鞠雪松，劉 臻，潘豐強(qiáng)

(中國(guó)石油蘭州石化乙烯廠，甘肅 蘭州 730060)

1 應(yīng)用背景

蘭州石化乙烯廠乙烯裝置104B、105B兩臺(tái)裂解爐采用KBR公司技術(shù)，為SC-1型爐管，有八組進(jìn)料通道，可同時(shí)裂解氣相原料及石腦油原料。自產(chǎn)乙烷、丙烷，外接丙烷、油田液化氣都可作為兩臺(tái)裂解爐的氣相原料使用。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中兩臺(tái)裂解共有7組氣相通道，其中4組裂解自產(chǎn)乙烷、丙烷及外接丙烷的混合原料，3組裂解油田液化氣，其余通道以石腦油為原料。此前兩臺(tái)裂解爐一直以二甲基二硫(DMDS)做為結(jié)焦抑制劑，但是從應(yīng)用效果上來(lái)看，雖然可以鈍化爐管表面金屬活性，降低裂解氣中CO含量，但抑焦效果并不明顯[1]。在運(yùn)行過(guò)程中，氣相通道裂解溫度高，爐管金屬表面溫度(TMT)升高快，導(dǎo)致兩臺(tái)裂解爐運(yùn)行周期短，2018年兩臺(tái)裂解爐平均運(yùn)行周期僅有29.6天，最長(zhǎng)運(yùn)行周期僅有32天，頻繁清焦，對(duì)整套裝置的穩(wěn)定運(yùn)行造成了嚴(yán)重影響，并且造成裝置能耗上升。

為了解決104B、105B兩臺(tái)裂解爐周期短的問(wèn)題，乙烯廠采取技術(shù)攻關(guān)，采用新型結(jié)焦抑制劑來(lái)降低爐管的結(jié)焦速率，延長(zhǎng)裂解爐運(yùn)行周期，此次采用的新型結(jié)焦抑制劑不僅僅添加了之前常用的二甲基二硫(DMDS)，而且據(jù)廠家描述還添加了磷系結(jié)焦抑制劑[2]。

磷系結(jié)焦抑制劑與二甲基二硫不同，磷系結(jié)焦抑制劑不僅僅能夠鈍化爐管的金屬表面，而且還能夠使?fàn)t管表面的焦層結(jié)構(gòu)改變，從而進(jìn)一步延長(zhǎng)裂解爐周期[3]。

2 注入方法

由于在運(yùn)行過(guò)程中104B、105B兩臺(tái)裂解爐氣相通道TMT升高過(guò)快，是主要導(dǎo)致兩臺(tái)裂解爐周期短的原因，所以本次實(shí)驗(yàn)不改變兩臺(tái)裂解爐石腦油原料助劑的注入方法，依然使用二甲基二硫(DMDS)作為結(jié)交抑制劑，僅在氣相原料中的注入NS-17A6結(jié)焦抑制劑。注入時(shí)分為兩個(gè)階段，第一階段為在預(yù)硫化期間(裂解爐投油前2 h)以及裂解爐投油開始的第一周將注入量控制在200 mg/kg以上；第二個(gè)階段為投油后一周的運(yùn)行時(shí)間，注入量控制在100到200 mg/kg，通過(guò)對(duì)用量進(jìn)行標(biāo)定，NS-17A6結(jié)焦抑制劑在實(shí)驗(yàn)周期實(shí)際平均注入量為172 mg/kg。運(yùn)行期間根據(jù)油洗塔入口CO含量的高低進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以保證碳二加氫反應(yīng)器的正常運(yùn)行。

3 應(yīng)用效果

3.1 運(yùn)行周期大幅提高

104B、105B兩臺(tái)裂解爐在2019年檢修之前各運(yùn)行兩個(gè)完整周期，平均運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)達(dá)到41.75天，較之前運(yùn)行周期提高41%。104B裂解爐運(yùn)行數(shù)據(jù)與原來(lái)添加二甲基二硫時(shí)對(duì)比如表1所示，105B裂解爐運(yùn)行數(shù)據(jù)與原來(lái)添加二甲基二硫時(shí)對(duì)比如表2所示。

表1 104B裂解爐運(yùn)行數(shù)據(jù)Table 1 Operating data of 104B cracking furnace

表2 105B裂解爐運(yùn)行數(shù)據(jù)Table 2 105B cracking furnace operation data

通過(guò)對(duì)比兩臺(tái)裂解爐本次TMT數(shù)據(jù)比較，可以看出本次使用NS-17A6結(jié)焦抑制劑后，有效延長(zhǎng)了兩臺(tái)氣相裂解爐運(yùn)行周期，而且通過(guò)對(duì)比兩臺(tái)裂解爐在燒焦前的TMT數(shù)據(jù)可以看出，在燒焦前兩臺(tái)裂解爐氣相通道TMT較之前使用DMDM時(shí)沒(méi)有明顯提高，說(shuō)明雖然延長(zhǎng)了運(yùn)行周期，爐管內(nèi)壁的焦層也沒(méi)有明顯增多。

3.2 輻射段爐管表面溫度增速放緩

圖1 NS-17A6 和DMDS在不同氣相通道中的TMT變化情況Fig.1 TMT changes of NS-17A6 and DMDS in different gas-phase tubes

由于決定裂解爐燒焦的重要因素是是裂解爐輻射段爐管便面溫度，其耐溫的最高允許溫度為1100 ℃，一旦達(dá)到測(cè)溫度為了保證裂解爐爐管壽命，以及保證爐管不發(fā)生堵塞現(xiàn)象，必須進(jìn)行退出燒焦。所以在應(yīng)用新型結(jié)焦抑制劑NS-17A6期間，通過(guò)對(duì)104B、105B兩臺(tái)裂解爐氣相通道的輻射段爐管表面溫度(TMT)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，于之前使用DMDS作為結(jié)焦抑制劑時(shí)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)此次使用NS-17A6結(jié)焦抑制劑TMT增速明顯放緩，如圖1所示。

圖1分別選取104B、105B兩臺(tái)裂解爐氣相通道的TMT進(jìn)行對(duì)比，可以看出在不同裂解爐的氣相通道中，再加入NS-17A6結(jié)焦抑制劑后TMT的溫升明顯放緩。根據(jù)裂解爐爐管材質(zhì)，最高允許溫度為1100 ℃，再加入NS-17A6后運(yùn)行周期在40天左右時(shí)，氣相通道的TMT溫度仍然低于1060 ℃較加入DMDS運(yùn)行天數(shù)在29天左右時(shí)TMT溫度略低，說(shuō)明加入NS-17A6結(jié)焦抑制劑后能夠良好的降低爐管內(nèi)表面焦層的厚度[4]，保證了裂解爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行，并能夠有效延長(zhǎng)爐管壽命。

3.3 裂解氣組成變化

應(yīng)用NS-17A6結(jié)焦抑制劑期間，對(duì)104B、105B兩臺(tái)裂解爐的氣相通道的裂解氣組成進(jìn)行定期取樣分析，和之前加注DMDS時(shí)進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。

表3 氣相裂解爐使用NS-17A6結(jié)焦抑制劑前后裂解氣組成對(duì)比Table 3 Comparison of pyrolysis gas composition before and after using NS-17A6 coking inhibitor in gas phase cracking furnace

根據(jù)表3可以看出，在氣相裂解爐的氣相原料中加入NS-17A6結(jié)焦抑制劑后，裂解氣組成并無(wú)明顯變化，雖有小幅提升，可能與原料性質(zhì)變化有關(guān)。說(shuō)明加入NS-17A6結(jié)焦抑制劑后對(duì)氣相裂解爐氣相通道的雙烯收率沒(méi)有影響。

3.4 降低能耗

3.4.1 減少稀釋蒸汽用量

表4 氣相裂解爐蒸汽使用量加注NS-17A6前后對(duì)比Table 4 Comparison of the amount of steam used in the gas-phase cracking furnace before and after filling NS-17A6

蘭州石化乙烯裝置裂解爐采用離線空氣-蒸汽清焦方法，在裂解爐運(yùn)行至周期后進(jìn)行離線燒焦，兩臺(tái)氣相裂解爐2018年平均運(yùn)行周期29.6天，全年清焦27次，投用NS-17A6結(jié)交抑制劑后運(yùn)行周期可達(dá)到40天以上，按照一個(gè)周期40天進(jìn)行計(jì)算，全年清焦18次，較之前減少9次，通過(guò)表4進(jìn)行對(duì)比。

根據(jù)表4，可以看出如果使用NS-17A6結(jié)焦抑制劑，蘭州石化乙烯裝置全年可節(jié)約稀釋蒸汽2534.4 t/年。

3.4.2 減少燒焦次數(shù)

兩臺(tái)裂解爐每次燒焦時(shí)燃料氣用平均為2 t/h左右，減少燒焦次數(shù)后，可降低兩臺(tái)裂解爐燃料氣消耗，乙烯裝置以天然氣最為燃料氣，兩個(gè)臺(tái)氣相裂解爐每年減少燒焦9次，可節(jié)約燃料氣432 t/年。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)NS-17A6結(jié)焦抑制劑對(duì)氣相裂解原料在爐管內(nèi)壁的結(jié)焦有明顯的抑制作用，較之前的二甲基二硫時(shí)使得爐管表面溫度上升速率減慢，明顯提高了氣相裂解爐的運(yùn)行周期，降低了裝置能耗[5]。

(2)在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，氣相裂解爐的氣相通道爐管表面溫度下降的同時(shí)，液相石腦油通道在運(yùn)行至40天左右后爐管表面溫度升高過(guò)快，通過(guò)測(cè)定石腦油通道爐管表面溫度發(fā)現(xiàn)，在40天左右時(shí)多根爐管表面溫度超過(guò)1060 ℃，甚至個(gè)別達(dá)到1070 ℃，成為蘭州石化乙烯裝置裂解爐進(jìn)一步長(zhǎng)周期的阻礙，后續(xù)計(jì)劃通過(guò)技術(shù)改造在石腦油通道中加入結(jié)焦抑制劑以進(jìn)一步提高裂解爐運(yùn)行周期。