一、裝置簡介

　　(一)裝置發展及其類型

　　1．裝置發展

　　乙烯是石油化工的重要基礎原料，乙烯裝置是石油化工生產有機原料的基礎，是石油化工的龍頭，它的規模、產量、技術，標志著一個國家的石油化學工業的發展水平。乙烯生產裝置起源于1940年，美孚公司建成了第一套以煉廠氣為原料的乙烯生產裝置，開創了以乙烯裝置為中心的石油化工歷史。50年代，德國、日本、英國、前蘇聯、意大利等國家相繼建立了石油化工企業。

　　1960年世界乙烯產量為2910kt，1970年為19760kt，1980年達到34020kt，1990年為56300kt，到1997年世界乙烯生產能力接近86900kt，產量達78500kt。目前世界上乙烯生產的主要技術是管式爐蒸汽熱裂解和深冷分離流程。

　　我國第一套乙烯裝置是1962年蘭州化學工業公司合成橡膠廠5．25kt／a的乙烯生產裝置，以煉廠氣為原料，采用方箱管式裂解爐，油吸收法分離，生產化學級乙烯。1962年底由我國自行建設了高橋化工廠2．0kt／a乙烯裝置，1964年試車成功。70年代，我國先后從國外引進了一批技術先進、規模較大的乙烯裝置，分別建成了燕山、大慶、齊魯、揚子、金山等年產300kt／a的乙烯裝置。特別是近幾年來，全國乙烯行業有了飛躍性的發展，原有老裝置經過配套平衡、技術改進，生產能力進一步發揮，2004年我國乙烯生產能力已達到6266kt。隨乙烯工業的迅速發展，原料種類和加工工藝均有了巨大的變化。根據地域和資源的不同，原料分布從乙烷、丙烷、天然氣、石腦油到柴油甚至到HAGO、HVAO和常三減一線油和蠟下油等。加TI．藝有管式爐裂解制乙烯、甲醇制乙烯、甲烷制乙烯、催化裂解和由合成氣制乙烯等方法。其中以管式爐裂解制乙烯工藝最為成熟，世界乙烯產量的99％左右均由管式爐裂解法生產。

　　2．裝置的主要類型

　　乙烯裝置主要由裂解和分離兩部分組成。管式裂解法可以分為魯姆斯裂解法、斯通—韋伯斯特裂解法、凱洛格裂解法、三菱油化裂解法、福斯特—惠勒裂解法和西拉斯裂解法等。分離部分根據分離形式可以分為順序分離法、前端脫乙烷、前端脫丙烷和漸進分離流程。

　　典型分離流程比較見表3—1。

　　(二)裝置的單元組成與工藝流程

　　1．組成單元

　　乙烯裝置的基本組成單元為：裂解爐單元、急冷單元、裂解氣壓縮單元、深冷分離單元、脫甲烷單元、脫乙烷與乙烯精制單元、乙烯產品外送單元、脫丙烷與丙烯精制單元、脫丁烷單元、脫戊烷單元、火炬單元、制冷壓縮單元和污水處理單元。各單元作用介紹如下：

　　(1)裂解爐單元

　　原料油與稀釋蒸汽按比例混合，進入裂解爐發生高溫斷鏈反應，生成氫氣、甲烷、乙烯丙烯、碳四等目的產物，同時副產超高壓蒸汽。此單元屬高溫單元。

　　(2)急冷單元

　　裂解氣在此單元先后經油洗、水洗，溫度降低至40℃，同時將較重組分如渣油、重汽油分離出來。

　　(3)裂解氣壓縮單元

　　利用超高壓蒸汽作動力驅動汽輪機將裂解氣升壓，分離其中較重組成，減少進入冷箱系統的物料量，同時將裂解過程中產生的酸性氣體用堿中和脫除。過程中產生廢堿、含硫污水。

　　(4)深冷分離單元

　　將壓縮后的裂解氣干燥后，依次降溫最終達到氫氣的分離。利用鎳基催化劑將氫氣中的雜質脫除。

　　(5)脫甲烷單元

　　進行甲烷與碳二以上組分的切割。

　　(6)脫乙烷與乙烯精餾單元

　　進行碳二與碳三以上組分的切割，并將碳二在鈀系催化劑作用下選擇加氫，使乙炔加氫生成乙烯，分離乙烯與乙烷，乙烷循環裂解。

　　(7)乙烯產品外送單元

　　進行乙烯儲存和汽化外送，為下游裝置提供不同壓力等級的氣相乙烯。

　　(8)脫丙烷與丙烯精制單元

　　進行碳三與碳四以上組分的切割，并將碳三在催化劑作用下選擇加氫，使MAPD加氫生成丙烯，分離丙烯與丙烷，丙烯送下游加工，丙烷循環裂解或外送。

　　(9)脫丁烷單元

　　進行碳四與碳五以上組分的切割。

　　(10)脫戊烷單元

　　將碳五與汽油分離，碳五送制苯抽提。

　　(11)火炬單元

　　提供可燃氣體安全排放燃燒或回收，是事故狀態下的安全防護措施。

　　(12)制冷單元

　　為裂解氣順序分離提供不同等級的冷劑，是乙烯裝置的心臟部位。

　　(13)污水處理單元

　　預處理裝置產生的廢堿等污水，間斷處理，有H₂S等劇毒物料。

　　2．工藝流程

　　從界區外來的HGO、石腦油、加氫尾油原料分別儲存在進料罐，原料經過泵加壓后，用急冷水預熱送至裂解爐。經預熱后裂解原料進入裂解爐對流段原料預熱段預熱后與稀釋蒸汽按比例混合后，經裂解爐混合預熱段預熱至起始反應溫度(即橫跨溫度)，進入裂解爐輻射段進行裂解。裂解氣先進入廢熱鍋爐盡快冷卻以防止二次反應的發生，并回收裂解氣的顯熱，然后進入急冷器用急冷油進一步冷卻后送人汽油分餾塔。

　　裂解氣在汽油分餾塔中用循環急冷油進一步冷卻，重組分通過塔釜采出作為裂解燃料油(PF0)產品，較輕的組分通過側線采出作為裂解柴油(PGO)產品，裂解汽油和更輕的組分在塔頂以汽相采出。急冷油帶走的熱量經過稀釋蒸汽發生系統、工藝水汽提塔再沸器、對去工藝水汽提塔及稀釋蒸汽發生器的工藝水加熱進行回收。

　　急冷水塔塔頂汽相經帶有段間冷卻和分離的五段裂解氣壓縮機壓縮。裂解氣壓縮機五段出口裂解氣經冷卻水、丙烯冷劑和脫乙烷塔進料激冷后進入裂解氣干燥器。過程中分離的汽油送出界區，凝液汽提塔釜出料送至脫丙烷系統。在三段和四段之間，裂解氣經過堿洗除去H₂S和C0₂。

　　裂解氣經過脫水干燥，進入冷箱，依次經丙烯冷劑、乙烯冷劑、甲烷節流降溫冷凝分離，最終氣相降溫至—165℃從低壓甲烷中分離出氫氣，氫氣經甲烷化精制后提供給乙炔、丙炔加氫用。

　　低壓脫甲烷塔接收深冷分離單元來的各股液體進料，塔頂用二元冷劑部分冷凝，分離出的高壓甲烷產品在冷箱中回收冷量后去再生氣、燃料氣系統，中壓甲烷產品去燃料氣系統。塔釜物料經塔釜泵加壓后依次經回收冷量至作為脫乙烷塔進料。塔釜再沸器用—37℃裂解氣和二元冷劑作為熱源。

　　脫乙烷塔進行碳二與碳三以上組分的切割分離。塔釜再沸器采用來至急冷水塔的急冷水加熱，釜液經冷卻水換熱器和脫砷反應器去高壓脫丙烷塔，塔頂氣體經—24℃丙烯冷劑部分冷凝，氣體去乙炔轉化器。加氫后的碳二餾分中乙炔濃度要求小于5X10^—6。加氫后的氣體經冷卻后經綠油吸收塔、乙烯干燥器進入乙烯精餾塔，由側線采出液態乙烯產品送人乙烯產品貯罐，塔釜乙烷循環裂解。

　　乙烯產品經乙烯泵送出，用氣體丙烯加熱蒸發、液體丙烯過熱，然后以30℃、1。8MPa(表)的氣相產品送出界區。

　　脫丙烷塔系統采用雙塔脫丙烷，一個帶CDHYDBO加氫催化劑的高壓脫丙烷塔和一個低壓脫丙烷塔組成。首先經過碳三脫砷保護床脫除砷。而后用干燥后的氫氣進入在塔上部的催化劑床層中與碳三中的MAPD反應，將甲基乙炔和丙二烯加氫為丙烯。將碳三餾分精制分離，聚合級丙烯產品液相送出，丙烷循環裂解或作為液化氣外送。低壓塔釜將碳四以上餾分送至脫丁烷塔。

　　脫丁烷塔系統采用兩個并聯的塔操作，塔頂物料一部分作回流，一部分作為碳四產品送出界區。塔釜物料一部分去脫戊烷塔，另一部分直接作為裂解汽油送出界區。脫丁烷塔塔釜來的物料進入脫戊烷塔，塔頂氣相經冷凝后作為碳五產品送出界區。塔釜液則作為裂解汽油送至界區。

　　火炬系統分為第一火炬系統、第二火炬系統和火炬氣回收系統。用以將正常時的低壓甲烷排放和無組織泄漏物安全燃燒，并將工藝紊亂時的安全排放燃燒�；鹁骖^上有三股中壓蒸汽，其目的是為了保護火炬頭，消煙和助燃。在裝置操作穩定，提高排放系統的壓力，投用火炬氣回收壓縮機，回收火炬氣人燃料氣系統。

　　制冷壓縮機由丙烯制冷壓縮機、乙烯制冷壓縮機和二元制冷壓縮機構成，其中乙烯機和丙烯機構成復疊式制冷，為分離過程中裂解氣等提供多種等級的冷劑。本單元是乙烯裝置的心臟，一旦停車，系統無法正常運行。

　　將裂解氣壓縮單元中堿洗的廢堿和含硫污水利用二氧化碳中和處理，使之合格排放，減少環境污染。

　　(三)化學反應過程

　　1．乙烯裝置反應類型

　　乙烯裝置的反應包括幾個部分：高溫熱裂解、甲烷化、炔烴加氫、堿洗等。

　　(1)烴的裂解反應

　　裂解原料的組成有的比較簡單，但多數是各種烴的復雜混合物，各種烴在高溫裂解的條

　　件下又能發生多種反應，因此說裂解反應過程是相當復雜的。

　�、僬�烷烴的裂解反應

　　其裂解反應主要進行的是脫氫反應和斷鏈反應。

　　a．脫氫反應：是指C—H鍵斷裂反應，產物分子中碳原子數不變。

　　反應通式：

　　b．斷鏈反應：

　　反應通式：

　　②異構烷烴的裂解反應

　　各種異構烷烴由于結構各異，其裂解反應沒有簡單規則可循。

　　a．異丁烷：主要是通過斷鏈反應或脫氫反應獲得少一個或同碳原子的烯烴。

　　b．新戊烷(2，2—二甲基丙烷)：主要是通過斷鏈反應獲得少一個碳原子的烯烴。

　　c．2，3—甲基丁烷：主要是通過斷鏈反應獲得少一個碳原子的烯烴。

　　以上幾種異烷烴其分子結構是對稱的，反應較簡單，如分子結構不對稱，則反應要復雜

　　些，在此不在敘述。

　�、巯�烴的裂解反應

　　烯烴的裂解反應可分為以下幾種情況。

　　a．斷鏈反應：較大分子的烯烴可以斷鏈為兩個較小分子的烯烴。

　　反應通式：

　　式中，n=i+m

　　由于烯烴分子中有雙鍵存在，因此斷鏈主要發生在雙鍵β位置的C—C鍵上。

　　b．脫氫反應：烯烴進一步脫氫生成二烯烴或炔烴。

　　c．岐化反應：兩分子的同一烯烴可岐化為兩個不同的烴分子。

　　d．二烯合成反應：二烯烴與烯烴進行二烯合成而成環烯烴，進一步脫氫成芳烴。

　　e．芳構化反應：六個或更多碳原子的烯烴，可以發生芳構化反應生成芳烴。

　　總之，烯烴的反應的特點是即有由大分子烯烴生成乙烯、丙烯的反應，又有乙烯、丙烯進一步消失的反應。

　�、墉h烷烴的裂解反應

　　環烷烴的裂解反應可分解反應和脫氫反應(及斷鍵、斷鏈反應)。。

　　⑤芳烴的裂解反應

　　由于芳環的穩定性，芳烴在裂解過程中不易發生裂開芳核的反應，而能發生下列反應：

　　烷基芳烴的斷碳鍵反應和脫氫反應。

　　a．芳烴的側鏈脫烷基或斷鍵生成烯烴。

　　反應通式：

　　式中Ar——芳基；n=i+m

　　芳烴的側鏈脫氫生成烯基芳烴。

　　反應通式：

　　b．環烷基芳烴的反應。

　　(a)脫氫和異構脫氫；

　　(b)縮合脫氫。

　　c．芳烴的縮合反應。

　　無烷基和無環烷基的芳烴在反應中，芳環并不裂開而是經縮合而成多環芳烴，同時脫出氫，且分子量增大。

　　芳烴由于其分子結構中芳環的穩定性，在裂解溫度下不易發生裂開芳環的反應，主要發生兩類反應，一是烷基芳烴的側鏈發生斷碳鍵反應和脫氫反應，另是芳烴的縮合反應而使產物芳烴分子中的芳環增多、分子量增大，直到生成焦油甚至結焦。

　　原料烴在裂解過程中所發生的反應是復雜的，一種烴可以平行的發生很多種反應，又可以連串地發生許多后繼反應。所以說裂解反應是一個平行反應和連串反應交叉的反應系統。在原料烴分子在裂解過程中生成目的產物乙烯、丙烯的反應稱為一次反應；而乙烯、丙烯消失，生成分子量較大的液體產物以致結焦生成碳的反應稱為二次反應。一次反應指向目的產物，而二次反應則反向進行，因此需要抑制二次反應的發生。

　　(2)甲烷化反應

　　(3)炔烴加氫反應

　　

 　　反應溫度過高時，有利于上述副反應的發生。

　　(4)堿洗反應

　　魯姆斯堿洗法是用NaOH溶液洗滌裂解氣，在洗滌過程中NaOH與裂解氣中的酸性氣體發生化學反應，生成的碳酸鹽和硫化物溶于廢堿液中，方程式如下：

　　2．乙烯裝置反應的特點：

　　(1)烴類熱裂解的特點是高溫、低烴分壓、短停留，以取得更高的目的產物，減少副反應的二次反應產品，影響裂解爐的運行周期。同時裂解溫度的控制又是根據不同原料、不同的乙烯丙烯比而定的。

　　(2)烴類加氫的特點是物料在催化劑床層經過，被催化劑選擇吸附，發生反應后向外擴散。反應應有起始溫度，溫度越高活性越強，但選擇性下降，此反應屬放熱反應。

　　(四)主要操作條件及工藝技術特點

　　1．主要工藝操作條件

　　因選擇不同的裂解和分離工藝且原料品質等不盡相同，工藝條件皆有所不同，表3—2中列出順序分離的主要工藝操作條件。

 

 　　2．工藝技術特點

　　工藝技術路線采用管式爐蒸汽裂解、順序分離流程，壓縮機采用電子調速器控制，裂解爐采用KTl6X10⁴t／a的GK—V型裂解爐、中石化和LUMMUS合作開發的10X10⁴t／a裂解爐(SL—I型)、CBL—Ⅲ6X10⁴t／a的裂解爐、SRT—Ⅳ—HC型6X10⁴t／a的裂解爐。在世界乙烯工業中首次采用了二元制冷和催化精餾脫除MAPD技術，在裂解氣壓縮機上采用了注水工藝替代注油防垢，在制冷壓縮機上采用了干氣密封技術。

　　(五)催化劑和助劑

　　1．催化劑

　　乙烯裝置的催化劑有碳二加氫催化劑、甲烷化催化劑、碳三加氫催化劑，還有脫砷保護床用的脫砷劑。其中碳二加氫催化劑可以再生，其余均不可再生。碳二加氫催化劑以前采用高活性催化劑，操作穩定，選擇性差，不經濟，后采用高選擇性催化劑，周期一般為8—14個月。催化劑規格如表3—3所示。

　　2。助劑

　　乙烯裝置根據各自的工藝路線，各自的原料性質，選擇不同的助劑，來避免生產過程中的不利因素。有急冷油減黏劑、黃油抑制劑、緩蝕劑、結焦抑制劑、阻聚劑等。見表3—4。

　　(六)原料及產品性質

　　1．原料

　　各乙烯裝置使用的原料各不相同，現將一般使用的原材料主要性質匯總如表3—5。

　　2．產品

　　乙烯裝置一般產品規格如表3—6所示。

  　　二、重點部位及設備

　　從裝置的平穩生產和安全角度進行分類：

　　(一)重點部位

　　1．裂解爐區

　　裂解爐是乙烯裝置的日常管理重點，其運行情況直接反映一個裝置的負荷。包括裂解爐、燃料供應、廢熱回收設備、引風機、開工鍋爐等。裂解爐是乙烯裝置的關鍵設備。該設備運行的正常與否直接影響乙烯裝置的物耗、能耗的高低和“安全、穩定、長周期”運行情況。該部位為明火區域，有著高溫高壓、易燃易爆等危險。若出現爐管堵塞、破裂等雖不至于裝置停工，但影響裝置負荷。

　　2．壓縮區

　　壓縮機是裝置的心臟，負責裂解氣的壓縮或給分離系統提供冷量。因此無論壓縮機本身還是其附屬的油系統、蒸汽系統、密封系統故障，將直接造成裝置的全面停工。并且如果由于壓縮機本身部件故障，需倒空、置換，開蓋檢修，時間較長，影響較大。

　　3．分離系統

　　(1)急冷區

　　汽油分餾塔易出現急冷油黏度大，系統循環不良，停車倒空困難，尤其是冬季，如果在黏度較高時期停車處理，需要費大量的時間，且開車困難。

　　(2)冷區、熱區

　　精餾塔是分離系統的主體，直接影響產品質量。有碳四存在的熱區各塔易出現聚合物堵塞塔盤，嚴重時需局部停車處理。冷區系統有嚴格的水含量要求，超標易水合凍堵。一旦以上情況出現或管線閥門泄漏都將造成停車，嚴重時可能發生火災爆炸事故，損壞設備、電纜等。

　　(3)廢堿處理系統

　　該系統間斷處理，可以隨時停車，一般不致影響裝置運行。但系統中存在大量的H2S等有毒物品，一旦泄漏可能造成的安全影響和社會影響較大，并且堿有強腐蝕性，此處管線、部件易腐蝕泄漏，應加以注意防范。

　　(4)乙烯球罐區

　　乙烯球罐是乙烯裝置應重點防范的部位，日常操作不多，但由于每個球罐均存儲了大量的乙烯，且其與系統相連的閥門管線常年無法檢修，所以一旦出現泄漏或其他火災爆炸事故，則勢必威脅到其他各罐，后果嚴重。

　　(5)火炬系統

　　火炬系統在乙烯及其他裝置正常運行期間，排放燃燒無組織泄漏的可燃物料，達到合格排放。一旦系統故障，大量物料需要及時排放燃燒，否則將會超壓泄漏至裝置區內，引起更大的事故。必須保持火炬常明線長期處于燃燒狀態或自動點火系統處于受控狀態，否則一旦問題出現，無法控制�；鹁嫦到y屬低壓系統，不能憋壓。排放物料時應緩慢，并應防止大量碳五進入火炬總管，以防火炬下“火雨”。應經常檢查火炬總管上的集液槽液面和水封罐冷凝的油要及時回收，以防總管憋壓和火炬下“火雨”。

　　(二)重點設備

　　乙烯裝置由于流程復雜，設備量巨大，僅選取最重點的設備說明。乙烯裝置的重點設備應為壓縮機、加氫反應器、乙烯球罐、冷箱。此外，還有許多切斷閥，這些閥門出現問題也會造成裝置停車，動作失誤還會引起惡性事故發生。

　　1．壓縮機

　　乙烯裝置有裂解氣壓縮機、丙烯壓縮機、乙烯壓縮機、二元制冷壓縮機。

　　(1)裂解氣壓縮機

　　裂解氣壓縮機將裂解氣升壓，以達到分離各組分需要的條件。一般功率較大，采用超高壓蒸汽驅動汽輪機帶動壓縮機，如出現故障停機，則后系統進料停止，冷區系統全面停車。系統中存在堿洗過程，一旦泄漏會有H2S泄放大氣中，有爆炸的可能，還應注意防止中毒。

　　(2)丙烯壓縮機

　　丙烯壓縮機為分離系統提供基礎冷劑，與乙烯壓縮機、二元制冷壓縮機形成復迭制冷系統。它的故障停車，將直接造成乙烯壓縮機、二元制冷壓縮機的停車，分離系統無冷劑，物料無法降溫，系統全面停車。

　　(3)乙烯壓縮機

　　乙烯壓縮機停車，將直接造成二元制冷壓縮機的停車，分離系統缺乏—55℃以下冷劑，氫氣分離不好，甲烷化停工，加氫無氫氣，無合格乙烯產出，停車。

　　(4)二元制冷壓縮機

　　二元制冷壓縮機停車，短時間低負荷下可以維持系統繼續運轉，保證氫氣合格，系統不至于停車。如停工，則必須及時將裝置負荷降至60％以下，時間過長，高壓甲烷中乙烯含量嚴重超標，影響干燥劑的使用壽命，另外負荷過低，干燥器再生用甲烷量不足，再生效果差。

　　2．加氫反應器

　　乙烯裝置中有碳二、碳三兩種加氫反應器。碳二加氫反應器如果催化劑中毒失活或運行后期，將影響乙烯產品質量，大量不合格乙烯無處存放。由于加氫反應為放熱反應，操作不當易造成飛溫，嚴重時會燒壞設備、管線，發生火災爆炸等惡性事故。碳三加氫不開，靠丙烯精餾塔精餾也可以維持產品質量，但是如果MAPD積聚量超高，則會發生爆炸事故。加氫反應器必須嚴格控制重烴的帶入，以防結焦而使催化劑失活，要特別注意氫氣的泄漏問題，氫氣外漏著火火焰為淡藍色不易被發現。

　　3。閥門

　　裂解爐的燃料、原料切斷閥和各系統的加熱熱源控制閥、壓縮機的最小流量返回閥、噴淋閥等均采用氣動閥控制，在聯鎖動作時，要么嚴密切斷，要么全開保護設備安全。是裝置安全保護的重點設備。

　　4，冷箱

　　冷箱是多元物料的特殊換熱器，各物料之間溫差大，壓力等級各不相同。由于干燥器處；理效果不好或干燥劑粉化，水或雜物易在此處造成凍堵，系統造成停車。由于是板翅式換熱：器，處理困難。處理不當，物料易泄漏，一方面換熱器為多臺聯合，存儲了大量的可燃物料，另一方面由于多元物料使流程復雜，泄漏發生后不易切斷，后果嚴重。