王强，丁少辉，李怀强，黄超，杨军

（中国石油独山子石化分公司乙烯厂，新疆独山子 833699）

裂解炉是乙烯装置的主要能耗设备，具有物流量大、停留时间短、加热温度高、设备表面积大等特点。随着节能工作的不断深入和发展，采取适当措施提高裂解炉的热效率显得尤为重要，对流段管束的表面清洁度直接影响换热效率[1]。

中国石油独山子石化分公司（以下简称独山子石化）100万吨/年乙烯装置裂解炉长周期运行过程中，对流段炉管表面积灰严重，翅片管产生腐蚀，裂解炉排烟温度升高，超高压蒸汽（SS）温度偏低，降低了裂解炉热效率，使乙烯装置能耗增加。SS温度偏低亦是制约裂解气压缩机长周期稳定运行因素之一。为进一步提高SS温度和裂解炉热效率，采用化学清洗的方式对裂解炉对流段进行积垢清除，以提高对流段管束的导热性能，提高换热效率。

1 裂解炉锅炉给水系统流程

独山子石化100万吨/年乙烯装置裂解炉采用德国LINDE公司专利技术，裂解炉配置为8台“双辐射室”PyroCrack 1-1型裂解炉，正常工况7开1备，裂解原料为石脑油、加氢尾油、液化石油气、轻烃和该装置循环乙烷、循环丙烷、循环碳五[2]。

图1 NAP/GAS裂解炉给水流程

图1为独山子石化百万吨乙烯裂解炉流程，锅炉给水（BFW）在锅炉水预热段（ECO）管束中被加热后进入汽包，再通过8根下降管进入线性急冷换热器（LQE）进行换热，产生含汽率10%的湿饱和蒸汽，水混合物由8根上升管进入汽包的气室。来自汽包10-V-0X31（X表示1#~8#炉位号）的饱和超高压蒸汽在裂解炉的对流段通过与向上烟道气进行3段过热后变为过热超高压蒸汽进入超高压蒸汽管网，用于驱动裂解气压缩机。

2 化学清洗原理及过程

化学清洗原理即利用清洗液的湿润、渗透、乳化、分散和剥离性能，将污垢从炉管表面清除干净。清洗过程即由清洗设备将清洗液输送到对流段顶部，由上而下喷淋到对流段炉管表面，在对流段下部安装一个接液槽，将清洗液导出炉体。

将裂解炉对流段分五层进行化学清洗，过程分别为预清洗、清洗和冲洗。预清洗是利用清洗液的渗透和润湿性能，使预清洗药剂逐步润湿污垢的表面，再渗透到污垢内部，使污垢疏松和易于分散。清洗时，清洗液的主要组分是表面活性剂，可降低溶液的表面张力，并具有优良的乳化和分散性能，与助剂复配后，能迅速将污垢从设备表面脱落、分散后随清洗液一起带走，从而达到清除污垢的目的。经预清洗、清洗后炉管表面仍有极少量的污垢，为进一步提高清洗效果，增加冲洗过程。冲洗是利用剥离剂的剥离作用将设备表面残留的污垢剥离、冲洗干净。

3 化学清洗后效果

裂解炉对流段炉管在长期运行过程中，表面有大量沉积物积聚，其结构较为紧密，难以通过声波震动将其破坏除去，通过清洗后炉管翅片上基本无污垢存在，设备基本见本色。裂解炉对流段清洗前后外观见图2。

图2 裂解炉对流段化学清洗前、后对比

4 裂解炉化学清洗后SS发汽量变化

4.1 化学清洗后超高压蒸汽管网温度与压力变化

将2017年2—8月这一时间段裂解炉相同负荷下的超高压蒸汽管网流量和温度进行对比（见表1）发现，SS温度由清洗前的488.7℃逐渐提高至493℃，但SS产量明显下降，前期裂解炉无备用模式运行时SS产量大约在520 t/h以上，最高时甚至需要开减温减压站平衡蒸汽，而目前SS产量长期维持在493 t/h，SS产量相差30 t/h左右。

表1 裂解炉清洗前后所产SS温度及流量

4.2 化学清洗后单台裂解炉工艺参数变化

对比各台裂解炉在相同进料负荷、相同裂解深度条件下，化学清洗前后数据发现，裂解炉对流段各个模块的换热效率均有所提升，排烟温度以及燃料气用量均有所下降，SS温度有了明显提高，锅炉给水量明显下降，SS产量明显下降。具体见表2。

表2 单台裂解炉化学清洗前、后数据对比

5 化学清洗经济效益分析

化学清洗后由于传热效率的提高，裂解炉相同工况下燃料气耗量减少，以3#裂解炉为例，节省燃料气效益如下：

3#裂解炉节约燃料气总量为（48 t/h轻烃为例）316 m3/h，目前天然气价格为2 330元/吨，1 m3/h燃料气折算为天然气是0.713 kg/h，则3#裂解炉一年（8 000 h）节约燃料气费用419.97万元。1 m3燃料气折算为标油是0.66 kg，则3#裂解炉平均能耗降低了1.67 kgEO/t，装置产能按125 t/h计算。裂解炉化学清洗效果评价见表3。

通过表3可以看出，采用对流段化学清洗能够有效清除裂解炉对流段积垢，从而提高对流段炉管管束的导热性能，提高了换热效率，经济效益可观。

表3 裂解炉化学清洗效果评价

6 超高压蒸汽产量减少的原因

对裂解炉对流段进行化学清洗后发现，裂解炉的SS产量明显下降，造成装置在高负荷运行时裂解气压缩机低压阀全开。

锅炉给水由水加热到过热蒸汽的过程经历三个阶段，即未饱和段、汽化段、过热段。裂解炉正常运行情况下汽包压力为12.783 MPa，在该压力下锅炉给水饱和温度为329℃。

化学清洗前，由于裂解炉积灰严重，对流段热效率明显下降，为保证SS温度，提高进入裂解炉的空气量，在裂解炉负荷及裂解炉出口温度不变的条件下，裂解炉燃料气耗量增加，使进入对流段的高温烟气流量增加，从而提高了超高压蒸汽的过热温度。但SS过热段上下温差小，充分说明对流段存在积灰，污垢热阻增大，造成热效率差，当提高SS过热温度的同时整个对流段温度都在上升，锅炉给水预热段烟气温度上升，使得锅炉给水预热后的温度升高，最高温度达280℃，但此温度仍未达到汽包压力下的汽化温度，所以化学清洗前锅炉给水在对流段未产生蒸汽。

锅炉给水预热后的温度升高，使锅炉给水进入LQE的温度升高。根据热量衡算方程可知热流体放出的热量等于冷物体吸收的热量，所以化学清洗前，裂解炉锅炉给水预热温度升高，LQE处汽化量增加，进入汽包的湿蒸汽量增加，导致发汽量增加。

化学清洗后，炉管翅片表面清洗干净，对流段堆积粉尘消除，超高压蒸汽过热段吸收热量增加，SS温度明显提高，裂解炉排烟温度明显下降。锅炉给水预热后温度明显下降，LQE处发汽量相比化学清洗前有所下降。

7 结论

通过化学清洗后，对流段炉管翅片表面积灰基本清洗干净，提高了对流段炉管管束的导热性能，裂解炉所产超高压蒸汽品质得到改善，裂解炉热效率得到提高，有利于裂解气压缩机长周期运行和装置节能降耗。

八面来风

二甲苯异构化新催化剂

埃克森美孚开发的二甲苯异构化新催化剂称为双床层催化剂，使乙苯脱烷基和二甲苯异构化的汽相异构化反应分开进行。

第一种催化剂（装在下行式反应器的上部床层或径向反应器的外侧床层）主要用于乙苯催化转化为苯，不发生芳烃裂化反应。择型反应的机理是，邻二甲苯和间二甲苯不发生变化，乙苯转化为苯、邻二甲苯和间二甲苯。在生产这种催化剂的工艺过程中，使用一种提高选择性的无定形助剂。这种助剂的作用一是减小沸石的孔口，限制较大的分子进入沸石孔中。因为乙苯的动力学直径较小，乙苯扩散通过沸石孔道不会受阻。反之，较大的C8分子（邻二甲苯和间二甲苯）在提高选择性的催化剂中几乎全部不能进入沸石孔中，因此在沸石孔中的活性中心就不会有烷基转移反应。在沸石孔道中的催化活性可以调节到只有希望出现的乙苯单程脱烷基反应，不增加不希望出现的副反应（包括二甲苯分子）。二是钝化沸石催化剂的外表面酸性，不影响内孔系统，邻二甲苯和间二甲苯不暴露到活性中心，同时旁路沸石孔道。

第二种催化剂（装在下行式反应器的下部催化剂床层或径向反应器的内侧床层）主要催化二甲苯异构化。反应是邻二甲苯和间二甲苯异构化生成对二甲苯、邻二甲苯和间二甲苯。邻二甲苯和间二甲苯在第二种催化剂床层中进行异构化达到二甲苯平衡。第二种催化剂活性很低，因为二甲苯异构化反应需要的活性比乙苯脱烷基反应低很多。而且，因为催化剂活性低，在第一种催化剂床层中得到的苯产品在第二种催化剂床层中不反应。