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非乙烯路线炼化一体化加工方案研究石油铼制与记二petrol15umprocessingandpetroch15micals非乙烯路线炼化一体化加工方案研究侯凯锋,袁忠勋(中国石化工程建设公司,北京100101)摘要:对非乙烯路线炼化一体化的概念和技术进行初步研究.结合某石化企业的资源现状,对加工方案的选择,产品方案确定,副产品的加工利用以及经济效益等方面进行分析,提出了以催化裂解(dcc)增产丙烯装置为核心的非乙烯路线炼化一体化方案,确定了具有企业特色,适合企业发展的最优加工路线.关键词:炼化一体化加工方案乙烯丙烯l前言为进一步提升整体实力适应市场要求,某石化企业拟进行升级改造,提出了以炼油为龙头,以提高产品质量为主线,充分利用资源,发展有特色的非乙烯路线炼化一体化的新发展思路和定位.本文结合该企业的资源现状,从工艺技术,装置结构,产品方案,投资及技术经济指标分析等几个方面对各个加工方案进行详细对比.以确定适合企业发展,较为优化的非乙烯路线炼化一体化加丁方案.2非乙烯路线炼化一体化我国是世界第二大原油进口国,较高的原油进口依存度增加了炼油企业的加工成本,也使市场竞争的风险骤升.炼油与化lt的有机结合是增强炼油企业抵抗市场风险能力的重要措施,炼化一体化是炼油企业发展的一个主要趋势l_lj.乙烯和丙烯都是石化工业最主要的基础原料,也是炼油,化m=形成一体化的关键纽带.近年来,我国新建或改造的几个大型炼化一体化企业基本是沿着千万吨级炼油,百万吨级乙烯的模式进行发展,其核心是炼油厂为下游化工厂提供足量的裂解原料,通过蒸汽裂解获得乙烯等单体产品,用于发展化工衍生物l2一,乙烯路线炼化一体化原料供给示意见图1.这种一体化模式迅速提升了我国乙烯产品的自给率,但因与炼油厂重整装置等争夺石脑油资源,在满足下游乙烯百分之百裂解原料供给的同时,炼油厂的加工流程优化,汽油产品生产等都会受到一定的限制,因此也加剧了原油供需矛盾.同时,这种模式生产的乙烯比以廉价乙烷,丙烷作裂解原料生产的乙烯生产成本高,处于明显的竞争劣势川.炼油j化工j图1乙烯路线炼化一体化原料供给示意丙烯作为另一种十分重要的炼化一体化原料,在我国其主要来源是乙烯生产的副产物,来自炼油厂的丙烯量仅占30.而在美国,炼油厂则提供了石化需要丙烯产量的50左右j.在上述以乙烯裂解原料供给为主体的乙烯路线炼化一体化模式中,随着裂解原料供给向轻质化和优质化发展的趋势日趋明显,提高乙烯收率和增产乙烯产量成为研究重点和追求的目标5j,而作为副产品的丙烯,所占比例则随之下降.非乙烯路线炼化一体化,就是利用炼油厂中价值相对较低的重质原料增产丙烯等低碳烯烃产品,并结合企业的其它资源优势,发展以丙烯为主要原料的高附加值特色化工产品,从而形成一体化的发展模式.其特点是一体化的过程可在炼油厂加工流程中一步实现,而不需要二次转化;一体化的原料为价值相对较低的重质原料,而不是优质的石脑油资源;一体化的集成以丙烯为中心,以收稿el期:2010-0721;修改稿收到日期:20101ol8.作者简介:侯凯锋(1972),2000年毕业于清华大学化学工程系,获工学博士学位.现从事炼油厂的前期规划及工厂设计工作.发展丙烯衍生物为主要目的.非乙烯路线炼化一体化原料供给示意见图2.其技术核心是:炼油厂增产丙烯的成本应相对较低,而且不对油品的生产产生很大影响,不降低原油资源的利用率;能与企业的其它资源有机结合,生产高附加值的特色化工产品,从而实现非乙烯路线炼化一体化,延长产业链,丰富产品结构,提高企业的综合竞争实力.炼油装置化工装l冒图2非乙烯路线炼化一体化原料供给示意非乙烯路线炼化一体化方案的研究,其意义旨在探索出一条以有限的原油资源增产以丙烯为主的基本化工原料,从而与现有千万吨级炼油,百万吨级乙烯的炼化一体化在发展模式上相辅相成,在产品结构上形成互补,在石化产品市场供给上调整供需平衡.3增产丙烯的工艺技术增产丙烯的技术很多_l6.在炼油厂,催化裂化工艺是增产丙烯的核心技术.传统的催化裂化工艺主要以生产汽油,柴油产品为主,丙烯收率相对较低(一般在45).丙烯产品日趋旺盛的市场需求,促进增产丙烯的催化裂化技术得到长足发展.我国在重油制烯烃技术上走在世界的前列,并拥有完全的自主知识产权,在国内外多套生产装置的成功设计和运行确保我国在增产丙烯技术上的领先地位.2o世纪8o年代末,石油化工科学研究院(ripp)开发出了以重油为原料,最大量生产低碳烯烃的催化裂解(dcc)新工艺;在9o年代开发出了最大量生产液化石油气和汽油的argg技术,最大量生产异构烯烃的mio技术及重油直接制取乙烯和丙烯的催化热裂解(cpp)工艺技术;为满足清洁汽油的生产,ripp在多产异构烷烃的催化裂化工艺基础上,开发了生产清洁汽油组分并增产丙烯的mipcgp工艺.这些技术形成了重油生产烯烃的催化裂化家族技术11-15.在增产丙烯的催化裂化家族技术中,催化裂解(dcc)技术的丙烯产率最高,而且反应条件相石油嫁制与记二对较为温和,其汽油和柴油馏分虽然性质相对较差,但经过处理后仍可与其它组分调合后生产汽油,柴油产品.近年来,催化裂解(dcc)技术还在不断发展和完善,主要表现在三个方面:一是适应原料重质化的需要,可以加工全常压渣油;二是系列催化剂的开发,包括高抗金属污染,高丙烯产率,高丙烯选择性以及多掺渣等多种催化剂品种l_】.;三是改进工艺以进一步提高轻烯烃,特别是丙烯的产率.综合比较目标产品收率,产品结构,油品生产,投资及技术经济等因素,催化裂解(dcc)技术是炼油厂实现非乙烯路线炼化一体化的最优技术,也是非乙烯路线炼化一体化的核心技术.4非乙烯路线炼化一体化方案研究某石化企业现有原油加工能力5mt/a.除炼油生产装置外,还拥有日处理量2kt的粉煤气化装置及330kt/a合成氨装置等化工装置.为满足当地及周边地区日趋旺盛的清洁油品需求,并进一步提升企业的综合竞争力,该企业拟进行适应性改造:一是提高含硫原油加工的能力,增加劣质原油加工适应性;二是实现油品的质量升级,为社会提供更多的清洁油品;三是实现资源的综合利用,发展特色化工产品.4.1一体化方案分析与选择该企业改造的前两个目的,即含硫原油加工适应性改造和油品质量升级,采用现有成熟可靠的加工流程和工艺技术很容易就可以实现.全厂总加工流程选择前加氢的工艺路线处理重油,可以脱除高含硫重油中大部分的硫,氮等杂质,为后续装置的加工提供优质,清洁的原料;再配以柴油加氢精制和连续重整等装置,可降低油品中的硫含量,实现油品质量的升级.而第三个目标则是向炼化一体化发展.该企业如选用乙烯路线炼化体化的模式,存在以下不足和矛盾:原油加工规模偏低,本次改造原油加工能力仅由5.0mt/a增加到8.0mt/a,可利用资源少而难以形成规模化的炼化一体化模式;与汽油质量升级相冲突.为满足高牌号清洁汽油生产的需要,炼油加工流程中需要增加一套规模为8001000kt/a的连续重整装置,生产低硫,低烯烃,高辛烷值的汽油调合组分,因此,石脑油资源相当匮乏;以乙烯为原料的化工产品无法与现有资源相结合,产品远1矢l详寺?非乙师跆线垛化一件化删l_力采计艽离目标市场;投资大,综合效益差.通过对该企业可利用资源和目标市场的充分分析,非乙烯路线炼化一体化的优势恰好可以弥补以上缺点或不足:在原油加工规模不变的情况下,利用部分重油资源增产丙烯等化工原料,为炼化一体化提供原料,既实现了劣质重油的深加工,也提升了其附加值,且不与汽油生产争夺优质原料;增产的丙烯可与企业现有的煤气化合成气,合成氨等原料进一步发展丁辛醇和丙烯腈等特色化工产品,丙烯资源可得到充分利用,丙烯的价值也得到大幅提升.一体化流程中仅涉及丙烯产品链的延伸,没有其它副产品需要加工处理,因此项目的投资规模也可得到很好的控制,具有明显提升企业经济效益的作用.4.2以催化裂解(dcc)装置为核心的非乙烯路线一体化方案新建一套渣油加氢装置,渣油经过加氢处理后,硫,氮,金属等杂质含量会大幅度降低,残炭也有所降低,既可以提高资源的利用率,也可以改善催化裂化装置的原料性质,提高油品质量和收率,减少污染物的排放,达到提高含硫原油加工适应性的目的;配套建设连续重整装置,提供低硫,低烯烃,高辛烷值汽油组分,满足汽油质量升级要求;配套建设柴油加氢精制装置,生产低硫车用柴油产品.新建的催化裂解(dcc)装置是非乙烯路线炼化一体化的核心,生产的丙烯成为炼化一体化的纽带,与现有合成气,合成氨资源有机结合生产有特色的丁辛醇和丙烯腈产品.副产的汽油和柴油组分可以送至炼油厂的抽提装置和柴油加氢装置,生产混合二甲苯,汽油调合组分及柴油产品,从而实现炼化一体化和资源综合利用最优化.全厂加工总流程示意见图3.4.2.1催化裂解(dcc)装置的原料与规模选择合适的催化裂解(dcc)装置规模和反应条件,适当增产丙烯,在满足化工产品生产要求的同时,兼顾油品生产的需要,才能实现炼油化工协调发展,才能保证炼化一体化效益的最大化.如果一味追求丙烯产量的最大化,就会导致油品质量下降,甚至无法生产出合格的油品,一体化的功能将会适得其反,不仅影响了油品的生产,也浪费了资源.在综合分析企业可利用资源的质和量的基础上,确定新建催化裂解(dcc)装置的规模约为2.0mt/a,原料是上游加氢处理后的渣油和蜡油,其主混合二甲苯柴油产品汽油产品丁醇辛醇丙烯腈图3全厂加工总流程示意新建装置;现有装置要性质见表1.主要工艺条件及产品收率见表2.表1催化裂解装置的原料性质项目数据密度(20)/(g?cfi1-.)w(硫),w(氮)/(gg?g)w(氢),残炭,金属(镍+钒)含量/(ug?g)表2催化裂解装置主要反应条件及产品收率项目数据反应器(床层)温度/反应压力(表)/mpa再生器操作温度/c再生器操作压力(表)/mpa总剂油质量比(对新鲜进料)产品收率(w),干气(乙烯)液化气(丙烯)汽油柴油油浆焦炭4.2.2丙烯原料利用新建催化裂解(dcc)装置可生产丙烯约368kt/a,现有其它催化裂化装置可生产丙烯约202kt/a,合计共可生产丙烯570kt/a.用好这些丙烯资源是非乙烯炼化一体化方案的亮点和特色.该企业现有的煤气化装置和合成氨装置能够提供廉价的合成气(c0+h)和合成氨资源,因此发展有特色的丙烯腈和丁辛醇产品是一体化方案的最佳路径.资源平衡的结果是,570kt/a丙烯可生产丙烯腈340kt/a和丁辛醇产品约320kt/a,炼油增产的丙烯全部转化为高价值的化工产品,现有煤气化装置和合成氨装置的能力也得到了充分发挥,形成了炼油一煤炭一化工一体化的产业链.4.2.3其它产品的利用催化裂解(dcc)装置副产品的综合利用也是一体化效益的增长点.催化裂解干气中乙烯含量达到5o左右,可利用已有成熟工业应用的催化裂化干气制苯乙烯技术,直接生产苯乙烯产品,不仅回收利用了催化裂解干气富含的乙烯资源,而且也充分利用了炼油厂生产的苯.催化裂解汽油的族组成见表3.从表3可以看出,裂解汽油芳烃含量高,达到75.7,其中苯,甲苯,混合二甲苯的含量分别为4.1,15.5,25.5%.为了回收利用这些芳烃资源,将其中的c.c.馏分切割出来,先加氢精制去除其中的烯烃和二烯烃杂质,再与重整装置的抽提馏分一起经过芳烃分离,得到苯,甲苯和混合二甲苯原料,从而扩大了芳烃资源的来源.表3催化裂解汽油的族组成,项目数据烷烃烯烃芳烃甲苯二甲苯c.+芳烃催化裂解柴油的主要性质见表4.从表4可以看出,裂解柴油的质量相对较差,表现为密度大,芳烃含量高,十六烷值只有20.但由于其收率较低,产量较少,与其它柴油组分混合加氢后仍可生产出满足目标要求的柴油产品,因此将其作为一种柴油调合组分利用.表4催化裂解柴油的主要性质项目数据密度(20)/(g?crn)w(饱和烃),w(总芳烃),w(胶质),w(啻),(氮)/(p.g?g)十六烷值油艨制记二4.3经济效益分析以布伦特原油50$/bbl(1bbl159l)价格体系为计算基准,对以催化裂解技术为核心的非乙烯路线炼化一体化方案进行技术经济分析,采用有无对比法计算的增量效益见表5.与催化裂解技术相比,常规催化裂化技术(如mip或fdfcc)虽然也能增产一定量的丙烯(丙烯产率可由4%提高到8左右),但其技术核心仍是以生产油品为主,因此可获得的丙烯资源量相对较少(全厂丙烯总产量减少约3o左右),化工发展规模和品种受到一定限制.与常规炼油方案相比,非乙烯路线炼化一体化方案增加约25亿元的投资,可以增产约350kt/a苯乙烯,丙烯腈和丁辛醇等高附加值产品,所得税后增量内部收益率增加2.6百分点(增加10.3%),投资回收期减少0.35年.各项经济技术指标充分表明所选择的非乙烯路线炼化一体化方案对提升企业经济效益十分显着.表5经济效益计算5结束语(1)非乙烯路线炼化一体化的概念具有创新性,是对我国石化工业发展模式的一次新的探索和实践.它可利用有限的原油资源,以较低的投入提高炼油企业的一体化程度,延长产业链,取得较好的经济效益,提升企业的综合竞争力.(2)非乙烯路线炼化一体化与我国现有的千万吨级炼油,百万吨级乙烯的炼化一体化在发展模式上相辅相成,在产品结构上形成互补,适合具有一定资源的中小型炼化企业采纳.(3)丙烯是非乙烯路线炼化一体化的主要原料,而催化裂解(dcc)技术则是炼油厂增产丙烯的核心技术.在满足炼油厂油品生产需要的前提下,与企业现有的资源相结合,可发展有企业特色的化工产品(如丙烯腈,丁辛醇等),以相对低廉的原料和较低的成本投入生产出高附加值的化工产品,从而提升炼油企业一体化的水平.(4)非乙烯路线炼化一体化在技术选择,产品侯凯锋等.非乙烯路线烁化一体化加t万集讲究方案确定上,必须与企业资源相结合,不仅要发展有特色的化工产品,而且生产的油品也应能得到充分应用.否则,将适得其反,一体化的效益将会大大降低.参考文献曹湘洪.我因炼油技术开发的若干思考与建议j.石油炼制与化工,2002,33(9):1-8瞿国华.炼化一体化两个重要发展阶段及其产业特征j.当代石油石化,2008,16(8):9l4梅相银.中东地区石化业现状及未来发展对我国的影响分析j.当代石油石化,2007,15(6):3437王巍.催化裂化生产丙烯技术的开发与应用j.炼油技术与工程,2005,35(2):2025祝宝勤.世界乙烯生产格局及国内炼化一体化公司增产乙烯思路j.齐鲁石油化工,2006,34(4):360364薛祖源.加快国内丙烯生产和发展的探讨(一)j.乙烯工,【,2007,19(4):17李连福,袁旭.重油生产低碳烯烃技术进展及应用建议口.乙烯工业,2007,19(4):8-14瞿勇,胡云光,林衍华.丙烯增产技术开发进展及前景分析ej.石油化工技术经济,2004,2o(5):4651张彩娟,杨剑.增产丙烯的技术及其经济性比较j.金山油化纤,2006,25(d):2025田云生.煤制烯烃项目发展探讨j.乙烯工业,2006,18(2):14黄景成.催化裂化家族技术的选用口.炼油设计,2000,30(9):3033钱伯章.增产丙烯技术及其进展j.石油炼制与化工,2001,32(11):19-23许友好,张久顺,马建国,等.生产清洁汽油组分并增产丙烯的催化裂化丁艺j.石油炼制与化工,2004,35(9):1-4王明党,沙颖逊,崔中强,等.重油接触裂解制乙烯的hcc工艺研究j.河南石油,2002,18(3):5153何素珍.催化裂解工艺是国内乙烯原料多元化的必由之路j.石油化工技术经济,2005,21(6):15-17余达荣.高丙烯选择性催化裂解催化剂mmc2的工业应用j.石油炼制与化工,2004,35(10):l一4configurationstudyforarefiningchemicalintegratedenterprisefocusingonpropyleneinsteadofethylenehoukaifeng,yuanzhongxun(sinopecenkineeringincorporation,beijing100101)abstract:theconceptofarefiningchemicalintegratedenterprisefocusingonnonethylenelighthydrocarbonwasproposedanddiscussedinthispaper.acasestudywascarriedoutbasedonitscurrentresources.severmoptionsweretakenintoconsiderationandbeingcomparedintheaspectsofprocessingtechnology,constitutionofunits,productslates,byproductsutilization,productioncostandeconom