乙烯工程课件5

1、2022-3-2312022-3-2312022-3-2322022-3-232报告内容报告内容一、世界乙烯工业现状；二、裂解技术进展；三、裂解辅助技术进展；四、分离技术进展；五、其它制烯烃技术进展；六、北化院乙烯技术。2022-3-2332022-3-233世界乙烯生产现状2022-3-2342022-3-234世界乙烯生产概况n产能持续增加，2003年乙烯产能达到1.1亿吨，产量0.97亿吨。2010年乙烯产能将达1.4亿吨。n新增生产能力集中在中东和亚洲。n聚乙烯仍是乙烯的第一大用户。n乙烯装置的开工率将从2003年的87%增加到2013年的93%。2022-3-2352022-3-23

2、5世界乙烯产能发展趋势2022-3-2362022-3-236各地区产能增加情况2022-3-2372022-3-237各地区增长变化对比2022-3-2382022-3-238世界乙烯消费结构用途用途百分比百分比%聚乙烯聚乙烯57.5环氧乙烷、乙二醇环氧乙烷、乙二醇14.1二氯乙烷二氯乙烷/氯乙烯氯乙烯13.2二溴乙烷二溴乙烷7.2-烯烃烯烃2.7其它其它5.32022-3-2392022-3-239裂解技术进展裂解技术进展2022-3-23102022-3-2310裂解技术发展进程裂解技术发展进程n6060年代末以来，改进技术主要是提高产率和选择性；年代末以来，改进技术主要是提高产率和选择

3、性；n7070年代中期，油价上涨使重点转移到能量高效率上；年代中期，油价上涨使重点转移到能量高效率上；n9090年代后，重点转移到降低投资上；年代后，重点转移到降低投资上；n目前目前99%99%的乙烯由管式炉裂解技术生产，管式炉裂解技术趋近极的乙烯由管式炉裂解技术生产，管式炉裂解技术趋近极限，技术改进速度放缓，很难有根本性突破；限，技术改进速度放缓，很难有根本性突破；n管式炉裂解技术今后改进：管式炉裂解技术今后改进：使裂解炉在接近设备极限下长时间运使裂解炉在接近设备极限下长时间运转，改进上下游关系，充分发挥装置潜能。转，改进上下游关系，充分发挥装置潜能。n各时期发展的侧重点不同各时期发展的侧重

4、点不同2022-3-23112022-3-2311裂解技术裂解技术发展趋势发展趋势n提高裂解选择性（提高裂解选择性（ 20% 33% 20% 33%）；）；n降低原料消耗和能耗；降低原料消耗和能耗；n扩大生产能力以降低投资和成本；扩大生产能力以降低投资和成本；n扩大原料灵活性以适应市场变化扩大原料灵活性以适应市场变化。2022-3-23122022-3-2312大容量炉管大容量炉管nLummus公司：公司：SRT-I、II、III、IVHCnKTI公司：公司：GK-I、II、III、IVnLinde公司：公司：PYROCRACK4-2、2-1nS&W公司：公司：USC-M、W2022-

5、3-23132022-3-2313高选择性炉型高选择性炉型n中国：中国： CBL-I、II、III、IVnLummus公司：公司：SRT-V、VInKTI公司：公司：GK-V、VInLinde公司：公司：PYROCRACK1-1nS&W公司：公司：USC-UnKellogg公司：公司：MSnExxon公司：公司：LRT-1、22022-3-23142022-3-2314装置大型化装置大型化年代年代单系列规模单系列规模单炉生产能力单炉生产能力50102.060303.07030-504-58040-806-8目前10010-182022-3-23152022-3-2315裂解炉大型化裂解

6、炉大型化n优点：优点： 节约投资节约投资( (减少减少14-18%14-18%） 减少占地面积（减少占地面积（15%15%） 减少操作人员减少操作人员 降低操作成本、维修费用降低操作成本、维修费用 利于优化控制利于优化控制 降低原料消耗降低原料消耗 延长运转周期延长运转周期 降低生产成本降低生产成本n 存在问题：存在问题： 工程技术复杂工程技术复杂 对流段管板问题对流段管板问题 多种原料同时裂解问题多种原料同时裂解问题 烧焦和操作同时问题烧焦和操作同时问题 温度、物料分配问题温度、物料分配问题 阻力分布均匀性问题阻力分布均匀性问题 应力及配管问题应力及配管问题2022-3-23162022-3

7、-2316扩大原料灵活性扩大原料灵活性 几种原料灵活性的裂解炉完全原料灵活性的裂解炉2022-3-23172022-3-2317原料灵活性原料灵活性n原料灵活性设计需考虑的问题原料灵活性设计需考虑的问题: : 各种原料匹配的工艺参数优化问题；各种原料匹配的工艺参数优化问题； 对对流段的影响：进料位置、汽化点、对对流段的影响：进料位置、汽化点、 阻力降等；阻力降等； 对辐射段的影响：停留时间、裂解温度、深度、周期等；对辐射段的影响：停留时间、裂解温度、深度、周期等； 对急冷锅炉的影响：阻力降、热量回收、周期等；对急冷锅炉的影响：阻力降、热量回收、周期等； 对油急冷系统的影响：急冷油用量、急冷器设

8、计等；对油急冷系统的影响：急冷油用量、急冷器设计等； 对后续系统的影响：油洗塔、组成变化的影响等。对后续系统的影响：油洗塔、组成变化的影响等。2022-3-23182022-3-2318裂解炉在线优化控制技术n早期：早期：采用单参数或双参数调节方法控制；采用单参数或双参数调节方法控制；n80年代以来：年代以来：采用先进的采用先进的DCS控制系统，对控制系统，对生产实现超前控制、最佳控制，降低成本和节生产实现超前控制、最佳控制，降低成本和节能；能；n近年：近年：逐渐使用多边数学模型预测控制等系逐渐使用多边数学模型预测控制等系统，使裂解炉可以在接近设计值状态运行，使统，使裂解炉可以在接近设计值状态

9、运行，使出口温度和裂解深度保持均一化。出口温度和裂解深度保持均一化。2022-3-23192022-3-2319CFD模拟技术模拟技术n计算流体力学（CFD）是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的边缘科学。n以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。 2022-3-23202022-3-2320CFD模拟技术模拟技术n用数值方法求解非线性联立的质量、能量、组用数值方法求解非线性联立的质量、能量、组分、动量和自定义的标量的微分方程组，求解分、动量和自定义的标量的微分方程组，求解结果能预报流动、传热、传质、燃烧等过

10、程的结果能预报流动、传热、传质、燃烧等过程的细节；细节；n可以模拟裂解炉炉膛的烟气流动状态、燃烧状可以模拟裂解炉炉膛的烟气流动状态、燃烧状态、温度分布、压力分布等；态、温度分布、压力分布等；n可以模拟辐射段炉管内的温度分布、压力分布、可以模拟辐射段炉管内的温度分布、压力分布、流动状态、反应情况等。流动状态、反应情况等。2022-3-23212022-3-2321CFD模拟技术模拟技术2022-3-23222022-3-2322CFD模拟技术模拟技术2022-3-23232022-3-2323CFD模拟技术模拟技术2022-3-23242022-3-2324重要性：重要性：n结焦和渗碳是蒸汽热裂

11、解制乙烯装置所面临的主要结焦和渗碳是蒸汽热裂解制乙烯装置所面临的主要问题之一。问题之一。n全球乙烯业为清焦和更换裂解炉盘管，每年损失近全球乙烯业为清焦和更换裂解炉盘管，每年损失近20 20 亿美元，其中约亿美元，其中约2-42-4亿美元用于盘管更新。亿美元用于盘管更新。n一套典型装置使用此技术可节约一套典型装置使用此技术可节约500-2000500-2000万美元万美元/ /年。年。2022-3-23252022-3-2325n炉管内表面处理；炉管内表面处理；n化学结焦抑制剂；化学结焦抑制剂；n新合金、新材料炉管。新合金、新材料炉管。2022-3-23262022-3-2326nNalco和和

12、Exxon的的COKE-LESS；n韩国韩国SK公司的公司的PY-Coat；nNova公司的公司的CCA-500；nAtofina和和Technip的的CLX。2022-3-23272022-3-2327国内结焦抑制技术研究n北京化工研究院；北京化工研究院；n大庆石油学院与辽化的大庆石油学院与辽化的CRSI；n盘锦乙烯与抚油；盘锦乙烯与抚油；n华东理工大学；华东理工大学；n齐鲁烯烃厂的预处理技术。齐鲁烯烃厂的预处理技术。2022-3-23282022-3-2328n加拿大加拿大Westaim SEPWestaim SEP公司的公司的CoatAlloy CoatAlloy 涂覆工艺；涂覆工艺；n

13、美国美国Alon Surface TechnologiesGAlon Surface TechnologiesG公司的公司的AlcroPlexAlcroPlex双双扩散工艺；扩散工艺；nTechnip Benelux Technip Benelux 公司与公司与Elf AtochemElf Atochem公司合作的炉管公司合作的炉管在线在线涂覆涂覆技术；技术；n日本大同兴业公司同日本大同兴业公司同ShellShell联合开发出的一种裂解炉管联合开发出的一种裂解炉管涂层技术。涂层技术。2022-3-23292022-3-2329n陶瓷炉管（陶瓷炉管（IFPIFP和加拿大和加拿大NOVANOVA公

14、司）公司）；n渗铝合金炉管（美国渗铝合金炉管（美国Oak RidgelOak Ridgel国家实验室）；国家实验室）；n含硅的铬层和铝层内表面炉管；含硅的铬层和铝层内表面炉管；n高性能合金炉管（高性能合金炉管（ 1066106611491149 ）。）。2022-3-23302022-3-2330n7070年代三菱公司的椭圆管技术；年代三菱公司的椭圆管技术；n8080年代年代KelloggKellogg公司的内螺旋翅片技术，壁温下公司的内螺旋翅片技术，壁温下降降20-30 20-30 ，负荷提高，负荷提高20-25%20-25%，周期延一倍；，周期延一倍；n9090年代年代ExxonExxon

15、公司采用类似结构的炉管；公司采用类似结构的炉管；nLummusLummus公司的内螺旋梅花管炉管，能力提高公司的内螺旋梅花管炉管，能力提高10%10%；内肋片、外钉头强化传热管专利；内肋片、外钉头强化传热管专利；n日本久保公司的混合元件强化传热技术（日本久保公司的混合元件强化传热技术（MERTMERT）。）。2022-3-23312022-3-2331国内强化传热研究n北京化工研究院和化工机械研究院共同进行扰北京化工研究院和化工机械研究院共同进行扰流子强化传热试验；流子强化传热试验；n北京化工研究院和中科院金属所共同进行扭曲北京化工研究院和中科院金属所共同进行扭曲片管强化传热试验，完成小试和初

16、步工业应用片管强化传热试验，完成小试和初步工业应用试验，取得较好的效果。试验，取得较好的效果。2022-3-23322022-3-2332分离技术进展2022-3-23332022-3-2333典型的分离流程n顺序分离流程(Lummus 、KBR)；n前脱乙烷流程（Linde、Brown&Roots)；n前脱丙烷流程（ S&W、Brown&Roots）；n渐进分离流程（Technip）。2022-3-23342022-3-2334分离技术进展分离技术进展n主流程进展不大，但引入渐进分离理论；n新的单元技术不断出现；n新技术的应用时分离部分的能耗有所下降。2022-3-2

17、3352022-3-2335和分离有关的新技术和分离有关的新技术n混合冷剂制冷技术(Lummus) ；n分凝分馏技术及分凝分离技术；nALCET和油吸收分离技术（Brown&Roots)；n催化精馏技术(Lummus、BRICI)；n新型高效加氢催化剂。2022-3-23362022-3-2336二元制冷技术n甲烷、乙烯混合制冷代替甲烷制冷剂和乙烯制冷剂；甲烷、乙烯混合制冷代替甲烷制冷剂和乙烯制冷剂；n冷剂组成：甲烷冷剂组成：甲烷25 vol. %，乙烯乙烯75vol.%；n冷级：冷级：-63、-75 、101 、140 ；n已经在燕山石化投用。已经在燕山石化投用。2022-3-233

18、72022-3-2337三元制冷技术三元制冷技术n甲烷、乙烯、丙烯混合制冷剂代替甲烷制冷剂、乙烯制冷剂和丙烯剂制冷；n冷剂组成：甲烷10 vol. %，乙烯20vol.%、70vol.%；n提供7个级别的制冷温度级 ；n将在齐鲁石化投用。2022-3-23382022-3-2338催化精馏技术n催化剂装填在精馏塔的特定部位；催化剂装填在精馏塔的特定部位；n反应温度和精馏塔床层温度偶合；反应温度和精馏塔床层温度偶合；n反应和精馏同时进行；反应和精馏同时进行；n已经在燕山投用，期间经过已经在燕山投用，期间经过BRICI的技术改造。的技术改造。2022-3-23392022-3-2339其它主要制烯

19、烃技术其它主要制烯烃技术n烯烃转化技术；烯烃转化技术；nMTO、MTP技术；技术；n催化裂解技术；催化裂解技术；nDCC 技术。技术。2022-3-23402022-3-2340烯烃转化技术n烯烃易位技术： OCT技术（Lummus） Meta-4 （IFP）n烯烃裂解技术： MOI （ExxonMobil） OCI/Superflex （KBR） Propylur （Lurgi） OCP（ Atofina/UOP）2022-3-23412022-3-2341MTO技术技术UOP和Norsk Hydro合作的MTO工艺n两步法（天然气-甲醇/二甲醚-烯烃）；n流化床工艺；n运转温度：350-5

20、25；n产物分布：C2=：34%，C3=：45wt%；n示范装置阶段。 2022-3-23422022-3-2342MTP技术技术 Lurgi公司的公司的MTP工艺工艺 n两步法（天然气-甲醇-丙烯）；n固定床；n400-450；n产物分布：C3=：71wt%；n示范装置阶段。2022-3-23432022-3-2343催化裂解技术催化裂解技术n有利于提高裂解深度和选择性；有利于提高裂解深度和选择性；n能在比热裂解条件更缓和的条件可获得能在比热裂解条件更缓和的条件可获得较高的烯烃收率；较高的烯烃收率；n可以根据市场需求对乙烯和丙烯比进行可以根据市场需求对乙烯和丙烯比进行调节；调节；n因此催化裂

21、解技术受到普遍关注。因此催化裂解技术受到普遍关注。2022-3-23442022-3-2344催化裂解技术催化裂解技术n韩国汉城韩国汉城LGLG石化：乙烯收率提高石化：乙烯收率提高20%20%，丙烯收，丙烯收率增加率增加10%10% ；n日本：灵活调整烯烃生成比例，丙烯日本：灵活调整烯烃生成比例，丙烯/ /乙烯比乙烯比可提高到可提高到0.70.7：1 1；nLindeLinde公司与合作者开发的钙铝型催化剂热催公司与合作者开发的钙铝型催化剂热催化裂解技术已进入工业试验阶段；化裂解技术已进入工业试验阶段；n前苏联已进行了规模为前苏联已进行了规模为20002000kg/hkg/h的半工业实验，的半

22、工业实验，并已建立了工业示范装置。并已建立了工业示范装置。nBRICIBRICI也在进行催化裂解技术的研究。也在进行催化裂解技术的研究。2022-3-23452022-3-2345乙烯工业总体发展趋势乙烯工业总体发展趋势n全球乙烯、丙烯工业集中度、上下游一体化进全球乙烯、丙烯工业集中度、上下游一体化进一步加强；一步加强；n装置大型化程度进一步提高以降低投资成本和装置大型化程度进一步提高以降低投资成本和运行费用；运行费用；n追逐低成本促进位置也越来越集中；追逐低成本促进位置也越来越集中；n新技术的应用使得装置的运行周期不断提高，新技术的应用使得装置的运行周期不断提高，能耗不断降低；能耗不断降低；

23、n烯烃生产新技术开发异常活跃；烯烃生产新技术开发异常活跃；n控制技术和模拟技术不断提高控制技术和模拟技术不断提高 ；2022-3-23462022-3-2346乙烯工业总体发展趋势乙烯工业总体发展趋势n传统的乙烯技术主流程进展不大；传统的乙烯技术主流程进展不大；n装置将进一步向大型化方向发展；装置将进一步向大型化方向发展；n乙烯生产替代技术的研究将会取得突破；乙烯生产替代技术的研究将会取得突破；n由由C1原料制烯烃技术的研究更受到重视；原料制烯烃技术的研究更受到重视；n新的单元技术会不断出现；新的单元技术会不断出现；n新型高效加氢催化剂研究也变得非常活跃。新型高效加氢催化剂研究也变得非常活跃。

24、2022-3-23472022-3-2347北京化工研究院乙烯技术北京化工研究院乙烯技术n模拟评价技术；模拟评价技术；n炉管设计技术；炉管设计技术；n结焦抑制剂；结焦抑制剂；n炉管强化传热技术；炉管强化传热技术；n数据库及辐射段计算模型；数据库及辐射段计算模型；n催化裂解技术；催化裂解技术；n催化精馏技术催化精馏技术n选择加氢技术。选择加氢技术。2022-3-23482022-3-2348模拟裂解炉模拟裂解炉2022-3-23492022-3-2349模拟裂解炉模拟裂解炉2022-3-23502022-3-2350模拟裂解炉模拟裂解炉2022-3-23512022-3-2351模拟裂解炉模拟裂

25、解炉v原料原料包括气体（乙烷、丙烷、凝析油）液体（汽包括气体（乙烷、丙烷、凝析油）液体（汽油、煤油、柴油、低压柴油等）甚至常温下为固油、煤油、柴油、低压柴油等）甚至常温下为固体的原料如石蜡、脱沥青油等；体的原料如石蜡、脱沥青油等；2022-3-23522022-3-23522022-3-23532022-3-23532022-3-23542022-3-2354NAP全组成分析仪全组成分析仪2022-3-23552022-3-2355液相产品分析色谱液相产品分析色谱2022-3-23562022-3-2356气相产品分析色谱气相产品分析色谱2022-3-23572022-3-2357n模拟裂解性

26、能评价；模拟裂解性能评价；n模拟结焦性能评价；模拟结焦性能评价；n工业装置取样标定；工业装置取样标定；n根据评价和标定的结果优化工业裂解炉的根据评价和标定的结果优化工业裂解炉的生产操作；生产操作；n能够利用我院自己开发的辐射段计算能够利用我院自己开发的辐射段计算模型预测油品的裂解性能和结焦性能、模型预测油品的裂解性能和结焦性能、计算辐射段炉管的结构参数，选择工计算辐射段炉管的结构参数，选择工艺条件。艺条件。2022-3-23582022-3-2358o乙烯蒸汽裂解数据库乙烯蒸汽裂解数据库收集了大量的工厂实际操作数据和收集了大量的工厂实际操作数据和评价试验数据；评价试验数据；o为乙烯厂家提供便捷

27、、可靠的原料评价数据；为乙烯厂家提供便捷、可靠的原料评价数据；o为提高乙烯裂解装置的经济效益，合理地选择原料，进为提高乙烯裂解装置的经济效益，合理地选择原料，进行裂解炉的优化操作发挥参考作用。行裂解炉的优化操作发挥参考作用。o正在进行数据库的网络化工作，以便加强与企业的联系，正在进行数据库的网络化工作，以便加强与企业的联系，为乙烯厂家提供快速、便捷的服务。为乙烯厂家提供快速、便捷的服务。2022-3-23592022-3-2359结焦抑制剂n原原 料：重柴油；料：重柴油；n装装 置：燕化置：燕化6万吨乙烯万吨乙烯/年年SRT-型炉；型炉；n试验周期：一个周期试验周期：一个周期 （62天）。天）。2022-3-23602022-3-2360 2022-3-23612022-3-2361扭曲片管强化传热原理扭曲片管强化传热原理n强迫管内流体改变前进方向；n横向流动对管壁产生强烈的冲刷作用；n减薄流动边界层；n增大管内对流传热系数，降低管壁温度；n延缓结焦，维持高的传热系数。 起到强化传热作用2022-3-23622022-3-2362n可以起到强化传热的作用；可以起到强化传热的作用；n增加乙烯收率增加乙