乙烯工业发展现状及分析.pdf
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1、第 9 卷 第 3 期2023 年 6 月生物化工Biological Chemical EngineeringVol.9 No.3Jun.2023文章编号:2096-0387(2023)03-08乙烯工业发展现状及分析肖仕辉1,2,王丽2*,易广坤2,余玉莹2(1.埃克森美孚(惠州)化工有限公司,广东惠州 516000;2.广东石油化工学院 化学工程学院,广东茂名 525000)摘 要:乙烯是重要的化工基础原料,其下游产品主要有聚乙烯、环氧乙烷、乙二醇等。目前我国乙烯生产以石脑油蒸汽裂解为主,煤制烯烃、轻烃裂解项目占比较大,呈现多种工艺齐头并进的发展趋势,同时乙烯生产工艺呈装置大型化、原料轻
2、质化等发展趋势。本文分析了我国乙烯工业近年来的发展情况,介绍了目前主流的乙烯生产工艺,并对目前生产乙烯的主流工艺石脑油蒸汽裂解工艺进行了详细介绍,以期为乙烯从业者提供一些借鉴。关键词:石脑油;乙烯;生产工艺;蒸汽裂解;深冷分离中图分类号:TQ225.24 文献标识码:ACurrentSituationandAnalysisofEthyleneIndustryDevelopmentXIAO Shihui1,2,WANG Li2*,YI Guangkun2,YU Yuying2(1.Exxonmobil(Huizhou)Chemical Co.,Ltd.,Huizhou 516000,China;
3、2.School of Chemical engineering,Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming 525000,China)Abstract:Ethylene is an important basic chemical raw material,and its main downstream products are polyethylene,ethylene oxide,ethylene glycol,etc.At present,Chinas ethylene production is mainly ba
4、sed on naphtha steam cracking,with coal to olefin and light hydrocarbon cracking projects accounting for a large proportion,showing a trend of multiple processes advancing simultaneously.At the same time,the ethylene production process is showing a trend of large-scale equipment and lightweight raw
5、materials.This article analyzes the development of Chinas ethylene industry in recent years,introduces the current mainstream ethylene production processes,and provides a detailed introduction to the current mainstream ethylene production process-naphtha steam cracking process,in order to provide so
6、me reference for ethylene practitioners.Keywords:naphtha;ethylene;production process;steam cracking;deep cooling separation随着人们生活水平的提高,对各类化工产品的需求急剧增加。乙烯装置作为石油化工的龙头装置,其生产产品主要有乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等多种化工基础原料。其中乙烯作为生产各类化学品重要的基础原料,其需求也急剧增加,在经济发展的刺激下乙烯行业迎来了新的扩产高潮。乙烯装置发展多年工艺趋于成熟,目前主流的乙烯装置均采用深冷分离技术,其中根据组分切割顺序不
7、同可分为顺序流程、前脱乙烷流程和前脱丙烷流程。虽然乙烯技术近年来整体变化不大,但是乙烯的高速扩产,也给乙烯工艺带来了新的活力,随着新建乙烯装置原料轻质化,部分乙烯装置采用了低温急冷油工艺,急冷基金项目:广东省自然科学基金项目(2020A1515110729;2020A1515110552);广东省普通高校青年创新人才项目(2020KQNCX051);广东石油化工学院人才引进项目(2020rc009);广东省大学生创新创业项目(73321021;73321167;73321182;73321181);广东省社科规划项目(701-71013404045);广东省质量工程建设项目(701-23450
8、9;701-234504;701-71013170;701-71013413001;701-71013413034;701-71013411007);广东省高等教育教学研究和改革项目(701-71013413001);广东石油化工学院质量工程项目(701-71013307064;701-71013307042)。作者简介:肖仕辉(1999),男,四川广安人,本科在读,研究方向为石油化工。通信作者:王丽(1983),女,湖北洪湖人,博士,教授,主要从事石油化工方向研究工作。E-mail:。第 3 期191肖仕辉等:乙烯工业发展现状及分析系统运行更为稳定、随着绿电技术的发展,部分项目采用电动“三机
9、”使得三机操作更为简便,同时降低了全装置的碳排放。在乙烯高速扩产的今天,乙烯装置迸发出力新的生机。1 我国乙烯工业发展现状乙烯是重要的石油化工基础原料,乙烯的产量、规模和技术水平标志着一个国家石油化学工业的发展水平。我国的乙烯工业起源于 20 世纪 60 年代,1962 年我国的第一套乙烯装置在兰化公司建成投产,其产量仅为 5103 t/年1。经过近 60 年的发展,截至 2021 年我国乙烯产量已经达到 2 826 万 t/年,成为仅次于美国的第二大乙烯生产大国。由图 1 可知,近年来我国乙烯产量呈现稳步增长趋势,其中在 2021 年同比增长达到了 18.3%,为近年来最高值。虽然目前乙烯产
10、量巨大,但国内乙烯当量缺口仍然高达近 2 000 万 t/年,自给率在 50%左右2,每年需要进口大量聚乙烯、乙二醇等乙烯下游产品以满足国内消费需求3。预计未来几年我国乙烯产能将进一步扩大,到 2025 年我国乙烯产能将达到 5 000 万 t/年4。因此,在未来一段时间内乙烯仍然是国内最火热的石化项目之一,具有良好的发展前景。20162017201820192020202105001 0001 5002 0002 5003 000 产量 同比增长产量/(万t/年)年份02468101214161820 同比增长率/%图 1 20162021 年全国乙烯产量及增长情况目前世界范围内生产乙烯的主
11、要原料为石脑油,约占 64%,其次是乙烷、丙烷等轻烃,占比约为 31%(图 2a)。裂解原料轻质化是目前乙烯行业发展的普遍趋势,轻烃裂解工艺由于乙烯产率高、能耗低、单位投资低,近年来已经成为北美、中东等地区新建乙烯项目的首选。亚太地区由于缺乏乙烷资源,大多仍然采用石脑油裂解路线。由图 2(b)可知,我国乙烯生产的主要工艺路线为石脑油等混合油品蒸汽裂解,其次是甲醇制烯烃、煤制烯烃。目前国内炼油产能过剩,新建炼厂多为炼化一体化,油品更多用于生产三烯、三苯等化工产品,主要采用石脑油等混合油品蒸汽裂解工艺。此外,新建乙烯项目呈现大型化、集成化趋势,2018 年我国百万吨乙烯装置仅有 8 套5,截至 2
12、021 年我国百万吨乙烯装置已经达到了 15 套(表 1),新建项目乙烯大多在百万吨以上。我国蒸汽裂解装置平均规模高于世界平均水平,并且随着新增乙烯项目的增多,我国乙烯装置平均规模将进一步提高。我国能源结构为“贫油、少气、多煤”,因此煤化工路线制烯烃在我国仍然占据近 20%的产能。虽然煤制烯烃(CTO)、甲醇制烯烃(MTO)工艺存在能耗大、污染严重等问题,但却是我国重要的战略技术储备,且近年来相关工艺发展迅速,截至 2021 年我国 CTO、MTO 工艺乙烯产能达到了 762.4 万 t/年(表 2)。此外,随着美国等地区大量乙烷出口,国内也开始出现许多轻烃裂解生产乙烯的项目(表 3)5。目前
13、我国乙烯发展的整体仍以石脑油蒸汽裂解为主流工艺,但占比将逐渐下降,乙烷裂解项目、MTO、CTO 等工艺齐头并进,轻烃裂解项目由于能耗低、投资少、收率高等优点发展势头迅猛。轻烃31%石脑油64%其他2%甲醇/煤3%(a)全球轻烃9.11%石脑油73.07%CTO 9.91%MTO 7.91%(b)中国图 2 2021 年乙烯原料分布192生物化工2023 年2 乙烯主要生产工艺以乙烯为主的低碳烯烃是重要的化工原材料,其生产工艺主要有烃类蒸汽热裂解、MTO 工艺等。从原料路线来看,目前烯烃生产主要分为石油化工路线、煤化工路线,不同路线制取低碳烯烃工艺路线如图 3 所示。煤化工路线主要为煤气化后制合
14、成气,合成气生产甲醇中间体后结合 MTO 工艺生产以丙烯为主的三烯。石油化工路线主要使用炼厂分离出的石脑油进入蒸汽裂解装置生产三烯三苯为主的化工原料。随着国内炼油市场的饱和越来越多炼化企业开始往炼化一体化方向发展,更多的油品将进入乙烯装置用于生产化工基础原料,甚至已经出现用原油直接裂解生产低碳烯烃的工艺。2.1 烃类蒸汽热裂解工艺烃类蒸汽热裂解工艺是以轻烃或石脑油等液体油品为原料,采用管式裂解炉裂解生产低碳烯烃的工艺,由于要通入稀释蒸汽降低烃分压,也称为烃类蒸汽热裂解工艺。目前该工艺是世界范围内生产乙烯表 1 2021 年国内蒸汽裂解乙烯现有产能公司名称产能/(万 t/年)工艺路线公司名称产能
15、/(万 t/年)工艺路线浙江石化280蒸汽裂解吉林石化85蒸汽裂解中海壳牌195蒸汽裂解古雷石化80蒸汽裂解恒力石化150蒸汽裂解燕山石化80蒸汽裂解中沙天津150蒸汽裂解齐鲁石化80蒸汽裂解独山子石化140蒸汽裂解四川石化80蒸汽裂解大庆石化120蒸汽裂解中科炼化80蒸汽裂解天津石化120蒸汽裂解扬子巴斯夫75蒸汽裂解福建联合110蒸汽裂解上海石化70蒸汽裂解武汉石化110蒸汽裂解兰州石化70蒸汽裂解上海赛科109蒸汽裂解扬子石化65蒸汽裂解万花化学100蒸汽裂解沈阳石蜡50蒸汽裂解镇海炼化220蒸汽裂解北方华锦45蒸汽裂解茂名石化100蒸汽裂解广州石化20蒸汽裂解辽宁宝来100蒸汽裂解辽阳
16、石化20蒸汽裂解中化泉州100蒸汽裂解中原石化20蒸汽裂解抚顺石化94蒸汽裂解表 2 2021 年 CTO/MTO 乙烯产能公司名称产能/(万 t/年)工艺路线公司名称产能/(万 t/年)工艺路线中煤榆能60CTO中煤榆林30CTO宝丰能源60CTO神华榆林30CTO神华宁煤45CTO蒲城清洁能源30CTO延安能化45CTO神华新疆30CTO中安联合35CTO内蒙古久泰28CTO神化包头30CTO联鸿新科21MTO中天合创67MTO盐湖钾肥17MTO南京诚志37.4MTO富德常州16MTO兴兴新能源30MTO鲁西化工15MTO斯尔邦30MTO康尔泰化学12MTO中煤蒙大30MTO阳煤恒通12M
17、TO富德能源28MTO中原石化24MTO表 3 2021 年乙烷制乙烯产能公司名称产能/(万 t/年)工艺路线卫星化学125乙烷裂解兰州石化80乙烷裂解塔里木石化60乙烷裂解泰兴新浦65乙烷裂解宁波华泰60乙烷裂解第 3 期193肖仕辉等:乙烯工业发展现状及分析的主流工艺。据统计,超过 95%的乙烯由管式裂解炉生产。如图 4 所示,烃类预热气化后进入裂解炉发生裂解反应后经过废热锅炉迅速降温至 370 500,进入急冷器注入急冷油后进入油洗塔进一步回收余热,油洗塔顶分离出较轻裂解气进入水洗塔进一步降温,冷却至约 40 后进入压缩碱洗单元,最后送入深冷系统分离出低碳烯烃产品6。由于原料不同裂解采取
18、的工艺有所区别,其中采用轻烃裂解具有显著优势。轻烃裂解产物中重组分含量较少,裂解气露点温度较低,可以直接采用两级甚至三级废热锅炉回收裂解气中的能量,因此工艺流程相对简单,单位投资、能耗均优于石脑油、常压柴油等液体油品裂解工艺。对比不同原料的蒸汽裂解装置能耗以及固定投资可知,乙烷裂解项目生产能耗及投资都远低于其他原料裂解工艺,因此乙烷裂解项目在生产中具有显著优势。详见表 4。表 4 年产 50 万 t 的不同乙烯裂解项目投资成本及能耗项目投资/(106美元)相对投资相对能耗乙烷413.574.6100丙烷508.591.8144丁烷516.293.2150轻石脑油554.1100.0153轻柴油
19、644.4116.3172减压柴油668.1120.62042.2 CTO/MTO 工艺CTO/MTO工艺通常为煤化工路线的烯烃生产工艺,煤气化后生产合成气,合成气进一步生产甲醇,甲醇通过 MTO 工艺便可以生产乙烯、丙烯等低碳烯烃。但相关煤化工工艺存在能耗大、流程复杂等问题,市场竞争力低。由于我国对外石油进口依存度较高,存在能源安全风险,结合我国煤资源丰富的特点,CTO/MTO 仍是我国重要的战略技术储备,相关工艺在国内得到了许多科研院所、企业的高度重视,且已实现了国产化7。甲醇闪点较低不适合远距离输送,因此 MTO 工艺上游采用煤制甲醇工艺生产原料甲醇8,采用煤与水制成浓度为 62%的水煤
20、浆,与空分装置分离出的氧气在 6.5 MPaG、1 620 K 条件下于气化炉中发生部分氧化反应生产粗合成气,合成气经过洗涤变换后得到适合甲醇合成的 CO/H2比例(体积比)。经耐硫变换后的粗煤气通过低温甲醇洗涤脱除含硫化合物后进入甲醇合成反应器反应生成甲醇。甲醇经过 MTO工艺可以生产以丙烯为主的低碳烯烃。目前我国工业应用较多的是中国科学院大连化学物理研究所开发的 DMTO 工艺以及 UOP/Hydro 公司MTO 工艺。MTO 工艺由于存在强放热催化剂易结焦等问题,通常采用流化床在较小孔径、水热稳定性及热煤/生物质油田气/天然气原油甲醇MTO 工艺烃类蒸汽热裂解丙烷脱氢催化裂化乙烯丙烯丁烯
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