目前裂解乙烯的技术路线主要是:采用管式炉蒸汽裂解技术进行裂解;采用顺序分离流程、前脱乙烷前加氢流程和前脱丙烷前加氢流程进行分离。
世界上著名的乙烯专利技术公司有Lummus公司、S&W公司、KBR公司、Linde公司、TPL/KTI公司等,各公司的技术都是成熟可靠的技术,都有世界规模的乙烯装置在运行,但在技术的细节上还有差别。
Lummus公司的分离流程是顺序分离;Linde公司的分离流程是前脱乙烷前加氢分离;德西尼布集团的TPL公司是用渐近分离流程;S&W公司、KB公司和国内ST技术都是前脱丙烷前加氢分离流程。
LUMMUS公司
Lummus公司的乙烯生产技术在乙烯工业中占有重要的地位,它的烯烃装置设计经验很长已有50多年。目前,在世界上共有近200套乙烯装置采用Lummus公司的生产技术,总的生产能力超过4000万t,大约占世界上乙烯总生产能力的30%。
在我国,20世纪70年代初期和后期引进的燕山、扬子、齐鲁和上海四套30万t/a乙烯装置,90年代初开车的盘锦和抚顺乙烯装置,90年代中期开车的新疆、天津、中原中型乙烯装置,2000年前后对燕山、扬子、齐鲁乙烯装置的两轮改扩建,2010年左右赛科、福建合资项目和天津、镇海两套百万吨级大乙烯,卫星石化规划的250万吨乙烷裂解项目均采用Lummus公司技术。其流程主要特点如下:
(1) 采用SRT系列裂解炉,热效率高,对原料适应性强,既适用于轻质原料,也适用于重质原料,乙烯收率高。
(2) 急冷区设有盘油循环和减粘系统,能有效降低汽油分馏塔塔釜急冷油的粘度,提高釜温。
(3) 分离流程采用顺序分离,低压脱甲烷。
(4) 采用二元和三元混合制冷技术,三元制冷可减少设备数量和投资。
(5) 采用催化精馏新技术对丙炔/丙二烯加氢。
(6) 低压丙烯精馏塔和丙烯机形成热泵。
S&W公司
S&W公司是著名的乙烯专利商之一,在世界范围内有130多套乙烯装置采用了S&W技术,其生产能力占世界上乙烯总生产能力的30%。自1990年以来,世界上新增生产能力的40%采用了S&W技术。在加拿大Novachem,S&W公司建造了生产能力最大的以乙烷为原料的乙烯装置(127万t/a)。在我国大庆、茂名1#和广州乙烯,扬巴和中海壳牌两套合资乙烯,广州乙烯改造和上海2#乙烯的第二轮改造,以及中石油抚顺和四川两套大乙烯,Sasol美国150万吨乙烷裂解制乙烯工厂、美国CPchem150万吨乙烯厂,沙特拉比格120万吨乙烷裂解制乙烯工厂等都采用S&W的技术。其流程主要特点如下:
(1) USC(超选择性)裂解炉:高热效率93%~94%;既适用于轻质原料,又适用于重质原料;高烯烃收率;炉管寿命长。
(2) SLE(选择线性换热器)急冷锅炉:最小体积;短停留时间;非常低的结焦,不需离线清焦。
(3) 用乙烷炉裂解气汽提调节急冷油粘度,解决了急冷油粘度控制的难题。
(4) HRS(热集成精馏系统):热集成与组分精馏组合;采用热泵技术以降低能耗;降低了冷剂的耗量;采用双塔前脱丙烷前加氢和双塔高压脱甲烷;投资降低,增强了与其它流程的竞争力。
KBR公司
KBR是Kellogg和B&R合并组成的。原Kellogg公司乙烯技术的特点是采用毫秒裂解炉和顺序分离流程;B&R的分离技术是对气体裂解原料采用前脱乙烷前加氢技术,对液体裂解原料采用前脱丙烷前加氢技术。在大庆第一轮乙烯改扩建中增加的18万t/a新线,即采用了原B&R公司提供的前脱丙烷前加氢流程,目前操作状态良好。KBR公司成立以后,把Kellogg、B&R和EXXON三家的技术揉合在一起,形成一个新的“SCORE”技术。兰州第二轮乙烯改造中所并联的45万t/a乙烯新线,使用的是这一技术。近年,BP与Ineos在美国Chocolate Bayou的合资烯烃厂采用5台SCORE20万吨乙烷/丙烷/石脑油复合裂解炉,Sabic公司Kayan项目采用9台SCORE裂解炉。KBR乙烯技术的特点如下:
(1) 裂解技术:原料适应性广,可用乙烷-VGO等各种原料;单程炉管,停留时间短,收率高;可以分区裂解不同原料;可以在线清焦,延长运转在线率。
(2) 急冷油系统有粘度控制措施。
(3) 分离技术:前脱乙烷前加氢流程(气体原料);前脱丙烷前加氢流程(液体原料);脱乙烷塔可以生产30%产量的乙烯;乙烯塔和乙烯机组成热泵系统;丙烯塔和丙烯机组成热泵。
Linde公司
Linde公司是著名的乙烯工业公司,在深冷和空气分离方面有特长。在乙烯生产技术方面:世界上第一套用深冷分离法生产乙烯的工厂是Linde公司于1931年建成的;第一套大型的生产乙烯的工厂是Linde公司采用热裂解、裂解气净化及低温气体分离等技术在1965年建成的。目前,Linde公司在世界范围内建有300多台裂解炉,15个国家的30余套大型生产乙烯的工厂采用Linde公司的技术,约占世界现有装置总生产能力的20%。在我国Linde公司于1984年在上海石化建造了一台4万t/a的裂解炉。1996年9月建成投产的吉化30万t/a乙烯装置及其后来的70万t/a改扩建,还有最近完工的新疆独山子100万t/a乙烯,沙特SEPC公司100万吨乙烷裂解工厂,阿联酋Ruwais二期乙烷裂解工厂等采用的都是Linde公司的技术。其流程主要特点如下:
(1) 裂解炉特点:在裂解炉设计方面具有独到之处;适用于以柴油、加氢尾油为原料的重质裂解料;二次注汽技术;辐射段可以是单炉膛或双炉膛。
(2) 分离流程特点:前脱乙烷;碳二加氢采用前加氢,等温反应器;乙烯精馏塔采用热泵系统;可用溶剂吸收法回收乙炔。
TPL/KTI公司
TPL/KTI公司报价技术为TOPKIN技术,TOPKIN技术由荷兰KTI公司的GK型裂解炉及德西尼布集团的TPL渐进分离技术所组成。两个公司于1971年成立,从联合至今已设计了共16套乙烯装置,总能力达500多万t/a,而改扩建装置则达到15套。其设计60万t/a的乙烯装置达11套,有着丰富的总承包经验。我国的辽阳及北京东方乙烯装置即采用德西尼布集团的技术,东方乙烯由TPL设计,采用KTIGK-V型裂解炉,简化的渐近分离技术。
KTI公司在裂解炉设计方面有着自己的特点,其裂解炉为GK型,具有世界上唯一商业化的产率预测软件SPYRO。KTI公司利用SPYRO软件及自己的经验开发并设计出先进的GK-V型裂解炉。GK-V型裂解炉为两程炉管,第一程具有较大比表面积,第二程有较大的流通面积有利于降低烃分压。这样可以提高升温段管壁的热强度,减少反应物的停留时间,降低烃的分压,提高烯烃的收率。
TPL公司的渐进分离技术是以最小的能耗达到分离的目标。基本原则是对相邻组分实行不完全分离,而对相差较远的组分实行完全分离,为实现理想分离顺序而采用多步分离的方法。渐近分离流程为实现降低压缩及制冷的功率,并结合其流程的特点,而采用中压双塔脱甲烷。
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烯烃工业是世界石化产业的基础,以烯烃为原料,石化工业向下衍生出了众多产品。特别是以“乙烯、丙烯和丁二烯”为代表的三烯,更是石化工业的基石。今天,知识君为您总结烯烃生产中具有代表性的乙烯生产的工艺路线。
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工业是节能降碳的重点领域,也是实现“3060”碳达峰碳中和目标的关键。党的二十大报告明确提出,积极稳妥推进碳达峰碳中和,推进降碳、减污、扩绿、增长,完善能源消耗总量和强度调控,重点控制化石能源消费,逐步转向碳排放总量和强度“双控”制度。为了回顾 2023 年工业企业在节能降碳、绿色可持续发展方面的成就,了解当下的创新技术和应用,《流程工业》编辑部在 2024 年第一期特别策划了“工业碳中和”专题,邀请了一批国内外优秀的工业企业分享观点和产业实践,为广大的流程工业企业提供绿色可持续发展的启迪和借鉴。
作者:本刊编辑部
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