烯烴廠裂解爐改造降低NOx技術(shù)方案.docx

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烯烴廠裂解爐改造降低NOx技術(shù)方案石油石化行業(yè)工藝復雜，產(chǎn)物節(jié)點較多，屬于重點監(jiān)管和重點管理企業(yè)，其排放污染可決定當?shù)丨h(huán)境質(zhì)量狀況。維持長期穩(wěn)定的環(huán)境質(zhì)量狀況，需要長期跟蹤石油石化行業(yè)技術(shù)改造，可使技術(shù)持續(xù)更新，排放污染物持續(xù)達標，同時可降低能耗、節(jié)約資源。1技術(shù)改造目的石油石化行業(yè)的技術(shù)提升對國家重要戰(zhàn)略資源的節(jié)約和優(yōu)化配置具有重大意義。整體預防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)用于生產(chǎn)過程中，不斷改進工藝技術(shù)、設(shè)備，提高資源利用效率，減少污染物排放。不但會使污染物產(chǎn)生量減少，還會使排放管理得到加強，環(huán)境管理體系進一步完善，而且生產(chǎn)成本得到優(yōu)化，經(jīng)濟效益逐步顯現(xiàn)，社會和環(huán)境效益也明顯增加。2基本概況采用較為典型的烯烴廠工藝流程進行分析，提出工藝流程[1]。乙烯工藝主要組成：原料預熱、裂解爐系統(tǒng)、汽油分餾塔及急冷油循環(huán)、工藝水及稀釋蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、裂解氣壓縮、堿洗、干燥、高低壓雙塔脫丙烷、深冷分離、脫甲烷、脫乙烷、乙烯精餾、C3加氫、丙烯精餾、脫丁烷、甲烷化、燃料系統(tǒng)、排入及火炬系統(tǒng)。乙烯裝置主要由3個操作單元組成，即乙烯裝置裂解、急冷、工藝水汽提單元，乙烯裝置壓縮、堿洗、干燥、脫丙烷單元，乙烯裝置脫甲烷、深冷、脫乙烷、乙烯精制、丙烷精制、脫丁烷、甲烷化單元。2.1乙烯裝置裂解、急冷、工藝水汽提單元新鮮原料經(jīng)原料預熱系統(tǒng)，用急冷水或盤油預熱后，進入裂解爐首先經(jīng)過原料預熱處理，原料預先加熱。裂解爐系統(tǒng)由裂解爐原料供應系統(tǒng)和燃料供應系統(tǒng)、急冷廢熱鍋爐等組成。首先原料在對流段預熱后，與過熱段的稀釋蒸汽進行混合預熱后，進入輻射段，通過輻射進行裂解，爐口產(chǎn)生的裂解氣體在急冷廢熱爐進行急冷，降低裂解氣體溫度，使其冷卻。冷卻后的氣體進入冷卻單元。裂解爐在對流段對鍋爐給水進行預熱，然后進入廢熱鍋爐，在此階段進行超高壓蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽進入蒸汽管網(wǎng)。高壓汽包連續(xù)排污進入污水預處理池。 裂解爐的燃料主要是裝置自產(chǎn)的甲烷/氫，燃料燃燒煙氣和燒焦氣由引風機抽出直排大氣。裂解爐清焦水進入污水。預處理池；清焦廢渣送固廢處置有資質(zhì)單位處理。由急冷器來的裂解氣進入急冷油分餾塔，在塔內(nèi)裂解氣經(jīng)循環(huán)急冷油冷卻后，氣體通過冷油分餾塔的塔釜到塔頂慢慢冷卻，同時燃料油也被分層，重質(zhì)燃料油被分至底層，輕質(zhì)燃料油被分至塔頂部，氣體則從塔頂出去，到急冷水塔。從塔內(nèi)抽出一部分循環(huán)急冷油，為稀釋蒸汽發(fā)生器和其他用戶提供熱量后而被冷卻，冷卻后的急冷油再返回急冷油分餾塔進一步冷卻裂解氣。從塔的下部抽出一股物流，作為盤油，加熱工藝水后返回分餾塔。由急冷油分餾塔來的輕質(zhì)燃料油進到輕質(zhì)燃料油汽提塔，用蒸汽將燃料油中的輕組分汽提出去，返回到急冷油分餾塔，汽提后的輕質(zhì)燃料油與重質(zhì)燃料油混合后送至界區(qū)外。重質(zhì)燃料油汽提塔的進料來自急冷油分餾塔釜，用從裂解爐來的高溫裂解氣進行汽提，汽提出的輕組分返回到急冷油分餾塔，用于稀釋急冷油，降低急冷油的黏度。塔底采出重質(zhì)燃料油送儲罐。來自急冷油分餾塔的裂解氣進入急冷水塔，用低溫急冷水冷卻，將重質(zhì)汽油和稀釋蒸汽冷凝下來，塔頂采出的裂解氣中僅含有部分C5餾分及其以下的全部組分，塔底為冷凝下來的重質(zhì)汽油和水。塔釜底部含油很少的水，經(jīng)系列換熱器降溫后，再用循環(huán)水冷卻，并返至急冷水塔作回流，從而構(gòu)成了急冷水循環(huán)回路。裂解汽油分成三股：第一股回流；第二股去廢堿液/汽油混合器作萃取劑；第三股與來自脫丁烷塔的輕汽油混合后送出界區(qū)。在急冷水塔中，經(jīng)過水濾器過濾，然后進入提塔，此單元可分離出烴類氣體，使其提回在急冷水塔。汽提后的工藝水送至稀釋蒸汽發(fā)生器中，發(fā)生稀釋蒸汽。稀釋蒸汽發(fā)生器廢水和汽提塔含油工藝污水排入污水處理設(shè)施。2.2乙烯裝置壓縮、堿洗、干燥、脫丙烷單元急冷水塔頂提來的裂解氣進入壓縮機第一階段吸入罐。冷凝下來的水返回急冷水塔，而不凝氣體進入裂解氣壓縮機二段壓縮，壓縮后氣體經(jīng)中間冷卻器水冷，進入二段吸入罐。來自三、四、五段凝液逐段閃蒸來的烴水混合液最終進入二段吸入罐，送至凝液汽提塔。凝液汽提塔中的水返回急冷水塔，汽油去脫丁烷塔。來自裂解氣壓縮機第四段排出罐的裂解氣進入堿洗塔下部。在堿洗塔內(nèi)設(shè)置了三個堿洗段和一個水洗段。進入堿洗塔的裂解氣依次經(jīng)下段、中段、上段三級堿洗，將其中的酸性氣體CO2和H2S全部脫除，并在水洗段洗去所夾帶的堿沫后，從塔頂出來至裂解氣干燥器。堿洗塔底部堿液送入混合器，與汽油充分混合，使溶解在廢堿液中的烴類被洗滌汽油萃取溶解，然后進入油/堿分離罐中，汽油送回急冷水塔，氣體送至裂解氣壓縮機一段吸入罐，廢堿液進入廢堿液汽提塔。汽提后的廢堿液經(jīng)加熱后與空氣混合，通過空列廢堿溶液混合器混合后送至廢堿液氧化反應器進行氧化反應。氧化處理后堿洗廢水(W4)送污水處理場處理；氧化廢氣(G3)排入大氣。由堿洗塔出來的裂解氣進入氣液分離罐，進行氣液分離，氣體進入氣相干燥器進行脫水干燥，液相進入液相干燥器進行脫水干燥。分離罐分離出的水返回裂解氣壓縮機三段排出罐。經(jīng)氣、液相干燥后的物流分別進入高壓脫丙烷塔。定期更換的廢干燥劑(S1、S2、S3)送有固廢處置資質(zhì)的單位處理。 脫丙烷系統(tǒng)采用雙塔脫丙烷流程。經(jīng)過干燥的氣、液相物流分別進入高壓脫丙烷塔，在高壓脫丙烷塔進行“非清晰分割”。高壓脫丙烷塔頂?shù)奈锪线M入裂解氣壓縮機五段，經(jīng)升壓后進入乙炔加氫反應器進行加氫反應。反應后的物料經(jīng)第二干燥器干燥后進入分離罐。分離罐中液相部分作為高壓脫丙烷塔的回流，部分進入預脫甲烷塔。分離罐出來的氣體也進入預脫甲烷塔。定期更換的C2加氫脫砷保護床吸附劑送有固廢處置資質(zhì)的單位處理；廢碳二加氫催化劑送有固廢處置資質(zhì)的單位處理。自高壓脫丙烷塔底部來的仍含有C3組分的釜液進入低壓脫丙烷塔，實現(xiàn)C3與C4組分的“清晰分割”。塔頂餾出物冷凝液直接送入丙炔加氫系統(tǒng)。從高壓脫丙烷分離罐來的液相直接進入預脫甲烷塔；氣相則經(jīng)過預冷、閃蒸后氣相進入HRSl(預脫甲烷分離罐系統(tǒng))，從HRSl冷凝的液相經(jīng)預冷器預冷后進入預脫甲烷塔。預脫甲烷塔底餾分則進入脫乙烷塔。預脫甲烷塔頂餾分進入脫甲烷塔。HRSl的氣相餾分進入HRS2(尾氣精餾塔)，從HRS2出來的氣相幾乎不含C2餾分，進入氫氣罐進行甲烷、氫的分離。氫氣干燥器的廢干燥劑送有固廢處置資質(zhì)的單位處理。2.3乙烯裝置脫甲烷、深冷、脫乙烷、乙烯精制、丙烷精制、脫丁烷脫甲烷塔頂餾出物加入乙烯冷劑使其冷卻，進行液相、氣相分離，液相回流，氣相為富甲烷氣入燃料系統(tǒng)。脫甲烷塔底進行餾分，然后進入乙烯精餾塔。從預脫甲烷塔底來到餾分進入脫乙烷塔。脫乙烷塔塔頂餾出物經(jīng)冷凝后進入乙烯精餾塔。脫乙烷塔底餾分則送去C3加氫。來自脫甲烷塔的物料和脫乙烷塔的物料分別進入乙烯精餾塔。塔頂餾分經(jīng)乙烯制冷壓縮機冷凝后，作為產(chǎn)品送出。乙烯塔底乙烷作為循環(huán)物料返回裂解爐裂解。來自脫乙烷塔底的餾分，和來自低壓脫丙烷塔的餾分進入C3加氫反應器中。在此將C3餾分中的甲基乙炔(MA)和丙二烯(PD)加氫轉(zhuǎn)化為丙烯和丙烷。C3加氫廢吸附劑送有固廢處置資質(zhì)的單位處理。從反應器流出的C3物流送至C3汽提塔中，在此將C3餾分以及多余的氫氣分離出來。分離出來的輕組分送回裂解氣壓縮機吸入罐，將僅含丙烯和丙烷餾分的C3物流送至丙烯精餾塔進行精餾分離。從C3汽提塔來的物流進入丙烯精餾塔。丙烯精餾塔頂丙烯氣冷凝冷卻后作為產(chǎn)品送出界區(qū)。丙烯精餾塔底丙烷與循環(huán)乙烷混合后，作為循環(huán)物料送入裂解爐。來自脫丙烷塔底液進入脫丁烷塔中。塔頂氣體冷凝后，液態(tài)C4餾分送出界區(qū)。塔釜液即為輕裂解汽油餾分，與來自急冷水塔的輕裂解汽油混合后送出界區(qū)。粗氫進入甲烷化反應器除CO等雜質(zhì)，之后進入氫氣干燥器干燥。精制氫一部分用于加氫系統(tǒng)，一部分作為產(chǎn)品出界區(qū)。定期更換的碳三加氫反應器廢干燥劑和甲烷化反應器廢催化劑送有固廢處置資質(zhì)的單位處理[2]。3主要原料和產(chǎn)品主要原料有直餾石腦油、加氫尾油、加氫石腦油、減一/減頂油以及輔料堿液、除氧劑、緩蝕劑、破乳劑、阻聚劑等。主要產(chǎn)品乙烯、丙烯、粗氫、混合碳四、裂解汽油、粗C5、加氫C5、裂解C9[3]。4污染物產(chǎn)排現(xiàn)狀及能源流失情況 (1)SO2、NOx、煙塵。主要由裂解爐煙氣產(chǎn)生，排放超標原因主要因為裂解爐燃燒不充分及環(huán)保措施設(shè)置不到位[4]。(2)NMCH(其中包括苯、甲苯、乙烯、丙烯、丁二烯等無組織排放廢氣)。主要原因為裂解爐燃燒不充分。5技改方案裂解爐系統(tǒng)由原料和燃料供應系統(tǒng)裂解爐、急冷廢熱鍋爐組成。首先原料在對流段預熱后，與過熱段的稀釋蒸汽進行混合預熱后，進入輻射段，通過輻射進行裂解，爐口產(chǎn)生的裂解氣體在急冷廢熱爐進行急冷，降低裂解氣體溫度，使其冷卻。冷卻后的氣體進入冷卻單元[5]。裂解爐在對流段對鍋爐給水進行預熱，然后進入廢熱鍋爐，在此階段進行超高壓蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽進入蒸汽管網(wǎng)。高壓汽包連續(xù)排污進入污水預處理池。裂解爐的燃料主要是裝置自產(chǎn)的甲烷/氫，燃料燃燒煙氣和燒焦氣由引風機抽出直排大氣。裂解爐清焦水進入污水。一般來說，燃燒設(shè)備改進所采取的最主要的措施就是降低燃燒火焰的峰值溫度，因為NOx的生成與火焰溫度成指數(shù)變化關(guān)系，火焰溫度越高，生成的NOx量成指數(shù)增加[6]。隨著火焰溫度升高，生成的NOx量成指數(shù)倍增加：當火焰溫度達到1200℃(2200F)時開始產(chǎn)生NOx，到1300～1400℃(2400～2600F)后開始急劇增加。所以，目前低NOX燃燒器設(shè)計當中采取的最主要的技術(shù)措施就是降低火焰溫度。為達到降低火焰峰值溫度的目的，目前的技術(shù)手段包括：(1)降低助燃空氣溫度，這樣可能會提高排煙溫度，犧牲部分熱效率。(2)降低燃燒過?？諝饬?，減少N2與O2反應生成NOx的機會，但操作不精細也有可能會造成不完全燃燒，增加燃料消耗。(3)分段(級)燃燒技術(shù)：包括燃料分段燃燒和空氣分段燃燒，使燃料與空氣的燃燒反應處于遠離其化學當量比的狀態(tài)，降低火焰溫度，是目前大多數(shù)低NOx燃燒器采用的技術(shù)。(4)煙氣再循環(huán)，通過外部機構(gòu)(外部再循環(huán))或利用流體內(nèi)部機制(內(nèi)部再循環(huán))將相對低溫的爐內(nèi)煙氣引入火焰，降低火焰溫度，也為許多低NOx燃燒設(shè)備采用。單純從燃燒器設(shè)計上講，目前比較常用的、比較成熟的技術(shù)有三種：分段(級)燃燒技術(shù)、煙氣內(nèi)部再循環(huán)技術(shù)與稀相預混燃燒技術(shù)。這些技術(shù)可以單獨使用，也可以組合起來使用，組合使用的效果更好一些[7]。燃燒器是化學反應的重要環(huán)節(jié)，其燃燒層度決定原料轉(zhuǎn)換產(chǎn)品的和次生產(chǎn)品的重要因素，燃燒不充分或者可產(chǎn)生不可預見污染因子。燃燒充分可以使原料充分燃燒，充分反應不僅可是產(chǎn)品質(zhì)量、數(shù)量達標，同時還降低了能耗消耗。6結(jié)語 隨著裝置原料和生產(chǎn)工況的變化，部分系統(tǒng)會出現(xiàn)低效和參數(shù)不達標的現(xiàn)象，這是造成污染物超標的主要原因。通過乙烯裂解爐燃燒器優(yōu)化改造，解決了烯烴廠乙烯裂解爐NOx排放量大、用能成本高、VOCs治理不徹底等制約企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題，生產(chǎn)裝置運行得到進一步優(yōu)化。污染物排放需要持續(xù)監(jiān)測，環(huán)保技術(shù)需要持續(xù)更新，定期對工藝流程及污染物節(jié)點進行升級改造，可以確保生產(chǎn)工況長期穩(wěn)定運行，污染物排放穩(wěn)定達標。定期進行技術(shù)改造，可以確保，一些關(guān)鍵裝置平穩(wěn)、高效、綠色運行、生產(chǎn)。此次技改方案高了乙烯裝置運行效率，降低裝置運行成本，對裝置部分系統(tǒng)進行技術(shù)改造是達標排放的有力保障。乙烯裂解爐是烯烴廠生產(chǎn)的重要工藝環(huán)節(jié)，對進行燃燒器優(yōu)化改造，進行安全隱患治理，可以把握隱患治理和安全生產(chǎn)主動權(quán)，及時有效地消除安全隱患，實現(xiàn)污染物的達標排放。