乙烯產(chǎn)品的設計

第11期學(xué)世界●597●乙烯產(chǎn)品的設計何琨'，丁蕙*，吳德榮'(1.上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，上海2000302.上海應用技術(shù)學(xué)院化工系，上海200235;3.中國石化集團上海工程有限公司，上海200120)摘要:采用化學(xué)產(chǎn) 品設計:需要、思路、選擇、制造、經(jīng)濟等5個(gè)步驟介紹在上海漕涇化學(xué)工業(yè)區設計的900kt/a 乙烯裝置和其他衍生物裝置及其上下游一體化工程。它的建成對整個(gè)華東地區乃至長(cháng)江沿江地區的塑料加工、精細化工、汽車(chē)制造、建材加工和電子工業(yè)等的促進(jìn)和發(fā)展都有重要意義，能夠產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。關(guān)鍵詞:乙烯工程;產(chǎn)品設計;裂解分離技術(shù);石油化工;經(jīng)濟效益中圍分類(lèi)號:TQ221.21+1文獻標識碼:B文章編號:0367-6358(2003)11-0597-04Ethylene Product DesignHE Kun'，DING Hui'，WU De-rong3( I. Institute of Chemical Science & Engineering. Shanghar J iaotomg University. Shanghai 200030, China;2 Department of Chemical Engineering. Shanghai Institute of Applied T'echnology. Shanghai 200235. China;3. SINOPEC Shanghar Engineering Company Limited, Shanghai 200120, China)Abstract: The product design considerations and principles of shanghai ethylene cracker complex(SECCO) of the 900kt/a ethylene project of the Shanghai Secco Petrochemical Company Ltd were intro-duced. The great economic and social benefit of the project to the industries in east china and the region a-long Yangtze River were discussed.Key words:ethylene cracker complex; product design; cracking & separation process technology; petro-chemical industry; economic benefit化學(xué)產(chǎn)品的設計“首先考慮市場(chǎng)的需要,并建種。石油化學(xué)工業(yè)以石油烴熱裂解分離為龍頭生產(chǎn)立滿(mǎn)足該市場(chǎng)需要化學(xué)產(chǎn)品的思路,然后從這些思相關(guān)的基本有機化工原料,這些原料是生產(chǎn)合成樹(shù)路中篩選出最佳工藝方案和流程,再確定化學(xué)產(chǎn)品脂、合成纖維、合成橡膠的標志性基礎原料。全球經(jīng)的制造,最后進(jìn)行經(jīng)濟分析和評估。與常規的化學(xué)反濟尤其是中國經(jīng)濟的高速發(fā)展,帶動(dòng)了乙烯用量的應、單元操作、物料能量網(wǎng)絡(luò )為核心的化工過(guò)程設計迅速.上升。據統計[2],2000 年世界乙烯需求量為不同;化學(xué)產(chǎn)品設計以化學(xué)功能、分子設計為核心，81900kt/a ,2010年將達到110380kt/a ;2000年我國追求化學(xué)產(chǎn)品的品質(zhì)和價(jià)格。乙烯生產(chǎn)能力凹為4700kt/a,2010 年將擴產(chǎn)達到1需要化學(xué)產(chǎn)品的設計首先根據市場(chǎng)和用戶(hù)的需求確9000kt/a.設計國內乙烯產(chǎn)量最大的.具有世界級生定生產(chǎn)內容及規模;因為需求是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的智慧火產(chǎn)規模的、有國際競爭力的乙烯工程是一項宏偉的工程。收稿日期:2003-07- 17;修國日期: 2003-08-18作者簡(jiǎn)介:何琨(1963~),男 .高級工程師,主要從事石油化工設計工作中國煤化工位。MYHCNMHG●598●化學(xué)世界2003年1.1國內外石化工業(yè)我國化工產(chǎn)品結構不合理,無(wú)論從數量、品質(zhì)，20世紀70年代以來(lái),石化工業(yè)因新工藝的開(kāi)還是品種牌號上都不能滿(mǎn)足國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的發(fā)、新材料的應用及其高額的利潤得到飛速發(fā)展,美需要。隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的發(fā)展,特別是一些高技術(shù)國、西歐和日本等工業(yè)發(fā)達國家構成了世界石化工石油化工產(chǎn)品領(lǐng)域還存在著(zhù)許多空白,因此需要加業(yè)的主體。當前，全球經(jīng)濟一體化在石化工業(yè)中表現大對石化工業(yè)的投人。展望2010年,我國石化1.業(yè).得十分明顯,跨國化工公司把化工研究與發(fā)展、化工的發(fā)展和結構調整步伐將明顯加快.并將大大縮短生產(chǎn)和銷(xiāo)售以及售后服務(wù)等生產(chǎn)和流通過(guò)程伸向世與經(jīng)濟發(fā)達國家在技術(shù)和生產(chǎn)水平上的差距,石油界各地。歐美石化跨國公司把投資和市場(chǎng)發(fā)展的重化學(xué)工業(yè)將進(jìn)入-一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。點(diǎn)紛紛向亞太地區轉移,尤其是向經(jīng)濟迅速發(fā)展的1.2 國內四大乙烯項目中國轉移。在“十五”期間我國開(kāi)始建設的大型乙烯項目我國石化工業(yè)經(jīng)歷了40多年,尤其是改革開(kāi)放有:揚子巴斯夫一體化基地項目、中外合資上海賽科以來(lái)的迅速發(fā)展。日前，我國石油煉制能力居世界第乙烯工程、南海石油化工合資項目、福建煉油乙烯合3位、乙烯生產(chǎn)能力居世界第5位。但是，國內化工資項目等四大乙烯工程9;這些項目主要情況和經(jīng).產(chǎn)品自給事很低,乙烯的國內市場(chǎng)滿(mǎn)足率約63%的濟指標見(jiàn)表2。需求量(折合乙烯當量,詳見(jiàn)表1)。預計未來(lái)十年國2思路內化工產(chǎn)品的市場(chǎng)需求仍將保持6%~8%增長(cháng)率，設計一個(gè)合理的、經(jīng)濟的化學(xué)產(chǎn)品是通過(guò)分層遠高于世界平均水平。次、多步驟的方法來(lái)實(shí)現的:從100個(gè)思路中篩選表1國內乙烯供需情況20個(gè)，然后再減少到5個(gè),最后是1個(gè)最佳的思路;項目名稱(chēng)2000年2005年2010 年就好像“在100個(gè)白天鵝中尋找1個(gè)白雪公主”。這需求量/kt.a6700960011500些思路分為創(chuàng )新性思路和改進(jìn)型思路二大類(lèi)。思路自給率/%62.69 67.7170. 43篩選的原則是:科學(xué)成熟、工程可靠、風(fēng)險小、價(jià)格產(chǎn)量/kta"'4200 65008100低.安全性好、污染少。生產(chǎn)能力/k.a"i470070002.1綠色化工5]技術(shù)開(kāi)工審/% .89. 3692. 8690. 00面對石化產(chǎn)品的需求大幅度增長(cháng),石化原料結表2四大乙烯工程的經(jīng)濟技術(shù)指標對比揚子上海福建南海建設地點(diǎn)江蘇南京上海漕涇福建泉州廣東惠州工程規模/kt●a"600900800合資對象:中方中石化/揚子石化.中石化/上海石化中石化/福建煉化中國海洋廠(chǎng)東BASF公司BP公司Exou/鈔特公間Shell 公司雙方股份比例50'5050: 50.50;5050: 50 .總投資/億元人民幣219. 82224.45 .106. 4914.6億美元投資指標/萬(wàn)元●(ICr )-3.662. 491. 774.62.內部收益率/%13. 263.5214.1712. 10裝置數目812方C.特點(diǎn).丁辛靜、丙烯酸酯、碳-化工親苯乙烯.丙烯騰莘乙諦、環(huán)復乙烷、多元醇聚乙烯、聚丙烯構變化，保護生態(tài)環(huán)境的嚴峻挑戰,21世紀將突破原料原子,達到“原子經(jīng)濟”的程度,實(shí)現廢物“零”排第一代石化技術(shù)的原料、工藝、設備等限制,用新思放;(4)產(chǎn)品對環(huán)境無(wú)害,而且綠色化學(xué)反應也具有路沔過(guò)創(chuàng )新開(kāi)發(fā)出新的石化工藝技術(shù)。其主要特點(diǎn).-定的轉化率.能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。是:(1)采用資源豐富、價(jià)格低康的無(wú)毒、無(wú)齒原料，2.2.上海賽科乙烯工程思路而且生產(chǎn)高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品;(2)在無(wú)毒、。上海漕涇化學(xué)工業(yè)區的開(kāi)發(fā)建設引入了大型化無(wú)害的反應條件(溶劑、催化劑等)下高效率、高利用中國煤化工先進(jìn)理念對區內.率的進(jìn)行化學(xué)反應;(3)在化學(xué)反應中充分利用每個(gè)YCN M H G進(jìn)行整合,做到專(zhuān)第11期化世界●599●業(yè)齊全、技術(shù)領(lǐng)先、管理高效并可持續發(fā)展。一期開(kāi)設包括900kt/a乙烯裂解分離及500kt芳烴抽提等發(fā)建設10.0km'，總投入1500 億元人民幣,重點(diǎn)發(fā)其他衍生物在內的8套裝置和公用工程、儲運設施、展石油和天然氣化工;二期開(kāi)發(fā)13.4km2 ,發(fā)展新型生產(chǎn)輔助設施等上下游- -體化的工程。其設計年操材料和精細化工等石化深加工高附加值產(chǎn)品。作時(shí)間為8000 h:占地面積2.04 km';定員1250 人:建設地點(diǎn)在上?；瘜W(xué)工業(yè)區的中外合資(BP/總投資224.45億元人民幣。SPC/SINOPEC).上海賽科(SECCO)石油化工有限2.3工藝裝置設計思路責任公司900kt/a 乙烯工程是由中國石油化工股份上海賽科乙烯工程的8套生產(chǎn)裝置工藝流程思有限公司、中國石化上海石油化工股份有限公司和路基本-致，主要分化學(xué)反應和分離精制二部分(%];英國B(niǎo)P石油化工中國投資有限公司共同投資,建其的方塊流程圖見(jiàn)圖1.原料反應精制圖1T藝裝置方塊流程圖2.4洋蔥邏輯關(guān)系格是乙烷價(jià)格的1/3時(shí),乙烯生產(chǎn)成本可以比傳統石油化工過(guò)程設計采用了“洋蔥邏輯結構”設計的熱裂解技術(shù)低35%左右。方法。首先選擇反應器，然后設計分離與再循環(huán)系統，但是傳統的熱裂解技術(shù)由于成熟可靠而被廣泛再設計換熱網(wǎng)絡(luò ),最后確定公用工程“”設施,見(jiàn)圖2。運用;采用熱裂解技術(shù)的上海賽科900kt/a乙烯裝置有4家專(zhuān)利商可以選擇,見(jiàn)表3。3國外4家專(zhuān)利商分離技術(shù)特點(diǎn)反應器專(zhuān)利商技術(shù)特點(diǎn)分離與再ABB Lummus Global(Lummus)順序 分離流程循環(huán)系繞.Linde AG(Linde)前脫乙烷前加氧流程換熱網(wǎng)絡(luò )Srone & Webster(S&W)前脫丙烷 ARS流程Brown & Root(KBR)前脫丙烷前加氫謊程公用工程每家專(zhuān)利商的乙烯技術(shù)都是通過(guò)熱裂解生產(chǎn)烯烴產(chǎn)品,但它們的分離流程不同9]。4家技術(shù)都比較圖2工藝 裝置洋蔥邏輯結構圖先進(jìn),且都有大規模工業(yè)生產(chǎn)的商業(yè)業(yè)績(jì),各具特點(diǎn)3選擇設計化學(xué)產(chǎn)品從5個(gè)思路中選擇1個(gè)最佳思及自己的優(yōu)勢。選擇[10]分離流程不能單憑一項指路，首先從化學(xué)(熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué))和工程(傳熱、傳標,而是要涉及諸如:原料單耗、工藝條件、設備改質(zhì))上進(jìn)行比較;然后考慮非技術(shù)的因素(如:舒適性進(jìn)、裝置規模、綜合能耗等技木指標和投資以及市場(chǎng)和安全性)等;最后協(xié)調好諸如“熱量回收率"和‘舒經(jīng)驗諸如:穩定性操作彈性、安全性、可靠性、舒適適度”之間的關(guān)系。多種產(chǎn)品方案選擇好像“許多蘋(píng)性等非技術(shù)的因素;尤其是能耗和投資是重要和關(guān)果和許多橙子”最終只能選擇- -種產(chǎn)品并付諸工程.鍵的評價(jià)指標。4家專(zhuān)利商技術(shù)經(jīng)濟指標見(jiàn)表4.表4國外4家專(zhuān)利商 乙蟮技術(shù)經(jīng)濟指標實(shí)施?；瘜W(xué)產(chǎn)品選擇需要考慮風(fēng)險,風(fēng)險水平計算公Lummus Linde S &W KBR式為:風(fēng)險水平=可能性X概率裂解原料NAP NAP H(;0目前國內外已經(jīng)開(kāi)展研究的高效廉價(jià)乙烯生產(chǎn)乙烯技術(shù)名稱(chēng)MCETARSSCORE技術(shù)有多項,其中可能實(shí)現工業(yè)應用的有兩種”印]。能耗X:0*/kJ . t-2093 2261 2512石腦油催化裂解:該技術(shù)能降低裂解反應溫度,國際市場(chǎng)份額占40% .)家 120竇 140家較大幅度地節省能耗;目前處于尋求高轉化率催化綜合比較上述國外先進(jìn)乙烯技術(shù),可知:月前乙劑階段。矯工藝技術(shù)不斷推陳出新,分離流程千變萬(wàn)化,乙烯甲烷兩步轉化技術(shù):由甲烷合成甲醇.再通過(guò)硅設備、管道的材料品種、型號不斷升級、改進(jìn),自控水鋁磷酸鹽分子篩催化劑轉化為乙烯.丙烯等產(chǎn)品。目中國煤化工裂解工業(yè)化的生產(chǎn)前200kt/a的工業(yè)示范裝置已建成投產(chǎn);當甲烷價(jià){|YHCNMHG認為:ABBLum-●600.界2003年mus Global的乙烯技術(shù)熱回收率高、裝置能耗低、上海賽科乙烯工程制造的產(chǎn)品采用先進(jìn)的技術(shù)可靠性高.投資相對較低,而且國際市場(chǎng)份額較多,和經(jīng)濟的生產(chǎn)規模,其主要流程為:以石腦油為裂解故上海石化(SPC)和英國B(niǎo)P最終選擇了Lummus原料,經(jīng)裂解和分離制得聚合級乙烯、聚合級丙烯等的技術(shù)。產(chǎn)品;聚合級乙烯生產(chǎn)聚乙烯、聚苯乙烯等產(chǎn)品;丙4產(chǎn)品制造烯產(chǎn)品用來(lái)生產(chǎn)聚丙烯和丙烯腈等產(chǎn)品;混合Ci抽化學(xué)產(chǎn)品的制造首先考慮知識產(chǎn)權、專(zhuān)利和商提出丁二烯產(chǎn)品送出界外;抽余C.循環(huán)返回;裂解業(yè)機密;然后考慮市場(chǎng)前景;最后考慮熱力學(xué)、反應汽油經(jīng)一段加氫后分出裂解C,產(chǎn)品,再經(jīng)二段加氫動(dòng)力學(xué)、傳遞過(guò)程、單元操作等化學(xué)工程背景。產(chǎn)品后再抽提出純苯產(chǎn)品;抽余油返回使用;Cx餾份作的最終規格通過(guò):確定產(chǎn)品結構.確定產(chǎn)品特性、產(chǎn)商品外銷(xiāo)。上海賽科乙烯工程工藝裝置生產(chǎn)規模和品性能改進(jìn)等3個(gè)策略完成。技術(shù)路線(xiàn)見(jiàn)表5。4.1乙烯工程概況4.2 乙烯工藝特點(diǎn)表5工藝裝置生產(chǎn) 規模和技術(shù)路線(xiàn)裝置規模能耗X104序號裝置名稱(chēng)工藝技術(shù)路線(xiàn)專(zhuān)利商/kt●a-1/kJ.51乙烯裝置(汽油加氟) 900SRT- W型爐、順序分離流程ABB Lummus2093其中婼烴轉化單元150(以丙烯計)芳烴抽提裝置500(以進(jìn)料計)N一甲?；Q啉溶劑抽提祛Krupp Uhde234.5丁二烯鞍置)0N一甲基吡略烷關(guān)溶劑抽提法ABB Lurmmus823. 9液相烴化乙羋技術(shù).Exxon- Mobil/Washington4苯乙烯裝置00883.5乙苯絕熱脫氫技術(shù)Fina/Washington5秦苯乙烯裝置本體聚合工藝BP Chemical210.26橐乙烯裝量氣相法/流化床技術(shù)841.550雙釜串聯(lián)氣相鬃合反應技術(shù)513. 8丙烯腈裝量60流化床反應/丙烯氨氧化法438. 1乙烯裂解反應的主要化學(xué)反應方程式為:為0.28t水/t,屬于比較先進(jìn)水平。CH,→zH2 + z2CH, + zsCHe + zxCzH +4.3乙烯下游產(chǎn)品zzC;H&+zcCjH6+ z;C.Hg+zeC,H;+zsC_H.乙烯[1作為基本有機化工原料.主要生產(chǎn)的下上海賽科乙烯裝置采用世界上最先進(jìn)的工藝和游產(chǎn)品為:高壓聚乙烯、低壓聚乙烯、線(xiàn)性低密度聚流程.美國ABBLumnmus專(zhuān)利技術(shù);其特點(diǎn)如乙烯、乙丙橡膠.乙二醇、氯乙烯、聚氯乙烯、醋酸、醋下:裂解爐選用最新開(kāi)發(fā)的SRT- . w型裂解爐,其酸乙烯、聚醋酸乙烯、苯乙烯、聚苯乙烯、聚丁烯、乙中包括8臺液體裂解爐及1臺氣體裂解爐;液體裂醇、高碳醇等。解爐單臺生產(chǎn)能力為118kt/a,氣體裂解爐單臺生產(chǎn)上海賽科乙烯下游產(chǎn)品立足于全球、國內及華能力為95kt/a。該裂解爐提高了裂解反應的選擇性.東地區三個(gè)層次的市場(chǎng)分析.特別是長(cháng)江三角洲區和爐子的熱效率(> 93%),并增加了乙烯收率,減少城石化市場(chǎng)的需求。所制造的產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)了原料的消耗。而且用汽油分餾塔l1]塔釜的急冷油發(fā)展空間、較強的競爭力和一定的特色并且與在建產(chǎn)生稀釋蒸汽以回收余熱;輸送增壓系統采用高效或擬建特大型乙烯工程下游產(chǎn)晶形成優(yōu)勢互補。最率的壓縮機及透平13];分離流程采用低壓脫甲烷流.終確定制造甲烷氫、聚合級乙烯等17 種產(chǎn)品和副產(chǎn)程,先進(jìn)的丙炔加氫催化精餾和甲烷.乙烯制冷優(yōu)化品;其中聚苯乙烯產(chǎn)品的規格有通用GPPS、抗沖擊流程等方法降低能耗:另外從裂解氣中回收的熱量HIPS等2個(gè)不同品種以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需要。上海賽科.產(chǎn)生超高壓蒸汽并驅動(dòng)壓縮機透平;故工藝路線(xiàn)、設乙烯工程的產(chǎn)品方案、產(chǎn)量以及規格見(jiàn)表6。備等方面的節能措施使乙烯裝置能耗降低至20935經(jīng)濟經(jīng)濟評估從產(chǎn)品價(jià)值與原料成本差開(kāi)始,然后X10'kJ/t乙烯?？紤]環(huán)境保護因素,用超高壓蒸汽中國煤化工其他成本?；瘜W(xué)產(chǎn)排水作為堿洗/水洗塔用水.既減少了用水量,又減少了污水排放量;乙烯裝置的單位產(chǎn)品污水排放量YHCN M H G.無(wú)中間結果。第11期化世表6產(chǎn)品方案.產(chǎn)量及規格系統化框架。序號產(chǎn)品名稱(chēng)產(chǎn)量主要規格/%參考文獻:氫21. 5(摩爾分數)[ 1] Cussler E L. 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USA: Gulf Publishing Company .品價(jià)格同幅變化10%時(shí),項目?jì)炔渴找媛嗜栽?2%1998. 88 ,[14]陳濱.己烯工學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1997.以上;因此該項目具有一定的抗風(fēng)險能力。上海賽科以乙烯為龍頭的8套工藝生產(chǎn)裝置和[15]劉訓峰. “十五”期間我國乙烯工業(yè)的發(fā)展趨勢[J].石配套設施計劃于2004年6月基本建成;建成以后對油化工技術(shù)經(jīng)濟,2001 ,17(5):4-8.整個(gè)華東地區乃至長(cháng)江沿江地區的塑料加工、精細[16]王江義. 石油和化學(xué)工程師實(shí)用手冊[M].北京:化學(xué)化工、汽車(chē)制造.建材加工和電子工業(yè)等的發(fā)展都有工業(yè)出版社,2001.175.重要意義,具有很大的社會(huì )影響和極高的經(jīng)濟效益。[17] 錢(qián)宇,等.化學(xué)產(chǎn)品工程的理論和技術(shù)[J].化工進(jìn).綜上所述,化學(xué)產(chǎn)品工程"主要解央的問(wèn)題應展，2003,22(3):217-223.該最終滿(mǎn)足產(chǎn)品工程和過(guò)程工程集成的、多層次的rerercrorcrorererrererercrcrcrorrrererercrarerowretcorewserrcrcrercprcvrererecrerorororerc(上接第605頁(yè))Met-Org Chem[J]. 1995,25(9);1717-1725. .[22] ShenX, LiQ, Jing H L, et al. Synth React Inorg[24]孔德源,卿晨,謝毓元,等. 化學(xué)雜志[J]. 2000. 10Met-Org Chem[J], 1995.25(8>:1239-1247.(1);13-17.[23] ShenX, LiQ, Jiang H L, et al. Synth React lnorg中國煤化工MHCNMHG