乙烯工程课件5

乙烯技术进展及趋势展望

二○○四年七月报告内容一、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。世界乙烯生产现状世界乙烯生产概况产能持续增加，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。新增生产能力集中在中东和亚洲。聚乙烯仍是乙烯的第一大用户。乙烯装置的开工率将从2003年的87%增加到2013年的93%。世界乙烯产能发展趋势各地区产能增加情况各地区增长变化对比世界乙烯消费结构用途百分比%聚乙烯57.5环氧乙烷、乙二醇14.1二氯乙烷/氯乙烯13.2二溴乙烷7.2α-烯烃2.7其它5.3裂解技术进展裂解技术发展进程60年代末以来，改进技术主要是提高产率和选择性；70年代中期，油价上涨使重点转移到能量高效率上；90年代后，重点转移到降低投资上；目前99%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；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转，改进上下游关系，充分发挥装置潜能。各时期发展的侧重点不同裂解技术发展趋势提高裂解选择性（20%→≥33%）；降低原料消耗和能耗；扩大生产能力以降低投资和成本；扩大原料灵活性以适应市场变化。大容量炉管Lummus公司：SRT-I、II、III、IVHCKTI公司：GK-I、II、III、IVLinde公司：PYROCRACK4-2、2-1S&W公司：USC-M、W高选择性炉型中国：CBL-I、II、III、IVLummus公司：SRT-V、VIKTI公司：GK-V、VILinde公司：PYROCRACK1-1S&W公司：USC-UKellogg公司：MSExxon公司：LRT-1、2装置大型化年代单系列规模单炉生产能力50102.060303.07030-504-58040-806-8目前10010-18裂解炉大型化优点：

节约投资(减少14-18%）减少占地面积（15%）减少操作人员降低操作成本、维修费用利于优化控制降低原料消耗延长运转周期降低生产成本

存在问题：

工程技术复杂对流段管板问题

多种原料同时裂解问题烧焦和操作同时问题温度、物料分配问题阻力分布均匀性问题应力及配管问题扩大原料灵活性适应市场变化；装置大型化的要求；原料供应的要求；原料价格的要求。

几种原料灵活性的裂解炉完全原料灵活性的裂解炉原料灵活性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；对对流段的影响：进料位置、汽化点、

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、急冷器设计等；对后续系统的影响：油洗塔、组成变化的影响等。裂解炉在线优化控制技术早期：采用单参数或双参数调节方法控制；80年代以来：采用先进的DCS控制系统，对生产实现超前控制、最佳控制，降低成本和节能；近年：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，使出口温度和裂解深度保持均一化。CFD模拟技术计算流体力学（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。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。

CFD模拟技术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，求解结果能预报流动、传热、传质、燃烧等过程的细节；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；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。CFD模拟技术CFD模拟技术CFD模拟技术抑制炉管结焦技术重要性：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。全球乙烯业为清焦和更换裂解炉盘管，每年损失近20亿美元，其中约2-4亿美元用于盘管更新。一套典型装置使用此技术可节约500-2000万美元/年。抑制结焦的几种方法炉管内表面处理；化学结焦抑制剂；新合金、新材料炉管。结焦抑制剂Nalco和Exxon的COKE-LESS；韩国SK公司的PY-Coat；Nova公司的CCA-500；Atofina和Technip的CLX。国内结焦抑制技术研究北京化工研究院；大庆石油学院与辽化的CRSI；盘锦乙烯与抚油；华东理工大学；齐鲁烯烃厂的预处理技术。炉管内表面处理加拿大WestaimSEP公司的CoatAlloy涂覆工艺；美国AlonSurfaceTechnologiesG公司的AlcroPlex双扩散工艺；TechnipBenelux公司与ElfAtochem公司合作的炉管在线涂覆技术；日本大同兴业公司同Shell联合开发出的一种裂解炉管涂层技术。新炉管材料陶瓷炉管（IFP和加拿大NOVA公司）；渗铝合金炉管（美国OakRidgel国家实验室）；含硅的铬层和铝层内表面炉管；高性能合金炉管（1066～1149℃）。强化炉管传热技术70年代三菱公司的椭圆管技术；80年代Kellogg公司的内螺旋翅片技术，壁温下降20-30℃，负荷提高20-25%，周期延一倍；90年代Exxon公司采用类似结构的炉管；Lummus公司的内螺旋梅花管炉管，能力提高10%；内肋片、外钉头强化传热管专利；日本久保公司的混合元件强化传热技术（MERT）。国内强化传热研究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；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，完成小试和初步工业应用试验，取得较好的效果。分离技术进展典型的分离流程顺序分离流程(Lummus、KBR)；前脱乙烷流程（Linde、Brown&Roots)；前脱丙烷流程（S&W、Brown&Roots）；渐进分离流程（Technip）。分离技术进展主流程进展不大，但引入渐进分离理论；新的单元技术不断出现；新技术的应用时分离部分的能耗有所下降。和分离有关的新技术混合冷剂制冷技术(Lummus)

；分凝分馏技术及分凝分离技术；ALCET和油吸收分离技术（Brown&Roots)；催化精馏技术(Lummus、BRICI)；新型高效加氢催化剂。二元制冷技术甲烷、乙烯混合制冷代替甲烷制冷剂和乙烯制冷剂；冷剂组成：甲烷25vol.%，乙烯75vol.%；冷级：-63℃、-75℃、101℃、140℃；已经在燕山石化投用。三元制冷技术甲烷、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；冷剂组成：甲烷10vol.%，乙烯20vol.%、70vol.%；提供7个级别的制冷温度级；将在齐鲁石化投用。催化精馏技术催化剂装填在精馏塔的特定部位；反应温度和精馏塔床层温度偶合；反应和精馏同时进行；已经在燕山投用，期间经过BRICI的技术改造。其它主要制烯烃技术烯烃转化技术；MTO、MTP技术；催化裂解技术；DCC技术。烯烃转化技术烯烃易位技术：OCT技术（Lummus）Meta-4（IFP）烯烃裂解技术：

MOI（ExxonMobil）OCI/Superflex（KBR）

Propylur（Lurgi）OCP（Atofina/UOP）MTO技术UOP和NorskHydro合作的MTO工艺两步法（天然气-甲醇/二甲醚-烯烃）；流化床工艺；运转温度：350-525℃；产物分布：C2=：34%，C3=：45wt%；示范装置阶段。MTP技术

Lurgi公司的MTP工艺

两步法（天然气-甲醇-丙烯）；固定床；400-450℃；产物分布：C3=：71wt%；示范装置阶段。催化裂解技术有利于提高裂解深度和选择性；能在比热裂解条件更缓和的条件可获得较高的烯烃收率；可以根据市场需求对乙烯和丙烯比进行调节；因此催化裂解技术受到普遍关注。催化裂解技术韩国汉城LG石化：乙烯收率提高20%，丙烯收率增加10%；日本：灵活调整烯烃生成比例，丙烯/乙烯比可提高到0.7：1；Linde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；前苏联已进行了规模为2000kg/h的半工业实验，并已建立了工业示范装置。BRICI也在进行催化裂解技术的研究。乙烯工业总体发展趋势全球乙烯、丙烯工业集中度、上下游一体化进一步加强；装置大型化程度进一步提高以降低投资成本和运行费用；追逐低成本促进位置也越来越集中；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；烯烃生产新技术开发异常活跃；控制技术和模拟技术不断提高；乙烯工业总体发展趋势传统的乙烯技术主流程进展不大；装置将进一步向大型化方向发展；乙烯生产替代技术的研究将会取得突破；由C1原料制烯烃技术的研究更受到重视；新的单元技术会不断出现；新型高效加氢催化剂研究也变得非常活跃。北京化工研究院乙烯技术模拟评价技术；炉管设计技术；结焦抑制剂；炉管强化传热技术；数据库及辐射段计算模型；催化裂解技术；催化精馏技术选择加氢技术。模拟裂解炉模拟裂解炉模拟裂解炉模拟裂解炉原料包括气体（乙烷、丙烷、凝析油）液体（汽油、煤油、柴油、低压柴油等）甚至常温下为固体的原料如石蜡、脱沥青油等；反应温度可达900℃或更高（设计温度为≤1000℃）。适应了乙烯技术中不断提高裂解反应温度，降低停留时间的趋势；精确的进料流量调节系统：进料流量波动为±2克/小时。

分析仪器原料油物性分析馏程：海尔潮HDV627常压蒸馏仪ASTMD86、海尔潮HDV632真空蒸馏仪ASTMD1160

密度：梅特勒DE40

石脑油族组成：惠普6850

重质油族组成：色质联用碳、氢元素含量：元素分析仪裂解产物分析气相分析（HP6890）

液相分析（HP6890）

便携式色谱常、减压自动蒸馏仪常、减压自动蒸馏仪NAP全组成分析仪液相产品分析色谱气相产品分析色谱技术支持模拟裂解性能评价；模拟结焦性能评价；工业装置取样标定；根据评价和标定的结果优化工业裂解炉的生产操作；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、计算辐射段炉管的结构参数，选择工艺条件。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评价试验数据；为乙烯厂家提供便捷、可靠的原料评价数据；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。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。结焦抑制剂原料：重柴油；装置：燕化6万吨乙烯/年SRT-Ⅳ型炉；试验周期：一个周期（62天）。

强化传热技术扭曲片管强化传热原理强迫管内流体改变前进方向；横向流动对管壁产生强烈的冲刷作用；减薄流动边界层；增大管内对流传热系数，降低管壁温度；延缓结焦，维持高的传热系数。

起到强化传热作用扭曲片管强化传热结果可以起到强化传热的作用；增加乙烯收率0.6个百分点；炉管管壁温度下降20℃；运转周期有望延长20%；没有发现对操作造成不利影响。处理量增加7%；炉管管壁温度下降20℃；未发现对裂解炉操作带来不利影响。辽化扬子北化院催化精馏侧线装置C3催化精馏侧线装置C5催化精馏侧线装置改造燕山C3催化精馏塔新增催化剂段改造燕山C3催化精馏塔催化精馏催化剂BCD－1具有良好的选择性，平均达到95.