马后炮化工论坛-乙烯生产技术和工艺流程介绍

引言•石油化学工业是国民经济的基础工业,是重要的原材料工业。•乙烯生产技术是石油化工的核心技术，乙烯装置是石油化工的核心装置。•乙烯的技术水平、产量、规模标志着一个国家石油化学工业发展水平。•乙烯装置生产的三烯---乙烯、丙烯、丁二烯三苯---苯、甲苯、二甲苯是其它有机原料和三大合成材料的基础原料。用乙烯生产的典型系列产品•聚合－聚乙烯、乙丙橡胶•氧化－环氧乙烷、乙醛•烷基化－乙苯、烷基铝•卤化－氯乙烷、二氯乙烷、溴乙烷•水合－乙醇•齐聚－@-烯烃用丙烯生产的典型系列产品•聚合－聚丙烯、乙丙橡胶•氧化－丙烯酸•环氧化－环氧丙烷•烷基化－异丙苯•卤化－氯丙醇、环氧氯丙烷•水合－异丙醇•氨氧化－丙烯腈、丙烯酰胺用丁二烯生产的典型系列产品•聚合－顺丁橡胶、丁苯橡胶、ABS•低聚－环辛二烯用三苯生产的典型系列产品•苯－乙苯、苯乙烯、环己烷、氯苯•甲苯－二硝基甲苯、苯甲酸、甲乙苯、二甲苯•二甲苯－对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸脂•聚乙烯58%•氯乙烯13%•环氧乙烷/乙二醇14%•乙苯9%•＠-烯烃3%•乙醛/醋酸乙烯2%•其它2%乙烯裂解原料•天然气－甲烷、乙烷、丙烷、丁烷•炼油装置产品－炼厂气（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷）－拔头油、抽余油、石脑油、加氢尾油、常压柴油、减压柴油•大庆、华北油田：炼制出的石脑油、轻柴油做原料，烯烃收率高，结焦周期长。•胜利油田：炼制出的石脑油、轻柴油做原料，烯烃收率低，结焦周期短。•辽河油田：芳烃高、含氢低，不宜裂解。石油焦焦化气催化裂化气加氢尾油加氢裂化气抽余油蒸馏减压渣油原油减压减压柴油压馏蒸常重柴油轻汽油催裂化化焦化柴油汽油柴油汽油富氢气体加化裂氢整重柴油汽油烃提抽芳芳烃•裂解原料评价指标–PONA值（族组成）：P—链烷烃，易裂解生成乙烯和丙烯，正构乙烯收率比异构高；O—烯烃，裂解性能不如相应的烷烃；N—环烷烃，比链烷烃易于生成芳烃；A—芳烃，不易裂解，发生缩聚反应形成裂解焦油，严重时造成结焦–BMCI值（关联指数或芳烃指数）：与相对密度和沸点有关，正己烷=0，苯=100；值越大，芳香性越高，乙烯收率越低•裂解气（裂解炉出口）：氢气–甲烷（C1）–乙炔（C2）–乙烯（C2）–乙烷（C2）–丙二烯/丙炔（C3）–丙烯（C3）–丙烷（C3）–丁二烯/丁炔、丁烯、丁烷（C4）–戊二烯/戊炔、戊烯、戊烷（C5）–C6-C8非芳杂质–苯、甲苯、二甲苯/乙苯/苯乙烯CO–C9-205DEGCCO2–205-288DEGC（裂解柴油）H2S–288+DEGC(裂解燃料油）H2O裂解反应•高温–800~900oC•短停留时间–0.01~0.7秒•低烃分压国内乙烯收率30%~35%主要乙烯专利商（乙烯生产技术---管式炉蒸汽热裂解）•ABBLummus/SRT型炉•Stone&Webster/USC型炉•KBR•Linde(Selas)/LSCC•Technip(KTI)典型裂解气分离流程•顺序分离流程（Lummus,TP,KBR)脱除重烃、压缩后按碳一、碳二、碳三…..顺序分离。•前脱乙烷流程(Linde)脱除重烃、压缩后先将碳二及更轻组分与碳三及更重组分分开，再进行分离。•前脱丙烷流程(SW,KBR)脱除重烃、压缩后先将碳三及更轻组分与碳四及更重组分分开，再进行分离。评价：•各专利商都拿出数据和研究成果说明自己的流程是先进的，因为都是生产证明了的成熟的乙烯专利技术。•没有取得一致意见的结果是，各有千秋，裂解气压缩机功率顺序分离流程最大，前脱丙烷最小；丙烯压缩机功率前脱丙烷最大；乙烯压缩机功率前脱乙烷最小。•前脱丙烷流程能耗略低，较适合于大型乙烯装置。乙烯装置基本构成•从原理上分：–裂解–分离•从流程和布置上分：–裂解炉区–急冷区–压缩区–冷区–热区乙烯心脏–裂解炉–三机裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机裂解气压缩机限制着装置单线最大能力（石脑油原料，极限最大能力120-150万吨/年）–冷箱乙烯心脏我国乙烯现状•至”九五”末,首次建成乙烯装置基本是10-30万吨/年,或在此基础上改造,最大规模在70万吨/年.•在”十五”期间,一次建成或改造成数套60-90万吨/年的大型乙烯装置,包括兰州乙烯,吉化乙烯,上海赛科乙烯,惠州南海乙烯,南京扬巴乙烯等.2003年能力566.5万吨/年，产量611.8万吨/年2005年能力788.5万吨/年，产量754.1万吨/年2006年能力1028万吨/年.投入生产的乙烯装置•上海1#14.5三菱•辽化12•抚顺18Lummus•盘锦18Lummus•北京东方15TP•广州20SW•中原18Lummus•独山子22Lummus•上海２＃70Lummus•燕山71Lummus•大庆60KBR•扬子65Lummus•齐鲁72Lummus•扬巴60SW•赛科90Lummus•南海80SW•吉化大70Linde•吉化小15•茂名100SW/Lummus•兰州(新建45)60KBR•天津20Lummus建设中的乙烯装置•独山子100Linde•天津100Lummus•镇海100Lummus•福炼80Lummus•四川80SW•抚顺80SW•武汉80序号项目名称与建设内容设计内容设计时间1中国石油兰州石化分公司60万吨/年乙烯扩建工程新建的45万吨/年乙烯装置2004-20062中国石油大庆石化分公司80万吨/年乙烯改造工程，乙烯装置老区从原有的33万吨/年改造到56万吨/年2004-20063中海-壳牌南海80万吨/年乙烯装置2002-20054扬子-BASF石化一体化工程基础化学品装置（BCC），65万吨/年乙烯20025盘锦乙烯工业公司16万吨/年乙烯装置增产改造项目1995-19966抚顺乙烯15万吨/年乙烯挖潜改造项目1994-19967广州乙烯工程16万吨/年乙烯装置1993-19968北京乙烯工程东方化工厂15万吨/年乙烯装置1992-19949抚顺乙烯工程12万吨/年乙烯装置1991序号项目名称与建设内容设计内容设计时间10盘锦乙烯工程13万吨/年乙烯装置1987-199011大庆石化乙烯工程30万吨/年乙烯装置1980独山子乙烯项目工作分工Linde提供专利技术、工艺包、土建以外的基础设计和相关技术服务；供应关键设备和材料，如压缩机和透平、锅炉给水泵、冷箱等。寰球承担初步设计、详细设计和技术服务；其他设备和材料全部由总包供货；施工安装至中交。•规模：乙烯100万吨/年;丙烯50万吨/年•年操作小时：8000小时•操作弹性：60-110%(P/E比:0.45-0.5kg/kg)Linde技术特点•双炉膛、立式布置辐射炉管。•PyroCrack1-1炉管具有选择性高、受力小和寿命长的优点。•96个LQE(LinearQuenchExchanger)直接与96个炉管相连，减小结焦。•提供底烧和侧烧，受热均匀。•前脱乙烷前加氢分离流程，在冷分离和脱甲烷之前脱除重烃组分,只有C2及轻组份去低温单元。而且乙炔加氢采用前加氢不用把氢气全部分离出来，再补充进来加氢,这样可以节省冷剂的用量，降低了制冷压缩机的负荷和能耗。•乙烯塔和乙烯压缩机组成的低压开式热泵系统，合理利用余热，提高能量利用效率。降低了乙烯制冷压缩机的负荷和能耗。•碳二加氢等温反应器，使得碳二加氢剧烈的放热反应更容易得到控制，由于用甲醇及时把反应热量撤走，更不容易造成飞温而导致停车。B.L.oftheContractPlantFURNACEQUENCHCOMPRESSIONCOLDSEPARATIONHOTSEPARATIONHYDROGENATIONI+FRACTIONATIONHYDROGENATIONII+FRACTIONATIONEthaneRecyclePropaneRecyclePyrolysisGasolineHydrogenatedC5'sCW(return)HotWater(return)FlareGasHydrogenEthylenePropyleneMixedC4FuelOilPFOHydrogenatedGasolineC6-C8C9CutWasteGasWasteLiquidWasteWaterWasteSolidSteamCondensateFreshWaterDWCW(Supply)ElectricityFeedstockStart-upFeedHPSteamMPSteamLPSteamNitrogenPlantAirInstrumentAirFuelGasHotWater(Supply)REFRIGERATIONUNITSAUXILIARYUNITSUTILITYUNITSSpentCausticfromex.PlantDecokingAirPE/PPWasteGasStart-upFuelNat.GasFireWaterStart-upC2/C3FuelOilPGORawC5's(optional)主要原料及工况独山子乙烯装置主要原料有：石脑油，加氢尾油A，加氢尾油B，轻烃和LPG。有三种不同的进料工况，每种进料工况又有丙烯、乙烯比分别为0.5和0.45两种不同的裂解深度；所以本乙烯装置根据进料和裂解深度分为六种设计工况。产品和副产品主要产品为聚合级乙烯、聚合级丙烯和氢气，主要副产品为裂解碳四、加氢汽油、加氢碳九馏分、未加氢碳五（可选）、裂解轻柴油和裂解燃料油等。序号指标名称单位数量备注二主要原料和辅助原料1主要原料石脑油t/a2024800加氢尾油At/a686000加氢尾油Bt/a0轻烃t/a0LPG141904序号指标名称单位数量备注2辅助原料甲醇m3/h0(5)20%碱液kg/h5400(7000)浓硫酸kg/h150-250(2000)阻聚剂I阻聚剂II阻聚剂IIIkg/hkg/hkg/h5.8(6.7)5.3(6.4)4.8(7.9)防腐剂kg/h2.1(6.3)中和胺kg/h0.3(0.5)二甲基二硫kg/h4(129)胺kg/h1.2(1.5)除氧剂kg/h0.3(0.5)序号指标名称单位数量备注三燃料天然气燃料LPGt/ht/h9.5(65)0(48)四动力和公用物料消耗1新鲜水m3/h0(20)2循环冷却水m3/h47358(60100)3精制水m3/h367.8(580)4高压消防水m3/h0(1500)5电kW19426.16蒸汽(4.1MPa蒸汽)t/h5(360)蒸汽(1.5MPa蒸汽)t/h-30送出界区蒸汽(0.5MPa蒸汽)t/h-68.3送出界区7工艺凝液t/h-237.5(-293)送出界区8透平凝液t/h0(-220)送出界区9氮气Nm3/h1000(25000)10仪表空气Nm3/h2000(2500)序号指标名称单位数量备注11工厂空气Nm3/h4100(6000)12清焦空气Nm3/h0(55000)五三废（废气、废液、废渣）排放量1废气裂解炉清焦罐废碱氧化单元火炬Nm3/hNm3/hNm3/ht/h8600005700039001000连续间断连续事故排放2废液工艺排污水含盐污水生活污水m3/hm3/hm3/h17(180)18(22)0.5(2)3废渣炉焦和急冷油焦粒污油泥t/am3/h132(40)六装置占地面积公顷9.33七建、构筑物占地面积m230250八装置定员人123产品和副产品产量:序号物料名称单位小时产量年产量备注1乙烯t1251000,000送FDPE、HDPESM等装置2丙烯t62.5500,000送PP装置3氢气t2.7522,000供装置加氢4及外送4甲烷/氢t51.503412,024作燃料5裂解碳四t40.616324,928送丁二烯装置6加氢汽油t52.953423,634送芳烃抽提装置7加氢碳九t8.95671,648送罐区，销售8未加氢碳五t19.502156,016送罐区，销售9裂解轻柴油t6.05848,464送罐区，销售10裂解燃料油t5.68545,480送罐区，销售原料预热裂解炉急冷油/水系统裂解气压缩系统预冷和干燥C2/C3分离C2加氢C1/C2分离甲烷化乙烯分离乙烯制冷C3