專利名稱：一種在線監(jiān)控?zé)固歼^程的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在線監(jiān)測和控制的方法。
背景技術(shù)：
在烴類熱裂解生產(chǎn)乙烯、丙烯等烯烴的過程中，不可避免地會在裂解爐管及其急冷鍋爐等工藝部位形成焦碳，焦碳沉積在裂解爐管內(nèi)壁及急冷鍋爐換熱管內(nèi)壁上，不僅阻礙了裂解爐管及急冷鍋爐中物流的熱傳遞，使?fàn)t管壓力降增加，而且會堵塞管道，影響裂解爐的正常操作，因此工廠必須定期對裂解爐及急冷鍋爐等配套設(shè)備進(jìn)行除碳處理。以燃燒方式除碳稱為“燒焦”，燒焦過程控制得好壞，直接影響到裂解爐的使用效率及工廠的整體經(jīng)濟效益。
目前，國內(nèi)乙烯廠大都使用國外知名廠商市售的清焦軟件包，如《BASF法》等，進(jìn)行乙烯裂解爐管與急冷鍋爐的清焦。這種燒焦技術(shù)使清焦過程能夠在線(即設(shè)備不需解體)完成。在燒焦程序的控制下，分階段自動調(diào)整燒焦條件，在預(yù)定的時間內(nèi)使焦碳清除干凈。市售軟件有一定的使用彈性，但是由于我國裂解原料市場的多樣性及供給的不穩(wěn)定性，裂解爐管和急冷鍋爐的結(jié)焦?fàn)顩r呈多樣化，使得采用同一牌號的燒焦軟件控制燒焦操作時有些不適宜，如不必要的時間拖長、耗費能源及材料，使?fàn)t管的熱負(fù)擔(dān)加重而縮短使用壽命；而結(jié)焦?fàn)顩r較惡劣的裂解爐管和急冷鍋爐所結(jié)的焦碳因燒焦條件不充分得不到徹底清除，從而累及到新一輪的生產(chǎn)周期運行中。
目前，生產(chǎn)廠家通過間斷檢測和分析燒焦尾氣中CO、CO2濃度來判斷燒焦進(jìn)行程度，當(dāng)CO、CO2濃度低于自定的指標(biāo)時，結(jié)束燒焦操作?，F(xiàn)有的常規(guī)燒焦檢測分析，是在流程的遠(yuǎn)端、冷卻后的集合管出口處，采集燒焦尾氣，用氣相色譜儀分析尾氣中的CO、CO2含量。常規(guī)的色譜儀對個樣的分析時間至少20～30分鐘/樣，信息反饋需1小時以上，無法及時、準(zhǔn)確掌握裂解爐內(nèi)的燒焦動態(tài)。因此，尋找一種能在線化地檢測燒焦過程的方法、從而實現(xiàn)實時監(jiān)測在線燒焦過程，及時、準(zhǔn)確地掌握燒焦動態(tài)，并通過聯(lián)機反饋監(jiān)測信息到主控端對燒焦進(jìn)程進(jìn)行合理調(diào)控具有重要意義。
《第8屆乙烯生產(chǎn)商年會》(1996年，P467～P473)中報道了一種利用聲學(xué)發(fā)射信號監(jiān)測裂解爐燒焦過程的方法，不僅所用儀器復(fù)雜，不易在現(xiàn)場安裝和操作，而且無法直接獲得裂解爐管內(nèi)的結(jié)焦?fàn)顩r，目前難以推廣使用。
《研究披露》(2000年5月433期，P803～P804)中介紹了一種利用分光計及氣相色譜儀監(jiān)測裂解爐燒焦過程的方法，所用儀器多、不易攜帶，在線化使用困難，因此難以快速推廣使用。
目前國內(nèi)外乙烯廠對裂解爐燒焦操作，尚未見有成功進(jìn)行在線監(jiān)控的報導(dǎo)。如果不能對清焦過程進(jìn)行有效的調(diào)控，實現(xiàn)徹底清焦，則乙烯廠裂解爐的效率就得不到最佳發(fā)揮，從而影響整個乙烯廠的綜合效益。
因此，需要提供一種切實可行的在線監(jiān)測、調(diào)控?zé)惯^程的方法，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對燒焦過程進(jìn)行自動調(diào)控，避免燒焦操作的盲目性，實現(xiàn)燒焦操作的最優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種非常有效的對燒焦過程進(jìn)行在線監(jiān)測調(diào)控的方法，尤其是對裂解爐燒焦，具體地說，對裂解爐各組管和各急冷鍋爐系統(tǒng)燒焦進(jìn)行監(jiān)測調(diào)控的方法。
本發(fā)明的在線監(jiān)測調(diào)控?zé)惯^程的方法包括在裂解爐和/或急冷鍋爐出口管的出口處開有一內(nèi)徑為10～15mm的物流導(dǎo)出孔，從該孔接入導(dǎo)出管，燒焦尾氣由導(dǎo)出管引入冷卻器、氣體流量計和在線監(jiān)測設(shè)備，其中所述的在線監(jiān)測設(shè)備包括氣體凈化設(shè)備、紅外分析儀和數(shù)據(jù)處理器。
優(yōu)選從急冷鍋爐導(dǎo)出的燒焦尾氣經(jīng)導(dǎo)出管進(jìn)入冷卻器，然后分兩路，一路進(jìn)入氣體流量計，另一路通過氣體凈化設(shè)備進(jìn)入紅外分析儀；由紅外分析儀排出的氣體經(jīng)氣體流量計排空。
其中所述的導(dǎo)出孔位于急冷鍋爐出口管450～600℃處時，可監(jiān)測、調(diào)控裂解爐管和急冷鍋爐兩部分的燒焦過程；位于裂解爐出口管700～800℃處時，只監(jiān)測、調(diào)控裂解爐管的燒焦過程。
所述的導(dǎo)出孔開在每組爐管的出口或每組急冷鍋爐的出口，使用本發(fā)明的方法，可以同時獲取不同組爐管和不同急冷鍋爐的燒焦動態(tài)。
由于裂解爐管和急冷鍋爐出口管溫度較高，從此處直接采樣，在技術(shù)上存在一定的困難。因此，應(yīng)注意使與導(dǎo)出孔相連的內(nèi)徑為10～15mm的采氣管與爐管及急冷鍋爐出口管主管線物料方向水平交叉，應(yīng)避免采氣管的垂直向上的走向。另外，采氣管的引出處配有向爐管內(nèi)反吹的蒸汽管線，用以保護此采氣管的長期通暢和采氣管口的清理。采氣管通過流量調(diào)節(jié)閥與冷卻器相連，采氣管與冷卻器的接口連有法蘭，采氣管與法蘭之間應(yīng)為直管段。用于監(jiān)控不同組爐管和/或不同急冷鍋爐的燒焦動態(tài)時，與每組爐管的采氣管相連的冷卻器可選用列管式蒸汽-水冷卻器，與每組急冷鍋爐的采氣管相連的冷卻器可選用盤管式水冷卻器。
所述的由導(dǎo)出管導(dǎo)出的燒焦尾氣經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥引入冷卻器，冷卻至溫度低于35℃后分兩路，一路進(jìn)入氣體流量計，氣體流速為10～50L/min，優(yōu)選為10～30L/min；另一路通過氣體凈化設(shè)備進(jìn)入紅外分析儀，氣體流速為1.0～2.0L/min，優(yōu)選為1.5～2.0L/min。
所述的氣體流量計、紅外分析儀和數(shù)據(jù)處理器均帶有與電子控制系統(tǒng)銜接的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號輸出接口。
其中所述的氣體流量計用來計量采出所測燒焦尾氣的體積流量。所用的流量計可以是多種型號的干式、濕式并帶有標(biāo)準(zhǔn)信號輸出接口的氣體流量計，優(yōu)選為濕式流量計。
其中所述的紅外分析儀是將市售的通用型單組分氣體檢測儀，經(jīng)改造成為具有CO、CO2專用通道、雙檢測室的紅外分析儀。
其中所述的數(shù)據(jù)處理器可以使用計算機或記錄儀，也可以同時使用計算機和記錄儀。本發(fā)明所用的計算機可以是常規(guī)的臺式電腦，也可以是筆記本電腦；所用的記錄儀可以是一臺多通道記錄儀，記錄密度可設(shè)置成1次/秒，用來記錄燒焦過程中的氣體流量、溫度、壓力、CO及CO2濃度，并通過程序計算軟件得到燒除的焦量，可直接輸出焦碳燒除過程的各參數(shù)如CO、CO2濃度等連續(xù)的記錄曲線。
所述的數(shù)據(jù)處理器與紅外分析儀和氣體流量計相連，記錄各項瞬時測量結(jié)果，并將記錄數(shù)據(jù)按擬定的程序計算出瞬時狀況下的焦碳燒除結(jié)果，通過與控制燒焦程序的主控機聯(lián)網(wǎng)，可以以人機對話或監(jiān)測結(jié)果與控制程序自動調(diào)節(jié)的方式，調(diào)節(jié)燒焦控制條件如溫度、空氣量、蒸汽量等，改變瞬時狀態(tài)的燒焦發(fā)展趨勢。手控或自動調(diào)節(jié)程序使燒焦操作控制在下述范圍是安全而經(jīng)濟的。
1)當(dāng)CO≥4％(體積％)、CO2≤3％(體積％)時，燒焦蒸汽量不變，空氣量可增加設(shè)定量的5％～10％(wt％)，同時將燒焦溫度降低5℃；2)當(dāng)CO+CO2≤2％(體積％)時，燒焦空氣量可增加設(shè)定量的5％(wt％)，同時蒸汽量減少5％(wt％)；3)當(dāng)CO+CO2≤1％(體積％)時，燒焦空氣量可增加設(shè)定量的10％～15％(wt％)，蒸汽量減少15％(wt％)，同時將燒焦溫度提高10℃。
裂解爐的結(jié)焦量通過檢測到的CO、CO2濃度、燒焦尾氣總量及相關(guān)溫度、壓力參數(shù)計算得到。
其中所述的氣體凈化系統(tǒng)包括過濾器、干燥器和脫硫器。所用的過濾器為直管填充式，內(nèi)充分子篩或陶瓷纖維；干燥器為列管式，裝填用CO2飽和過的無水氯化鈣作為干燥劑；脫硫器為直管填充床，可用常規(guī)的脫硫劑如MgO、ZnO制粒。
本發(fā)明的方法中所述的在線監(jiān)控系統(tǒng)帶有公共接口，可以根據(jù)任一個燒焦裝置的整體或局部的需要及時對接。由于本發(fā)明的方法所用設(shè)備、儀器均為小型便攜式，因此，可根據(jù)所需的不同場合即刻組裝投入使用。
本發(fā)明的在線監(jiān)控?zé)惯^程的方法可應(yīng)用于以下所述的幾種反應(yīng)器如1)任何需要以空氣、蒸汽燒焦形式清除反應(yīng)器內(nèi)所結(jié)焦碳的烴類裂解、裂化裝置；2)烴類任何類型(單管和分支管)的管式裂解反應(yīng)器；3)各種規(guī)模的烴類裂解實驗裝置；4)各種加熱后產(chǎn)生焦碳需清焦的反應(yīng)器。
本發(fā)明的方法不僅能監(jiān)測和調(diào)節(jié)裂解爐整體的燒焦步驟，也可調(diào)節(jié)同臺爐內(nèi)不同組管和急冷鍋爐的分組燒焦動態(tài)，既可以保證結(jié)焦嚴(yán)重的部位避免發(fā)生過度氧化而燒穿管材，又能減少結(jié)焦較輕部位的能源消耗，使整體爐管所結(jié)焦碳既清除得徹底又省時，降能耗，省材料，提高管材設(shè)備的壽命。
采用本發(fā)明所提供的方法，連續(xù)工作時間不少于72小時，完全能夠滿足較長燒焦程序的需要，保證燒焦過程的在線實時監(jiān)測。根據(jù)在線監(jiān)測結(jié)果，可及時調(diào)節(jié)燒焦程序步驟及燒焦控制條件，達(dá)到控制燒焦進(jìn)程的目的，避免燒焦操作的盲目性。
本發(fā)明的方法具有以下的有益效果1、本方法所用設(shè)備、儀器均為便攜式，安裝簡單，易于自動化操作；2、使用本方法比常規(guī)的非在線個樣檢測更能及時、直觀地觀察到燒焦進(jìn)展；3、使用本方法可掌握結(jié)焦設(shè)備內(nèi)的結(jié)焦?fàn)顩r，可以科學(xué)地指導(dǎo)生產(chǎn)；4、使用本方法可以細(xì)化、觀察并掌握不同組裂解爐管和不同組急冷鍋爐的燒焦動態(tài)，以此調(diào)控?zé)惯^程，使乙烯廠裂解裝置的燒焦程序細(xì)化為單組管、單組急冷鍋爐的單體部位控制，優(yōu)化總體燒焦效果，提高裂解裝置的開工效率；5、使用本方法可最大限度降低燃料、燒焦蒸汽及空氣的用量，有利于生產(chǎn)成本的進(jìn)一步降低。


圖1 本發(fā)明的方法的流程示意圖。
圖2 SRT-IV型工業(yè)裂解爐石腦油結(jié)焦燒焦曲線。
圖3 SRT-IV型工業(yè)裂解爐輕柴油結(jié)焦燒焦曲線。
圖4 SL-1型工業(yè)裂解爐燒焦曲線。
具體實施例方式
以下的實施例具體說明采用本發(fā)明的方法對裂解爐的燒焦過程進(jìn)行在線監(jiān)控的有益效果。
以下實施例采用本發(fā)明的方法對燒焦過程進(jìn)行在線監(jiān)控。
實施例1～實施例3所使用的儀器、設(shè)備如下紅外分析儀為MODEL 9000型兩臺(線性度≤±2％F.S)；記錄儀為EN880無紙記錄儀(8通道、誤差±0.15％)；氣體流量計為BSD 2型濕式氣體流量計(公稱流量2m3/h、誤差±1.5％)；數(shù)據(jù)處理器為COMPAQ筆記本電腦(奔騰II處理器)。
實施例1裂解原料為石腦油B，餾程45～180℃，比重D15.60.7044g/ml，硫含量136PPM。裝置為6萬噸/年乙烯SRT-IV型工業(yè)裂解爐，有A、B、C三大組排管并聯(lián)有三個急冷鍋爐，裂解爐管的入口溫度為520℃、出口溫度為820℃，其中B大組裂解爐管中添加了一定量的防焦劑，運行45天后進(jìn)入程序燒焦階段，使用BASF法控制燒焦過程，進(jìn)行在線燒焦，全程序需要72小時，其中爐管部分占42.5小時。采用本發(fā)明的方法，在與裂解爐相連的每組急冷鍋爐出口管上開一內(nèi)徑為12mm的導(dǎo)出孔，采氣管通過流量調(diào)節(jié)閥與盤管式水冷卻器相連，采氣管與冷卻器的接口連有法蘭，采氣管與法蘭之間應(yīng)為直管段。通過流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)采氣速度在20～30L/min，調(diào)節(jié)紅外儀的進(jìn)氣速度為1.5～2.0L/min，并與燒焦程序同時啟動，每組爐管和急冷鍋爐的燒焦尾氣中CO、CO2濃度變化曲線顯示并記錄于計算機，獲得燒焦控制曲線LBn-ac和LBn-b(見附圖2)，同時將動態(tài)信息反饋至燒焦程序控制端，根據(jù)燒焦曲線變化趨勢，調(diào)節(jié)燒焦控制條件。從附圖2的燒焦曲線可以看出，經(jīng)過18小時燒焦操作，爐管所結(jié)焦碳已基本燒盡，可提前進(jìn)入急冷鍋爐的燒焦程序，節(jié)省時間20小時以上。
實施例2采用與實施例1完全相同的工業(yè)裝置(6萬噸/年乙烯SRT-IV型工業(yè)裂解爐)。
裂解原料為重質(zhì)輕柴油B，餾程230～465℃，比重D15.60.8400g/ml，硫含量370PPM，爐管入口溫度490℃，出口溫度790℃，運行43天后進(jìn)入燒焦階段，按照實施例1的測焦方法，獲得燒焦控制曲線LBa-ac和LBa-b(見附圖3)。結(jié)果表明，經(jīng)過12.5小時燒焦操作即可進(jìn)入下一段燒焦程序，節(jié)省時間約30小時。
實施例3裂解原料為加氫尾油C，餾程260～535℃，比重D15.60.8258g/ml，硫含量＜10ppm，裝置為10萬噸/年乙烯SL-1型工業(yè)裂解爐，有a、b、c、d、e、f六組急冷鍋爐，爐管的入口溫度為570℃，出口溫度800℃。運行35天后進(jìn)入燒焦階段，該裝置采用《BASF》53小時燒焦程序。按照實施例1的測焦做法，在a、e兩組急冷鍋爐的出口管上開一內(nèi)徑為13mm的導(dǎo)出孔，按本發(fā)明的方法與在線監(jiān)測設(shè)備相連，用采氣調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)采氣速度在20～30L/min，調(diào)節(jié)紅外儀的進(jìn)氣速度為1.5～2.0L/min，并與燒焦程序同時啟動。全過程的燒焦控制曲線LCv-a和LCv-e如附圖4所示。曲線LCv-e比曲線LCv-a的數(shù)值高，峰值下降緩慢，說明該組管結(jié)焦嚴(yán)重，故采用延長e組管該階段的燒焦控制時間的措施，同時降低了a組管的供氣量，以免燒焦過激。800分鐘后e組管的燒焦?fàn)顟B(tài)與a組管趨于一致，完全燒凈的總體燒焦時間比程序要求時間延長了約3小時。
實施例4～實施例9是本發(fā)明方法在模擬裂解爐上的應(yīng)用實例，所使用的儀器、設(shè)備如下紅外分析儀為SQ 2000A型(線性度≤±1.5％F.S)；記錄儀為EN880無紙記錄儀(8通道、誤差±0.15％)；氣體流量計為BSD-2型濕式氣體流量計(公稱流量2m3/h、誤差±1.5％)；數(shù)據(jù)處理器為DELL臺式電腦(奔騰IV處理器)。
實施例4～實施例9為不同裂解條件及不同燒焦操作條件對燒焦過程的影響，說明了燒焦過程的可控性，結(jié)果匯總于表1。
表1模擬裂解爐實施例

實施例4以石腦油A為原料，餾程45～175℃，比重D15.60.7260g/ml，硫含量170PPM，模擬SRT-III型裂解爐，裂解溫度840℃、停留時間0.37秒。采用本發(fā)明的方法在模擬裂解爐出口管上開一內(nèi)徑為10mm的導(dǎo)出孔，當(dāng)裝置運行到燒焦階段時，從導(dǎo)出孔接入冷卻器、氣體流量計和在線監(jiān)測裝置，通入O2濃度為0.5％～1.0％的燒焦氣，控制燒焦溫度為800℃，用采氣調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)采氣速度在10L/min，調(diào)節(jié)紅外儀的進(jìn)氣速度為1.5L/min，記錄終端與裂解試驗程序控制機連接。燒焦結(jié)束后，由計算機輸出該裂解試驗的結(jié)焦速率及安全燒焦控制曲線，CO、CO2濃度在1.6％以下，所需燒焦時間為3.5小時。
實施例5與實施例4相同的試驗裝置及試驗原料，改變燒焦溫度為820℃，其他操作條件不變，在線燒焦所需時間為3.0小時。
實施例6與實施例4相同的試驗裝置、試驗原料和相同的操作條件，調(diào)節(jié)燒焦供氧量為實施例4的110％，使燒焦尾氣CO、CO2濃度上限為2.0％，所需在線燒焦時間為2.5小時。
實施例7與實施例4相同的試驗裝置，改變裂解原料為輕柴油A，其餾程為209～370℃，比重D15.60.8138g/ml，硫含量330PPM，裂解溫度為800℃、停留時間為0.36秒?？刂茻箿囟葹?10℃，按照實施例4的方法，獲得結(jié)焦速率和結(jié)焦控制曲線。燒焦尾氣中CO、CO2濃度在5.0％以下，所需燒焦時間為1.75小時。
實施例8與實施例7相同的試驗裝置及試驗原料，改變燒焦溫度為800℃，其他操作條件不變，在線燒焦所需時間為2.0小時。
實施例9與實施例7相同的試驗裝置、裂解原料和相同的操作條件，調(diào)節(jié)燒焦供氧量為實施例7的40％，使燒焦尾氣CO、CO2濃度上限為2.5％，所需在線燒焦時間為3.0小時。
權(quán)利要求
1.一種在線監(jiān)控?zé)固歼^程的方法，其特征在于，該方法包括在裂解爐和/或急冷鍋爐出口管的出口處開有一內(nèi)徑為10～15mm的物流導(dǎo)出孔，從該孔接入導(dǎo)出管，燒焦尾氣由導(dǎo)出管引入冷卻器、氣體流量計和在線監(jiān)測設(shè)備，其中所述的在線監(jiān)測設(shè)備包括氣體凈化設(shè)備、紅外分析儀和數(shù)據(jù)處理器。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，燒焦尾氣經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥引入冷卻器，冷卻至溫度低于35℃后，分兩路分別進(jìn)入氣體流量計和在線監(jiān)測設(shè)備，其中進(jìn)入氣體流量計的氣體流速為10～50L/min，進(jìn)入紅外分析儀的氣體流速為1.0～2.0L/min。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，進(jìn)入氣體流量計的氣體流速為10～30L/min，進(jìn)入紅外分析儀的氣體流速為1.5～2.0L/min。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氣體凈化設(shè)備由過濾器、干燥器和脫硫器組成。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理器可選自計算機和/或記錄儀。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述的氣體流量計、紅外分析儀和數(shù)據(jù)處理器均帶有與電子控制系統(tǒng)銜接的信號輸出接口。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的紅外分析儀和氣體流量計分別與數(shù)據(jù)處理器相連。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在線監(jiān)控?zé)惯^程的方法。該方法包括在裂解爐和/或急冷鍋爐出口管的出口處開有一內(nèi)徑為10～15mm的物流導(dǎo)出孔，從該孔接入導(dǎo)出管，燒焦尾氣由導(dǎo)出管引入冷卻器、氣體流量計和在線監(jiān)測設(shè)備，其中所述的在線監(jiān)測設(shè)備包括氣體凈化設(shè)備、紅外分析儀和數(shù)據(jù)處理器。該方法簡單易行、便于操作，可以滿足不同乙烯工廠的需要。通過在線監(jiān)測獲得的信息，不僅可掌握裂解爐管及急冷鍋爐內(nèi)的結(jié)焦?fàn)顩r，而且可降低燒焦氣用量，為乙烯廠節(jié)能降耗創(chuàng)造條件，實現(xiàn)燒焦操作的最優(yōu)化。
文檔編號C10G9/00GK1580192SQ0314986
公開日2005年2月16日 申請日期2003年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者付曉陽, 茅文星, 王紅霞, 王國清, 司宇辰, 王永春 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院