[发明专利]一种锅炉给水灵活性预热与裂解气热量回收方法及乙烯裂解炉换热系统

说明书

本发明属于石油化工领域，涉及一种锅炉给水灵活性预热与裂解气热量回收方法及乙烯裂解炉换热系统。来自界区的锅炉给水在裂解炉对流段的锅炉给水预热器进行预热，所述锅炉给水预热器包括独立设置的上锅炉给水预热器和下锅炉给水预热器，所述来自界区的锅炉给水分为两路分别进入上锅炉给水预热器和下锅炉给水预热器进行预热；裂解炉辐射段出口的裂解气依次进入第一急冷换热器组和第二急冷换热器组进行换热。本发明的灵活性流程显著提高了装置能量利用率及生产灵活性，实现了生产过程的节能降耗，增大了超高压蒸汽产量，同时延缓了结焦反应的发生，提高了乙烯裂解装置的整体经济性。

技术领域

本发明属于石油化工领域，更具体地，涉及一种锅炉给水灵活性预热与裂解气热量回收方法及乙烯裂解炉换热系统。

背景技术

乙烯裂解炉是将石脑油、柴油、加氢尾油、乙烷、丙烷、LPG等石油化工原料通过蒸汽热裂解生成乙烯并副产超高压蒸汽的工艺装置，同时也是整个乙烯生产装置中能耗最大的部分，其装置能耗占乙烯生产总能耗的50-60％。有效提高裂解装置热效率和蒸汽产量，是实现乙烯生产过程节能降耗、提高经济效益的关键所在。

如附图1所示，一般的乙烯裂解炉主要由裂解炉本体、急冷换热器、高压汽包三部分组成，其中，裂解炉本体又分为对流段与辐射段两部分，其中辐射段是裂解反应的核心场所。裂解反应过程对温度的要求很高，辐射段内烟气温度往往可以达到1000℃以上。为了充分利用来自辐射段的高温烟气的热量，裂解炉的对流段中依次分布有原料预热器、锅炉给水预热器、稀释蒸汽过热器、上混合过热器、超高压蒸汽过热器和下混合过热器等多个换热段，通过热交换实现热量的回收。其中，锅炉给水预热器是对流段热量回收的关键模块，同时也是汽包汽液量平衡、能量平衡的关键所在。

除了对流段中锅炉给水实现了烟气热量的回收利用之外，在裂解气的急冷过程中锅炉给水同样实现了热量的回收与利用。正常裂解时，从裂解炉辐射段出口流出的裂解气温度高达800℃以上，为了抑制裂解气二次反应的进行，提高烯烃收率，需要将高温裂解气通过急冷的方式进行快速冷却，而急冷换热器是裂解气热量得到回收利用的主要场所。目前，裂解气的急冷流程主要有三种，分别为一级急冷换热流程(如图2所示)、二级急冷换热流程以及三级急冷换热流程。对于一级急冷换热流程，裂解炉辐射段盘管出口的高温裂解气进入第一级急冷换热器，在此裂解气被来自汽包的高压锅炉给水冷却，换热后的锅炉给水回到汽包，副产超高压蒸汽。对于传统的二级急冷换热流程，裂解炉辐射盘管出口的高温裂解气依次经过第一级急冷换热器与第二级急冷换热器，与来自汽包的高压锅炉给水进行换热，产生超高压蒸汽。对于传统的一级急冷换热流程与二级急冷换热流程，由于换热介质为来自汽包的饱和锅炉给水，根据蒸汽的压力等级锅炉给水的饱和温度约324℃，通过换热裂解气温度无法进一步降至更低。而三级急冷换热流程中的第三级急冷换热器往往使用原料烃或是新鲜锅炉给水作为换热介质，可使裂解气温度降至260℃以下，更大程度地回收裂解气的热量，此流程多用于气体原料的裂解。

本发明的发明人在研究中发现，在目前已有的三级急冷换热技术中，裂解气在第三级急冷换热器中与原料烃或是新鲜锅炉给水进行换热，该流程在一定程度上提高了热量的利用率，但在实际应用中，由于原料烃或新鲜锅炉给水的温度较低，裂解气在进入第三级急冷换热器时极易发生冷凝结焦，严重影响了换热器的换热效率，从而导致三级急冷换热流程对热量的利用并不充分。且随着冷凝结焦的持续发生，裂解气出口管线将进一步堵塞，不仅使得换热效率进一步降低，且大大提高了管线压降，影响正常生产，缩短装置运行周期。并且，当锅炉给水为换热介质时，工况的调整将使得急冷过程的锅炉给水量有较大的变化，传统三级急冷流程对锅炉给水量的调节不够灵活，难以始终保证较高的能量利用率。

因此，如何优化裂解炉的锅炉给水方案，优化裂解气的急冷换热流程，提高装置运行的灵活性，是乙烯裂解炉节能研究的重要课题。

发明内容