乙烯生产工艺案例分析.ppt

乙烯生产工艺的工业案例分析,目录：,乙烯的定义及重要性 世界乙烯工业的发展现状介绍 中国乙烯工业的发展现状介绍 乙烯工业生产工艺的介绍 乙烯工艺方法的分析对比 乙烯工业原料的分析对比 乙醇工艺和石油尾气工艺的对比 蒸汽高温裂解法的工艺分析 乙烯生产工艺设备的优化,乙烯的定义及用途,定义： 乙烯是由两个碳原子和四个氢原子组成的化合物。两个碳原子之间以双键连接。 化学式为： 乙烯作为最重要的基本有机化工原料之一和石油化工的龙头产品，被称为“石油化工之母”，其工业生产的规模、产量和技术与水平已成为一个国家化学工业发展水平的重要标志。,用途：,世界乙烯工业的发展现状介绍,1. 全球乙烯市场供需状况（图1）,2. 全球乙烯工业发展现状及趋势 世界乙烯工业经过几十年的发展，已形成了相当的规模，但随着经济全球化进程加速、发达国家石化产品生产外移、亚太新兴国家需求强劲拉动以及中东石化工业的崛起，世界乙烯生产格局正在发生变化。 （1）乙烯工业发展的重心向东方转移 （2）国际大石油石化公司是世界乙烯生产的最主要力量 （3）乙烯工业基地化、一体化建设趋强 （4）乙烯装置规模大型化趋势进一步扩展 （5）乙烯原料地域差异化明显,（1）乙烯工业发展的重心向东方转移,（2）国际大石油石化公司是世界乙烯生产的最主要力量,（3）乙烯工业基地化、一体化建设趋强 美国 93% 的乙烯产能集中在墨西哥湾附近的得克萨斯州和路易斯安那州。日本乙烯产能主要集中在东京湾和冈山，东京湾千叶地区的乙烯产能占日本总产能的 60%。韩国的乙烯产能主要集中在沿海港口地区。这些国家通过调整产品结构，加强核心业务，加速向技术密集型的产业经济转移，逐步形成了高度集中的工业区，最大程度地共享原料供应，降低石化产品的生产成本，实现了上下游一体化，具备相当的规模效应，提高了企业在高油价时代的竞争力。,（4）乙烯装置规模大型化趋势进一步扩展 目前，全球乙烯装置以轻烃为原料的最大规模为135万吨/年，以液体为原料的最大规模为120万吨/年。五家主要蒸汽裂解技术专利商正在设计单系列生产能力为150万吨/年的装置，每台裂解炉的乙烯生产能力接近25万吨/年。随着世界新建大型乙烯装置的投产以及对原有装置的改扩建，乙烯装置的平均规模不断提高。中东的乙烯装置规模一直领先于世界其他国家和地区，目前沙特阿拉伯的乙烯装置平均规模已提高到88万吨/年；北美地区以及新加坡的乙烯装置平均规模在65 万～77万吨/年；中国、韩国、日本和印度在38万～52万吨/年,（5）乙烯原料地域差异化明显,中国乙烯工业的发展现状介绍,1. 我国乙烯市场供需状况,（2）乙烯当量消费增长速度下降,2.我国乙烯工业现状 我国乙烯工业起步于20世纪60年代初，经过40多年的发展，特别是2000年以来，国内大部分乙烯装置均完成了新一轮改扩建，同时赛科90万吨/年、扬巴60万吨/年和中海壳牌80万吨/年乙烯装置相继建成投产。到2006年底，国内共有19家乙烯生产企业，21套生产装置，生产能力达975.5万吨/年。尽管我国的乙烯工业取得了快速发展，但同时还存在布局不合理，规模、技术、原料等综合竞争实力不强等一系列问题。 （1）乙烯装置布局分散，规模小 我国当前的21套乙烯装置分布在12个省市（见表 2）。厂址分散，公用工程、物流传输、环境保护和管理服务等成本远高于先进国家，炼化副产品难以集中利用，产品加工深度不够，严重影响了整体竞争实力。装置规模大型化，可以降低运行成本，提高企业经济效益和市场竞争力。目前世界乙烯装置的经济规模为 80万～100万吨/年。而我国的21套装置中只有3套装置达到当前世界乙烯生产的经济规模，有10套装置的生产能力仅为12万～22万吨/年。因此，从总体上来看，我国的乙烯装置规模偏小。,（2）与国际技术水平相比仍有很大差距 我国的乙烯生产技术在20 世纪80年代前基本采用全套引进的建设模式，90 年代以后才逐步过渡到只引进工艺包和部分关键设备。尽管中国石化完成了10万吨/年裂解炉和乙烯回收成套技术的开发，并且实现了工业化应用，但与国外大公司相比，缺少领先的核心技术和专有技术，到目前为止，我们还没有自主设计全套大型乙烯工程的实践经验2006 年，我国乙烯平均综合能耗为 709千克标油/吨，比2000年下降约9%。但由于我国现有乙烯装置技术装备水平相对落后，与国际先进水平相比仍有很大差距。国际先进水平的乙烯综合能耗以石脑油为原料达到500千克标油/吨，我国与之相比高40%；以柴油等重质馏分油为原料达到550 千克标油 / 吨，我国与之相比高 29%。,（3）原料不优、不足将限制我国乙烯工业的发展 我国的乙烯工业主要以液态的石脑油和其他更重的油品为原料，乙烷和 LPG 等轻质原料所占比例很小。国外乙烯原料中，轻烃和气体原料所占比例较高，尤其是在中东地区，主要以气体原料为主，质优价廉，乙烯生产成本低。预计2010年我国乙烯产量将达到1455万吨，需要石脑油约4656万吨。另外，对二甲苯装置、制氢工业等也需要消耗石脑油，对石脑油的需求量共计将达到5800万吨。随着新建炼厂的投产，国内石脑油产量将会增加，但每年也只有3200万吨，石脑油的供需矛盾仍很大。,乙烯生产工艺的介绍,工艺方法分析： 一、原料不同时乙烯生产的方式： 1.通过轻质油、乙烷、丙烷等裂解生产乙烯； 2.用乙醇为原料，通过催化脱水制乙烯。 目前，大部分乙烯是通过轻质油等石油衍生物生产的，但石油是不可再生资源，已渐趋枯竭，因而利用可再生的生物质乙醇制取乙烯是一个必然的趋势，符合可持续发展战略。尤其是随着生物技术的快速发展以及非粮食基生物质乙醇制备技术的突破，使得乙醇来源日趋广泛，原料成本也将趋于合理，这对乙醇制乙烯技术的推广是一个重大利好。,目前，乙醇制乙烯在经济性上尚无法与石化乙烯相比，但某些化工过程中只需要少量乙烯，而乙烯的运输有很大的危险性；而且很多化工过程只需要化学级的乙烯产品，对乙烯精制过程要求也不高。因此，开发规模灵活、原料适应性强的乙醇脱水制乙烯装置，可配套乙烯需求量小的化工装置，是一个很有市场前途的技术储备。 但是就目前而言，乙醇制乙烯还只停留在实验室阶段，没有投产实施。也正是这样，乙醇制乙烯是具有光明的前景的，等待着有识之士去开发拓展它。,二、方法不同时乙烯生产的方式 蒸汽高温裂解法 蒸汽髙温裂解是迄今发展比较充分、完善，使用较为广泛的一种技术。据报道全世界超过的乙稀、左右的丙稀都产自于蒸汽裂解装置。利用结构相对简单的管式炉实现蒸汽高温裂解，该技术已相对成熟、运行稳定性较好、稀径收率也较高。高温蒸汽主要是用来降低烃分压，增加稀烃的选择性、减少炉管结焦、稳定裂解温度与脱除结炭。该技术的裂解炉系统主要由裂解炉体、急冷换热器、汽包等部分组成，反应所需热量由裂解炉膛的底部和侧壁燃料烧嘴提供，裂解炉制取稀烃反应是一种强吸热反应，其燃料消耗约占总装置能耗的左右，为生产乙稀过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，在催化剂作用下烃类裂解反应，具有反应温度较低、原料价格较低、原料来源较广、产品收率和选择性较高及能耗较低等优点。重质油的催化裂化技术是丙稀生产的重要途径之一，催化热裂解工艺结合和热裂解技术，实现了多产乙稀、丙稀的目的。 直接或间接甲醇转化法 由甲醇经改进的沸石催化剂转化法属于非传统制稀烃技术，可生成较高收率的乙稀和丙稀，其他能源物质如天然气、煤或生物质原料都可转化为甲醇，国内较为丰富的煤炭资源和煤化工的快速发展及天然气工业的迅速发展，都促进了直接或间接甲醇制稀烃技术的发展。,总体来说，高温蒸汽裂解技术仍是生产低碳稀烃的主要方法，并被不断发展和完善；催化裂解技术是增产低碳稀烃、降低成本的有效途径；非传统稀径生产技术具有良好的发展前景。,乙醇工艺和石油尾气工艺的对比,1.乙醇生产技术的新进展 (1)工艺流程: 乙醇工艺适用于乙醇原料廉价且易得的地区。例如：美国是世界上玉米生产乙醇的主要国家之一,1979年发酵酒精占85%。目前年产量约为300万吨,大部份用作燃料酒精。其酒糟全部用作干燥颗粒饲料(简称DDG)S,没有废液排放,其工艺的简单流程见下图。,（2）流程的特点： ①合理利用资源:玉米含淀粉66%,蛋白质9一10%,脂肪4一5%。采用新流程,将玉米的胚芽分离出来,提取玉米油;乙醇蒸发后排出的酒糟,经过浓缩、干燥制成干燥颗粒饲料;发酵产生的CO2:可制成千冰供食品工业用,CO2:还可用作农作物生产的调节剂,促进农业发展。 ②采用新的节能技术:传统的酒精蒸馏系统不能充分利用目前在石油化工中广泛使用的新技术,且能量的利用率极低。采用新的分离技术后,可使产品能耗有大幅度的下降。 ③经济效益:用玉米做乙醇,采取无废液排放等综合利用的工艺技术。每生产1吨乙醇,还可以回收:玉米油~SOKg,干燥颗粒饲料(ODGs)一760kg,以每吨玉米价格为400元计,乙醇的生产成本可在700元/吨左右。这样就有可能为乙醇脱水制取乙烯的工业生产提供廉价的乙醉,使乙烯产品具有一定的竞争性。,2.乙醇脱水制乙烯的生产成本测算 假定生产规模乙烯1.73万吨/年,乙醇以700元八屯的成木为墓础,其他原材料和化学品、公用工程的消耗都参照表4中的中级乙烯的消耗定额。经计算发现乙烯的生产成本大致在1900元/吨左右。,3.同烃类热裂解生产乙烯的工艺比较 (1)原料市场目前全世界由于能源危机的影响,原油价格上涨了70%。并将有日趋上涨的趋势。相反,由于农业科学技术的发展,国际市场上农产品的价格一降再降。所以,从客观上来看将玉米进行深加工—发酵生产乙醇后再制成乙烯,其资源有保障。且经济效益显著。 (2)建设投资美国C一L鲁姆斯公司曾对两种路线的建厂投资作过比较,见表6。从表中所列数据可看出,在单位乙烯的投资方面,乙醇脱水法要比烃类热裂解法低得多。,(3)技术的难易 烃类热裂解的反应温度为800一850℃。而乙醇转化为乙烯的反应温度低得多,一般为370℃一40。℃。并且后者产品的分离手段也要简单得多。产品也比较单一,不象烃类热裂解法有许多联副产品需要平衡。,工艺方法的优缺点对比：,由上表综合考虑：蒸汽高温裂解法具有相对的优势，也是目前全球范围内使用最广泛的方法。目前石油价格 在60美元/桶左右，由机构预测可能会跌至50美元/桶，并在较长时间内不会操作70美元/桶。乙醇资源优 势不明显。经过综合对比后，选择釆用高温蒸汽裂解技术的裂解炉系统为研究对象。,乙烯工业原料分析： 目前全世界范围内制取乙稀的主要原料及比例分布石脑油为55%，乙烷为30%、液化石油气为10%最后是轻柴油为5%。裂解原料因所在地区不同有很大的差异，美国的裂解原料主要是乙烷裂解，石脑油裂解则是包括中国在内的世界其他地区的主导技术，许多先进国家乙稀制取过程中，这些国家乙稀装置的乙稀平均单程收率50%都高于我国的乙稀收率30%，主要是由于我国受裂解原料的制约，轻质裂解原料仅占一半左右，其他为重质裂解原料如柴油、加氧尾油等。,同时我国乙稀装置能耗与国际上先进水平相比也有不小的差距，导致我国乙稀工业的生产成本、能源消耗和经济效益较差。一般情况下，裂解原料占乙稀生产总成本的比例可达左右，因此釆用什么样的裂解原料生产乙稀不仅决定着装置的物耗、能耗与产业成本的高低，也决定着下游产品的成本、种类、产量与综合利用情况。,蒸汽高温裂解法的工艺介绍,①预热：经类裂解原料进入裂解炉对流段与稀释蒸汽充分混合，在预热器中被烟气加热至合适的横跨温度； ②裂解：经类和蒸汽混合物进入辐射段反应管，被炉腾中烟气加热到合适的裂解温度，在相对低压、短暂停留时间的环境下，发生一系列复杂的裂解化学反应，生成分子量较小的稀经，主要是乙稀和丙稀、焼经和其他轻类； ③回收和冷却：离开炉膛的烟气热量被送到对流段回收，为了防止深度裂解导致主要产品收率的减少，需要在反应管出口立即对产品流冷却，反应生成物大约在时离开辖射段，在很短时间（内在急冷器中被冷却至左右，最后被压缩、分离为气相与液相产品。,热解炉的选择,以上按设备价格，生产能力，转化效率考虑，选用Lummus管式炉。,分离回收技术的对比,结论： 顺序分离流程,顺序分离流程图,急冷系统,急冷系统是乙烯装置的“咽喉”,急冷工艺流程是将裂解炉急冷锅炉TLE出口450℃左右的高温裂解气冷却到近40℃ ,分离出裂解燃料油、裂解柴油、裂解汽油和工艺水等,并将裂解气送入裂解气压缩机一段入口。因此,急冷系统既是热量转移—能“量”传递过程,又是物料分离—“质”量传递过程。 由于急冷油受热粘度提高而产生的结焦问题成为工艺流程中的“瓶颈”,是乙烯装置的“通病”;由此引起生产装置负荷下降、热量回收利用减少,造成数“量”的损失;如果急冷油粘度提高过快,引起品“质”的变化,产生结焦现象,将导致设备或管线堵塞,使整个工艺装置非正常停车。,急冷系统的示意图,急冷系统的优化,氨吸收制冷 氨吸收制冷可弥补乙烯装置在夏季丙烯机的能力不足。该技术的主要特点为:可以利用低品位的余热制冷,节省高品位的电能;采用吸收器、精馏塔等静设备代替压缩机,不需要备机,造价低廉;制造容易,操作简单,运行可靠,易于维护;操作弹性大,可根据热源的情况及时调整。单级吸收制冷的能源利用率可达20%一24%,双级吸收制冷的能源利用率可达40%一42%。按每小时回收20t低压蒸汽计算可获得的利润如表3所示。扣除操作费用100元/h,年毛利润约为362.5万元(如采用丙烯压缩机生产一巧℃的冷量,约需要942.57kw的电)。氨吸收制冷工艺简单、技术成熟,目前在合成氨装置上应用较多,可望用于乙烯装置。,谢谢观看,