乙烯裂解装置的节能增效技术分析.pdf

第3 8 卷第1 期 2 0 1 7 年2 月 能源化工 E n e r g yC h e m ica l I n d u s t r y V 0 1 3 8N o 1 F e b 2 0 1 7 乙烯裂解装置的节能增效技术分析 许江 马艳捷 黄剑锋 田亮 景媛媛 穆珍珍 宋帮勇 杨利斌 中国石油石油化工研究院兰州化工研究中心 甘肃兰州7 3 0 0 6 0 摘要 介绍了国内目前乙烯的生产情况 总结了节能增效技术在乙烯裂解装置的应用现状 详细 分析了裂解原料评价与预处理 裂解液相产物的合理利用以及采用先进的控制和在线监测技术在乙烯 裂解装置节能增效方面取得的成果 分析认为 将不同原料依据物性分析数据细分后进行分储分炼 进 行精细化裂解或共裂解 探索最佳裂解条件 可以最大限度的提高原料使用效率 研究开发裂解液相产 品的综合利用技术 分离回收高附加值的化工产品 有利于提高乙烯装置整体效益 在乙烯生产过程中 采用流程模拟 先进控制等优化技术 可以提高生产能力 裂解炉效率以及产物选择性 降低能耗 石化 企业需要深入研究节能增效技术 进一步提升企业的综合竞争力 关键词 乙烯裂解节能增效原料评价预处理裂解液相产物先进控制 在线监测 中图分类号 T E 6 2 4 3 T Q 2 0 3 8 文献标识码 A文章编号 2 0 9 5 9 8 3 4 2 0 1 7 0 1 0 0 1 7 0 5 A n a ly s iso nt e ch n o lo g ie so fe n e r g ys a v in ga n d e f f icie n cyim p r o v e m e n tine t h y le n ecr a ck in gp la n t X UJ ia n g M AY a n f ie H U A N GJ ia n f f e n g T I A NL ia n g J I N GY u a n y u a n M UZ h e n z h e n S O N GB a n g y o n g Y A N GL ib in L a n z h o uP e t r o ch e m ica lR e s e a r chC e n t e ro fP e t r o C h in a L a n z h o u7 3 0 0 6 0 C h in a A b s t r a ct T h ecu r r e n td o m e s t ic e t h y le n ep r o d u ct io ns it u a t io nisp r e s e n t e d a n dt h ea p p lica t io ns t a t u so ft e ch n o lo g ie so fe n e r g y s a v in ga n de f f icie n cyim p r o v e m e n tine t h y le n ecr a ck in gp la n tiss u m m a r iz e d T h et e ch n ica lp r o g r e s so fcr a ck in gm a t e r ia lse v a lu a t io n a n dp r e t r e a t m e n t r a t io n a lu t iliz a t io no fcr a ck in gliq u id a n da p p ly in ga d v a n ce dco n t r o llin ga n do n lin e m o n it o r in gt e ch n o lo g yO ile n e r g y s a v in ga n de f f icie n cyim p r o v e m e n tine t h y le n ecr a ck in gp la n tisa n a ly z e dind e t a il I tisco n clu d e dt h a tt h em a t e r ia l u s ee f f icie n cyca n b em a x im a llye n h a n ce db ys e p a r a t in gs t o r a g ea n dr e f in in gb a s e do np r o p e r t ya n a ly s iso fd if f e r e n tm a t e r ia ls f in in gcr a ck in go rC O cr a ck in g a n de x p lo r in go p t im u mcr a ck in gco n d it io n s T h eo v e r a lle f f icie n cyo fe t h y le n eu n itca nb eim p r o v e db yr a t io n a l u t iliz a t io no fcr a ck in gliq u ida n ds e p a r a t in ga n dr e cy clin gh ig hv a lu e a d d e d ch e m ica l p r o d u ct s B ya d o p t in gp r o ce s ss im u la t io na n da d v a n ce dco n t r o llin g t e ch n o lo g ie sint h ep r o d u ct io n t h ep r o d u ct io nca p a cit y cr a ck in gf u r n a cee f f icie n cya n dp r o d u ct ss e le ct iv it yca nb ein cr e a s e d a n dt h e e n e r g yco n s u m p t io nca nb er e d u ce d I tisim p o r t a n tf o rp e t r o ch e m ica le n t e r p r is et os t u d yo nt e ch n o lo g ie so fe n e r g ys a v in ga n de f f icie n cy im p r o v e m e n t a n dim p r o v et h eco m p r e h e n s iv eco m p e t it iv ep o w e r K e yw o r d s e t h y le n ecr a ck in g e n e r g ys a v in ga n de f f icie n cyim p r o v e m e n t m a t e r ia lse v a lu a t io n p r e t r e a t m e n t liq u idp r o d u ct so f cr a ck in g a d v a n ce dco n t r o llin g o n lin em o n it o r in g 石油化工是推动国民经济发展的支柱产业之 一 具有举足轻重的地位 随着社会各界对环境保 护和节约能源越来越重视 企业对能效研究的要求 也逐步提高 尤其对于能耗密集型企业 生产能力快 速发展带来能耗的大幅上升 节能降耗的需求更加 迫切 乙烯工业是石油化工产业的核心 乙烯产品 占石化产品的7 5 以上 乙烯装置作为石化企业中 高耗能生产装置之一 其节能降耗技术的研究和分 收稿日期 2 0 1 6 0 9 2 1 作者简介 许江 1 9 8 4 一 男 硕士 工程师 主要从事乙烯裂 解技术方面的工作 E m a il x u j ia n 9 2 p e t r o ch in a C O B e n 能源化工2 0 1 7 年第3 8 卷第1 期 析有着深远的社会意义和巨大的经济效益 乞1 十二五 期间 我国新增乙烯产能6 3 0 万t a 乙烯总产能达到27 0 0 万t a 预计 十三五 时期 我国烯烃年均需求增长率为3 5 4 0 到2 0 2 0 年 国内乙烯和丙烯当量需求量将分别达到 48 0 0 万t 和38 0 0 万t 虽然产能增加的步伐会适度 放缓 但是仍处于相对较高的发展水平 十三五 期间 全球经济的复苏和低油价将保持一段时期 这 将为中国石油化工行业的发展提供缓冲期 石化企 业需要抓紧这段时问深入研究节能降耗技术 以增 加经济效益 进一步提升综合竞争力 本文将对乙 烯装置节能增效技术进行详细分析 1 包括裂解原 料的评价与预处理 裂解液相产物的合理利用以及 先进的控制和在线监测技术的实施 1乙烯装置节能增效技术分析 1 1裂解原料的评价与预处理 以石脑油和柴油为原料的乙烯装置 其原料费 用占乙烯生产总成本的7 0 7 5 优化乙烯原料 结构可有效降低装置投资 能耗以及生产成本 是提 高竞争力的重要措施HJ 众所周知 世界乙烯裂解 原料结构将继续向轻质化发展 2 0 0 1 2 0 1 0 年 全 球作为裂解原料的石脑油需求量年均递减6 9 2 0 1 1 2 0 2 0 年将以2 3 的年均速度递减 同样我 国乙烯原料也在逐步轻质化 截至2 0 1 5 年 轻烃占 我国乙烯原料组成的2 5 左右 o 通常轻质乙 烯原料裂解制乙烯收率高 能耗低 装置投资更少 但是产地不同 组成不同的石脑油的乙烯收率可以 相差很大 而族组成比较合理的重质原料如大庆加 氢尾油其裂解乙烯收率可达3 3 以上 因此 为了 统筹兼顾能耗和经济效益两个重要指标 对不同产 地 类型 批次的原料进行裂解性能评价 得到详细 的原料物性分析数据和裂解产物分布数据 可以对 乙烯企业原料的优选以及节能增效提供科学指导 预计未来乙烯等低碳烯烃的生产仍将以石脑 油 油田轻烃 轻柴油为原料进行蒸汽热裂解为主 而石脑油 轻柴油原料供应情况受到国际油价 联产 开工率等因素影响较大 其原料保障及原料成本存 在着诸多变数 而多种非原油馏分油原料裂解性能 优异 可作为乙烯裂解原料结构的合理补充 乙烯原 料也将迎来多样化发展的新时代 不同原料的裂解 产物收率比较见图1 由图1 可见 混合C 裂解丙烯收率高达 1 9 9 5 比石脑油裂解高5 5 百分点 费托合成油 裂解乙烯收率高达4 3 0 3 比石脑油裂解高1 2 4 百分点 加氢尾油裂解双烯收率高达4 9 2 2 比石 脑油裂解高4 1 百分点 上述原料均可以用作乙烯 原料 其中费托合成油和加氢尾油为优质乙烯原料 因此 在裂解原料多样化的发展趋势下 通过乙烯原 料裂解性能评价来优化原料结构 实现节能增效显 得尤为重要 应综合考虑原料价格 原料裂解性能 主要裂解产物收率 产品价格 市场需求等多方面因 素 进行内部原料挖潜和合理外购原料 零 料 娶 彝 钆 鹱 烈 裂解原料 图1 不同原料的裂解气相产物收率比较 要想实现节能增效仅依靠优化裂解原料是不够 的 乙烯企业还应在乙烯原料预处理方面有所突破 例如原料切割技术和芳烃抽提技术M 一引 对一些 含有优质裂解组分的宽沸程原料 进行原料切割简 单易行 以某石化企业为例 将石脑油原料以1 1 0 为切割点 轻组分直接进入气相裂解炉 重组分进 入石脑油裂解炉 通过合理控制裂解深度节约能源 在双烯收率增加的同时提高了经济效益 而芳烃抽 提技术是将石脑油经抽提分离出芳烃组分和抽余 油 抽余油为优质的裂解原料 同时得到高纯度的 苯 甲苯等重要的基础化工原料 此外 乙烯生产企 业还可将不同原料依据物性分析数据细分后进行分 储分炼 进行精细化裂解或共裂解 找出最佳裂解条 件 最大限度的提高原料使用效率 1 在乙烯原料 供应过程中应尽量实现 就近供应 原则 节约原料 的运输成本 实现整体效益优化 1 2 裂解液相产物的合理利用 作为乙烯裂解副产品的乙烯裂解液相产物组成 极其复杂 主要是C 一c 的芳烃化合物 一般根据 终馏点将其分为裂解汽油 低于2 0 5 和裂解燃 料油 高于2 0 5 两部分 裂解汽油中富含苯 甲 许江等乙烯裂解装置的节能增效技术分析 苯 乙苯 二甲苯 苯乙烯等 裂解燃料油中含量较高 的有茚 萘及其同系物 蒽 苊 菲等 这些组分均为 国内市场供不应求的有机化工原料 其合理利用可 使乙烯成本降低1 3 以上 将对乙烯装置整体效益 及乙烯副产资源深加工的发展产生重大影响 2 I 乙烯裂解液相产物的收率随乙烯裂解原料的不 同而变化很大 图2 为不同原料裂解液相产物的收 率比较 零 料 擎 霎 L 黠 碟 窒 混合ca 费托合成油航空煤油加氢尾油石脑油 裂解原料 图2 不同原料裂解液相产物收率比较 由图2 可见 常用乙烯裂解原料如石脑油裂解 后三烯收率为5 1 2 9 裂解液相产物收率为 1 9 3 其中裂解汽油收率约为1 6 与石脑油裂 解相比 费托合成油裂解三烯收率高1 2 百分点 而 裂解液相收率低1 0 百分点 混合c 三烯收率基本 与石脑油裂解相当 而裂解液相收率仅为石脑油裂 解液相收率的1 5 因此轻质裂解原料 如乙烷 天 然气等 与重质裂解原料 如石脑油 油田轻烃 轻 柴油等 相比 原料成本仅为三分之一甚至更少 装 置投资少 裂解烯烃收率更高 但裂解液相产物收率 低 以1 0 0 万t a 乙烯装置计算 以石脑油为原料 可比混合c 为原料每年多产4 4 万t 裂解液相产 物 而且其裂解液相产物中富含高附加值化工产品 重视利用乙烯裂解液相产物可显著提升以石脑油为 主要原料的乙烯企业的综合竞争力 1 乙烯裂解液相产物的组成随裂解条件不同而有 所差异 以石脑油为例 裂解液相产物中裂解汽油占 8 3 左右 图3 为不同裂解温度下石脑油裂解液相 产物中主要芳烃收率变化 由图3 可见 裂解液相产物中苯收率高于甲苯 收率和二甲苯收率 随着裂解温度的升高 裂解液相 中三苯 苯 甲苯 二甲苯 收率呈逐渐增加的趋 势 从4 1 9 逐渐升至4 9 1 其中甲苯 二甲苯收 率随温度升高增加的幅度相对较小 苯收率随温度 的升高呈线性增加趋势 从1 5 5 逐渐升至 2 1 1 这说明提高裂解温度可促进裂解液相中芳 烃组分的生成 虽然裂解燃料油在裂解液相产物中 仅占1 7 左右 但随着乙烯装置规模逐渐向大型化 发展 裂解燃料油的产量将相当可观 而当前其主要 当作燃料使用 利用率不高且燃烧值较低 燃烧易形 成黑烟等造成环境污染 因此 为了节能增效应开 发研究裂解液相产品的综合利用技术 分离回收其 中高附加值的化工产品 如从裂解液相产物中提取 萘及萘系产品 萘及萘系产品广泛应用于合成树 脂 涂料 医药 农药等行业 石油萘市场有着广阔的 应用前景 蕴藏着极大的经济效益 1 4 I 袋 褂 擎 裂 撒 麟 州 岳 罂 楚 盛 碟 图3 不同裂解温度下裂解液相产物中 主要芳烃收率变化趋势 1 3 采用先进的控制和在线监测技术 乙烯装置的高度集成设计使其很难时刻运行在 优化操作点上 因此需要有先进控制和流程模拟来 寻找和控制影响装置能耗和效益的关键变量 在乙 烯装置上实施先进控制和实时优化具有显著的经济 效益 A s p e n T e e h 公司的调查表明 在乙烯生产过 程中采用流程模拟 先进控制等优化技术 可提高生 产能力 裂解炉效率以及产物选择性 分离 深冷系 统能耗将下降5 1 0 以一套3 0 万t a 乙烯装 置为例 通过裂解炉先进控制和优化 每年可获得约 10 0 0 万元的效益 大型石化企业普遍认为 先进控制和优化是一 项投入少 回收快 有效实现挖潜增效的先进技术 在具备条件的大型乙烯装置上实施先进控制势在必 行 先进控制能够把装置推向更接近于真正的工艺 约束限值 提高装置处理能力 采用非线性优化技 术能以全局效益最大化的方式来优化诸如裂解炉进 加 3 弱 钙筋 坫m o 能源化工2 0 1 7 年第3 8 卷第1 期 料量 蒸汽 烃进料比 裂解深度等参数而进一步带 来效益 例如 其能够在优化最大化裂解炉处理 量和优化乙烯产率之间进行综合考虑并作出优化 决策 吉林石化乙烯装置在炉区及精馏系统采用 先进控制技术后 整个装置的操作平稳性提高 反 映在装置能耗和经济效益指标的改善等方面 5 同时 针对乙烯装置特点 先进控制技术应用在加 氢选择性控制以及原料加工优化等方面也会收到 显著效果 但是随着时间的推移 工业裂解炉受老化 改造 空气预热器状况 结焦状况等影响 导致先进控制系 统的软件模拟结果与实际装置失配 因此 有必要通 过对生产过程中重要被控变量进行实时监测 将先 进控制和在线监测相结合不断提升其控制性能 在线 监测系统在很大程度上决定着先进控制能否获取效 益 乙烯裂解装置可根据容易测量的过程辅助变量 例如温度 压力 流量等 来估计并克服不可测扰动 对过程主要输出变量 如产品 质量 成分等 的影 响 对模型中的影响因子进行适时校正后确定控制输 入 减少控制指标的偏差 进而改善控制品质 齐 鲁乙烯装置的裂解炉全线投用在线色谱分析仪 将在 线分析仪的数据作为裂解炉参数调整的重要依据 扬 子石化乙烯装置将裂解炉在线色谱分析数据与裂解 炉先进控制结合起来 实现了在线裂解深度控制 且 应用效果显著 在石化企业中大力推广 2 结语 结合全球经济形势 烯烃行业的竞争态势以及 十三五 时期我国烯烃的供需情况 立足国内资源 特点和乙烯工业发展方向 本文从裂解原料评价与 预处理 合理利用裂解液相产物以及实施先进的控 制和在线监测技术等方面对乙烯装置节能增效技术 进行详细分析 得出以下结论 1 通过不同原料裂解性能评价可对乙烯企业原 料的优选以及节能增效提供科学指导 在裂解原料 多样化的发展趋势下 应加大裂解原料评价力度和深 度 综合考虑原料价格 原料裂解性能 主要裂解产物 收率 产品价格 市场需求等多方面因素 进行原料挖 潜和外购原料 乙烯企业还应在原料切割技术 芳烃 抽提技术以及分储分炼等原料预处理方面有所突破 乙烯原料供应过程中尽量实现 就近供应 2 乙烯裂解液相产物的收率和组成随裂解原 料和裂解条件不同有所差异 与轻质原料相比 虽 然重质原料的原料成本 装置投资高 烯烃收率低 但液相产物收率高 而且裂解液相产物中富含高附 加值的化工产品 石脑油裂解液相产物中裂解汽油 约占8 3 随着裂解温度的升高 裂解液相产物中 三苯收率逐渐增加 其中甲苯 二甲苯收率增幅相对 较小 苯收率呈线性增加趋势 随着乙烯装置规模 向大型化发展 从裂解燃料油中分离回收萘及萘系 产品可显著提升乙烯企业的综合竞争力 3 在乙烯装置上实施先进控制和实时优化监 测技术具有显著的经济效益 在大型乙烯装置上实 施先进控制势在必行 而在线监测系统在很大程度 上决定着先进控制能否获取效益 乙烯裂解装置可 根据容易测量的过程辅助变量来估计并克服不可测 扰动对过程主要输出变量的影响 对模型中的影响 因子进行适时校正后确定控制输入 可以减少控制 指标的偏差 进而改善控制品质 参考文献 1 肖雪军 何细藕 乙烯装置裂解炉的节能技术 J 石 油化工 2 0 0 3 3 2 3 2 5 4 2 5 7 2 万璐 乙烯裂解炉的热力学分析与节能措施 J 齐鲁 石油化工 2 0 0 6 3 4 1 2 3 2 6 3 王松汉 乙烯装置技术与运行 M 北京 中国石化出 版社 2 0 1 0 2 8 4 郭莹 乙烯原料优化途径的分析与展望 J 石油化 工 2 0 0 8 3 7 1 9 1 9 3 5 王国清 张兆斌 张利军 等 轻质裂解原料性能研究 J 乙烯工业 2 0 0 8 2 0 1 4 4 4 6 6 周丛 茅文星 拓展乙烯原料来源的研究现状 J 化 工进展 2 0 0 9 2 8 8 1 3 1 3 1 3 1 8 7 唐未庆 液化气作裂解料对乙烯收率及经济效益的影 响 J 石油炼制与化工 2 0 1 0 4 1 7 7 7 8 0 8 马永利 凝析油裂解的工业试验 J 石油化工 2 0 0 0 2 9 7 5 9 6 5 9 9 9 何琨 吴德荣 马紫峰 前置抽提优化裂解原料的石脑 油芳烃抽提大型化研究 J 现代化工 2 0 1 0 3 0 1 8 1 2 1 0 何琨 丁蕙 吴德荣 等 芳烃抽提法优化乙烯联合装 置的裂解原料 J 石油化工 2 0 0 6 3 5 9 8 7 2 8 7 6 1 1 高玉延 沈霁 石脑油的分储分用 J 石油化工技术 与经济 2 0 1 2 2 8 5 3 4 3 7 1 2 崔静怡 乙烯原料发展趋势及优化建议 J 石油化 工技术经济 2 0 0 1 8 6 1 3 1 5 1 3 王强 关于乙烯原料优化的几点思考 J 石油化工 许江等乙烯裂解装置的节能增效技术分析 2 1 1 4 1 5 2 0 0 2 3 1 1 5 8 6 1 王洪星 程光剑 曹志涛 等 乙烯裂解焦油的综合利 用研究 J 乙烯工业 2 0 1 2 2 4 4 8 1 0 陈德烨 金宗贤 先进控制技术在燕化乙烯装置上的 实施 J 乙烯工业 2 0 0 8 2 0 2 3 4 3 8 1 6 王晓阳 王听 王振雷 等 一种乙烯裂解炉的多工况 监控方法 J 计算机与应用化学 2 0 1 2 2 9 9 1 1 1 9 1 1 2 2 u k k u p k p k p k u p t 声t t t t p t p t p t p k 声k 声u u 声u p u p k p 垆u u p 声t t p p 声 u 声t p p t 声t 声 P t p t p t p 无黏结剂Z S M 2 2 S A P 0 3 4 复合分子筛 催化剂及其制备方法 申请号 2 0 1 5 1 0 5 1 4 3 7 4 X 申请日 2 0 1 5 0 8 2 0 申请人 中国石油化工股份有限公司 中国石油化工股 份有限公司上海石油化工研究院 本发明涉及一种无黏结剂Z S M 2 2 S A P O 3 4 复合分子 筛催化剂及其制备方法和用途 用以解决现有技术采用水 热合成方法制备分子筛过程复杂 成本较高 污染较大 分子 筛粉体在实际应用中难回收 以及含黏结剂催化剂活性低和 不含黏结剂催化剂强度差的问题 本发明首先将硅源 铝 源 磷源 Z S M 2 2 分子筛按照一定比例与水混合形成凝胶 凝胶干燥后破碎成一定大小的颗粒 然后将其置于含有机模 板剂的蒸汽中 于1 2 0 2 2 0 晶化2 4 1 0 0h 得到的无黏 结剂Z S M 2 2 S A P O 3 4 复合分子筛 再经过洗涤 干燥 焙烧 以及负载杂原子等工艺步骤 较好地解决了该问题 可用于 甲醇 二甲醚制芳烃反应中 一氧化碳低温催化还原 脱除氮氧化物的催化剂 申请号 2 0 1 5 1 0 5 1 4 2 9 1 0 申请日 2 0 1 5 0 8 2 0 申请人 中国石油化工股