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1、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 1 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 2 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 3 用丁二烯生产的
2、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 4 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 5 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
3、裂解 6 7 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 8 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COC9 205DEG
4、CCO2205 288DEGC 裂解柴油 H2S288 DEGC 裂解燃料油 H2O 9 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 10 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KBRLinde Selas LSCCTechnip KTI 11 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
5、 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 12 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 13 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 14 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
6、冷箱 乙烯心脏 15 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 16 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 70Lummus燕
7、山71Lummus大庆60KBR 17 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 18 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 19 20 21 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
8、 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 22 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
9、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 23 24 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 25 26
10、27 28 29 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乙烯t1251000 000送FDPE HDPESM等装置丙烯t62 5500 000送PP装置氢气t2 7522 000供装置加氢及外送甲烷 氢t51 503412 024作燃料裂解碳四t40 616324 928送丁二烯装置加氢汽油t52 953423 634送芳烃抽提装置加氢碳九t8 95671 648送罐区 销售未加氢碳五t19 502156 016送罐区 销售裂解轻柴油t6 05848 464送罐区 销售10裂解燃料油t5 68545 480送罐区 销售 30 原料预热 裂解炉 急冷油 水系统 裂解气压缩系统 预冷
11、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 C4分离 C3加氢 丙烯分离 C4 C5分离 汽油加氢1段 C8 C9分离 汽油加氢2段 C5 C6分离 工艺蒸汽系统 碱洗系统 丙烯制冷 乙烯 丙烯 氢气 加氢汽油 C9 馏分 C4馏分 C5回裂解炉 丙烷回裂解炉 乙烷回裂解炉 工艺流程 31 32 01炉区 05废水区 02热回收区 02热回收区 03压缩和甲烷化区 03压缩和甲烷化区 04分离和汽油加氢区 04分离和汽油加氢区 06配变电所和机柜室 07装置主管廊 33 1 原料预热1 轻烃来自全压力罐区轻烃缓冲罐的轻烃加热到60 送到闪蒸罐10 V 2
12、531 罐底部的液相混合到新鲜的石脑油管线 罐顶部的气相经压控阀并入到气相进料管线 2 石脑油新鲜的石脑油来自界区外的石脑油罐 与循环回的加氢碳五混合后 经急冷水预热加热到43 与来自轻烃闪蒸罐10 V 2531的重组分混合后 经换热器10 E 2512进一步加热到80 送到炉区 34 3 LPG新鲜的LPG来自界区外的原料LPG罐 界区温度20 压力1 3Mpa与循环丙烷馏分混合后 在丙烷 LPG蒸发器10 E 2514加热汽化 与预热后的循环乙烷和来自轻烃罐的汽化轻组分在气态原料总管混合 送入气体裂解炉 液相送到轻烃闪蒸罐的进口管线 4 加氢尾油新鲜的加氢尾油原料来自界区外的加氢尾油罐 界
13、区温度70 压力1 1Mpa 在尾油预热器10 E 2515预热到80 后送到加氢尾油炉 35 8台裂解炉 7开1备 15万吨 年 台 36 2 裂解裂解炉采用 双辐射段 即通过采用两个辐射室共用一个对流段 双炉膛 来容纳双倍数量的炉管 本项目采用的Pyr rack1 1型炉管 具有高选择性 给定原料下乙烯收率更高 压降小 操作周期长等特点 使用文丘里分配器 使所有的辐射段流速一致 最终每根炉管有相同的停留时间 线性急冷换热器 LQE 的设计使其不受焦粒的冲刷 避免结焦 保证长周期运行 最大限度减少检修工作 对流段设计 使其适应原料的多样性 加氢尾油为达到相应的气化率和流动形式 采用特殊设计
14、利用对流段回收的废热 产生最大限度的过热超高压蒸汽 对于加氢尾油炉 采用专有的混合注汽喷嘴设计 避免结焦 37 原料在对流段预热 气化 与稀释蒸汽混合 经横跨段分配至辐射段 所有的平行进口管线连接到一对进料总管 通过文丘里喷嘴 Laval 重新分配进到辐射段炉管 这种对流段物料出来和再分配使进入辐射段使各流股达到相同的温度和压力 使得所有流股的流速相同 停留时间相同 进入辐射段后 通过控制辐射段的反应温度 即底部和侧壁烧嘴输出的热量 来控制裂解反应深度 裂解炉的热效率与排烟温度密切相关 通过回收烟道气热量 加热原料 超高压蒸汽和锅炉给水 提高热效率 对流段由几组平行布置的炉管构成 按照一定顺序
15、合理布置不同管束 达到最大的热回收 使裂解炉高效稳定长周期运行 38 对流段 39 辐射段 40 炉管布置 41 3 急冷1 油洗来自裂解炉急冷器200 到250 的裂解气进入油洗塔 10 C 2701 通过和急冷油逆流接触进一步冷却 并最大地实现热量回收 回收的热量被用于发生稀释蒸汽和其他加热器 塔上部精馏段用水洗塔 10 C 2801 底部循环回来的裂解汽油作为回流 急冷油塔底210 的急冷油通过急冷油泵 10 P 2771A C S 送至急冷油旋风分离过滤器10 V 2732A E分离出焦粒然后分成两部分 一部分作为裂解燃料油产品经冷却后送出界区 另一部分与中油混合作为热源送至稀释蒸汽发
16、生器2号再沸器10 E 3012A L 冷却后的急冷油一部分送油洗塔的下部 另一部分送到裂解炉急冷器 直接急冷裂解气 为了调节急冷油塔中急冷油的粘度 一部中油送至裂解燃料油汽提塔10 C 2702用中压蒸汽进行汽提 汽提出的轻组分返回急冷油塔 汽提后的塔底裂解柴油一部分作为裂解柴油产品送出 另一部分作为汽提塔的回流 42 2 水洗水洗塔10 C 2801通过大量循环急冷水 进一步将裂解气冷却至环境温度 同时重汽油和稀释蒸汽也被冷凝 净化和冷却后的38 左右的裂解气由塔顶送往压缩单元 83 的循环急冷水从水洗塔底采出 用泵送往多个低温热量回收用户 并在返回塔前在板式换热器10 E 2811A F和10 E 2812A B中最终冷却 返回塔的顶部和中部 在急冷水泵10 P 2871A B入口 注入碱液严格控制急冷水的PH值 以防止急冷水乳化 另外从水洗塔下部抽出的水和汽油通过油水分离 分离出的工艺水经过工艺水聚结器后 送往稀释蒸汽系统 分离出的裂解汽油 一部分送往油洗塔10 C 2701作回流 另一部分作为抽提汽油到汽油 废碱分离罐10 V 3532 其余部分直接去汽油加氢单元 43 3
