乙烯生产技术及工艺流程介绍.ppt

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与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 裂解原料评价指标PONA值 族组成 P 链烷烃 易裂解生成乙烯与丙烯 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 与相对密度与沸点有关 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COC9 205DEGCCO2205 288DEGC 裂解柴油 H2S288 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KBRLinde Selas LSCCTechnip 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与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 裂解分离从流程与布置上分 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 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 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与相关技术服务 供应关键设备与材料 如压缩机与透平 锅炉给水泵 冷箱等 寰球承担初步设计 详细设计与技术服务 其他设备与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 受力小与寿命长的优点 96个LQE LinearQuenchExchanger 直接与96个炉管相连 减小结焦 提供底烧与侧烧 受热均匀 前脱乙烷前加氢分离流程 在冷分离与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与能耗 乙烯塔与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与能耗 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 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 轻烃与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与0 45两种不同的裂解深度 所以本乙烯装置根据进料与裂解深度分为六种设计工况 产品与副产品主要产品为聚合级乙烯 聚合级丙烯与氢气 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 裂解轻柴油与裂解燃料油等 产品与副产品产量 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 原料预热 裂解炉 急冷油 水系统 裂解气压缩系统 预冷与干燥 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 01炉区 05废水区 02热回收区 02热回收区 03压缩与甲烷化区 03压缩与甲烷化区 04分离与汽油加氢区 04分离与汽油加氢区 06配变电所与机柜室 07装置主管廊 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 2531 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 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与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 8台裂解炉 7开1备 15万吨 年 台 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与流动形式 采用特殊设计 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 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与再分配使进入辐射段使各流股达到相同的温度与压力 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 即底部与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 超高压蒸汽与锅炉给水 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 对流段 辐射段 炉管布置 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 通过与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与其他加热器 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 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 同时重汽油与稀释蒸汽也被冷凝 净化与冷却后的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与10 E 2812A B中最终冷却 返回塔的顶部与中部 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与汽油通过油水分离 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 3 稀释蒸汽系统来自聚结器10 V 2832的工艺水预热后送入工艺水汽提塔10 C 3001以除去溶解在水中的挥发性烃类 汽提后的工艺水经预热后送到稀释蒸汽分离罐10 V 3031 大部分的工艺水经10 E 3012A L通过急冷油加热产生稀释蒸汽 其余部分在10 E 3011A C中由中压蒸汽加热产生稀释蒸汽 为防止稀释蒸汽冷凝 在稀释蒸汽过热器10 E 3014中用中压蒸汽将稀释蒸汽过热到约185 如果因乳化等原因 工艺水来发生稀释蒸汽不足时 可以直接补充中压蒸汽 4 裂解气压缩1 裂解气压缩压缩机为五段离心压缩机 裂解气由入口压力约0 13MPaA压至出口压力约3 8MPaA 每段压缩后 裂解气分别由段间冷却器10 E 3111 10 E 3115冷却 裂解气中的水与重组分在这些冷却器中冷凝 少量的锅炉给水被注入到裂解气压缩机缸内 同时 碳九馏分作为压缩机的洗油 以降低压缩过程的温度 防止聚合 酸性气体脱除在裂解气压缩机四段与五段之间进行 2 碱洗裂解气从压缩机四段出口进入碱洗塔底部10 C 3501 碱洗塔包括三段碱洗与一段水洗 脱除酸性组分CO2与H2S 2NaOH CO2 Na2CO3 H2O2NaOH H2S Na2S 2H2O底部弱碱循环 中段碱洗循环 上段6 5 强碱循环 水洗段是为了防止碱液夹带至裂解气压缩机五段 碱洗塔底的废碱抽出后与一小股汽油在汽油 废碱混合器中混合 以溶解在碱洗塔中产生的聚合物 再送至废碱汽提塔10 C 3601 3 废碱氧化废碱在废碱汽提塔10 C 3601中 苯等挥发性烃类物质被汽提出来 汽提后 废碱送至废碱储罐10 T 3632 从废碱储罐10 T 3632直接送入高压废碱氧化单元10 A 3601 废碱液与工厂空气混合后 从底部进入反应器 反应器操作温度为200 操作压力为3 6MPaG 氧化后的废碱与废气换热后 再进入气液分离罐 分离出的废气送出界区进行焚烧处理 分离出的液相用硫酸将pH值降低到7 0 10 5后送出界区 进入含盐污水收集系统进行集中处理 5 预冷与干燥来自裂解气压缩机的裂解气经冷分离产品 氢气 甲烷 与丙烯冷剂逐级冷却至所需的温度 进入分离罐中 裂解气经气液分离后进入裂解气干燥器10 D 3741A S 在干燥器中水的含量降低至所需的露点 干燥后的裂解气通过循环乙烷 冷甲烷与氢气馏分 丙烯冷剂冷却至约 17 经分离罐10 V 3733进行气 液分离后 液体馏分在10 E 3713中部分蒸发 进入脱乙烷塔10 C 3802的下部 6 脱乙烷脱乙烷为不同压力下的双塔系统 来自10 V 3733含有碳三的轻组份进入高压碳三吸收塔10 C 3801 3 7MPaA 碳三留在10 C 3801塔底液相中 然后送入脱乙烷塔上段 不含碳三以上的轻组份从10 C 3801塔顶送去碳二加氢 脱乙烷塔10 C 3802在较低的压力下操作 约2 6MPaA 它以干燥器10 D 3742的凝液为进料 10 C 3802塔顶气体经冷凝后送至 52 的脱乙烷塔回流罐10 V 3831 塔底产品被送至脱丙烷塔作进一步的分离 7 碳二加氢来自碳三吸收塔10 C 3801顶的碳二及碳二以下轻组份在碳二加氢反应器中将乙炔转化为乙烯与乙烷 由于氢气还没有从中分离出来 所以不用另外补充氢气 前加氢 乙炔加氢反应在等温管式反应器中进行 反应器的管中填充钯系催化剂 反应器中发生如下的放热反应 C2H2 H2 C2H4 1 C2H2 2H2 C2H6 2 C2H4 H2 C2H6 3 当反应器在等温条件下操作时 飞温工况几乎不可能发生 不含乙炔的裂解气从反应器的底部出来 在进入低温部分前 先进入保护干燥器10 D 3941除去残余的水 以确保低温部分的长期运行 突出特点 两塔提馏段及塔釜再沸器易发生双烯烃的聚合结垢 一方面加阻聚剂 另一方面选择合适的塔型 大孔筛板等抗垢能力强的塔盘 及采用备用再沸器 与前脱丙烷相比 聚合结垢趋势缓与 温度相当 但碳三馏份进提馏段及塔釜再沸器 使得易结垢组分相对含量下降 加氢反应器采用等温列管固定床 8 冷分离低温段在低温段 碳二及轻组分经过逐级冷凝 所有的乙烯 乙烷与几乎所有的甲烷被冷凝 剩下的气体是富氢气 低温部分收集的凝液送入脱甲烷塔10 C 4101 气体流股分离出的凝液直接送到脱甲烷塔10 C 4101 自10 V 4032的裂解气冷凝到 110 压力为3 326MPaG 从脱甲烷塔10 C 4101的顶部采出的液态产品作为碳二吸收塔10 C 4001的回流 10 C 4001的塔底产品进入脱甲烷塔10 C 4101 塔顶气相组份包括甲烷 氢气与痕量CO 在氢气分离罐10 V 4033中的气相流股中包含95 mol的氢气 脱甲烷塔顶气体加热后送到燃料气系统与再生气系统 从10 V 4033的顶部得到氢气流股 进入CO甲烷化单元 9 脱甲烷10 V 4032的凝液与10 C 4001的塔底物流送至脱甲烷塔10 C 4101 脱甲烷塔塔顶组分包括甲烷 CO 氢气 塔底的C2组分送入乙烯精馏塔10 C 4301 10 乙烯精馏乙烯精馏塔的操作基于热泵系统 即乙烯精馏塔塔顶气体在乙烯压缩机10 K 4401的三段压缩与返回塔作为回流之前进入乙烯塔再沸器10 E 4311中液化 气体在乙烯压缩机10 K 4401三段压缩后 加入到塔回流中 大部分流股进入乙烯塔再沸器10 E 4311中冷凝 冷凝的凝液被分成两股 大部分流股循环到乙烯精馏塔作为回流 剩下的流股送到乙烯收集罐10 V 4431 乙烯精馏塔10 C 4301的塔底乙烷流股被蒸发与加热后循环回裂解炉 11 乙烯制冷系统乙烯制冷系统是开环循环系统 为乙烯精馏塔提供回流 为低温部分与脱甲烷塔提供乙烯冷剂与提供界区条件下气态与液态乙烯产品 乙烯制冷系统提供三个制冷级别的乙烯冷剂 101 80 57 乙烯气在五级离心压缩机10 K 4401中压缩 所需要的 80 与 101 的液态乙烯来自乙烯收集罐10 V 4431 从用户返回的蒸发的低压乙烯在乙烯过冷器10 E 4412中加热后返回到乙烯压缩机10 K 4401的一段 中压乙烯在10 E 4312中过热后返回乙烯压缩机的二段 气态乙烯在压缩机4段中进一步压缩到3 812MPaG之后冷却到35 一部分乙烯被送往界区作为3 706MPaG的气相乙烯产品 剩下的部分在压缩机5段中继续压缩到5 406MPaG 用冷却水冷却到35 后 被送往界区作为5 206MPaG的高压气相乙烯产品 正常操作时作为气相产品送出界区 如果气相产品不能全部送出界区 不能送出的部分乙烯产品液化后作为液相产品送到界区外的罐区 如果由于事故原因乙烯装置停车出事故或者减负荷操作 从罐区来的液态乙烯在乙烯汽化器10 E 4422中汽化后作为气相乙烯的产品 12 丙烯制冷系统丙烯制冷系统提供冷却水与乙烯冷剂之间的中间级的冷剂 丙烯制冷系统提供下列三个制冷级别的丙烯冷剂 38 19 10 丙烯气体在三段压缩机10 K 4601中压缩 离开压缩机三段被压缩的丙烯用冷却水冷却后 液态丙烯送往丙烯收集罐10 V 4634 液化的丙烯膨胀到高压丙烯冷剂的压力提供给用户大约10 的丙烯冷剂 13 一氧化碳甲烷化从低温部分来的氢气包含裂解反应生成的一氧化碳 一氧化碳是加氢反应催化剂的抑制剂 除去一氧化碳的氢气用于碳三加氢与汽油加氢 一氧化碳甲烷反应器10 R 4901的催化剂具有五年以上的生命周期 一氧化碳按照下列反应式转化为甲烷与水 CO 3H2 CH4 H2O反应器流出物中液态水的分离在一个大管径的竖管里 不含一氧化碳与水的氢气适合于汽油加氢单元的氢气 对于碳三加氢反应与输出界区的氢气需要在氢气干燥器10 D 4941A S中继续干燥 以满足氢气与丙烯的规格 过量的氢气输出界区供其它装置使用 在汽油加氢单元操作不正常 过量的氢气不能输出到界区的情况下 过量的氢气可以排到燃料气系统或者排到火炬 14 热分离1 脱丙烷来自脱乙烷塔10 C 3802塔底的碳三及重组分进入脱丙烷塔10 C 5101 塔顶气相被冷凝后 一部分回流 其余部分送碳三加氢系统 脱丙烷塔塔底的碳四及重组分 约为80 送往碳四 碳五分离系统 2 碳三加氢脱丙烷塔塔顶物料送往碳三加氢系统 使物料中的甲基乙炔与丙二烯转化为丙烯与丙烷 碳三物料进入碳三加氢反应器10 R 5201A S 加氢反应在固定床反应器系统中进行 加氢后的碳三物料送入丙烯汽提塔10 C 5401 丙烯汽提塔用于除去加氢后的碳三组分中溶解的氢气与甲烷 塔底出料送至丙烯精馏塔 3 丙烯精馏丙烯与丙烷在丙烯精馏塔10 C 5501A B中进行分离 丙烯精馏塔采用双塔系统 并联操作 聚合级丙烯产品从塔顶排出 塔底排出馏份为循环丙烷 痕量的MAPD与痕量的重组分 塔底丙烷返回裂解炉作裂解原料 4 脱丁烷由碳四及重组分组成的脱丙烷塔釜液进入脱丁烷塔10 C 5701 脱丁烷塔塔顶气相被冷凝液化后 部分液体送回脱丁烷塔作为回流 其余作为混合碳四产品送出界区 15 汽油加氢1 一段汽油加氢粗裂解汽油中的苯乙烯与二烯烃在一段加氢单元中加氢