CN101423453A - 一种加快工业裂解炉在线烧焦的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业裂解炉在线控制烧焦的方法，该方法是在乙烯裂解炉辐射段炉管在线烧焦采用二氧化碳和氧气浓度量控制水蒸汽、空气、炉管出口温度、烧焦时间，既可以监控裂解炉的烧焦过程，也可用于烧焦改进，减少裂解炉的烧焦时间，提高工业裂解炉的在线生产时间，从提高了工业裂解炉的年产量。

Description

一种加快工业裂解炉在线烧焦的控制方法

技术领域

本发明涉及乙烯工业裂解炉，更具体的，涉及乙烯装置中裂解炉在线烧焦过程的调控方法。

背景技术

乙烯裂解炉是乙烯生产的关键设备之一。管式裂解炉辐射段炉管在运行时在其内壁生成的焦炭，焦炭是热的不良导体，因而导致管外壁温度升高，压降增大，是限制裂解炉的运行周期的主要因素。为了维护正常生产，必须清除这层焦炭，而清除这层焦炭需要一段的时间。

目前，管式裂解炉辐射段清焦都是按照裂解炉专利商提供的在线烧焦程序实现自动化不停炉在线烧焦。现在绝大部分裂解炉烧焦采用水蒸汽和空气按照一定的比例进行烧焦，烧焦程序分为若干步骤，每一步都有四个变量，即烧焦时间、水蒸汽量、空气量、炉管出口温度(cot)。焦炭在高温下与水蒸汽空气混合物进行化学反应，生成一氧化碳和二氧化碳，同时放出热量。在通常情况下，裂解炉烧焦时水蒸汽/空气比例较大，在炉管中氧气在混合物中的浓度较低，确保氧气与焦炭反应比较缓慢，以防止焦炭燃烧过多放出热量过多对炉管造成破坏，在工厂实际操作过程中，仅仅对几个烧焦步骤进行取样离线分析，以确认辐射段炉管是否烧焦干净，因此造成烧焦时间往往比设计的长，尤其是在裂解原料为比较差的油品的情况下。现在设计的10万吨/年的裂解炉实际烧焦时间往往比设计时间长，严重影响了管式裂解炉的在线生产时间，增大了乙烯的生产成本，减少了裂解炉的经济效益。

国内乙烯厂许多裂解炉都要裂解不同的原料，裂解炉专利提供商在提供烧焦技术时，要考虑到不同裂解原料结焦的特性，往往给出一个最保守的烧焦程序，对于其他裂解原料，则烧焦时间可能会过长。裂解炉乙烯厂都采用固定的在线自动化烧焦，如果裂解炉没有到达运行末期进行固定在线自动化烧焦，既浪费时间也增大操作成本。

现有的裂解炉在线清焦程序一般分为二大步骤：辐射段炉管烧焦过程，废热锅炉烧焦过程。对辐射段炉管的清焦阶段大致可分成10—30步时间段，对废热锅炉的清焦阶段可分成2—10步时间段，废热锅炉清焦阶段一般采用纯空气清焦。

CN1155680C公开了一种裂解炉在线清焦过程的自动控制方法，其控制程序运行在计算机集散控制系统(DCS)的应用模块上。该方法主要是通过计算机程序对清焦蒸汽流量、清焦空气流量和炉管出口温度进行控制，自动地实现裂解炉的平稳除焦。由于没有在线分析烧焦尾气中二氧化碳的浓度的反馈，该方法只是将各变量根据经验设定输入变量，并不能根据烧焦的实际程度对烧焦过程进行实时的调控。

因此，通过对烧焦尾气的分析监测，调控烧焦过程的各项参数，尽量减少清焦时间，进行快速安全烧焦，提高管式裂解炉在线生产时间，是提高管式裂解炉的产量以及工厂经济效益的重要途径之一。

发明内容

本发明涉及一种工业裂解炉在线快速烧焦的调控方法，主要应用于采用水蒸汽和空气的烧焦程序的改进，采用该方法可以在确保裂解炉安全的情况下提高裂解炉辐射段炉管的烧焦速度。

现在绝大多数工业裂解炉的烧焦程序是采取水蒸气和空气混合物烧焦。影响烧焦速度的因素有三种：空气量、水蒸气量、炉管出口温度(cot)。为了提高工业裂解炉的焦炭燃烧速率，可采取的办法有：提高空气量，减少水蒸气量，提高炉管出口温度(COT)。

本发明的工业裂解炉进行在线快速烧焦的调控方法包括：

(a)在线分析工业裂解炉烧焦尾气干气中的碳的氧化物、氧气的浓度；(b)根据烧焦尾气干气中碳的氧化物和氧气浓度的在线分析结果，来调节工业裂解炉烧焦的参数：减小水蒸汽量、增大空气量、提高炉管出口温度。

在本发明的方法中，在线分析工业裂解炉烧焦尾气干气中的二氧化碳、一氧化碳和氧气的浓度。

优选在所述的裂解炉进行烧焦的初期半个小时内不进行调控，调控时间范围为烧焦初期半个小时之后到纯空气烧焦之前这段时间内；也就是，从烧焦初期半个小时后到辐射段炉管烧焦末期这段时间。

在本发明的方法所述的步骤b)中，在所述的烧焦调控过程中，控制烧焦尾气干气中二氧化碳的浓度不高于8％，氧气浓度不低于12％。

在本发明的方法所述的烧焦过程中，在下列情况下，需要调节所述的工业裂解炉烧焦的参数：

(a)所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳的浓度低于6％，且所述的烧焦尾气干气中的一氧化碳的浓度和二氧化碳的浓度均保持稳定；

(b)所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳的浓度低于6％，且所述的烧焦尾气干气中的一氧化碳的浓度迅速下降；

(c)所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳浓度低于6％，且持续下降。

在本发明的方法的具体实施中，调节各参数要遵守工业裂解炉安全烧焦操作说明，尤其是二氧化碳的上限浓度，如果没有说明则一般小于8％。

调节的原则是先调水蒸汽和空气的量，再调节温度。在提高烧焦速率的同时为了确保炉管和其他设施的安全，最好对炉管外壁温度进行监测，并对工业裂解炉烧焦尾气干气中的二氧化碳、一氧化碳、氧气浓度进行实时在线分析，以了解焦炭的燃烧状况，根据在线分析结果，来调节烧焦时的空气量、水蒸气量、炉管出口温度、每一步烧焦时间，并确保焦炭燃烧不要过于激烈，其调节的方法如下所述：

在所述的裂解炉辐射段炉管烧焦过程中：

(1)提高空气量的比例为烧焦尾气干气中二氧化碳浓度8％与在线测量二氧化碳的浓度的比例，但最大比例超过2倍；

(2)减少水蒸汽量，其减少比例不高于50％，优选不高于25％；

(3)提高空气量同时降低水蒸汽量的比例，降低水蒸汽量，一般不大于25％，提高空气量不超过1倍；

所述的空气与水蒸气的最大质量流速比例不高于1：1，且水蒸气和空气的总质量流速必须在文丘里控制的范围内，即水蒸气与空气总质量流率使文丘里前后压力比大于0.9；

如果空气与水蒸汽最大质量比例达到1：1，只能调节温度，若温度调节到最高温度，必须等到辐射段炉管焦烧干净后再向纯空气烧焦过渡，即烧焦尾气干气中二氧化碳浓度小于0.2％。

在本发明的方法中，所述的工业裂解炉辐射段炉管烧焦结束标准是烧焦尾气干气中的二氧化碳浓度，按照所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳浓度低于0.2％的标准来执行。

调节后要及时观察二氧化碳和氧气的浓度发生变化，如果二氧化碳的浓度不高于8％且氧气浓度不低于12％则合适；否则将各修改的参数调节回到上一步的数值，待二氧化碳浓度稳定后，则降低调节比例再进行调试，要时刻保证调节后的烧焦尾气干气中二氧化碳、氧气的浓度始终保持在所述的范围内。

在所述的工业裂解炉烧焦过程中，所述的炉管出口温度(COT)控制在800-850℃之间。当烧焦尾气干气中二氧化碳浓度较低时(低于5％)，可采用提高炉管出口温度来加快烧焦速率，温度提高幅度一般为20、30℃，有时为了保证炉管安全，也可以10℃调节。COT调节后要及时观察碳氧化物和氧气的浓度变化情况而定，如果二氧化碳的浓度不高于8％，氧气浓度不低于12％，否则将修改的COT调节回到上一步的数值，待二氧化碳浓度稳定后则调小温度再进行调试，要时刻保证二氧化碳、氧气的浓度在所述的范围内。

在本发明的方法的优选实施方案中，在所述的烧焦过程中，要保持每一烧焦步骤时间不少于15分钟，是否再调节要看在线分析烧焦尾气干气中二氧化碳和氧气的浓度变化情况而定，在下列情况下需要延长烧焦时间：

a)如果所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳浓度或者一氧化碳的浓度持续升高；

b)所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳的浓度在6％和8％之间。

如图1所示，这是裂解炉烧焦尾气的在线分析装置之一，利用该套装置可以实现乙烯裂解炉在线烧焦过程中的烧焦尾气干气的在线分析，其中红外分析仪分析烧焦尾气干气中的一氧化碳和二氧化碳的浓度，氧气分析仪分析烧焦尾气干气中的氧气浓度。通过它既可以控制辐射段炉管烧焦速度，又可以实现对裂解炉辐射段和废热锅炉烧焦过程的监测。

来自裂解炉的烧焦尾气经过水冷凝器冷却后，进入气液分离瓶进行气液分离，剩余的气体经过干燥后进入在线分析仪。在线分析仪由两台设备组成，一是红外分析仪，它用来分析烧焦尾气中一氧化碳和二氧化碳浓度；另外是一台在线氧气分析仪，它是用来分析分析烧焦尾气中的氧气的浓度。根据在线分析仪可以了解烧焦尾气中三种组份的每时每刻的变化，根据所述的调节方案及时调节烧焦空气量、水蒸气量、COT、烧焦时间，以达到加快烧焦速率的目的。

采用该装置和该方法，既可以实现手动烧焦，又可以实现计算机在线自动控制。手动控制烧焦过程是通过在线分析的分析结果人为调节水蒸气量、空气量、COT、烧焦时间，如果实现计算机自动控制在线烧焦，就得将分析结果以数字信号输入乙烯裂解炉的DCS系统，DCS系统根据分析结果来自动调节水蒸气量、空气量、炉管出口温度、烧焦时间。

该烧焦控制装置可以监控裂解炉的整个烧焦过程，以避免裂解炉在烧焦过程中有意外发生，确保焦炭燃烧速率以接近安全范围内的上限进行，该方法和装置非常有利于工业裂解炉辐射段烧焦方法的改进，减少裂解炉的烧焦时间，提高工业裂解炉的在线生产时间，从提高了工业裂解炉的年产量。

本发明的方法，可以用于改进工业裂解炉烧焦程序，提高辐射段炉管烧焦速率，减少烧焦时间。

现有的工业裂解炉使用水蒸气和空气混合物进行烧焦，一般工业裂解炉没有尾气在线分析装置，通常离线取几个气体样品进行分析。本发明的方法，采用在线分析装置，对烧焦尾气干气进行时时分析，通过分析结果来调节烧焦参数，从而加快烧焦速率，减少烧焦时间。

附图说明

图1为本发明的方法的烧焦控制装置流程图。

1 裂解炉取样冷却器  2 气液分离器  3，4 干燥器  5 CO，CO2红外分析仪  6 氧含量分析仪

图2为现有技术中原烧焦程序进行烧焦，烧焦尾气干气中的一氧化碳和二氧化碳浓度分布图。

图3为使用本发明的方法调控烧焦过程，烧焦尾气干气中的二氧化碳和一氧化二碳浓度分布图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步描述本发明。本发明的范围不受这些实施例的限制，本发明的范围在权利要求书中提出。

实施例1

将本发明的方法和在线分析装置用于裂解炉烧焦过程的改进。该工业裂解炉为GK-V型裂解炉，裂解原料可以采用石脑油、重柴油、加氢尾油，年产6万吨乙烯。裂解炉原有的在线烧焦程序为37步，其中辐射段炉管烧焦第3步到37步之前，设计时间为22个小时，按照原烧焦程序的一氧化碳和二氧化碳浓度曲线图如图2所示，原烧焦程序见表1。

通过使用该控制烧焦方法，根据在线分析仪器现场分析的结果，通过人工手动烧焦，在保证各分析参数在安全范围内的前提下相应调大了烧焦时的水蒸气量和空气量，提高了炉管出口温度，以提高烧焦速率，以达到减少烧焦时间的目的，具体见表2，烧焦浓度分布图见图3。采用该方法，从烧焦第3步到第17步纯空气烧焦之前(原烧焦程序的第37步)只使用了8.5小时，比原烧焦程序节约了60％的时间。

按照本发明的方法改进烧焦的各项参数见表2，在烧焦初期半个小时之内先将温度780℃提高到800℃，二氧化碳浓度由刚开始的7.0％下降到5.4％，但此时二氧化碳浓度又出现了上升趋势，再延长烧焦时间半个小时后，二氧化碳浓度稳定在6％左右，一氧化碳浓度则稳定在3.1左右，因此进行烧焦参数调节，先降低水蒸气量，再提高空气量，再提高温度，直至到第8步，按照裂解炉烧焦操作要求，该步烧焦二氧化碳浓度必须小于0.2％，辐射段炉管烧焦合格，因此这步烧焦时间持续了210分钟以后，二氧化碳浓度由3.5％下降到0.1％。随后保持温度不变，增大空气量同时减少水蒸气量，逐渐向纯空气过渡，直至到18步。在过渡期间，根据裂解炉操作说明书，二氧化碳浓度始终低于0.2％，而在操作改进过程中，二氧化碳浓度都低于0.2％，而在辐射段炉管烧焦过程中(从第3步到17步)，二氧化碳浓度始终低于8％，因此确保了炉管在烧焦过程中的安全。

表1、原烧焦程序各项参数

 

步号	烧焦时间	稀释蒸汽	清焦空气	炉出口温度
						MIN	KG/H	KG/H	℃
1	30	4000.0	0.0	800.0
					2	30	3500.0	0.0	780.0
3	30	3500.0	350.0	780.0
					4	5	3500.0	350.0	780.0
5	30	3500.0	350.0	800.0
					6	5	3500.0	350.0	800.0
7	30	2563.0	350.0	800.0
					8	5	2569.0	350.0	800.0
9	30	2563.0	775.0	800.0
					10	5	2563.0	775.0	800.0
11	30	2563.0	775.0	820.0
					12	5	2563.0	775.0	820.0
13	40	2563.0	1538.0	820.0
					14	5	2563.0	1538.0	820.0
15	30	2563.0	1538.0	840.0
					16	5	2563.0	1538.0	840.0
17	60	2563.0	1538.0	800.0
					18	30	2563.0	1538.0	800.0
19	30	2563.0	1769.0	800.0
					20	30	2589.0	2033.5	800.0
21	30	2563.0	2338.5	800.0
					22	30	2050.0	2338.5	800.0
23	30	1640.0	2338.5	800.0

表2、改进后的烧焦程序

Claims (10)

1.一种工业裂解炉进行在线快速烧焦的调控方法，其包括将空气和水蒸汽混合引入所述的裂解炉进行烧焦，其特征在于：

(a)在线分析工业裂解炉烧焦尾气干气中的碳的氧化物、氧气的浓度；

(b)根据烧焦尾气干气中碳的氧化物和氧气浓度的在线分析结果，来调节工业裂解炉烧焦的参数：减小水蒸汽量、增大空气量、提高炉管出口温度。

2.根据权利要求1所述的烧焦调控方法，其特征在于：在线分析工业裂解炉烧焦尾气干气中的二氧化碳、一氧化碳、氧气的浓度。

3.根据权利要求1所述的烧焦调控方法，其特征在于：在所述的裂解炉进行烧焦的初期半个小时内不进行调控，调控时间范围为烧焦初期半个小时之后到纯空气烧焦之前这段时间内。

4.根据权利要求1所述的烧焦调控方法，其特征在于：在所述的步骤b)中，在所述的烧焦调控过程中，控制烧焦尾气干气中二氧化碳的浓度不高于8％，氧气浓度不低于12％。

5.根据权利要求1所述的烧焦调控方法，其特征在于：在所述的烧焦过程中，在下列情况下，调节所述的工业裂解炉烧焦的参数：

(a)所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳的浓度低于6％，且所述的烧焦尾气干气中的一氧化碳的浓度和二氧化碳的浓度均保持稳定；

(b)所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳的浓度低于6％，且所述的烧焦尾气干气中的一氧化碳的浓度迅速下降；

(c)所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳浓度低于6％，且持续下降。

6.根据权利要求5所述的烧焦调控方法，其特征在于：在所述的裂解炉辐射段炉管烧焦过程中，进行如下调节：

(1)提高空气量的比例为所述的烧焦尾气干气中二氧化碳浓度8％与在线测量二氧化碳的浓度的比例，提高最大比例不得超过2倍；

(2)减少水蒸汽量，其减少比例低于50％；

(3)提高空气量同时减少水蒸汽量，水蒸汽量减少比例低于25％，提高空气量不超过1倍；

所述的空气与水蒸汽的最大质量流速比例不高于1：1，且水蒸汽和空气的总质量流速必须在文丘里控制的范围内，即水蒸汽与空气总质量流率使文丘里前后压力比大于0.9；

调节量是否合适视调节后烧焦尾气干气中的二氧化碳和氧气的浓度变化情况而定，如果二氧化碳的浓度不高于8％，氧气浓度不低于12％，则合适；否则将各修改的参数调节回到上一步的数值，待二氧化碳浓度稳定后，则降低调节比例再进行调试，直至二氧化碳、氧气的浓度在所述的范围内。

7.根据权利要求6所述的烧焦调控方法，其特征在于：在烧焦过程中，减少水蒸汽量的比例小于25％。

8.根据权利要求1所述的烧焦调控方法，其特征在于：在所述的工业裂解炉烧焦过程中，所述的炉管出口温度COT控制在800-850℃之间；如果在线分析烧焦尾气干气中的二氧化碳的浓度低于5％，提高炉管出口温度20℃或者30℃；所述的炉管出口温度COT调节量是否合适视调节后烧焦尾气干气中的二氧化碳和氧气的浓度变化情况而定，如果二氧化碳的浓度不高于8％，氧气浓度不低于12％，则合适，否则将修改的COT调节回到上一步的数值，待所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳浓度稳定后，则调小提高温度量再进行调试，直至烧焦尾气干气中的二氧化碳、氧气的浓度在所述的范围内。

9.根据权利要求1所述的烧焦调控方法，其特征在于：在所述的烧焦过程中，每一步烧焦步骤的烧焦时间不少于15分钟；每步烧焦时间是否合适视在线分析烧焦尾气干气中的二氧化碳和氧气的浓度而定，在下列情况下，延长烧焦时间：

(a)如果所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳浓度或者一氧化碳的浓度持续升高；

(b)所述的烧焦尾气干气中的二氧化碳的浓度在6％和8％之间。

10.根据权利要求1所述的烧焦调控方法，适用于手动控制烧焦和计算机在线自动控制烧焦。

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