节能减排系列报道之二
乙烯裂解系统节能技术进展
中国石化北京化工研究院 张勇 宋芙蓉
一、优化乙烯原料
原料的裂解性能在很大程度上决定了乙烯生产的能耗水平，据2003年度乙烯装置平均能耗的统计，采用重质原
料时，装置的综合能耗为30.98 GJ/t；以石脑油为原料时，装置的综合能耗为28.89 GJ/t；以乙烷为原料时，装置
的综合能耗仅为22.48 GJ/t。
1．原油的选择与加工
在石油烃裂解过程中，正构烷烃最易生成乙烯等目的产物，其次是5个碳以上的异构烷烃，再次为环烷烃，而
芳烃的C-C共轭键键能高达611 kJ/mol，很难裂解。因而优化原油的选择和加工方案，调整原料结构，增加烷烃尤
其是正构烷烃等含量高、BMCI（关联指数）值低的优质裂解原料，可以在提高乙烯收率的同时，减少设备结焦，降
低装置能耗。
2．石脑油预处理
UOP公司提出了一种基于吸附分离方法的MaxEne工艺，通过提高石脑油中正构烷烃的含量使乙烯收率提高30%；
乙烯咨询公司开发了一种利用芳烃抽提和加氢处理脱除等级较差的石脑油中的芳烃的Napex工艺；德国化工技术研
究院开发了一种将来自裂解汽油的芳烃通过催化加氢开环转化成高价值蒸汽裂解装置进料的工艺。中国石化北京化
工研究院正在开展这方面的研究，利用芳烃抽提等方法改善了劣质石脑油的裂解性能，研究结果表明，以改进后的
石脑油为裂解原料，可以使乙烯收率提高1%以上，并使芳烃综合收率提高3%以上。
二、改善裂解选择性
对于相同的裂解原料和工艺装置而言，乙烯收率提高1%，单位能耗和物耗大约降低3%。因此，裂解选择性是决
定乙烯装置能耗的最基本因素。
1．改进炉管设计
目前高选择性裂解炉采用两程变径或两程分支变径高选择性炉管，反应停留时间控制在0.15～0.25 s之间。与
原有的低选择性炉管对比，使用高选择性炉管后能耗降低了6.56%，物耗降低了7.64%。
从1988年应用国产CBL技术建成第一台CBL-I型2万t/a裂解炉以来，北京化工研究院等单位合作相继开发了
CBL-I～CBL-IV型裂解炉，以此技术为基础开发的多台10万t/a SL-Ⅰ型裂解炉已经投产或正在建设中（4台运转
中，20余台在建），新一代15万t/a双辐射段裂解炉也开始建设。基于CBL技术建设的裂解炉乙烯生产能力已经达
到360万t/a。随着裂解炉大型化、原料多样化、操作精细化需求的不断发展，CBL技术在传统2-1型技术的基础上
又开发了改进2-1型炉管、气体裂解炉以及多种辐射段炉管排布方式，进一步提高了裂解产品的选择性。
2．优化工艺操作条件
目前，裂解装置的操作优化正向先进控制与实时优化的方向发展，将裂解装置的目标优化与稳定操作结合起来，
最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、提高目标产品收率、降低运行成本的目标。中国石化北京化工研究院通
过优化装置操作参数，在兼顾裂解炉运行周期的条件下可以使乙烯收率提高1个百分点以上，相应降低能耗3%左右。
三、提高裂解炉热效率
1．预热燃烧空气和燃料气技术
据测算，当裂解炉燃烧空气由常温预热到100℃时，燃料用量由100%降至95.5%，节省燃料4.5%，相应减少了
3%的烟气排放量，可降低能耗3%左右，同时能回收大量蒸汽进行循环利用。由北京航天动力研究所开发的裂解炉燃
烧空气预热技术已经推广到中国石化下属的9家乙烯企业，节能效果显著。据广州石化标定结果表明，每台空气预
热器每小时可以节约燃料气103 kg，初步估算全厂一年可节约标煤近万吨。
2．炉管强化传热技术
强化传热的内构件结构形式多样，已工业化的主要有梅花管、MERT管和扭曲片管等。北京化工研究院和中国科
学院沈阳金属所共同开发的扭曲片强化传热技术可以使壁温下降20℃左右，炉管压降仅增加15%，周期延长50%以
上，全年平均节约燃料1%左右。该技术已经在国内多套乙烯装置的30多台裂解炉上应用，均取得了良好效果。
3．降低裂解炉排烟温度
一般情况下，排烟温度每降低20℃，裂解炉的热效率约提高1个百分点，折合节能5 kg/t（以生产1t乙烯节
约标油的质量计）。通过净化燃料气（燃料油），将其中的易与氧气生成酸性氧化物的硫等杂质脱出，可以在不受“露
点腐蚀”限制的情况下有效降低裂解炉的排烟温度，从而降低热损失，提高热效率。
4．降低空气过剩系数
在保证燃料充分燃烧的前提下，尽可能降低空气过剩系数，以减少燃料的消耗和烟气的排放量，降低排烟带走
的热损失。通过合理排布燃烧器、优化燃烧器自身结构、采用在线烟气氧分析仪并确保指示准确、调整炉膛负压与
烧嘴风门开度等可以将空气过剩系数控制在合理的范围内。
四、延长裂解炉运行周期
1．采用结焦抑制技术
目前结焦抑制技术主要有炉管涂覆技术和添加结焦抑制剂两种。近年来炉管涂覆技术发展较快，已开发出多种
性能良好的涂覆技术。例如，加拿大Westaim公司的coat-alloy技术、加拿大Nova公司的ANK400尖晶石表面技术、
日本大同钢铁公司的等离子粉末焊接技术等。
添加结焦抑制剂是传统的抑制结焦技术，近年来表现突出的有Phillips公司开发的CCA-500化学抑制剂、Lummus
公司和Nalco Exxon Energy化学公司开发的Coke-Less新一代有机膦系结焦抑制剂等。
国内华东理工大学的HY-99抑制剂应用于上海石化股份公司SRT-Ⅲ裂解炉的结果表明，运行周期由50天延长
至130天；中国石化扬子石化公司烯烃厂与江苏省天源化工公司联合开发的N-360抑制剂在乙烷炉上的应用结果表
明，运行周期延长3倍以上，装置能耗(标油)降低4.49 kg/t，三烯产品收率提高1.84%；北京化工研究院开发的抑
制剂在燕山石化的工业应用试验结果表明，在重柴油正常裂解条件下，运行周期可延长0.5～1倍。
2．采用先进的清焦技术
巴斯夫公司的在线烧焦程序已在国内外乙烯裂解炉上成功应用了多年，事实证明，采用在线清焦技术可大大减
少废热锅炉的机械清焦次数，有效降低乙烯装置的能耗。北京化工研究院最近也开发出一种在线分析技术，利用该
技术对裂解炉烧焦尾气中各组分浓度进行在线实时分析，清焦时间由原来的20～27h缩短为4～8h，以CBL-III炉
为例，每次清焦可节约能耗约1510 GJ。
3．采用新型炉管
最近又有研究者提出采用陶瓷炉管的管式裂解炉，据称除了可实现更高的裂解温度外，还因为陶瓷材料没有催
化中心，不会促进催化结焦，因而实现了减缓结焦与高选择性的统一。据报道，SW公司、法国IFP（法国石油研究
院）和加拿大Nova Chemicals公司正在开发这种陶瓷炉。据称这种新型裂解炉可使乙烷生成乙烯的转化率高达90%，
而普通裂解炉的转化率仅为65%～70%；并且还可有效控制焦的生成，大幅度延长裂解炉的运行周期。