【石化技术025】乙烯原料及工艺路线选择

石化工程师 2019-01-15 16:14:00

乙烯原料与工艺选择

对于不同区域,乙烯原料的选择也不同,常见的有乙烷、丙烷和石脑油。在美国、中东和北非地区,乙烷和丙烷是最普遍的乙烯生产原料,生产工艺采用蒸汽裂解发。在亚洲,石脑油是最常见的乙烯原料,主要生产工艺采用石脑油裂解法。采用不同原料建厂,投资差别很大。以乙烷、丙烷作为原料,烯烃收率高,副产品少,工艺简单,投资较少。以石脑油作为原料,装置炉区大,副产品数量多,分离困难。如果原料含硫、含芳烃较高,容易结焦和腐蚀,还需要采取预处理和附加清焦处理措施。

中国的重油裂解制烯烃技术

国内轻油资源相对匮乏,原油中重组分比例大,因此也比较重视开发重质油作为原料,比较典型的是CPP技术。这一技术从DCC衍生出来,DCC以减压馏分油或掺炼渣油为原料,以最大量生产丙烯为主的气体烯烃为特征,其专用的催化剂具有高基质活性,高择形二次裂化能力和低氢转移活性。在较苛刻操作条件下进行裂化反应,通常在较高的反应温度(545~560℃)、较低空速(4h-1)、大剂油比(10~12)、较多蒸汽(进料的25%)、较低压力下进行深度的催化转化,以达到多产丙烯的目的。在DCC基础上又开发了CPP,但有时候这两个技术的概念也很模糊,有装置用于生产乙烯丙烯的技术也叫做DCCCPP工艺以重油(可掺入一定数量的碱渣)或蜡油为原料,适宜加工氢含量较高的石蜡基油,采用专门研制的具有正碳离子反应与自由基热反应双功能的酸性沸石催化剂,应用流化催化裂化技术,在反应系统中通过催化裂化、高温热裂解、择形催化、烯烃共聚、歧化和芳构化的综合反应途径,实现最大量生产乙烯和丙烯的目的。适宜的反应温度为580~640℃之间,反应压力较低,停留时间较短,剂油比较大(在15~25之间),乙烯产率可达10~14%,丙烯产率可达19~21%


美国的轻油裂解制烯烃技术

同样是催化裂解制烯烃,美国专利商比较倾向于采用轻油作为原料。比如KBR最大丙烯产率的MAXOFIN工艺,设置第二提升管,自产C4和轻石脑油二次裂解以增产丙烯。UOP的轻烯烃催化裂化技术LOCC工艺、Lummus的选择性组分裂化SCC工艺也都采用C4和自产轻石脑油回炼的组合工艺。目前专利商的轻油催化裂解技术多用于在增产丙烯,KBR在这个基础上更近了一步,相继开发了Superflex技术、ACO技术,现在力推催化烯烃技术K-COT™技术。笔者观察这三个技术大同小异,其中Superflex有成功运行的商业装置,ACO在韩国有中试装置,K-COT是最近这两年冒出来的,可能就是换一种姿势继续推广。装置的核心都一样,由KBROrthoflow™流化催化裂解反应器系统与专有催化剂相结合而来。K-COT反应器系统由Orthoflow配置、封闭式旋风分离器、第三级分离器、连续燃料燃烧专利催化剂井,以及专利催化剂脱除系统组成。

在美国,发展轻油裂解制烯烃效益并不好。美国有丰富的湿性天然气资源,富含轻质烷烃,同时又有丰富的页岩气,一般以轻质烃类作为生产乙烯的原料。不需要用很复杂的工艺就能得到相对价友的烯烃产品。所以美国专利商跑到中国、东南亚推广烯烃技术。

煤制烯烃技术

中国的石油资源紧缺,需要大量海外进口。乙烯原料的多元化不仅仅从重质油入手,也积极发展煤/甲醇制烯烃技术(CTO/MTO)。由于我国煤炭资源丰富,这几年乙烯产能的增加多源于CTO/MTO技术的大力推广。煤制烯烃/甲醇制烯烃技术在中国能推广是有国情的。一般来说,煤制烯烃装置要是建在产地,原料价格低但远离消费市场。如果建在消费市场,原料费用高,流程也很长。任何技术凭的是相对优势,这个优势除了在中国之外,恐怕也很难找到。CTO/MTO有三个核心技术:煤气化技术、甲醇合成技术和甲醇制烯烃技术。煤气化是个热化学过程,以煤为原料,以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸汽等做气化剂,在高温条件下通过化学反应将煤中的可燃成分转化成一氧化碳、二氧化碳和氢气等气体产品。甲醇合成的主要反应为一氧化碳与氢气反应生成甲醇,在CO2存在时,也发生二氧化碳和氢气合成甲醇反应。目前普遍采用低温合成甲醇工艺技术,主要为ICI工艺和鲁奇工艺。甲醇制烯烃技术是最核心的一个技术,MobilBASFExxonUOP这几大公司都在研发,应用最广泛的无疑是大连化物所技术。这叫什么呢?其实与中国互联网出现BAT巨头的道理是一样的,中国有巨大的市场,同时还有一个亲爹。

  乙烯裂解原料比较

石脑油裂解的一般规律:直馏石蜡基石脑油裂解时乙烯收率最高,异构烷烃裂解时,乙烯收率较低,甲烷收率较高。芳烃含量高的石脑油不宜作为乙烯生产原料,一般要求芳烃含量不大于10%

当裂解原料氢含量低于13%时,可能达到的乙烯收率将低于20%,通常裂解深度以裂解液体产品的氢含量不低于8%为限。一般要求石脑油中烷烃含量至少在65%。一般规律是干点越高,芳烃含量越高,烷烃含量下降,乙烯收率减少,因此轻质石脑油的乙烯收率和经济效益都比较好。

石脑油的用途很广泛,分别利用更能达到效益最大化。目前有三种方法用于石脑油制乙烯的原料优化:1)吸附分离技术(UOP-MaxEne),采用吸附分离,通过5A分子筛将轻质直馏汽油中分离出正、异构组分。2)切割轻馏分石脑油。3)采用芳烃抽提技术。这三种方法都是“宜芳则芳、宜烯则烯”思路的一种体现。



仲程,毕业于华东理工大学,从事炼油工艺设计。


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