乙烯生產(chǎn)工藝案例分析

1、乙烯生產(chǎn)工藝的工業(yè)案例分析,目錄：,乙烯的定義及重要性世界乙烯工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀介紹中國乙烯工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀介紹乙烯工業(yè)生產(chǎn)工藝的介紹 乙烯工藝方法的分析對(duì)比 乙烯工業(yè)原料的分析對(duì)比乙醇工藝和石油尾氣工藝的對(duì)比蒸汽高溫裂解法的工藝分析乙烯生產(chǎn)工藝設(shè)備的優(yōu)化,乙烯的定義及用途,定義： 乙烯是由兩個(gè)碳原子和四個(gè)氫原子組成的化合物。兩個(gè)碳原子之間以雙鍵連接。 化學(xué)式為：

2、 乙烯作為最重要的基本有機(jī)化工原料之一和石油化工的龍頭產(chǎn)品，被稱為“石油化工之母”，其工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模、產(chǎn)量和技術(shù)與水平已成為一個(gè)國家化學(xué)工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。,用途：,世界乙烯工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀介紹,1. 全球乙烯市場(chǎng)供需狀況（圖1）,2. 全球乙烯工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)世界乙烯工業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已形成了相當(dāng)?shù)囊?guī)模，但隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程加速、發(fā)達(dá)國家石化產(chǎn)品生產(chǎn)外移、亞太新興國家需求強(qiáng)勁拉動(dòng)以及中東石化工業(yè)的崛起，世界乙烯生產(chǎn)格局正在

3、發(fā)生變化。（1）乙烯工業(yè)發(fā)展的重心向東方轉(zhuǎn)移（2）國際大石油石化公司是世界乙烯生產(chǎn)的最主要力量（3）乙烯工業(yè)基地化、一體化建設(shè)趨強(qiáng)（4）乙烯裝置規(guī)模大型化趨勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)展（5）乙烯原料地域差異化明顯,（1）乙烯工業(yè)發(fā)展的重心向東方轉(zhuǎn)移,（2）國際大石油石化公司是世界乙烯生產(chǎn)的最主要力量,（3）乙烯工業(yè)基地化、一體化建設(shè)趨強(qiáng) 美國 93% 的乙烯產(chǎn)能集中在墨西哥灣附近的得克薩斯州和路易斯安那州。日本乙烯產(chǎn)能主要集中在

4、東京灣和岡山，東京灣千葉地區(qū)的乙烯產(chǎn)能占日本總產(chǎn)能的 60%。韓國的乙烯產(chǎn)能主要集中在沿海港口地區(qū)。這些國家通過調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)核心業(yè)務(wù)，加速向技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移，逐步形成了高度集中的工業(yè)區(qū)，最大程度地共享原料供應(yīng)，降低石化產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了上下游一體化，具備相當(dāng)?shù)囊?guī)模效應(yīng)，提高了企業(yè)在高油價(jià)時(shí)代的競(jìng)爭(zhēng)力。,（4）乙烯裝置規(guī)模大型化趨勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)展 目前，全球乙烯裝置以輕烴為原料的最大規(guī)模為135萬噸/年，以液體為原

5、料的最大規(guī)模為120萬噸/年。五家主要蒸汽裂解技術(shù)專利商正在設(shè)計(jì)單系列生產(chǎn)能力為150萬噸/年的裝置，每臺(tái)裂解爐的乙烯生產(chǎn)能力接近25萬噸/年。隨著世界新建大型乙烯裝置的投產(chǎn)以及對(duì)原有裝置的改擴(kuò)建，乙烯裝置的平均規(guī)模不斷提高。中東的乙烯裝置規(guī)模一直領(lǐng)先于世界其他國家和地區(qū)，目前沙特阿拉伯的乙烯裝置平均規(guī)模已提高到88萬噸/年；北美地區(qū)以及新加坡的乙烯裝置平均規(guī)模在65 萬～77萬噸/年；中國、韓國、日本和印度在38萬～52萬噸/年,（5

6、）乙烯原料地域差異化明顯,中國乙烯工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀介紹,1. 我國乙烯市場(chǎng)供需狀況,（2）乙烯當(dāng)量消費(fèi)增長(zhǎng)速度下降,2.我國乙烯工業(yè)現(xiàn)狀 我國乙烯工業(yè)起步于20世紀(jì)60年代初，經(jīng)過40多年的發(fā)展，特別是2000年以來，國內(nèi)大部分乙烯裝置均完成了新一輪改擴(kuò)建，同時(shí)賽科90萬噸/年、揚(yáng)巴60萬噸/年和中海殼牌80萬噸/年乙烯裝置相繼建成投產(chǎn)。到2006年底，國內(nèi)共有19家乙烯生產(chǎn)企業(yè)，21套生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)能力達(dá)975.5萬噸/年

7、。盡管我國的乙烯工業(yè)取得了快速發(fā)展，但同時(shí)還存在布局不合理，規(guī)模、技術(shù)、原料等綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力不強(qiáng)等一系列問題。（1）乙烯裝置布局分散，規(guī)模小 我國當(dāng)前的21套乙烯裝置分布在12個(gè)省市（見表 2）。廠址分散，公用工程、物流傳輸、環(huán)境保護(hù)和管理服務(wù)等成本遠(yuǎn)高于先進(jìn)國家，煉化副產(chǎn)品難以集中利用，產(chǎn)品加工深度不夠，嚴(yán)重影響了整體競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。裝置規(guī)模大型化，可以降低運(yùn)行成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前世界乙烯裝置的經(jīng)濟(jì)規(guī)模為

8、80萬～100萬噸/年。而我國的21套裝置中只有3套裝置達(dá)到當(dāng)前世界乙烯生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，有10套裝置的生產(chǎn)能力僅為12萬～22萬噸/年。因此，從總體上來看，我國的乙烯裝置規(guī)模偏小。,（2）與國際技術(shù)水平相比仍有很大差距 我國的乙烯生產(chǎn)技術(shù)在20 世紀(jì)80年代前基本采用全套引進(jìn)的建設(shè)模式，90 年代以后才逐步過渡到只引進(jìn)工藝包和部分關(guān)鍵設(shè)備。盡管中國石化完成了10萬噸/年裂解爐和乙烯回收成套技術(shù)的開發(fā)，并且實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，

9、但與國外大公司相比，缺少領(lǐng)先的核心技術(shù)和專有技術(shù)，到目前為止，我們還沒有自主設(shè)計(jì)全套大型乙烯工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)2006 年，我國乙烯平均綜合能耗為 709千克標(biāo)油/噸，比2000年下降約9%。但由于我國現(xiàn)有乙烯裝置技術(shù)裝備水平相對(duì)落后，與國際先進(jìn)水平相比仍有很大差距。國際先進(jìn)水平的乙烯綜合能耗以石腦油為原料達(dá)到500千克標(biāo)油/噸，我國與之相比高40%；以柴油等重質(zhì)餾分油為原料達(dá)到550 千克標(biāo)油 / 噸，我國與之相比高 29%。,（3）原料

10、不優(yōu)、不足將限制我國乙烯工業(yè)的發(fā)展 我國的乙烯工業(yè)主要以液態(tài)的石腦油和其他更重的油品為原料，乙烷和 LPG 等輕質(zhì)原料所占比例很小。國外乙烯原料中，輕烴和氣體原料所占比例較高，尤其是在中東地區(qū)，主要以氣體原料為主，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，乙烯生產(chǎn)成本低。預(yù)計(jì)2010年我國乙烯產(chǎn)量將達(dá)到1455萬噸，需要石腦油約4656萬噸。另外，對(duì)二甲苯裝置、制氫工業(yè)等也需要消耗石腦油，對(duì)石腦油的需求量共計(jì)將達(dá)到5800萬噸。隨著新建煉廠的投產(chǎn)，國內(nèi)石

11、腦油產(chǎn)量將會(huì)增加，但每年也只有3200萬噸，石腦油的供需矛盾仍很大。,乙烯生產(chǎn)工藝的介紹,工藝方法分析：一、原料不同時(shí)乙烯生產(chǎn)的方式： 1.通過輕質(zhì)油、乙烷、丙烷等裂解生產(chǎn)乙烯； 2.用乙醇為原料，通過催化脫水制乙烯。 目前，大部分乙烯是通過輕質(zhì)油等石油衍生物生產(chǎn)的，但石油是不可再生資源，已漸趨枯竭，因而利用可再生的生物質(zhì)乙醇制取乙烯是一個(gè)必然的趨勢(shì)，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。尤其是隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展以及非糧食

12、基生物質(zhì)乙醇制備技術(shù)的突破，使得乙醇來源日趨廣泛，原料成本也將趨于合理，這對(duì)乙醇制乙烯技術(shù)的推廣是一個(gè)重大利好。,目前，乙醇制乙烯在經(jīng)濟(jì)性上尚無法與石化乙烯相比，但某些化工過程中只需要少量乙烯，而乙烯的運(yùn)輸有很大的危險(xiǎn)性；而且很多化工過程只需要化學(xué)級(jí)的乙烯產(chǎn)品，對(duì)乙烯精制過程要求也不高。因此，開發(fā)規(guī)模靈活、原料適應(yīng)性強(qiáng)的乙醇脫水制乙烯裝置，可配套乙烯需求量小的化工裝置，是一個(gè)很有市場(chǎng)前途的技術(shù)儲(chǔ)備。但是就目前而言，乙醇制乙烯還只停留在

13、實(shí)驗(yàn)室階段，沒有投產(chǎn)實(shí)施。也正是這樣，乙醇制乙烯是具有光明的前景的，等待著有識(shí)之士去開發(fā)拓展它。,二、方法不同時(shí)乙烯生產(chǎn)的方式蒸汽高溫裂解法 蒸汽髙溫裂解是迄今發(fā)展比較充分、完善，使用較為廣泛的一種技術(shù)。據(jù)報(bào)道全世界超過的乙稀、左右的丙稀都產(chǎn)自于蒸汽裂解裝置。利用結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的管式爐實(shí)現(xiàn)蒸汽高溫裂解，該技術(shù)已相對(duì)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定性較好、稀徑收率也較高。高溫蒸汽主要是用來降低烴分壓，增加稀烴的選擇性、減少爐管結(jié)焦、穩(wěn)定裂解溫

14、度與脫除結(jié)炭。該技術(shù)的裂解爐系統(tǒng)主要由裂解爐體、急冷換熱器、汽包等部分組成，反應(yīng)所需熱量由裂解爐膛的底部和側(cè)壁燃料燒嘴提供，裂解爐制取稀烴反應(yīng)是一種強(qiáng)吸熱反應(yīng)，其燃料消耗約占總裝置能耗的左右，為生產(chǎn)乙稀過程中耗能最大的部分。,催化裂解法 催化裂解是除蒸汽裂解外最有前途的制乙稀方法，在催化劑作用下烴類裂解反應(yīng)，具有反應(yīng)溫度較低、原料價(jià)格較低、原料來源較廣、產(chǎn)品收率和選擇性較高及能耗較低等優(yōu)點(diǎn)。重質(zhì)油的催化裂化技術(shù)是丙稀生產(chǎn)的

15、重要途徑之一，催化熱裂解工藝結(jié)合和熱裂解技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多產(chǎn)乙稀、丙稀的目的。直接或間接甲醇轉(zhuǎn)化法 由甲醇經(jīng)改進(jìn)的沸石催化劑轉(zhuǎn)化法屬于非傳統(tǒng)制稀烴技術(shù)，可生成較高收率的乙稀和丙稀，其他能源物質(zhì)如天然氣、煤或生物質(zhì)原料都可轉(zhuǎn)化為甲醇，國內(nèi)較為豐富的煤炭資源和煤化工的快速發(fā)展及天然氣工業(yè)的迅速發(fā)展，都促進(jìn)了直接或間接甲醇制稀烴技術(shù)的發(fā)展。,總體來說，高溫蒸汽裂解技術(shù)仍是生產(chǎn)低碳稀烴的主要方法，并被不斷發(fā)展和完善；催化裂解技術(shù)是增

16、產(chǎn)低碳稀烴、降低成本的有效途徑；非傳統(tǒng)稀徑生產(chǎn)技術(shù)具有良好的發(fā)展前景。,乙醇工藝和石油尾氣工藝的對(duì)比,1.乙醇生產(chǎn)技術(shù)的新進(jìn)展(1)工藝流程:乙醇工藝適用于乙醇原料廉價(jià)且易得的地區(qū)。例如：美國是世界上玉米生產(chǎn)乙醇的主要國家之一,1979年發(fā)酵酒精占85%。目前年產(chǎn)量約為300萬噸,大部份用作燃料酒精。其酒糟全部用作干燥顆粒飼料(簡(jiǎn)稱DDG)S,沒有廢液排放,其工藝的簡(jiǎn)單流程見下圖。,（2）流程的特點(diǎn)：①合理利用資源:玉米含淀粉

17、66%,蛋白質(zhì)9一10%,脂肪4一5%。采用新流程,將玉米的胚芽分離出來,提取玉米油;乙醇蒸發(fā)后排出的酒糟,經(jīng)過濃縮、干燥制成干燥顆粒飼料;發(fā)酵產(chǎn)生的CO2:可制成千冰供食品工業(yè)用,CO2:還可用作農(nóng)作物生產(chǎn)的調(diào)節(jié)劑,促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。②采用新的節(jié)能技術(shù):傳統(tǒng)的酒精蒸餾系統(tǒng)不能充分利用目前在石油化工中廣泛使用的新技術(shù),且能量的利用率極低。采用新的分離技術(shù)后,可使產(chǎn)品能耗有大幅度的下降。③經(jīng)濟(jì)效益:用玉米做乙醇,采取無廢液排放等綜合利用的

18、工藝技術(shù)。每生產(chǎn)1噸乙醇,還可以回收:玉米油~SOKg,干燥顆粒飼料(ODGs)一760kg,以每噸玉米價(jià)格為400元計(jì),乙醇的生產(chǎn)成本可在700元/噸左右。這樣就有可能為乙醇脫水制取乙烯的工業(yè)生產(chǎn)提供廉價(jià)的乙醉,使乙烯產(chǎn)品具有一定的競(jìng)爭(zhēng)性。,2.乙醇脫水制乙烯的生產(chǎn)成本測(cè)算假定生產(chǎn)規(guī)模乙烯1.73萬噸/年,乙醇以700元八屯的成木為墓礎(chǔ),其他原材料和化學(xué)品、公用工程的消耗都參照表4中的中級(jí)乙烯的消耗定額。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)乙烯的生產(chǎn)成本大致

19、在1900元/噸左右。,3.同烴類熱裂解生產(chǎn)乙烯的工藝比較(1)原料市場(chǎng)目前全世界由于能源危機(jī)的影響,原油價(jià)格上漲了70%。并將有日趨上漲的趨勢(shì)。相反,由于農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,國際市場(chǎng)上農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格一降再降。所以,從客觀上來看將玉米進(jìn)行深加工—發(fā)酵生產(chǎn)乙醇后再制成乙烯,其資源有保障。且經(jīng)濟(jì)效益顯著。(2)建設(shè)投資美國C一L魯姆斯公司曾對(duì)兩種路線的建廠投資作過比較,見表6。從表中所列數(shù)據(jù)可看出,在單位乙烯的投資方面,乙醇脫水法要比烴類

20、熱裂解法低得多。,(3)技術(shù)的難易烴類熱裂解的反應(yīng)溫度為800一850℃。而乙醇轉(zhuǎn)化為乙烯的反應(yīng)溫度低得多,一般為370℃一40。℃。并且后者產(chǎn)品的分離手段也要簡(jiǎn)單得多。產(chǎn)品也比較單一,不象烴類熱裂解法有許多聯(lián)副產(chǎn)品需要平衡。,工藝方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：,由上表綜合考慮：蒸汽高溫裂解法具有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)，也是目前全球范圍內(nèi)使用最廣泛的方法。目前石油價(jià)格在60美元/桶左右，由機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)可能會(huì)跌至50美元/桶，并在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)操作70美元/桶

21、。乙醇資源優(yōu)勢(shì)不明顯。經(jīng)過綜合對(duì)比后，選擇釆用高溫蒸汽裂解技術(shù)的裂解爐系統(tǒng)為研究對(duì)象。,乙烯工業(yè)原料分析： 目前全世界范圍內(nèi)制取乙稀的主要原料及比例分布石腦油為55%，乙烷為30%、液化石油氣為10%最后是輕柴油為5%。裂解原料因所在地區(qū)不同有很大的差異，美國的裂解原料主要是乙烷裂解，石腦油裂解則是包括中國在內(nèi)的世界其他地區(qū)的主導(dǎo)技術(shù)，許多先進(jìn)國家乙稀制取過程中，這些國家乙稀裝置的乙稀平均單程收率50%都高于我國的乙稀收率

22、30%，主要是由于我國受裂解原料的制約，輕質(zhì)裂解原料僅占一半左右，其他為重質(zhì)裂解原料如柴油、加氧尾油等。,同時(shí)我國乙稀裝置能耗與國際上先進(jìn)水平相比也有不小的差距，導(dǎo)致我國乙稀工業(yè)的生產(chǎn)成本、能源消耗和經(jīng)濟(jì)效益較差。一般情況下，裂解原料占乙稀生產(chǎn)總成本的比例可達(dá)左右，因此釆用什么樣的裂解原料生產(chǎn)乙稀不僅決定著裝置的物耗、能耗與產(chǎn)業(yè)成本的高低，也決定著下游產(chǎn)品的成本、種類、產(chǎn)量與綜合利用情況。,蒸汽高溫裂解法的工藝介紹,①預(yù)熱：經(jīng)類裂解原料

23、進(jìn)入裂解爐對(duì)流段與稀釋蒸汽充分混合，在預(yù)熱器中被煙氣加熱至合適的橫跨溫度；②裂解：經(jīng)類和蒸汽混合物進(jìn)入輻射段反應(yīng)管，被爐騰中煙氣加熱到合適的裂解溫度，在相對(duì)低壓、短暫停留時(shí)間的環(huán)境下，發(fā)生一系列復(fù)雜的裂解化學(xué)反應(yīng)，生成分子量較小的稀經(jīng)，主要是乙稀和丙稀、焼經(jīng)和其他輕類；③回收和冷卻：離開爐膛的煙氣熱量被送到對(duì)流段回收，為了防止深度裂解導(dǎo)致主要產(chǎn)品收率的減少，需要在反應(yīng)管出口立即對(duì)產(chǎn)品流冷卻，反應(yīng)生成物大約在時(shí)離開轄射段，在很短時(shí)間（

24、內(nèi)在急冷器中被冷卻至左右，最后被壓縮、分離為氣相與液相產(chǎn)品。,熱解爐的選擇,以上按設(shè)備價(jià)格，生產(chǎn)能力，轉(zhuǎn)化效率考慮，選用Lummus管式爐。,分離回收技術(shù)的對(duì)比,結(jié)論： 順序分離流程,順序分離流程圖,急冷系統(tǒng),急冷系統(tǒng)是乙烯裝置的“咽喉”,急冷工藝流程是將裂解爐急冷鍋爐TLE出口450℃左右的高溫裂解氣冷卻到近40℃ ,分離出裂解燃料油、裂解柴油、裂解汽油和工藝水等,并將裂解氣送入裂解氣壓縮機(jī)一段入口。因此,急冷系統(tǒng)既是熱量轉(zhuǎn)移—能“量

25、”傳遞過程,又是物料分離—“質(zhì)”量傳遞過程。由于急冷油受熱粘度提高而產(chǎn)生的結(jié)焦問題成為工藝流程中的“瓶頸”,是乙烯裝置的“通病”;由此引起生產(chǎn)裝置負(fù)荷下降、熱量回收利用減少,造成數(shù)“量”的損失;如果急冷油粘度提高過快,引起品“質(zhì)”的變化,產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象,將導(dǎo)致設(shè)備或管線堵塞,使整個(gè)工藝裝置非正常停車。,急冷系統(tǒng)的示意圖,急冷系統(tǒng)的優(yōu)化,氨吸收制冷 氨吸收制冷可彌補(bǔ)乙烯裝置在夏季丙烯機(jī)的能力不足。該技術(shù)的主要特點(diǎn)為:可以利用

26、低品位的余熱制冷,節(jié)省高品位的電能;采用吸收器、精餾塔等靜設(shè)備代替壓縮機(jī),不需要備機(jī),造價(jià)低廉;制造容易,操作簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,易于維護(hù);操作彈性大,可根據(jù)熱源的情況及時(shí)調(diào)整。單級(jí)吸收制冷的能源利用率可達(dá)20%一24%,雙級(jí)吸收制冷的能源利用率可達(dá)40%一42%。按每小時(shí)回收20t低壓蒸汽計(jì)算可獲得的利潤(rùn)如表3所示?？鄢僮髻M(fèi)用100元/h,年毛利潤(rùn)約為362.5萬元(如采用丙烯壓縮機(jī)生產(chǎn)一巧℃的冷量,約需要942.57kw的電)。氨吸收