乙烯产品的设计

第11期学世界●597●乙烯产品的设计何琨'，丁蕙*，吴德荣'(1.上海交通大学化学化工学院，上海2000302.上海应用技术学院化工系，上海200235;3.中国石化集团上海工程有限公司，上海200120)摘要:采用化学产 品设计:需要、思路、选择、制造、经济等5个步骤介绍在上海漕泾化学工业区设计的900kt/a 乙烯装置和其他衍生物装置及其上下游一体化工程。它的建成对整个华东地区乃至长江沿江地区的塑料加工、精细化工、汽车制造、建材加工和电子工业等的促进和发展都有重要意义，能够产生很大的经济效益和社会效益。关键词:乙烯工程;产品设计;裂解分离技术;石油化工;经济效益中围分类号:TQ221.21+1文献标识码:B文章編号:0367-6358(2003)11-0597-04Ethylene Product DesignHE Kun'，DING Hui'，WU De-rong3( I. Institute of Chemical Science & Engineering. Shanghar J iaotomg University. Shanghai 200030, China;2 Department of Chemical Engineering. Shanghai Institute of Applied T'echnology. Shanghai 200235. China;3. SINOPEC Shanghar Engineering Company Limited, Shanghai 200120, China)Abstract: The product design considerations and principles of shanghai ethylene cracker complex(SECCO) of the 900kt/a ethylene project of the Shanghai Secco Petrochemical Company Ltd were intro-duced. The great economic and social benefit of the project to the industries in east china and the region a-long Yangtze River were discussed.Key words:ethylene cracker complex; product design; cracking & separation process technology; petro-chemical industry; economic benefit化学产品的设计“首先考虑市场的需要,并建种。石油化学工业以石油烃热裂解分离为龙头生产立满足该市场需要化学产品的思路,然后从这些思相关的基本有机化工原料,这些原料是生产合成树路中筛选出最佳工艺方案和流程,再确定化学产品脂、合成纤维、合成橡胶的标志性基础原料。全球经的制造,最后进行经济分析和评估。与常规的化学反济尤其是中国经济的高速发展,带动了乙烯用量的应、单元操作、物料能量网络为核心的化工过程设计迅速.上升。据统计[2],2000 年世界乙烯需求量为不同;化学产品设计以化学功能、分子设计为核心，81900kt/a ,2010年将达到110380kt/a ;2000年我国追求化学产品的品质和价格。乙烯生产能力凹为4700kt/a,2010 年将扩产达到1需要化学产品的设计首先根据市场和用户的需求确9000kt/a.设计国内乙烯产量最大的.具有世界级生定生产内容及规模;因为需求是产品开发的智慧火产规模的、有国际竞争力的乙烯工程是一项宏伟的工程。收稿日期:2003-07- 17;修國日期: 2003-08-18作者简介:何琨(1963~),男 .高级工程师,主要从事石油化工设计工作中国煤化工位。MYHCNMHG●598●化学世界2003年1.1国内外石化工业我国化工产品结构不合理,无论从数量、品质，20世纪70年代以来,石化工业因新工艺的开还是品种牌号上都不能满足国民经济和社会发展的发、新材料的应用及其高额的利润得到飞速发展,美需要。随着我国国民经济的发展,特别是一些高技术国、西欧和日本等工业发达国家构成了世界石化工石油化工产品领域还存在着许多空白,因此需要加业的主体。当前，全球经济一体化在石化工业中表现大对石化工业的投人。展望2010年,我国石化1.业.得十分明显,跨国化工公司把化工研究与发展、化工的发展和结构调整步伐将明显加快.并将大大缩短生产和销售以及售后服务等生产和流通过程伸向世与经济发达国家在技术和生产水平上的差距,石油界各地。欧美石化跨国公司把投资和市场发展的重化学工业将进入-一个新的发展时期。点纷纷向亚太地区转移,尤其是向经济迅速发展的1.2 国内四大乙烯项目中国转移。在“十五”期间我国开始建设的大型乙烯项目我国石化工业经历了40多年,尤其是改革开放有:扬子巴斯夫一体化基地项目、中外合资上海赛科以来的迅速发展。日前，我国石油炼制能力居世界第乙烯工程、南海石油化工合资项目、福建炼油乙烯合3位、乙烯生产能力居世界第5位。但是，国内化工资项目等四大乙烯工程9;这些项目主要情况和经.产品自给事很低,乙烯的国内市场满足率约63%的济指标见表2。需求量(折合乙烯当量,详见表1)。预计未来十年国2思路内化工产品的市场需求仍将保持6%~8%增长率，设计一个合理的、经济的化学产品是通过分层远高于世界平均水平。次、多步骤的方法来实现的:从100个思路中筛选表1国内乙烯供需情况20个，然后再减少到5个,最后是1个最佳的思路;项目名称2000年2005年2010 年就好像“在100个白天鹅中寻找1个白雪公主”。这需求量/kt.a6700960011500些思路分为创新性思路和改进型思路二大类。思路自给率/%62.69 67.7170. 43筛选的原则是:科学成熟、工程可靠、风险小、价格产量/kta"'4200 65008100低.安全性好、污染少。生产能力/k.a"i470070002.1绿色化工5]技术开工审/% .89. 3692. 8690. 00面对石化产品的需求大幅度增长,石化原料结表2四大乙烯工程的经济技术指标对比扬子上海福建南海建设地点江苏南京上海漕泾福建泉州广东惠州工程规模/kt●a"600900800合资对象:中方中石化/扬子石化.中石化/上海石化中石化/福建炼化中国海洋厂东BASF公司BP公司Exou/钞特公间Shell 公司双方股份比例50'5050: 50.50;5050: 50 .总投资/亿元人民币219. 82224.45 .106. 4914.6亿美元投资指标/万元●(ICr )-3.662. 491. 774.62.内部收益率/%13. 263.5214.1712. 10装置数目812方C.特点.丁辛静、丙烯酸酯、碳-化工亲苯乙烯.丙烯騰莘乙谛、环复乙烷、多元醇聚乙烯、聚丙烯构变化，保护生态环境的严峻挑战,21世纪将突破原料原子,达到“原子经济”的程度,实现废物“零”排第一代石化技术的原料、工艺、设备等限制,用新思放;(4)产品对环境无害,而且绿色化学反应也具有路沔过创新开发出新的石化工艺技术。其主要特点.-定的转化率.能够产生较大的经济效益。是:(1)采用资源丰富、价格低康的无毒、无齿原料，2.2.上海赛科乙烯工程思路而且生产高技术含量、高附加值的产品;(2)在无毒、。上海漕泾化学工业区的开发建设引入了大型化无害的反应条件(溶剂、催化剂等)下高效率、高利用中国煤化工先进理念对区内.率的进行化学反应;(3)在化学反应中充分利用每个YCN M H G进行整合,做到专第11期化世界●599●业齐全、技术领先、管理高效并可持续发展。一期开设包括900kt/a乙烯裂解分离及500kt芳烃抽提等发建设10.0km'，总投入1500 亿元人民币,重点发其他衍生物在内的8套装置和公用工程、储运设施、展石油和天然气化工;二期开发13.4km2 ,发展新型生产辅助设施等上下游- -体化的工程。其设计年操材料和精细化工等石化深加工高附加值产品。作时间为8000 h:占地面积2.04 km';定员1250 人:建设地点在上海化学工业区的中外合资(BP/总投资224.45亿元人民币。SPC/SINOPEC).上海赛科(SECCO)石油化工有限2.3工艺装置设计思路责任公司900kt/a 乙烯工程是由中国石油化工股份上海赛科乙烯工程的8套生产装置工艺流程思有限公司、中国石化上海石油化工股份有限公司和路基本-致，主要分化学反应和分离精制二部分(%];英国BP石油化工中国投资有限公司共同投资,建其的方块流程图见图1.原料反应精制图1T艺装置方块流程图2.4洋葱逻辑关系格是乙烷价格的1/3时,乙烯生产成本可以比传统石油化工过程设计采用了“洋葱逻辑结构”设计的热裂解技术低35%左右。方法。首先选择反应器，然后设计分离与再循环系统，但是传统的热裂解技术由于成熟可靠而被广泛再设计换热网络,最后确定公用工程“”设施,见图2。运用;采用热裂解技术的上海赛科900kt/a乙烯装置有4家专利商可以选择,见表3。3国外4家专利商分离技术特点反应器专利商技术特点分离与再ABB Lummus Global(Lummus)顺序 分离流程循环系绕.Linde AG(Linde)前脱乙烷前加氧流程换热网絡Srone & Webster(S&W)前脱丙烷 ARS流程Brown & Root(KBR)前脱丙烷前加氢谎程公用工程每家专利商的乙烯技术都是通过热裂解生产烯烃产品,但它们的分离流程不同9]。4家技术都比较图2工艺 装置洋葱逻辑结构图先进,且都有大规模工业生产的商业业绩,各具特点3选择设计化学产品从5个思路中选择1个最佳思及自己的优势。选择[10]分离流程不能单凭一项指路，首先从化学(热力学、动力学)和工程(传热、传标,而是要涉及诸如:原料单耗、工艺条件、设备改质)上进行比较;然后考虑非技术的因素(如:舒适性进、装置规模、综合能耗等技木指标和投资以及市场和安全性)等;最后协调好诸如“热量回收率"和‘舒经验诸如:稳定性操作弹性、安全性、可靠性、舒适适度”之间的关系。多种产品方案选择好像“许多苹性等非技术的因素;尤其是能耗和投资是重要和关果和许多橙子”最终只能选择- -种产品并付诸工程.键的评价指标。4家专利商技术经济指标见表4.表4国外4家专利商 乙蟮技术经济指标实施。化学产品选择需要考虑风险,风险水平计算公Lummus Linde S &W KBR式为:风险水平=可能性X概率裂解原料NAP NAP H(;0目前国内外已经开展研究的高效廉价乙烯生产乙烯技术名称MCETARSSCORE技术有多项,其中可能实现工业应用的有两种”印]。能耗X:0*/kJ . t-2093 2261 2512石脑油催化裂解:该技术能降低裂解反应温度,国际市场份额占40% .)家 120窦 140家较大幅度地节省能耗;目前处于寻求高转化率催化综合比较上述国外先进乙烯技术,可知:月前乙剂阶段。矫工艺技术不断推陈出新,分离流程千变万化,乙烯甲烷两步转化技术:由甲烷合成甲醇.再通过硅设备、管道的材料品种、型号不断升级、改进,自控水铝磷酸盐分子筛催化剂转化为乙烯.丙烯等产品。目中国煤化工裂解工业化的生产前200kt/a的工业示范装置已建成投产;当甲烷价{|YHCNMHG认为:ABBLum-●600.界2003年mus Global的乙烯技术热回收率高、装置能耗低、上海赛科乙烯工程制造的产品采用先进的技术可靠性高.投资相对较低,而且国际市场份额较多,和经济的生产规模,其主要流程为:以石脑油为裂解故上海石化(SPC)和英国BP最终选择了Lummus原料,经裂解和分离制得聚合级乙烯、聚合级丙烯等的技术。产品;聚合级乙烯生产聚乙烯、聚苯乙烯等产品;丙4产品制造烯产品用来生产聚丙烯和丙烯腈等产品;混合Ci抽化学产品的制造首先考虑知识产权、专利和商提出丁二烯产品送出界外;抽余C.循环返回;裂解业机密;然后考虑市场前景;最后考虑热力学、反应汽油经一段加氢后分出裂解C,产品,再经二段加氢动力学、传递过程、单元操作等化学工程背景。产品后再抽提出纯苯产品;抽余油返回使用;Cx馏份作的最终规格通过:确定产品结构.确定产品特性、产商品外销。上海赛科乙烯工程工艺装置生产规模和品性能改进等3个策略完成。技术路线见表5。4.1乙烯工程概况4.2 乙烯工艺特点表5工艺装置生产 规模和技术路线装置规模能耗X104序号装置名称工艺技术路线专利商/kt●a-1/kJ.51乙烯装置(汽油加氟) 900SRT- W型炉、顺序分离流程ABB Lummus2093其中婼烃转化单元150(以丙烯计)芳烃抽提装置500(以进料计)N一甲酰基鸣啉溶剂抽提祛Krupp Uhde234.5丁二烯鞍置)0N一甲基吡略烷關溶剂抽提法ABB Lurmmus823. 9液相烃化乙芈技术.Exxon- Mobil/Washington4苯乙烯装置00883.5乙苯绝热脱氢技术Fina/Washington5秦苯乙烯装置本体聚合工艺BP Chemical210.26橐乙烯装量气相法/流化床技术841.550双釜串联气相鬃合反应技术513. 8丙烯腈装量60流化床反应/丙烯氨氧化法438. 1乙烯裂解反应的主要化学反应方程式为:为0.28t水/t,属于比较先进水平。CH,→zH2 + z2CH, + zsCHe + zxCzH +4.3乙烯下游产品zzC;H&+zcCjH6+ z;C.Hg+zeC,H;+zsC_H.乙烯[1作为基本有机化工原料.主要生产的下上海赛科乙烯装置采用世界上最先进的工艺和游产品为:高压聚乙烯、低压聚乙烯、线性低密度聚流程.美国ABBLumnmus专利技术;其特点如乙烯、乙丙橡胶.乙二醇、氯乙烯、聚氯乙烯、醋酸、醋下:裂解炉选用最新开发的SRT- . w型裂解炉,其酸乙烯、聚醋酸乙烯、苯乙烯、聚苯乙烯、聚丁烯、乙中包括8台液体裂解炉及1台气体裂解炉;液体裂醇、高碳醇等。解炉单台生产能力为118kt/a,气体裂解炉单台生产上海赛科乙烯下游产品立足于全球、国内及华能力为95kt/a。该裂解炉提高了裂解反应的选择性.东地区三个层次的市场分析.特别是长江三角洲区和炉子的热效率(> 93%),并增加了乙烯收率,减少城石化市场的需求。所制造的产品具有广阔的市场了原料的消耗。而且用汽油分馏塔l1]塔釜的急冷油发展空间、较强的竞争力和一定的特色并且与在建产生稀释蒸汽以回收余热;输送增压系统采用高效或拟建特大型乙烯工程下游产晶形成优势互补。最率的压缩机及透平13];分离流程采用低压脱甲烷流.终确定制造甲烷氢、聚合级乙烯等17 种产品和副产程,先进的丙炔加氢催化精馏和甲烷.乙烯制冷优化品;其中聚苯乙烯产品的规格有通用GPPS、抗冲击流程等方法降低能耗:另外从裂解气中回收的热量HIPS等2个不同品种以满足市场的需要。上海赛科.产生超高压蒸汽并驱动压缩机透平;故工艺路线、设乙烯工程的产品方案、产量以及规格见表6。备等方面的节能措施使乙烯装置能耗降低至20935经济经济评估从产品价值与原料成本差开始,然后X10'kJ/t乙烯。考虑环境保护因素,用超高压蒸汽中国煤化工其他成本。化学产排水作为碱洗/水洗塔用水.既减少了用水量,又减少了污水排放量;乙烯装置的单位产品污水排放量YHCN M H G.无中间结果。第11期化世表6产品方案.产量及规格系统化框架。序号产品名称产量主要规格/%参考文献:氢21. 5(摩尔分数)[ 1] Cussler E L. 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Hydrocarbon Processing，2003,(3): 96-经济分析([16),项目的内部收益率为13.52%,这不仅99高于石化行业12%的基准收益率,也高于项目的融:[12] 堵祖荫.用Aspen Plus模拟汽油分馏塔系统[J]. 4资成本，具有较好的经济效益。另外,产品价格变化烯工业,2002,14(4):13-17. .对财务内部收益率影响最大.其次为原料价格的变[13] Carl R B. Rules of Thumb for Chemical Engineers化,建设投资和建设期延长的影响最小。当原料和产(2nd ed) [M]. USA: Gulf Publishing Company .品价格同幅变化10%时,项目内部收益率仍在12%1998. 88 ,[14]陈滨.己烯工学[M].北京:化学工业出版社.1997.以上;因此该项目具有一定的抗风险能力。上海赛科以乙烯为龙头的8套工艺生产装置和[15]刘训峰. “十五”期间我国乙烯工业的发展趋势[J].石配套设施计划于2004年6月基本建成;建成以后对油化工技术经济,2001 ,17(5):4-8.整个华东地区乃至长江沿江地区的塑料加工、精细[16]王江义. 石油和化学工程师实用手册[M].北京:化学化工、汽车制造.建材加工和电子工业等的发展都有工业出版社,2001.175.重要意义,具有很大的社会影响和极高的经济效益。[17] 钱宇,等.化学产品工程的理论和技术[J].化工进.综上所述,化学产品工程"主要解央的问题应展，2003,22(3):217-223.该最终满足产品工程和过程工程集成的、多层次的rerercrorcrorererrererercrcrcrorrrererercrarerowretcorewserrcrcrercprcvrererecrerorororerc(上接第605页)Met-Org Chem[J]. 1995,25(9);1717-1725. .[22] ShenX, LiQ, Jing H L, et al. 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