蒸汽裂解脫丁烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)開題報(bào)告.doc

1. 乙烯生產(chǎn)的意義乙烯是石油化工最基礎(chǔ)原料，是生產(chǎn)各種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)。由于乙烯裝置是石油化工生產(chǎn)的有機(jī)原料的基礎(chǔ)，是石油化工產(chǎn)業(yè)的核心，乙烯產(chǎn)品占石化產(chǎn)品的75%以上，所以在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，是石油化學(xué)工業(yè)的龍頭。因此它的生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)量和技術(shù)標(biāo)志著一個(gè)國家的石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展水平。世界上已將乙烯產(chǎn)量作為衡量一個(gè)國家石油化工發(fā)展水平重要標(biāo)志之一1。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，低級(jí)烯烴的需求呈逐年增加的的趨勢(shì)。面對(duì)新的形勢(shì)，乙烯生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該依靠技術(shù)創(chuàng)新，努力提高裝置技術(shù)水平，以增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力。生產(chǎn)的乙烯有很多用途，在工業(yè)領(lǐng)域上，乙烯是重要的有機(jī)化工基本原料，主要用于生產(chǎn)聚乙烯、乙丙橡膠、聚氯乙烯等；在有機(jī)合成方面，它廣泛用于合成乙醇、環(huán)氧乙烷及乙二醇、乙醛、乙酸、丙醛、丙酸及其衍生物等多種基本有機(jī)合成原料；乙烯能發(fā)生鹵化反應(yīng)，經(jīng)齊聚可制-烯烴；乙烯還用作石化企業(yè)分析儀器的標(biāo)準(zhǔn)氣，臍橙、蜜桔、香蕉等水果的環(huán)保催熟氣體等。在生態(tài)領(lǐng)域上，乙烯能抑制莖的伸長生長、促進(jìn)莖和根的增粗、促進(jìn)莖的橫向增長。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上，乙烯是一種植物內(nèi)源激素，其生理功能主要是促進(jìn)果實(shí)、細(xì)胞擴(kuò)大，籽粒成熟，促進(jìn)葉、花、果脫落，也有誘導(dǎo)花芽分化、打破休眠、促進(jìn)發(fā)芽、抑制開花、器官脫落，矮化植株及促進(jìn)不定根生成等作用。2. 乙烯的性質(zhì)通常情況下，乙烯是一種無色稍有氣味的氣體，分子式為C2H4，相對(duì)分子質(zhì)量28.05，熔點(diǎn)-169.15，沸點(diǎn)-103.71，難溶于水，易溶于四氯化碳等有機(jī)溶劑，是最簡單的烯烴。乙烯丙烯等小分子烯烴具有雙鍵，化學(xué)性質(zhì)活潑，能與許多物質(zhì)發(fā)生氧化、鹵化、烷基化、水合等反應(yīng)，生成一系列有重要工業(yè)價(jià)值的產(chǎn)物，是基本有機(jī)化學(xué)工業(yè)和高分子聚合物重要的材料，用途非常廣泛。3. 生產(chǎn)乙烯的原料目前世界上乙烯生產(chǎn)的原料有乙烷、丙烷、丁烷、石腦油、天然氣、柴油、凝析油等各類原料。但在實(shí)際中，因各國資源擁有量存在一定的差異性，使得所有區(qū)域中的原料構(gòu)成存在不同，有著明顯的地域性特征。2009年全球蒸汽裂解裝置所用的原料，石腦油約占50%，乙烷約占30%，其它原料（丙烷、丁烷和常壓瓦斯油等）約占20%。歐洲和亞洲國家所用的原料主要是石腦油，西歐國家所用的原料中石腦油約占72%，中歐和中國所用的石腦油約占80%。美國乙烷用量約為56%，丙烷約為18%，丁烷約為3%，石腦油和常壓瓦斯油約為3%。天然氣是一種清潔能源，是制取乙烯中最為理想的一種原料，一些天然氣資源豐富的國家常把價(jià)格低廉的天然氣內(nèi)的乙烷、丙烷作為裂解裝置制乙烯的原料，有效實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的裂解制乙烯過程。我國烯烴生產(chǎn)原料主要以石腦油和天然氣為主，另外還使用一些加氫尾油、輕柴油等,乙烷、輕烴等輕質(zhì)原料所占比例較低。近年來，MTO/MTP、DCC和丙烷脫氫（PDH）技術(shù)的成熟擴(kuò)大了我國烯烴原料的來源，且今后將在烯烴生產(chǎn)中占據(jù)越來越大的比例。4. 乙烯的生產(chǎn)方法和分離方法4.1乙烯的生產(chǎn)方法4.1.1烴類熱裂解乙烯和丙烯是最重要的石油化工原料之一，蒸汽裂解技術(shù)問世60多年來一直是生產(chǎn)乙烯和聯(lián)產(chǎn)丙烯的主要技術(shù)。蒸汽熱裂解是將烴類原料（如乙烷、丙烷、天然氣、煉廠氣、石腦油、輕油、柴油、重油等）在管式裂解爐內(nèi)經(jīng)高溫（750以上）低壓（無催化作用），使烴類分子發(fā)生碳鏈斷裂或脫氫反應(yīng)，生成相對(duì)分子質(zhì)量較小的烯烴、烷烴和其他分子質(zhì)量不同的輕烴和重質(zhì)烴類的反應(yīng)。主要產(chǎn)物是乙烯，副產(chǎn)丙烯。使用不同原料裂解的乙烯收率不同，總體來說,原料越輕，則乙烯收率越高。如今蒸汽裂解裝置的丙烯/乙烯產(chǎn)出比遠(yuǎn)低于丙烯/乙烯需求比，不能再滿足需求，這幾年經(jīng)過多次改造后雖然產(chǎn)能增大，但是綜合能耗較高，且實(shí)際運(yùn)行過程中存在諸多不合理之處，影響了裝置的安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行。多年來許多國家的石化工作者都在想方設(shè)法開發(fā)新技術(shù)，提高丙烯收率，直至2010 年才有所進(jìn)展，其中最重要并有望在工業(yè)上推廣應(yīng)用的就是石腦油催化裂解技術(shù)。4.1.2催化裂解催化裂解是在催化劑存在的條件下,對(duì)石油烴類進(jìn)行高溫裂解來生產(chǎn)乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烴的過程。該過程既發(fā)生催化裂化反應(yīng)，也發(fā)生熱裂化反應(yīng)，是碳正離子和自由基兩種反應(yīng)機(jī)理共同作用的結(jié)果，但是具體的裂解反應(yīng)機(jī)理隨催化劑的不同和裂解工藝的不同而有所差別。由于催化劑的存在，催化裂解可以降低反應(yīng)溫度，增加低碳烯烴產(chǎn)率和輕質(zhì)芳香烴產(chǎn)率，提高裂解產(chǎn)品分布的靈活性。近些年來，很多國家都投入大量人力、物力、財(cái)力潛心研究這項(xiàng)技術(shù)，在2010年有了突破。我國該工藝是由中國石化石油化工科學(xué)研究，以重質(zhì)油為原料，使用固體酸擇形分子篩催化劑，在較緩和的反應(yīng)條件下進(jìn)行裂解反應(yīng)，生產(chǎn)低碳烯烴或異構(gòu)烯烴和高辛烷值汽油。該工藝借鑒流化催化裂化技術(shù)，采用催化劑的流化、連續(xù)反應(yīng)和再生技術(shù)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。催化裂解和蒸汽熱裂解有相似的地方也有不同，如在反應(yīng)流出物中有一些微量雜質(zhì)如氮氧化物氧和其它雜質(zhì)，都必須脫除。這些技術(shù)問題在催化裂解的工藝流程中都已經(jīng)解決，而熱裂解中卻不能。相對(duì)于熱裂解，催化裂解的優(yōu)點(diǎn)是丙烯/乙烯產(chǎn)出比提高了，裂解汽油中芳烴含量提高20%25%，而且每噸乙烯的生產(chǎn)成本約可減少90美元，規(guī)模經(jīng)濟(jì)性好。4.1.3煤制烯烴煤制烯烴以煤為原料，經(jīng)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體產(chǎn)品或半產(chǎn)品，而后進(jìn)一步加工成化工、能源產(chǎn)品的過程。自1976年美國UOP公司科研小組首次發(fā)現(xiàn)甲醇可以轉(zhuǎn)化烴類以來，國際一些著名的公司相繼開展研究工作。中國是一個(gè)“富煤、貧油、少氣”的國家，中國石油和乙烯的對(duì)外依存度分別超過和接近50%。2012年，我國石油對(duì)外依存度已達(dá)到56.4%。根據(jù)我國能源資源特點(diǎn)，發(fā)展現(xiàn)代煤化工，部分替代石油原料，可以減少石油消耗，利于降低我國石油對(duì)外依存度。但是煤制烯烴也存在較多的制約因素，如投資大，融資難度大，原材料及能耗大，水耗高，污染重，三廢綜合利用和環(huán)境治理要求嚴(yán)等等，這些都制約了煤化工的發(fā)展。所以在開展煤制烯烴技術(shù)的同時(shí)要注意優(yōu)化采購提高對(duì)低碳烯烴的選擇性，要結(jié)合甲醇反應(yīng)的特點(diǎn)，優(yōu)化選擇烯烴分離工藝，降低裝置的能耗及投資。4.1.4乙醇脫水乙醇脫水是在酸性催化劑的作用下進(jìn)行的，常用的催化劑是活性氧化鋁，在不同溫度下的主要產(chǎn)物是乙烯和乙醚。該技術(shù)在工業(yè)裝置上獲取乙烯是在20世紀(jì)20年代之后，是一個(gè)非均相的表面催化過程。一般溫度高時(shí)，乙烯的收率高，溫度較低時(shí)，乙醚的收率高。但反應(yīng)溫度高于420以上，溫度對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響就不明顯了。目前，乙醇脫水制乙烯裝置都采用氣相催化脫水，原料乙醇經(jīng)預(yù)熱汽化在氣相狀態(tài)下進(jìn)入反應(yīng)器。生產(chǎn)裝置以固定床反應(yīng)器工藝為主，乙醇脫水應(yīng)用的固定床反應(yīng)器有等溫列管式和絕熱式兩類，國內(nèi)現(xiàn)有的乙醇脫水裝置多采用列管反應(yīng)器。乙醇法制取的乙烯純度高，產(chǎn)物單純，同石油法制乙烯相比，可減少分離提純費(fèi)用，且乙醇法乙烯裝置投資小，建設(shè)周期短，收益快，因此在高油價(jià)時(shí)代生物法制乙烯技術(shù)可與現(xiàn)有的烴類裂解制乙烯路線進(jìn)行競爭。4.2乙烯的分離方法4.2.1深冷分離深冷分離是將裂解氣冷卻到-100以下，此時(shí)裂解氣中除了H2、C2H4以外的其組分全部被冷凝下來，然后利用各種烴的揮發(fā)度不同，在不同的精餾塔內(nèi)進(jìn)行多組分精餾分離，將各種烴逐個(gè)分離出來。深冷分離所得烯烴純度、收率高，是裂解氣分離的常用方法。深冷分離流程主要有三大代表性流程：順序分離流程、前脫乙烷流程和前脫丙烷流程。目前，國內(nèi)外大型裂解氣分離裝置廣泛采用深冷分離。4.2.2油吸收精餾分離法利用C3、C4作為吸收劑，將裂解氣中除了H2、C2H4以外的全部組分吸收下來，然后根據(jù)各組分相對(duì)揮發(fā)度不同，再將各個(gè)組分分開。此法得到的裂解氣中烯烴純度低，操作費(fèi)用高，一般適用于小規(guī)模，操作溫度高（-70左右），可節(jié)省大量的耐低溫鋼材和冷量。4.2.3膜分離法膜分離法是根據(jù)不同氣體分子在膜中的溶解擴(kuò)散性能不同實(shí)現(xiàn)分離任務(wù)的。有機(jī)蒸汽膜分離技術(shù)是在20世紀(jì)90年代興起的新型分離技術(shù)，用于分離和回收碳?xì)浠衔铩榱吮ＷC較高的乙烯回收率，對(duì)膜分離單元采用50以上分率切割操作方式，多步串聯(lián)，乙烯回收率可達(dá)95以上，甚至99。4.2.4吸附分離法吸附分離法是利用吸附劑對(duì)不同氣體的選擇性吸附性能達(dá)到分離目的的，吸附分離法投資小，工藝簡單，適應(yīng)性廣，是一種較有發(fā)展的分離方法。5.乙烯生產(chǎn)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和前景5.1乙烯在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景5.1.1乙烯在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀近年來，我國乙烯工業(yè)發(fā)展迅猛，2010-2013年產(chǎn)能分別為1494.9萬噸/年、1508.9萬噸/年、1648.9萬噸/年和1728.9萬噸/年。乙烯裝置平均規(guī)模也擴(kuò)大很多，成為僅次于美國的世界第二大乙烯生產(chǎn)國。近年來，我國煤化工產(chǎn)業(yè)也發(fā)展迅速，取得了較快發(fā)展，成為乙烯工業(yè)新亮點(diǎn)。國內(nèi)已建成投產(chǎn)煤經(jīng)甲醇制烯烴裝置多套，包括神華包頭項(xiàng)目，產(chǎn)乙烯和丙烯各30萬噸/年；神華寧煤項(xiàng)目，產(chǎn)丙烯52萬噸/年；大唐多倫項(xiàng)目，年產(chǎn)丙烯46萬噸/年。中石化中原乙烯產(chǎn)烯烴20萬噸/年；寧波禾元化學(xué)產(chǎn)烯烴60萬噸/年。在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷加大科技投入，強(qiáng)化科技創(chuàng)新，目前，我國乙烯行業(yè)自主創(chuàng)新能力得到進(jìn)一步增強(qiáng)，具有了一批自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，但是在肯定成績的同時(shí)我國乙烯工業(yè)仍面臨著巨大挑。2012年以來，美國經(jīng)濟(jì)增長緩慢，歐債危機(jī)不斷惡化，日本經(jīng)濟(jì)持續(xù)停滯，新興經(jīng)濟(jì)增速下滑，世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇乏力，國際油價(jià)不穩(wěn)定，市場需求疲憊，世界石化產(chǎn)業(yè)格局正在發(fā)生重大的變化，加之國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速放緩，使我國石化產(chǎn)業(yè)面臨前所未有的嚴(yán)峻考驗(yàn)。我國乙烯裝置普遍規(guī)模較小，其平均能耗、物耗也相應(yīng)較高。近年來，我國雖已建設(shè)了一批大型煉油和百萬噸級(jí)乙烯等石化項(xiàng)目，但產(chǎn)業(yè)集中度仍然較低，高端石化產(chǎn)品比例較低，尚未形成具有競爭力的完整產(chǎn)品鏈。煉化工業(yè)資源利用率較低，能耗物耗較高，“三廢”排放量較大；自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，體制機(jī)制有待完善等。這些問題都有待我國在今后的發(fā)展中不斷完善和改進(jìn)。5.1.2乙烯在國內(nèi)的發(fā)展前景我國烯烴生產(chǎn)原料長期以來都是以石腦油為主，近年來，石油化工市場持續(xù)低迷，原料價(jià)格居高不下，傳統(tǒng)石腦油制烯烴路線受到多重?cái)D壓，而我國乙烯工業(yè)的發(fā)展對(duì)原油需求又巨大，因此，優(yōu)化裂解原料是降低生產(chǎn)成本、提高乙烯市場競爭力的關(guān)鍵，同時(shí)達(dá)到降低我國對(duì)外的依存度。通過近年來的努力，生產(chǎn)技術(shù)管理水平有了很大提高，在物耗能耗裝置運(yùn)行穩(wěn)定性等多方面取得較大進(jìn)步，隨著大慶石化、撫順石化、武漢石化、彭州石化、上海石化、揚(yáng)子石化和中?；葜莸纫慌笮鸵蚁╉?xiàng)目的建成投產(chǎn)，預(yù)計(jì)2015年末中國乙烯產(chǎn)能將達(dá)24000千噸/年以上，因此我國乙烯裝置的投產(chǎn)與國外乙烯裝置的競爭能力將不斷增強(qiáng)。原料選擇上，我國仍以石腦油為主，但是乙烯原料將進(jìn)一步向輕質(zhì)化、多樣化發(fā)展。在生產(chǎn)路線上，MTO將成為中國乙烯工業(yè)的有效補(bǔ)充，同時(shí)也對(duì)傳統(tǒng)乙烯路線產(chǎn)生較大的競爭壓力。在消費(fèi)水平上來看，由于乙烯下游產(chǎn)品需求增速均明顯放緩，未來國內(nèi)乙烯當(dāng)量需求增速也將大幅下降，預(yù)計(jì)到2015年中國乙烯當(dāng)量需求將達(dá)到3800萬噸。未來我國乙烯工業(yè)將更加注重科學(xué)發(fā)展，更加突出發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，更加推進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，以促進(jìn)我國由乙烯生產(chǎn)大國向乙烯生產(chǎn)強(qiáng)國的歷史性轉(zhuǎn)變。5.2乙烯在國外的發(fā)展現(xiàn)狀和前景5.2.1乙烯在國外的發(fā)展現(xiàn)狀石化工業(yè)是一個(gè)強(qiáng)周期行業(yè)。上一輪景氣階段始于2004年，經(jīng)過了4年，世界石化工業(yè)于2007年下半年開始步入周期下降通道，到2013年，世界石化工業(yè)維持著穩(wěn)定的調(diào)整步伐，2014年,世界經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)緩慢復(fù)蘇的跡象，世界石化產(chǎn)業(yè)也逐漸走出低迷時(shí)期。據(jù)IHS計(jì)算，2013年世界乙烯裝置的平均開工率為85.8%，略好于上年。2014年世界乙烯凈增產(chǎn)能489萬噸/年，同時(shí)部分落后產(chǎn)能將被關(guān)閉，總能力達(dá)到約15844萬噸/年，產(chǎn)量為13896萬噸，同比分別增長3.2%和5.5%。近年來，隨著中東國家憑借其廉價(jià)資源優(yōu)勢(shì)積極發(fā)展石化業(yè)以及以中國、印度等為代表的發(fā)展中國家石化工業(yè)的崛起，全球乙烯工業(yè)世紀(jì)之初格局以北美為主，亞太其次，西歐隨后，目前以亞太為主，北美次之，中東、西歐隨后，全球石化產(chǎn)業(yè)重心正逐步轉(zhuǎn)向中東和北美地區(qū)轉(zhuǎn)變。與此同時(shí)，美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，受益于頁巖氣生產(chǎn)的突破，美國天然氣和乙烷價(jià)格保持低位，大幅提升了美國乙烯工業(yè)的競爭優(yōu)勢(shì)，目前，美國幾乎所有的乙烯裝置也都切換到最大限度利用乙烷原料的狀態(tài)，成為世界上乙烯產(chǎn)能第一的國家。中東地區(qū)以廉價(jià)天然氣資源優(yōu)勢(shì)支持石化工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，已超越歐洲成為世界第三大乙烯生產(chǎn)區(qū)。5.2.2乙烯在國外的發(fā)展趨勢(shì)近年來，世界乙烯裂解裝置的原料發(fā)生了較大變化，繼2011年以乙烷等輕烴為原料的占比首次超過石腦油后，該比例一直處于上升趨勢(shì)，2013年乙烷原料的比例進(jìn)一步提高至52.2%。預(yù)計(jì)到2022年，裂解原料進(jìn)一步向輕質(zhì)化和多元化方向發(fā)展。當(dāng)前原料成本優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為了新建乙烯裝置的核心因素，近幾年來，由于國際油價(jià)持續(xù)上漲，石腦油作為乙烯原料的競爭能力明顯下降，全球乙烯新增能力以乙烷和輕烴為原料的比例將會(huì)大幅度明顯上升，未來中東地區(qū)新建乙烯裝置會(huì)把乙烷當(dāng)做主要裂解料。同時(shí)，中東地區(qū)在大力發(fā)展乙烯產(chǎn)品鏈的同時(shí), 也將提高丙烯產(chǎn)能, 加強(qiáng)該地區(qū)在丙烯產(chǎn)品鏈中的競爭實(shí)力。亞太地區(qū)隨著印度及印尼、越南等國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，這些地區(qū)將成為亞太石化產(chǎn)品需求快速增長的新地區(qū)。預(yù)計(jì)到2020年亞太地區(qū)的乙烯產(chǎn)能將達(dá)到7320萬噸/年，約占世界的36.2%。2014年，世界石化產(chǎn)品的需求明顯改善，裝置負(fù)荷繼續(xù)提升，世界各個(gè)國家的開工率將明顯上升。美國以乙烷為原料的乙烯生產(chǎn)能力繼續(xù)增長，世界乙烯下游產(chǎn)品需求繼續(xù)增長，但產(chǎn)能增長更快，裝置負(fù)荷略有下降。6.乙烯生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影及應(yīng)對(duì)措施 當(dāng)前，世界各國在經(jīng)歷氣候變化壓力，國際金融危機(jī)的嚴(yán)峻考驗(yàn)之后，都在對(duì)自身的經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行戰(zhàn)略謀劃，發(fā)展綠色、智能、環(huán)保、低碳、和利用可持續(xù)的新能源戰(zhàn)略。能源利用將進(jìn)一步向高效、節(jié)能、清潔、低碳方向發(fā)展。蒸汽熱裂解裝置主要產(chǎn)生的污染物有二氧化硫、氮氧化物、煙塵、廢水、廢催化劑等固體廢物，生產(chǎn)過程中有些設(shè)備發(fā)出的噪聲也是重要的污染源，損壞人民健康。根據(jù)這一情況，國家開始實(shí)施了一系列措施，以技術(shù)進(jìn)步、結(jié)構(gòu)調(diào)整、強(qiáng)化管理、信息化推行清潔生產(chǎn)，促進(jìn)低碳生產(chǎn)。各大公司也都積極響應(yīng)國家采取的措施，努力做到減少對(duì)環(huán)境的污染。在清潔生產(chǎn)方面，各石化企業(yè)狠抓源頭管理和“三廢”綜合治理，最大限度減少污染物排放；在減排方面，越來越多的企業(yè)已將污水排放全部通過各種加工處理，最后回到循環(huán)水利用中來，已實(shí)現(xiàn)零排放；在二氧化碳減排方面，各大公司通過優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、采取CDM項(xiàng)目等措施，進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w回收等。未來，我國將更加注重節(jié)能減排、綠色低碳的生產(chǎn)方針，堅(jiān)持“大型化、基地化、一體化、園區(qū)化、集約化”的發(fā)展模式，堅(jiān)持走科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮的新型工業(yè)化道路。 參考文獻(xiàn)1張勝軍. 我國烯烴工業(yè)競爭環(huán)境分析J. 當(dāng)代石油化工，2013年08期.2Zimmermann H. 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