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试论乙烯裂解炉裂解深度在线优化与应用
作者：苏鸿猷
来源：《中国化工贸易·下旬刊》2017年第06期
摘 要：根据乙烯裂解炉在裂解深度方面存在的优化问题，本文从乙烯产品和丙烯产品的实际经济效益出发，合理制定了乙烯裂解炉在双烯收率上最佳经济效益的优化标准，只有完成该经济标准的优化，才可以在工艺参数和裂解原料不同的情况下，获得裂解炉在运行过程中的最佳裂解深度，真正实现经济效益的最大化。 关键词：乙烯裂解炉；在线优化；裂解深度
近年来，人们开始越来越关注乙烯裂解炉在控制裂解深度上存在的问题。乙烯裂解炉的裂解深度是评定裂解炉内裂解反应实际进程的主要标准，在应用过程中为了取得相应乙烯产品和丙烯产品的收率，裂解深度一定要控制在适宜范围内。本文主要从乙烯产品和丙烯产品这两者的经济效益出发，有效提出与裂解深度相适应的优化策略。 1 建立裂解深度在线优化的目标
由于裂解原料各不相同，所以裂解深度在相同的条件下，裂解过程中所产生的乙烯收率与丙烯收率也极有可能会存在一定的差异，这就需要按照原材料主要特征和裂解炉实际运行情况来准确调整好裂解深度，以便双烯收率达到最优化状态，促使整个裂解炉在运行中实现最大化经济效益。除此之外，裂解炉在运行时一定要确保裂解炉的运行安全，同时尽量延长裂解炉的实际运行周期。虽然受到废锅结焦、炉膛热场分布以及炉管等多方面因素的影响难以进行正确预测，但通过废锅出口温度、COT温度（cot）以及炉管表面温度等各方面间接变量，可以再极大程度上体现出裂解炉的实际运行情况。 2 构建裂解深度的收率预测模型
由上述分析结果可知，要想实现乙烯裂解炉在裂解深度方面的在线优化，就要在充分了解各种裂解原料特征的前提下，获取乙烯产品和丙烯产品两者的收率模型。而只要在确定各式各样油品特征的情况下，全面掌握好裂解深度因子（也就是丙乙比）与双烯收率相互之间存在的函数关系，就可以在现有原料特征和工艺条件下，获得具有一定优化标准的裂解深度因子。 乙烯裂解炉的裂解深度会受到多种因素的影响，而xot、停留时间、炉管出口温度、汽烃比、裂解原料构成等方面是裂解炉受到影响的主要因素。为此，当然会选择xot、cot、汽烃比、具体进料负荷、直链烷烃之和、裂解原料密度以及正异构烷烃比作为乙烯裂解炉在裂解深度中收率预测模型的实际输入变量，那么模型的输出自然是丙乙比和双烯收率。
为了可以获得更加准确的收率预测模型，一般都需要具备可以包容裂解炉绝大多数运行工况的全方位效验数据，但按照裂解炉装置的实际情况是无法实现的。因此，可有效综合机理建
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模与经验建模的具体特性来合理制定出机理与经验相结合的建模方案，其具体实施过程表现在以下两个方面：①把xot、cot、汽烃比、油品信息和裂解原料总量等方面所包含的直链烷烃之和、裂解原料相应密度以及正异构烷烃比等多种工艺参数的实际遍历信息正确输入到现有的乙烯裂解炉模型，通过反复模拟运算之后就可在不同工艺参数下，获得裂解该种原料过程中的双烯收率数据；②依照机理模型所产生的样本数据，应用神经网络与模糊系统等多种智能型建模方法后，可获得双烯收率和裂解深度因子相互之间的收率预测模型。
将该乙烯装置裂解炉投入使用，观察其在投入使用前后各项数据的变化情况（如表1所示）。
该装置在投入使用深度优化后，乙烯收率在逐渐降低的同时，丙烯收率获得了大幅度增长，并且也大大减少了燃料气的消耗量，增加了经济效益，与投入使用前对比，实现了良好的优化。
3 实施裂解炉节能技术改造
3.1 将裂解炉改造为新型炉或对辐射段炉管进行改造
新型裂解炉均采用高温-短停留时间与低烃分压的设计。近年来，新型裂解炉的停留时间缩短到0.2s左右，并且出现低于0.1s的毫秒裂解技术，由于停留时间大幅度缩短，裂解温度提高，裂解产品的乙烯收率大幅度提高。对相同的裂解原料而言，在相同工艺设计的装置中，乙烯收率提高1%，则乙烯生产能耗大约相应降低1%。因此，改善裂解选择性，提高乙烯收率是决定乙烯装置能耗的最基本因素。 3.2 对裂解炉对流段进行改造
在对流段的顶部或原料预热模块，可降低排烟温度，同时可以使物料的横跨温度升高，是辐射炉管的热强度降低。利用对流段的原设计时预留的管排空位，增加增加蒸汽过热模块换，取消蒸汽过热炉。不仅节省了蒸汽过热炉的投资，同时也降低了燃料的消耗量，并且充分利用了烟气的余热，使裂解炉热效率明显提高，有助于降低乙烯能耗。
综上所述，为了有效解决乙烯裂解炉在装置裂解深度过程中存在的优化问题，应从乙烯产品和丙烯产品的经济效益出发，在此基础上提出具有一定优化标准的裂解深度优化方针。在实际优化过程中，要先建立裂解深度在线优化的目标，并有效构建裂解深度的收率预测目标，在现有裂解原料和工艺参数的条件下获取裂解炉运行中的最优裂解深度。同时要注意努力克服工艺参数与双烯收率模型这两者的不确定性因素，以达到经济效益最大化的目的。 参考文献：
[1]袁比飞，卢贵武.新型乙烯裂解炉炉管材料及表面预处理技术研究进展[J].西安石油大学学报（自然科学版），2010，16（05）：203-204.
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