孫雙霜(撫順市生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 撫順 113006)

0 引言

石油石化行業(yè)工藝復(fù)雜，產(chǎn)物節(jié)點(diǎn)較多，屬于重點(diǎn)監(jiān)管和重點(diǎn)管理企業(yè)，其排放污染可決定當(dāng)?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(dá)標(biāo)，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(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)用于生產(chǎn)過程中，不斷改進(jìn)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(qiáng)，環(huán)境管理體系進(jìn)一步完善，而且生產(chǎn)成本得到優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)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(jìn)行分析，提出工藝流程[1]。乙烯工藝主要組成：原料預(yù)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(yù)熱系統(tǒng)，用急冷水或盤油預(yù)熱后，進(jìn)入裂解爐首先經(jīng)過原料預(yù)熱處理，原料預(yù)先加熱。裂解爐系統(tǒng)由裂解爐原料供應(yīng)系統(tǒng)和燃料供應(yīng)系統(tǒng)、急冷廢熱鍋爐等組成。

首先原料在對流段預(yù)熱后，與過熱段的稀釋蒸汽進(jìn)行混合預(yù)熱后，進(jìn)入輻射段，通過輻射進(jìn)行裂解，爐口產(chǎn)生的裂解氣體在急冷廢熱爐進(jìn)行急冷，降低裂解氣體溫度，使其冷卻。冷卻后的氣體進(jìn)入冷卻單元。

裂解爐在對流段對鍋爐給水進(jìn)行預(yù)熱，然后進(jìn)入廢熱鍋爐，在此階段進(jìn)行超高壓蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)。高壓汽包連續(xù)排污進(jìn)入污水預(yù)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(fēng)機(jī)抽出直排大氣。裂解爐清焦水進(jìn)入污水。預(yù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)料來自急冷油分餾塔釜，用從裂解爐來的高溫裂解氣進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)入壓縮機(jī)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(jìn)入裂解氣壓縮機(jī)二段壓縮，壓縮后氣體經(jīng)中間冷卻器水冷，進(jìn)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(jìn)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(jī)第四段排出罐的裂解氣進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)一段吸入罐，廢堿液進(jìn)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(yīng)器進(jìn)行氧化反應(yīng)。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(jìn)入氣液分離罐，進(jìn)行氣液分離，氣體進(jìn)入氣相干燥器進(jìn)行脫水干燥，液相進(jìn)入液相干燥器進(jìn)行脫水干燥。分離罐分離出的水返回裂解氣壓縮機(jī)三段排出罐。經(jīng)氣、液相干燥后的物流分別進(jìn)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(jìn)入高壓脫丙烷塔，在高壓脫丙烷塔進(jìn)行“非清晰分割”。高壓脫丙烷塔頂?shù)奈锪线M(jìn)入裂解氣壓縮機(jī)五段，經(jīng)升壓后進(jìn)入乙炔加氫反應(yīng)器進(jìn)行加氫反應(yīng)。反應(yīng)后的物料經(jīng)第二干燥器干燥后進(jìn)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(jìn)入預(yù)脫甲烷塔。分離罐出來的氣體也進(jìn)入預(yù)脫甲烷塔。定期更換的C2加氫脫砷保護(hù)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(jìn)入低壓脫丙烷塔，實(shí)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(jìn)入預(yù)脫甲烷塔；氣相則經(jīng)過預(yù)冷、閃蒸后氣相進(jìn)入HRSl(預(yù)脫甲烷分離罐系統(tǒng))，從HRSl冷凝的液相經(jīng)預(yù)冷器預(yù)冷后進(jìn)入預(yù)脫甲烷塔。預(yù)脫甲烷塔底餾分則進(jìn)入脫乙烷塔。預(yù)脫甲烷塔頂餾分進(jìn)入脫甲烷塔。HRSl的氣相餾分進(jìn)入HRS2(尾氣精餾塔)，從HRS2出來的氣相幾乎不含C2餾分，進(jìn)入氫氣罐進(jìn)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(jìn)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(jìn)行餾分，然后進(jìn)入乙烯精餾塔。從預(yù)脫甲烷塔底來到餾分進(jìn)入脫乙烷塔。脫乙烷塔塔頂餾出物經(jīng)冷凝后進(jìn)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(jìn)入乙烯精餾塔。塔頂餾分經(jīng)乙烯制冷壓縮機(jī)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(jìn)入C3加氫反應(yīng)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(yīng)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(jī)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(jìn)行精餾分離。從C3汽提塔來的物流進(jìn)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(jìn)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(jìn)入甲烷化反應(yīng)器除CO等雜質(zhì)，之后進(jìn)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(yīng)器廢干燥劑和甲烷化反應(yīng)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(biāo)原因主要因?yàn)榱呀鉅t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?yàn)榱呀鉅t燃燒不充分。

5 技改方案

裂解爐系統(tǒng)由原料和燃料供應(yīng)系統(tǒng)裂解爐、急冷廢熱鍋爐組成。首先原料在對流段預(yù)熱后，與過熱段的稀釋蒸汽進(jìn)行混合預(yù)熱后，進(jìn)入輻射段，通過輻射進(jìn)行裂解，爐口產(chǎn)生的裂解氣體在急冷廢熱爐進(jìn)行急冷，降低裂解氣體溫度，使其冷卻。冷卻后的氣體進(jìn)入冷卻單元[5]。裂解爐在對流段對鍋爐給水進(jìn)行預(yù)熱，然后進(jìn)入廢熱鍋爐，在此階段進(jìn)行超高壓蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)。高壓汽包連續(xù)排污進(jìn)入污水預(yù)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(fēng)機(jī)抽出直排大氣。裂解爐清焦水進(jìn)入污水。一般來說，燃燒設(shè)備改進(jìn)所采取的最主要的措施就是降低燃燒火焰的峰值溫度，因?yàn)镹Ox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(dāng)火焰溫度達(dá)到1 200 ℃(2200 F)時開始產(chǎn)生NOx，到1 300～1 400 ℃(2 400～2 600 F)后開始急劇增加。所以，目前低NOX燃燒器設(shè)計(jì)當(dāng)中采取的最主要的技術(shù)措施就是降低火焰溫度。為達(dá)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?？諝饬浚瑴p少N2與O2反應(yīng)生成NOx的機(jī)會，但操作不精細(xì)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(yīng)處于遠(yuǎn)離其化學(xué)當(dāng)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(jī)構(gòu)(外部再循環(huán))或利用流體內(nèi)部機(jī)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(jì)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(yù)混燃燒技術(shù)。這些技術(shù)可以單獨(dú)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(xué)反應(yīng)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(yù)見污染因子。燃燒充分可以使原料充分燃燒，充分反應(yīng)不僅可是產(chǎn)品質(zhì)量、數(shù)量達(dá)標(biāo)，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(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，這是造成污染物超標(biāo)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(yùn)行得到進(jìn)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(diǎn)進(jìn)行升級改造，可以確保生產(chǎn)工況長期穩(wěn)定運(yùn)行，污染物排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

定期進(jìn)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(yùn)行、生產(chǎn)。此次技改方案高了乙烯裝置運(yùn)行效率，降低裝置運(yùn)行成本，對裝置部分系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造是達(dá)標(biāo)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(jìn)行燃燒器優(yōu)化改造，進(jìn)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(shí)現(xiàn)污染物的達(dá)標(biāo)排放。