[发明专利]一种乙烯裂解炉生产运行的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及乙烯裂解炉领域，更进一步说，涉及一种乙烯裂解炉生产运行的优化方法。

背景技术

乙烯是石油化工的基础原料，被称为“石化工业之母”。乙烯产品直接关系塑料、橡胶、纺织、助剂、化工机械、建筑、运输以及餐饮等产业的发展。目前世界上约98％乙烯是通过管式蒸汽热裂解工艺生产得到的，因此，研究人员始终围绕乙烯的生产装置——裂解炉进行技术攻关，并向着提高低碳烯烃收率、降低能耗、降低成本和适应市场经济变化的方向开展工作。

按照国家“十二五”石化工业发展的重点要求，国内乙烯行业将转变发展的方式、实施结构调整和注重科学发展。具体实施方式如下：从单纯的规模化生产初级化工原料和常规、中低档产品向规模化生产必须的化工原料和增加生产高科技含量、高附加值的高端石化产品转变；从较为分散和布局不尽合理的经营向进一步大型化、集约化、一体化、基地化、产业集群化和优化布局转变；从以石油基为原料向原料轻质化、多样化和来源多样化转变。

2012年，我国乙烯产能1648.9万吨，实际生产量1486.8万吨，表观消费量约1629万吨。近年来，乙烯企业不断推进裂解炉的节能减排和系统优化，进一步提高能源的利用效率，减少能源消耗，承担了节能减排的社会责任。以中国石化为例，2010、2011和2012年的乙烯燃动能耗(标油)分别为609.28kg/t、582.95kg/t和579.59kg/t。逐年降低的乙烯燃动能耗一方面得力于原料和生产运行的优化，另一方面归功于新型技术成果的推广应用、企业技改技措和精细化管理。近年来，乙烯裂解炉应用的新型技术成果主要包括裂解炉空气预热器、扭曲片管强化传热技术、样板炉技术和裂解炉快速烧焦技术等。裂解炉空气预热器技术主要通过乙烯装置的废热热源来预热底部燃烧器的助燃空气，实现燃料燃烧供热的节能，提高乙烯装置的能源利用效率。

正如本领域技术人员所知，裂解炉辐射段炉管内物料的烃类裂解反应具有高温、短停留、低烃分压等特点。目前，裂解炉操作的优化方案通过选取主要产物(乙烯、丙烯、和丁二烯等)的质量收率为目标，制定合适的热裂解工艺条件，如炉管进出口温度和裂解原料等。CN103289725公开了一种乙烯裂解炉的节能优化控制方法，分析裂解原料加工方案对能耗、产品收率、清焦周期的影响，采用裂解深度模型、炉管结焦速率和装置能耗模型，结合关键工艺参数和控制系统，得出最佳的辐射段炉管出口温度和水油比，实现节能和经济效益的最大化目标。CN100429461公开了乙烯裂解炉底部燃烧器空气预热系统及方法，利用厂区平衡后的低压放空蒸汽、裂解炉循环急冷水和厂区冷凝液等热介质通过预热器对冷空气进行预热，实现对乙烯装置的节能减排。邵晨介绍了裂解炉设置空气预热器后，降低裂解炉的排烟温度，提高热效率，介绍燃料消耗，减少烟气排放。

文献《空气预热器在裂解炉中的应用.石油化工设备技术,邵晨,2011.32(4):30-35》中公开了由于乙烯装置废热热源不同，空气预热温度也相应不同，燃料和空气燃烧后释放热量的温度场分布必将产生差异，烟气温度场的差异将对炉管内烃类裂解反应的吸热状况、辐射段烟气压力场和流场、辐射段出口烟气平均温度以及NOx排放等产生影响。

发明内容

本发明的一个目的是为了解决乙烯裂解炉底部燃烧器助燃空气温度及其辐射段烟气温度场、压力场和流场分布变化的问题，另一个目的是提供助燃空气温度升高和燃料量变化后的裂解炉运行参数变化，为裂解炉生产运行提供了一种乙烯裂解炉生产运行的优化方法。

本发明提供了一种乙烯裂解炉生产运行的优化方法，其中，该方法包括以下步骤：

步骤1：建立乙烯裂解炉的几何结构模型，基于乙烯裂解炉底部燃烧器的工艺设计参数，利用计算流体力学方法对乙烯裂解炉辐射段炉管外区域进行模拟计算，获取乙烯裂解炉辐射段炉管外的运行参数；

步骤2：建立乙烯裂解炉辐射段炉管的几何结构模型，基于乙烯裂解炉辐射段炉管内的工艺参数，利用烃类裂解反应模型，获取乙烯裂解炉的运行参数；

步骤3：将步骤1的乙烯裂解炉辐射段炉管外的计算结果和步骤2的乙烯裂解炉辐射段炉管内的计算结果耦合再计算，以步骤2的计算结果为条件，迭代步骤1的计算结果，直至辐射段炉管外的运行参数稳定，则输出计算结果；

步骤4：当所述乙烯裂解炉底部燃烧器的工艺设计参数中的助燃空气温度升高1℃-200℃时，将步骤1所述乙烯裂解炉底部燃烧器的工艺设计参数中的燃料流量Q调整为0.9Q-1Q，再实施步骤1；