

早期SRT型裂解爐多采用側(cè)壁無焰燒嘴燒燃料氣，為適應裂解爐燒油的需要，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荷的70％。SRT-Ⅲ型爐的熱效率達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，輻射盤管為W型或U型盤管。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(16-48組)。

每2組或4組輻射盤管配一臺USX型(套管式)一級廢熱鍋爐，多臺USX廢熱鍋爐出口裂解氣再匯總送入一臺二級廢熱鍋爐。后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。 

USC型裂解爐對流段設置在輻射室上部一側(cè)，對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內(nèi)設有原料和稀釋蒸汽預熱、鍋爐給水預熱及高壓蒸汽過熱等熱量回收段。大多數(shù)USC型裂解爐為一個對流段對應一個輻射室，也有兩個輻射室共用一個對流段的情況。 

當裝置燃料全部為氣體燃料時，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料時，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荷的60％-70％。 

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

USC裂解技術(shù)是根據(jù)停留時間、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。短的停留時間和低的烴分壓使裂解反應具有良好的選擇性。

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70年代開發(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。

在此基礎上，相繼開發(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，管長縮短，停留時間可控制在O.2秒以內(nèi)。GK型裂解爐一般采用一級廢熱鍋爐。 

對流段設置在輻射室上側(cè)。對流段除預熱原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水外，還進行高壓蒸汽的過熱。

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荷的70％。側(cè)壁燒嘴為燒氣的無焰燒嘴。

對不同的裂解原料采用不同的爐管構(gòu)形，對原料的靈活性較大。新型輻射段爐管的停留時間短，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，其輻射盤管為單程直管。對流段在輻射室上側(cè)，原料和稀釋蒸汽在對流段預熱至橫跨溫度后，通過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，由輻射室頂部出輻射管而進入第一廢熱鍋爐。

裂解輕烴時，常設三級廢熱鍋爐；裂解餾分油時，只設兩級廢熱鍋爐。對流段還預熱鍋爐給水并過熱高壓蒸汽，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，單臺爐爐管數(shù)量大，為保證輻射管流量均勻，在輻射管入口設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)復雜，投資相對較高。因裂解管是一程，沒有彎頭，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60年代開發(fā)了Pyrocrack裂解爐，該型裂解爐通常為雙輻射段、單對流段結(jié)構(gòu)。為了適應不同的原料，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年代以后設計的裂解爐主要采用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，大約占整個裝置能耗的70-80%。裂解系統(tǒng)能耗的多少決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優(yōu)化裂解爐操作的方法，達到節(jié)能降耗的目的。

一、裂解系統(tǒng)的優(yōu)化操作

1  優(yōu)化裂解爐的運行

降低裂解爐的裂解深度，強化裂解爐的優(yōu)化操作管理，實時關(guān)注裂解原料變化，并進行分析及調(diào)整，實現(xiàn)最優(yōu)產(chǎn)品分布。

2  優(yōu)化裂解原料

嚴控原料品質(zhì)，根據(jù)入廠原料日報分析，及時調(diào)整注硫量。輕、重石腦油分別送進不同的裂解爐，分儲分煉投用。

3  優(yōu)化工藝操作及現(xiàn)場管理

提高裂解爐的熱效率：

a.裂解爐正常運行過程中，加強檢查爐膛內(nèi)火嘴燃燒狀況是否良好，根據(jù)火嘴燃燒情況調(diào)整風門的開度。若是火嘴燒壞或堵塞，要及時更換和清理疏通，防止爐管因局部過熱造成爐管結(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、點火孔是否關(guān)閉或者損壞，一定要及時處理，減少冷空氣漏入。

4  優(yōu)化燒焦方案，縮短燒焦時間

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

另外，燒焦時間過長和過短都是不好的。燒焦時，爐子溫度高，對流段溫度比正常運行高，輻射段易出現(xiàn)超過爐管最高允許值的熱點，若燒焦時間過長，必然會對爐管造成損害，縮短其使用壽命，增加維護費用。若燒焦時間短，燒焦不徹底，會造成下次清焦周期短，影響生產(chǎn)。

二、實施新型節(jié)能技術(shù)

1.在裂解爐底部燃燒器加入空氣預熱器，可以節(jié)約燃氣用量，同時改善燃燒條件，減少煙氣排放，進而提高裂解爐的熱效率。

2.回收煉廠干氣，增加裝置效益。

3.焦爐罐改造

燒焦時易將焦粉從罐頂帶出，污染環(huán)境，且燒焦冷卻水用量大。通過對燒焦罐進行改造，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題。

4.乏氣回收項目

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