裂解爐是乙烯裝置的能耗大戶，其能耗占裝置總能耗的50%-60%。降低裂解爐的能耗是降低乙烯生產(chǎn)成本的重要途徑之一。隨著能源價(jià)格的不斷上漲，國(guó)內(nèi)外相關(guān)部門均加強(qiáng)了裂解爐節(jié)能措施的研究。裂解爐的能耗在很大程度上取決于裂解爐系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)和操作水平，近年來(lái)，裂解爐技術(shù)向高溫、短停留時(shí)間、大型化和長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期方向發(fā)展。通過(guò)改善裂解選擇性、提高裂解爐熱效率、改善高溫裂解氣熱量回收、延長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期和實(shí)施新型節(jié)能技術(shù)等措施，可使裂解爐能耗顯著下降。
1 改善裂解選擇性
對(duì)相同的裂解原料而言，在相同工藝設(shè)計(jì)的裝置中，乙烯收率提高1%，則乙烯生產(chǎn)能耗大約相應(yīng)降低1%。因此，改善裂解選擇性，提高乙烯收率是決定乙烯裝置能耗的最基本因素。通過(guò)裂解選擇性的改善，不僅達(dá)到節(jié)能的效果，而且相應(yīng)減少裂解原料消耗，在降低生產(chǎn)成本方面起到十分明顯的作用。
（1）采用新型裂解爐。新型裂解爐均采用高溫-短停留時(shí)間與低烴分壓的設(shè)計(jì)。20世紀(jì)70年代，大多數(shù)裂解爐的停留時(shí)間在0.4s左右，相應(yīng)石腦油裂解溫度控制在800-810℃，輕柴油裂解溫度控制在780-790℃。近年來(lái)，新型裂解爐的停留時(shí)間縮短到0。2s左右，并且出現(xiàn)低于0.1s的毫秒裂解技術(shù)，相應(yīng)石腦油裂解溫度提高到840℃以上，毫秒爐達(dá)890℃；輕柴油裂解溫度提高到820℃以上，毫秒爐達(dá)870℃。由于停留時(shí)間大幅度縮短，毫秒爐裂解產(chǎn)品的乙烯收率大幅度提高。對(duì)丁烷和餾分油而言，與0.3-0.4s停留時(shí)間的裂解過(guò)程相比，毫秒爐裂解過(guò)程可使乙烯收率提高10%-15%。
（2）選擇優(yōu)質(zhì)的裂解原料。在相同工藝技術(shù)水平的前提下，乙烯收率主要取決于裂解原料的性質(zhì)，不同裂解原料，其綜合能耗相差較大。裂解原料的選擇在很大程度上決定乙烯生產(chǎn)的能耗水平。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整裂解原料配置結(jié)構(gòu)，優(yōu)化煉油加工方案，增加優(yōu)質(zhì)乙烯原料如正構(gòu)烷烴含量高的石腦油等供應(yīng)，改善原料結(jié)構(gòu)和整體品質(zhì)，在提高乙烯收率的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。
（3）優(yōu)化工藝操作條件。通過(guò)優(yōu)化裂解爐工藝操作條件，不僅能使原料消耗大幅度降低，也能夠使乙烯生產(chǎn)能耗明顯下降。不同的裂解原料對(duì)應(yīng)于不同的爐型具有不同的最佳土藝操作條件。對(duì)于一定性質(zhì)的裂解原料與特定的爐型來(lái)說(shuō)，在滿足目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)周期和產(chǎn)品收率的前提下，都有其最適宜的裂解溫度、進(jìn)料量與汽烴比。如果裂解原料性質(zhì)與原設(shè)計(jì)差別不大，裂解爐最優(yōu)化的工藝操作條件可以參照設(shè)計(jì)值。反之，則需要利用SPYR軟件或裂解試驗(yàn)裝置對(duì)原料重新評(píng)價(jià)，以確定最佳的工藝操作條件。
2 延長(zhǎng)裂解爐運(yùn)行周期
（1）優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)與工藝條件。裂解原料組成與性質(zhì)是影響裂解爐運(yùn)行周期的重要因素。一般含氫量高、低芳烴含量的原料具有良好的裂解性能，是裂解爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的必要條件。對(duì)不飽和烴含量較高的原料進(jìn)行加氫處理，是提高油品質(zhì)量的有效途徑。當(dāng)裂解原料一定時(shí)，工藝條件是影響裂解爐運(yùn)行周期的主要因素。低烴分壓、短停留時(shí)間和低裂解溫度有利于延長(zhǎng)裂解爐運(yùn)行周期。但考慮到烯烴收率與蒸汽消耗，需要對(duì)裂解深度與汽烴比控制加以優(yōu)化。
（2）采用在線燒焦。裂解爐在線燒焦是在爐管蒸汽-空氣燒焦結(jié)束后，繼續(xù)對(duì)廢熱鍋爐實(shí)施燒焦。與傳統(tǒng)的燒焦方式相比，在線燒焦具有明顯的優(yōu)勢(shì)。一是裂解爐沒(méi)有升降溫過(guò)程，可以延長(zhǎng)爐管的使用壽命，并可節(jié)省裂解爐升降溫過(guò)程中燃料與稀釋蒸汽的消耗；二是由于在線燒焦，裂解爐離線時(shí)間短，可以提高開(kāi)工率，并可增加乙烯與超高壓蒸汽的產(chǎn)量。目前BASF在線燒焦程序已在國(guó)內(nèi)外乙烯裂解爐上成功應(yīng)用了多年，事實(shí)證明，采用在線燒焦可大大減少?gòu)U熱鍋爐的機(jī)械清焦次數(shù)，有效地降低乙烯裝置的能耗。
（3）采用結(jié)焦抑制劑。在裂解原料或稀釋蒸汽中加入結(jié)焦抑制劑，可以起到鈍化爐管表面，延長(zhǎng)爐管結(jié)焦周期的作用。近年來(lái)，結(jié)焦抑制劑技術(shù)取得了較大進(jìn)展。據(jù)報(bào)道，Phillips公司開(kāi)發(fā)的CCA-500結(jié)焦抑制劑可使?fàn)t管運(yùn)轉(zhuǎn)周期延長(zhǎng)2-8倍。揚(yáng)子石化股份公司65萬(wàn)噸/年乙烯裝置2臺(tái)乙烷爐使用江陰天源化工結(jié)焦抑制劑N-360后，運(yùn)行周期由原來(lái)45 d延長(zhǎng)至120 d以上。
（4）采用新型爐管。陶瓷爐管技術(shù)是在爐管內(nèi)壁生成一種納米結(jié)構(gòu)的尖晶石表面，抑制焦的形成。這種材料可在較高的裂解溫度下操作且無(wú)催化作用的特點(diǎn)，因此不會(huì)形成催化結(jié)焦的結(jié)焦物。Stone &Webster公司對(duì)陶瓷裂解爐管進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，使用乙烷作裂解原料時(shí)，爐管不結(jié)焦，并且乙烷的轉(zhuǎn)化率較高。法國(guó)石油研究院(IFP)和加拿大Nova化學(xué)公司開(kāi)發(fā)了高溫陶瓷裂解爐管。據(jù)稱，采用這種爐管，乙烷裂解的轉(zhuǎn)化率為90%，而普通裂解爐的轉(zhuǎn)化率僅65%-70%，并且還可有效地控制裂解結(jié)焦的生成，使裂解爐的運(yùn)行周期大幅延長(zhǎng)。
3 提高裂解爐熱效率
（1）降低排煙溫度。在其他條件不變的前提下，裂解爐熱效率與排煙溫度直接相關(guān)。1975年前裂解爐設(shè)計(jì)排煙溫度為190-240℃，相應(yīng)熱效率為87%-90%。20世紀(jì)70年代末期，裂解爐排煙溫度降至120-140℃，相應(yīng)熱效率提高到92%-93%。近年來(lái)，新設(shè)計(jì)的裂解爐進(jìn)一步將排煙溫度降至100-120℃，相應(yīng)熱效率提高到93%-94%。但是，如果排煙溫度低于煙氣中酸性氣體露點(diǎn)溫度，將出現(xiàn)對(duì)流段爐管腐蝕的問(wèn)題。因此，在降低排煙溫度的同時(shí)，必須考慮煙氣中酸性氣體露點(diǎn)溫度，此溫度取決于燃料中的硫含量。為防止對(duì)流段發(fā)生腐蝕，需提高對(duì)流段爐管材質(zhì)等級(jí)，或者需要對(duì)燃料的含硫量嚴(yán)格限制。通常，降低排煙溫度主要措施有改進(jìn)對(duì)流段設(shè)計(jì)，包括增大傳熱面積、增加對(duì)流段管束、縮短對(duì)流段爐管與爐墻距離等；其次定期吹掃對(duì)流段爐管表面積灰；另外降低過(guò)�？諝庀禂�(shù)也很重要。
（2）控制過(guò)�？諝庀禂�(shù)。為保證燃料完全燃燒，需保持一定的過(guò)�？諝�。過(guò)�？諝饬颗c理論空氣量之比稱為過(guò)剩空氣系數(shù)。增大過(guò)�？諝饪梢员ＷC燃料的完全燃燒，但在相同排煙溫度下，排煙熱損失加大，裂解爐熱效率相應(yīng)降低。因此，在保證燃料完全燃燒的前提下，降低過(guò)剩空氣系數(shù)也是提高裂解爐熱效率的措施之一。一般情況下，燃料氣燒嘴的過(guò)剩空氣系數(shù)為10%，油燒嘴的過(guò)剩空氣系數(shù)為20%，油氣聯(lián)合燒嘴的過(guò)剩空氣系數(shù)為15%，實(shí)際操作往往偏高。通常，當(dāng)過(guò)剩空氣系數(shù)下降10%時(shí)，裂解爐熱效率可相應(yīng)提高2%。為保證裂解爐在合適的過(guò)�？諝庀禂�(shù)下運(yùn)轉(zhuǎn)，可采取如下措施。
（a）改進(jìn)燒嘴性能。采用新型燒嘴，可將燃料氣過(guò)�？諝庀禂�(shù)降至6%-8%，油燒嘴的過(guò)剩空氣系數(shù)可降至12%-15%，并可大幅降低煙氣中NOx含量。
（b）保證爐體的密閉性。提高爐體的施工與檢修質(zhì)量，加強(qiáng)裂解爐維護(hù)與管理，保證爐體的密閉性，減少燒嘴的看火孔、側(cè)壁窺視孔、爐頂保溫與輻射段爐管進(jìn)出的間隙以及對(duì)流段爐管出入與保溫的縫隙等部位空氣漏人，從而最大可能地提高熱效率。
（c）確保煙氣氧分析儀指示準(zhǔn)確。一般裂解爐都設(shè)置了煙氣氧分析儀，用于自氣氧含量。但如果平時(shí)不注重維護(hù)，氧分析儀經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)指示不準(zhǔn)的問(wèn)題。只有確保煙氣氧分析儀指示準(zhǔn)確的前提下，通過(guò)調(diào)整爐膛負(fù)壓與燒嘴風(fēng)門開(kāi)度，才能夠?qū)⑦^(guò)�？諝庀禂�(shù)控制在合理的范圍。
（3）加強(qiáng)絕熱保溫。一般裂解爐設(shè)計(jì)中，爐墻外壁溫度應(yīng)控制在70℃以下。在此情況下，根據(jù)環(huán)境溫度和風(fēng)力的不同，爐體熱損失為總供熱負(fù)荷的2.5%-4.0%。近年來(lái)，為減少爐體熱損失，對(duì)保溫材料及保溫設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，如選用優(yōu)質(zhì)的保溫材料，增加保溫層厚度。目前，爐壁除使用A12O3-SiO2-CaO三部分構(gòu)成的硅鋁系列高溫耐火磚外，還開(kāi)發(fā)了可塑性耐火材料襯里和陶纖襯里，可使?fàn)t體熱損失大約下降25%。另外，在輻射室爐墻內(nèi)表面噴涂一層陶瓷襯里，可起到進(jìn)一步提高輻射傳熱，降低爐外壁溫度的效果。
4 改善高溫裂解氣熱量回收
當(dāng)裂解爐全部以石腦油為裂解原料時(shí)，由對(duì)流段和廢熱鍋爐回收余熱產(chǎn)生的超高壓蒸汽大致可以平衡乙烯裝置所需動(dòng)力和加熱用蒸汽。顯然，改善裂解爐對(duì)流段和高溫裂解氣熱量回收，對(duì)降低乙烯生產(chǎn)能耗有顯著的影響。
（1）取消蒸汽過(guò)熱爐。20世紀(jì)70年代初期的乙烯裝置設(shè)計(jì)，均設(shè)有蒸汽過(guò)熱爐，集中過(guò)熱各臺(tái)裂解爐回收的超高壓蒸汽。此后，新裝置的設(shè)計(jì)均取消了蒸汽過(guò)熱爐，回收的超高壓蒸汽在裂解爐對(duì)流段進(jìn)行過(guò)熱。由此，不僅節(jié)省了蒸汽過(guò)熱爐的投資，同時(shí)也降低了燃料的消耗量，并且充分利用了煙氣的余熱，使裂解爐熱效率明顯提高，有助于降低乙烯能耗。
（2）改進(jìn)廢熱鍋爐。更換新型廢熱鍋爐以降低廢熱鍋爐出口溫度相應(yīng)可以增加高壓蒸汽的副產(chǎn)量。但是，廢熱鍋爐出口溫度受裂解氣露點(diǎn)溫度的限制。不論廢熱鍋爐初期出口溫度如何，其出口溫度隨運(yùn)轉(zhuǎn)周期延長(zhǎng)終將超過(guò)裂解氣露點(diǎn)，然后再趨于平衡。隨著出口溫度的上升，副產(chǎn)蒸汽量隨之減少。增大廢熱鍋爐爐管直徑可使廢熱鍋爐初期出口溫度降低，而不致影響廢熱鍋爐清焦周期。采用線性廢熱鍋爐，可以在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)快速冷卻裂解氣，縮短裂解氣在廢熱鍋爐內(nèi)的停留時(shí)間，不僅可以改善裂解選擇性，對(duì)熱量回收也是很有利的。
（3）控制超高壓蒸汽汽包排污量。為保證超高壓蒸汽汽包內(nèi)水質(zhì)，汽包設(shè)有連續(xù)排污與間斷排污。一般汽包排污量控制在鍋爐給水進(jìn)水量的2%-3%。但超高壓系統(tǒng)的閥門經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間沖刷后，如果得不到及時(shí)地維修與更換，內(nèi)漏情況一般比較嚴(yán)重，易造成超高壓蒸汽包排污量超標(biāo)，一方面造成鍋爐給水用量的浪費(fèi)，另一方面造成產(chǎn)汽量下降，能耗增加。因此，必須定期檢查超高壓系統(tǒng)的閥門內(nèi)漏情況，內(nèi)漏嚴(yán)重的閥門應(yīng)予以更換。另外，還可以通過(guò)合理控制排污閥開(kāi)度，將汽包排污量控制在設(shè)計(jì)值附近。
5 實(shí)施新型節(jié)能技術(shù)
（1）風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)。由于裂解爐為負(fù)壓操作，通常在爐頂設(shè)1臺(tái)風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，并由煙道擋板控制爐膛負(fù)壓，風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)功率隨著裂解爐產(chǎn)能增大而增大。一般6萬(wàn)噸/年裂解爐電機(jī)功率為132 kW，10萬(wàn)噸/年裂解爐電機(jī)功率為160kW。由于這種大功率電機(jī)啟動(dòng)電流很大，很容易發(fā)生過(guò)載。因此，一般需要采用6 kV高壓電機(jī)。目前國(guó)內(nèi)外很多裂解裝置采用變頻電機(jī)替代普通電機(jī)，并取消了煙道擋板，由電機(jī)轉(zhuǎn)速直接來(lái)控制爐膛負(fù)壓。變頻電機(jī)不僅啟動(dòng)電流低，而且正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比普通電機(jī)節(jié)電30%-40%，并且可以采用380V低壓電機(jī)。
（2）燃燒空氣預(yù)熱技術(shù)。利用乙烯裝置廢熱源來(lái)預(yù)熱燃燒空氣可以減少燃料用量，減少的燃料用量大致相當(dāng)于預(yù)熱空氣的熱負(fù)荷。因此，預(yù)熱爐用空氣是提高爐效率，降低乙烯能耗的有效措施之一。空氣預(yù)熱最常用的方式是利用煙道氣排煙余熱進(jìn)行空氣預(yù)熱，最近也有利用低壓蒸汽、中壓蒸汽凝液或急冷水等介質(zhì)來(lái)預(yù)熱空氣。目前國(guó)內(nèi)很多乙烯裝置如大慶、獨(dú)山子、蘭州等石化公司采用了中國(guó)航天十一所裂解爐燃燒空氣預(yù)熱專利技術(shù)，節(jié)能效果顯著。
（3）爐管強(qiáng)化傳熱技術(shù)。開(kāi)發(fā)裂解爐管的強(qiáng)化傳熱技術(shù)具有重要的意義。首先，可以使?fàn)t管的傳熱得到加強(qiáng)，從而提高傳熱效率，節(jié)省燃料消耗；其次，強(qiáng)化傳熱后裂解爐管內(nèi)的動(dòng)狀態(tài)得到改善，從而使裂解過(guò)程目的產(chǎn)物的選擇性有所提高；另外，由于傳熱改善，爐管的管壁溫度有所降低，有利于延長(zhǎng)裂解爐運(yùn)轉(zhuǎn)周期。如Lummus公司在1987年推出的SRT-VF型爐，將二程分枝變徑8-1型爐管的第一程爐管，由圓管改為螺旋梅花形狀的拔制爐管，使通過(guò)管內(nèi)壁的熱流量增加33%，管內(nèi)壁溫度降低10℃。我國(guó)在爐管強(qiáng)化傳熱技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面也取得了一定進(jìn)展，中科院沈陽(yáng)金屬所和北京化工研究院合作開(kāi)發(fā)了扭曲片強(qiáng)化傳熱技術(shù)，通過(guò)內(nèi)扭曲片管改變物料流動(dòng)狀態(tài)，達(dá)到增加傳熱的目的。在北京燕山石化公司SRT-Ⅳ(HC)型爐上應(yīng)用后，運(yùn)行周期由50 d延長(zhǎng)至100 d以上。
（4）裂解爐與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合技術(shù)。近年來(lái)，為進(jìn)一步降低乙烯生產(chǎn)的能耗，國(guó)外有很多乙烯裝置采用裂解爐與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合的節(jié)能技術(shù)，節(jié)能效果十分顯著。采用裂解爐與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合的方案是，燃料氣先進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，產(chǎn)生450-550℃高溫燃?xì)�，再送人裂解爐作為助燃空氣。由于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中燃料燃燒所用的過(guò)�？諝庀禂�(shù)一般為3-4，因此，燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫燃?xì)庵泻畜w積分?jǐn)?shù)13%-15%的氧。將這些高溫富氧燃?xì)庾鳛榱呀鉅t的助燃空氣，實(shí)際上燃?xì)廨啓C(jī)起到了具有做功能力的空氣預(yù)熱器的作用，并且燃?xì)廨啓C(jī)排氣的能量得到了充分的利用，從而使裂解爐的燃料消耗大幅度下降。就整個(gè)聯(lián)合系統(tǒng)而言，總的燃料使用率在80%以上，并使裂解爐有效能利用率提高10%。
