乙烯生产技术和工艺流程介绍.ppt

乙烯生产简介 技术二部 2013年8月22日,引言,乙烯生产技术是石油化工的核心技术，乙烯装置是石油化工的核心装置;乙烯的技术水平、产量、规模标志着一个国家石油化学工业发展水平。 乙烯装置生产的 三烯：乙烯、丙烯、丁二烯 三苯：苯、甲苯、二甲苯 是其它有机原料和三大合成材料的基础原料。,乙烯裂解原理,烃类裂解是石油系原料中的较大分子的烃类在高温下发生断链反应和脱氢反应生成较小的分子的乙烯和丙烯的过程。烃类裂解反应是吸热过程。它包括脱氢、断链、异构化、脱氢环化、芳构化、脱烷基化、聚合、缩合和焦化等诸多反应 。,裂解原料 天然气： 甲烷、乙烷、丙烷、丁烷 炼油装置产品：炼厂气（甲烷、乙烷、丙烷、丁 烷）拔头油、抽余油、石脑油、加氢 尾油、常压柴油、减压柴油 备注： 1）大庆、华北油田：炼制出的石脑油、轻柴油做原料，烯烃收率高，结焦周期长。 2）胜利油田：炼制出的石脑油、轻柴油做原料，烯烃收率低，结焦周期短。 3）辽河油田：芳烃高、含氢低，不宜裂解。,裂解气组成（裂解炉出口）： 氢气 甲烷（C1） 乙炔（C2） 乙烯（C2）（国内乙烯收率30%-35%） 乙烷（C2） 丙二烯/丙炔（C3） 丙烯（C3） 丙烷（C3） 丁二烯/丁炔、丁烯、丁烷（C4） 戊二烯/戊炔、戊烯、戊烷（C5） C6-C8非芳 杂质 苯、甲苯、二甲苯/乙苯/苯乙烯 CO C9-205 DEG C CO2 205-288 DEG C （ 裂解柴油） H2S 288+ DEG C (裂解燃料油） H2O,用乙烯生产的典型系列产品 聚合聚乙烯、乙丙橡胶 氧化环氧乙烷、乙醛 烷基化乙苯、烷基铝 卤化氯乙烷、二氯乙烷、溴乙烷 水合乙醇 齐聚-烯烃,用丙烯生产的典型系列产品 聚合聚丙烯、乙丙橡胶 氧化丙烯酸 环氧化环氧丙烷 烷基化异丙苯 卤化氯丙醇、环氧氯丙烷 水合异丙醇 氨氧化丙烯腈、丙烯酰胺,用丁二烯生产的典型系列产品 聚合顺丁橡胶、丁苯橡胶、ABS 低聚环辛二烯 用三苯生产的典型系列产品 苯乙苯、苯乙烯、环己烷、氯苯 甲苯二硝基甲苯、苯甲酸、甲乙苯、二甲苯 二甲苯对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸脂,乙烯工艺简图,裂解反应条件 高温 ： 800900oC 短停留时间 ：0.010.7秒 低烃分压,乙烯生产技术：管式炉蒸汽热裂解 ABB Lummus /SRT型炉 Stone 丙烯50万吨/年 年操作小时：8000小时 操作弹性： 60-110%(P/E比:0.45-0.5kg/kg),Linde技术特点 双炉膛、立式布置辐射炉管。 PyroCrack 1-1炉管具有选择性高、受力小和寿命长的优点。 96个LQE(Linear Quench Exchanger)直接与96个炉管相连，减小结焦。 提供底烧和侧烧，受热均匀。 前脱乙烷前加氢分离流程，在冷分离和脱甲烷之前脱除重烃组分,只有C2及轻组份去低温单元。而且乙炔加氢采用前加氢不用把氢气全部分离出来，再补充进来加氢,这样可以节省冷剂的用量，降低了制冷压缩机的负荷和能耗。 乙烯塔和乙烯压缩机组成的低压开式热泵系统，合理利用余热，提高能量利用效率。降低了乙烯制冷压缩机的负荷和能耗。 碳二加氢等温反应器，使得碳二加氢剧烈的放热反应更容易得到控制，由于用甲醇及时把反应热量撤走，更不容易造成飞温而导致停车。,对流段、辐射段,原料预热,裂解炉,急冷油/水系统,裂解气 压缩系统,预冷和干燥,C2/C3分离,C2加氢,C1/C2 分离,甲烷化,乙烯分离,乙烯制冷,C3/C4分离,C3加氢,丙烯分离,C4/C5分离,汽油加氢1段,C8/C9分离,汽油加氢2段,C5/C6分离,工艺蒸汽系统,碱洗系统,丙烯制冷,乙烯,丙烯,氢气,加氢汽油,C9+馏分,C4馏分,C5回裂解炉,丙烷回裂解炉,乙烷回裂解炉,工艺流程,01 炉区,05 废水区,02 热回收区,02 热回收区,03 压缩和甲 烷化区,03 压缩和甲 烷化区,04 分离和汽油加氢区,04 分离和汽油加氢区,06 配变电所和机柜室,07 装置主管廊,主要原料及工况 独山子乙烯装置主要原料有：石脑油，加氢尾油A，加氢尾油B，轻烃和LPG。 有三种不同的进料工况，每种进料工况又有丙烯、乙烯比分别为0.5和0.45两种不同的裂解深度；所以本乙烯装置根据进料和裂解深度分为六种设计工况。 产品和副产品 主要产品为聚合级乙烯、聚合级丙烯和氢气，主要副产品为裂解碳四、加氢汽油、加氢碳九馏分、未加氢碳五（可选）、裂解轻柴油和裂解燃料油等。,产品和副产品产量: 序号 物料名称 单位 小时产量 年产量 备注 乙烯 t 125 1000,000 送FDPE、HDPE、SM等装置 丙烯 t 62.5 500,000 送PP装置 氢气 t 2.75 22,000 供装置加氢及外送 甲烷/氢 t 51.503 412,024 作燃料 裂解碳四 t 40.616 324,928 送丁二烯装置 加氢汽油 t 52.953 423,634 送芳烃抽提装置 加氢碳九 t 8.956 71,648 送罐区，销售 未加氢碳五 t 19.502 156,016 送罐区，销售 裂解轻柴油 t 6.058 48,464 送罐区，销售 10 裂解燃料油 t 5.685 45,480 送罐区，销售,(1)原料预热 1).轻烃 来自全压力罐区轻烃缓冲罐的轻烃加热到60，送到闪蒸罐10-V-2531。罐底部的液相混合到新鲜的石脑油管线。罐顶部的气相经压控阀并入到气相进料管线。 2).石脑油 新鲜的石脑油来自界区外的石脑油罐，与循环回的加氢碳五混合后，经急冷水预热加热到43，与来自轻烃闪蒸罐10-V-2531的重组分混合后，经换热器10-E-2512进一步加热到80送到炉区。,3)LPG（液化石油气） 新鲜的LPG来自界区外的原料LPG罐，界区温度20,压力1.3Mpa与循环丙烷馏分混合后，在丙烷/LPG蒸发器10-E-2514加热汽化。与预热后的循环乙烷和来自轻烃罐的汽化轻组分在气态原料总管混合，送入气体裂解炉；液相送到轻烃闪蒸罐的进口管线。 4)加氢尾油 新鲜的加氢尾油原料来自界区外的加氢尾油罐，界区温度70,压力1.1Mpa。在尾油预热器10-E-2515预热到80后送到加氢尾油炉。,8台裂解炉（7开1备；15万吨/年.台）,(2) 裂解 裂解炉采用“双辐射段”即通过采用两个辐射室共用一个对流段（双炉膛）来容纳双倍数量的炉管。 本项目采用的Pyrrack 1-1型炉管，具有高选择性，给定原料下乙烯收率更高；压降小；操作周期长等特点。 使用文丘里分配器，使所有的辐射段流速一致，最终每根炉管有相同的停留时间。 线性急冷换热器（LQE）的设计使其不受焦粒的冲刷，避免结焦。保证长周期运行，最大限度减少检修工作。 对流段设计，使其适应原料的多样性，加氢尾油为达到相应的气化率和流动形式，采用特殊设计。利用对流段回收的废热，产生最大限度的过热超高压蒸汽， 对于加氢尾油炉，采用专有的混合注汽喷嘴设计，避免结焦,原料在对流段预热，气化、与稀释蒸汽混合，经横跨段分配至辐射段。所有的平行进口管线连接到一对进料总管，通过文丘里喷嘴（Laval）重新分配进到辐射段炉管。这种对流段物料出来和再分配使进入辐射段使各流股达到相同的温度和压力,使得所有流股的流速相同、停留时间相同。 进入辐射段后，通过控制辐射段的反应温度，即底部和侧壁烧嘴输出的热量，来控制裂解反应深度。 裂解炉的热效率与排烟温度密切相关，通过回收烟道气热量，加热原料、超高压蒸汽和锅炉给水，提高热效率。 对流段由几组平行布置的炉管构成，按照一定顺序合理布置不同管束，达到最大的热回收，使裂解炉高效稳定长周期运行。,(3)急冷 1)油洗 来自裂解炉急冷器200到250的裂解气进入油洗塔（10-C-2701），通过和急冷油逆流接触进一步冷却，并最大地实现热量回收。回收的热量被用于发生稀释蒸汽和其他加热器。塔上部精馏段用水洗塔（10-C-2801）底部循环回来的裂解汽油作为回流。 急冷油塔底210的急冷油通过急冷油泵（10-P-2771 A-C/S）送至急冷油旋风分离过滤器10-V-2732A-E分离出焦粒然后分成两部分，一部分作为裂解燃料油产品经冷却后送出界区；另一部分与中油混合作为热源送至稀释蒸汽发生器2号再沸器10-E-3012A-L。冷却后的急冷油一部分送油洗塔的下部，另一部分送到裂解炉急冷器，直接急冷裂解气。 为了调节急冷油塔中急冷油的粘度，一部中油送至裂解燃料油汽提塔10-C-2702用中压蒸汽进行汽提。汽提出的轻组分返回急冷油塔；汽提后的塔底裂解柴油一部分作为裂解柴油产品送出，另一部分作为汽提塔的回流。,2)水洗 水洗塔10-C-2801通过大量循环急冷水，进一步将裂解气冷却至环境温度，同时重汽油和稀释蒸汽也被冷凝。净化和冷却后的38左右的裂解气由塔顶送往压缩单元。 83的循环急冷水从水洗塔底采出，用泵送往多个低温热量回收用户。并在返回塔前在板式换热器10-E-2811A-F和10-E-2812A/B中最终冷却，返回塔的顶部和中部。 在急冷水泵10-P-2871A/B入口，注入碱液严格控制急冷水的PH值，以防止急冷水乳化。 另外从水洗塔下部抽出的水和汽油通过油水分离，分离出的工艺水经过工艺水聚结器后，送往稀释蒸汽系统；分离出的裂解汽油，一部分送往油洗塔10-C-2701作回流，另一部分作为抽提汽油到汽油废碱分离罐10-V-3532；其余部分直接去汽油加氢单元。,3)稀释蒸汽系统 来自聚结器10-V-2832的工艺水预热后送入工艺水汽提塔10-C-3001以除去溶解在水中的挥发性烃类。汽提后的工艺水经预热后送到稀释蒸汽分离罐10-V-3031。 大部分的工艺水经10-E-3012A-L通过急冷油加热产生稀释蒸汽，其余部分在10-E-3011A-C中由中压蒸汽加热产生稀释蒸汽。 为防止稀释蒸汽冷凝，在稀释蒸汽过热器10-E-3014中用中压蒸汽将稀释蒸汽过热到约185。如果因乳化等原因，工艺水来发生稀释蒸汽不足时，可以直接补充中压蒸汽。,(4)裂解气压缩 1)裂解气压缩 压缩机为五段离心压缩机。裂解气由入口压力约0.13MPaA压至出口压力约3.8MPaA。每段压缩后，裂解气分别由段间冷却器10-E-311110-E-3115冷却。裂解气中的水和重组分在这些冷却器中冷凝。 少量的锅炉给水被注入到裂解气压缩机缸内。同时，碳九馏分作为压缩机的洗油。以降低压缩过程的温度，防止聚合。 酸性气体脱除在裂解气压缩机四段和五段之间进行。,2)碱洗 裂解气从压缩机四段出口进入碱洗塔底部10-C-3501。碱洗塔包括三段碱洗和一段水洗,脱除酸性组分CO2和H2S。 2 NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O 2 NaOH + H2S Na2S + 2 H2O 底部弱碱循环,中段碱洗循环,上段6.5强碱循环。水洗段是为了防止碱液夹带至裂解气压缩机五段。 碱洗塔底的废碱抽出后与一小股汽油在汽油/废碱混合器中混合,以溶解在碱洗塔中产生的聚合物，再送至废碱汽提塔10-C-3601。,3) 废碱氧化 废碱在废碱汽提塔10-C-3601中，苯等挥发性烃类物质被汽提出来。汽提后，废碱送至废碱储罐10-T-3632。 从废碱储罐10-T-3632直接送入高压废碱氧化单元10-A-3601。 废碱液与工厂空气混合后，从底部进入反应器。反应器操作温度为200，操作压力为3.6MPaG。 氧化后的废碱和废气换热后，再进入气液分离罐，分离出的废气送出界区进行焚烧处理；分离出的液相用硫酸将pH值降低到7.0-10.5后送出界区，进入含盐污水收集系统进行集中处理。,(5)预冷和干燥 来自裂解气压缩机的裂解气经冷分离产品（氢气、甲烷）和丙烯冷剂逐级冷却至所需的温度。 进入分离罐中，裂解气经气液分离后进入裂解气干燥器10-D-3741A/S，在干燥器中水的含量降低至所需的露点。 干燥后的裂解气通过循环乙烷、冷甲烷和氢气馏分、丙烯冷剂冷却至约-17。经分离罐10-V-3733进行气/液分离后，液体馏分在10-E-3713中部分蒸发，进入脱乙烷塔10-C-3802的下部。,(6)脱乙烷 脱乙烷为不同压力下的双塔系统。来自10-V-3733含有碳三的轻组份进入高压碳三吸收塔10-C-3801 (3.7MPaA) ，碳三留在10-C-3801塔底液相中，然后送入脱乙烷塔上段。不含碳三以上的轻组份从10-C-3801塔顶送去碳二加氢。 脱乙烷塔10-C-3802在较低的压力下操作（约2.6MPaA）。它以干燥器10-D-3742的凝液为进料。 10-C-3802塔顶气体经冷凝后送至-52的脱乙烷塔回流罐10-V-3831。塔底产品被送至脱丙烷塔作进一步的分离。,(7) 碳二加氢 来自碳三吸收塔10-C-3801顶的碳二及碳二以下轻组份在碳二加氢反应器中将乙炔转化为乙烯和乙烷。由于氢气还没有从中分离出来，所以不用另外补充氢气（前加氢）。 乙炔加氢反应在等温管式反应器中进行。反应器的管中填充钯系催化剂。反应器中发生如下的放热反应： C 2 H 2 + H 2 = C 2 H 4 (1) C 2 H 2 + 2 H 2 = C 2 H 6 (2) C 2 H 4 + H 2 = C 2 H 6 (3) 当反应器在等温条件下操作时，飞温工况几乎不可能发生。 不含乙炔的裂解气从反应器的底部出来，在进入低温部分前，先进入保护干燥器10-D-3941除去残余的水，以确保低温部分的长期运行。,突出特点： 1）两塔提馏段及塔釜再沸器易发生双烯烃的聚合结垢，一方面加阻聚剂，另一方面选择合适的塔型（大孔筛板等抗垢能力强的塔盘）及采用备用再沸器。 2）与前脱丙烷相比，聚合结垢趋势缓和，温度相当，但碳三馏份进提馏段及塔釜再沸器，使得易结垢组分相对含量下降。 3）加氢反应器采用等温列管固定床。,(8)冷分离 低温段 在低温段，碳二及轻组分经过逐级冷凝，所有的乙烯、乙烷和几乎所有的甲烷被冷凝，剩下的气体是富氢气。 低温部分收集的凝液送入脱甲烷塔10-C-4101。 气体流股分离出的凝液直接送到脱甲烷塔10-C-4101。自10-V-4032的裂解气冷凝到-110，压力为3.326 MPaG。 从脱甲烷塔10-C-4101的顶部采出的液态产品作为碳二吸收塔10-C-4001的回流。10-C-4001的塔底产品进入脱甲烷塔10-C-4101; 塔顶气相组份包括甲烷、氢气和痕量CO，在氢气分离罐10-V-4033中的气相流股中包含95mol的氢气。脱甲烷塔顶气体加热后送到燃料气系统和再生气系统。从10-V-4033的顶部得到氢气流股，进入CO甲烷化单元。,(9) 脱甲烷 10-V-4032的凝液和10-C-4001的塔底物流送至脱甲烷塔10-C-4101，脱甲烷塔塔顶组分包括甲烷、CO、氢气，塔底的C2组分送入乙烯精馏塔10-C-4301。,(10)乙烯精馏 乙烯精馏塔的操作基于热泵系统，即乙烯精馏塔塔顶气体在乙烯压缩机10-K-4401的三段压缩和返回塔作为回流之前进入乙烯塔再沸器10-E-4311中液化。气体在乙烯压缩机10-K-4401三段压缩后，加入到塔回流中。大部分流股进入乙烯塔再沸器10-E-4311中冷凝。冷凝的凝液被分成两股，大部分流股循环到乙烯精馏塔作为回流，剩下的流股送到乙烯收集罐10-V-4431。乙烯精馏塔10-C-4301的塔底乙烷流股被蒸发和加热后循环回裂解炉。,(11)乙烯制冷系统 乙烯制冷系统是开环循环系统。为乙烯精馏塔提供回流、为低温部分和脱甲烷塔提供乙烯冷剂和提供界区条件下气态和液态乙烯产品。 乙烯制冷系统提供三个制冷级别的乙烯冷剂：-101，-80，-57。 乙烯气在五级离心压缩机10-K-4401中压缩。所需要的-80和-101的液态乙烯来自乙烯收集罐10-V-4431。从用户返回的蒸发的低压乙烯在乙烯过冷器10-E-4412中加热后返回到乙烯压缩机10-K-4401的一段，中压乙烯在10-E-4312中过热后返回乙烯压缩机的二段。 气态乙烯在压缩机4段中进一步压缩到3.812MPaG之后冷却到35。一部分乙烯被送往界区作为3.706MPaG的气相乙烯产品，剩下的部分在压缩机5段中继续压缩到5.406MPaG，用冷却水冷却到35后，被送往界区作为5.206 MPaG的高压气相乙烯产品。 正常操作时作为气相产品送出界区；如果气相产品不能全部送出界区，不能送出的部分乙烯产品液化后作为液相产品送到界区外的罐区。 如果由于事故原因乙烯装置停车出事故或者减负荷操作，从罐区来的液态乙烯在乙烯汽化器10-E4422中汽化后作为气相乙烯的产品。,(12) 丙烯制冷系统 丙烯制冷系统提供冷却水和乙烯冷剂之间的中间级的冷剂。丙烯制冷系统提供下列三个制冷级别的丙烯冷剂：-38，-19，+10。 丙烯气体在三段压缩机10-K-4601中压缩。 离开压缩机三段被压缩的丙烯用冷却水冷却后，液态丙烯送往丙烯收集罐10-V-4634。液化的丙烯膨胀到高压丙烯冷剂的压力提供给用户大约10的丙烯冷剂。,(13) 一氧化碳甲烷化 从低温部分来的氢气包含裂解反应生成的一氧化碳。一氧化碳是加氢反应催化剂的抑制剂，除去一氧化碳的氢气用于碳三加氢和汽油加氢。一氧化碳甲烷反应器10-R-4901的催化剂具有五年以上的生命周期。 一氧化碳按照下列反应式转化为甲烷和水。 CO+3H2 = CH4+H2O 反应器流出物中液态水的分离在一个大管径的竖管里。不含一氧化碳和水的氢气适合于汽油加氢单元的氢气。对于碳三加氢反应和输出界区的氢气需要在氢气干燥器10-D-4941A/S中继续干燥，以满足氢气和丙烯的规格。 过量的氢气输出界区供其它装置使用。在汽油加氢单元操作不正常，过量的氢气不能输出到界区的情况下，过量的氢气可以排到燃料气系统或者排到火炬。,(14) 热分离 1) 脱丙烷 来自脱乙烷塔10-C-3802塔底的碳三及重组分进入脱丙烷塔10-C-5101。 塔顶气相被冷凝后，一部分回流，其余部分送碳三加氢系统。 脱丙烷塔塔底的碳四及重组分（约为80）送往碳四/碳五分离系统。,2) 碳三加氢 脱丙烷塔塔顶物料送往碳三加氢系统，使物料中的甲基乙炔和丙二烯转化为丙烯和丙烷。 碳三物料进入碳三加氢反应器10-R-5201 A/S。加氢反应在固定床反应器系统中进行。 加氢后的碳三物料送入丙烯汽提塔10-C-5401。 丙烯汽提塔用于除去加氢后的碳三组分中溶解的氢气和甲烷。 塔底出料送至丙烯精馏塔。,3)丙烯精馏 丙烯与丙烷在丙烯精馏塔10-C-5501 A/B中进行分离。 丙烯精馏塔采用双塔系统，并联操作。聚合级丙烯产品从塔顶排出。塔底排出馏份为循环丙烷、痕量的MAPD和痕量的重组分。 塔底丙烷返回裂解炉作裂解原料。,4）脱丁烷 由碳四及重组分组成的脱丙烷塔釜液进入脱丁烷塔10-C-5701。 脱丁烷塔塔顶气相被冷凝液化后，部分液体送回脱丁烷塔作为回流，其余作为混合碳四产品送出界区。,(15) 汽油加氢 1) 一段汽油加氢 粗裂解汽油中的苯乙烯和二烯烃在一段加氢单元中加氢，使高不饱和烃转化为单烯烃。 正常流程中，来自汽油稳定塔塔底和脱丁烷塔塔底的混合粗汽油送入一段加氢进料缓冲罐10-V-6131。 前脱戊烷流程中，碳五及重组分混合流股先送入脱戊烷塔中脱除碳五，塔釜的碳六及重组分流股送往一段加氢进料缓冲罐。 裂解汽油与补充氢气混合。加氢反应在固定床反应器10-R-6101 A/S中进行。 汽油一段加氢热分离罐中的液体物料一部分与反应器进料混合;另一部分送入脱辛烷塔10-C-6301进一步处理。,2) 脱辛烷 脱辛烷塔的目的是从选择加氢汽油中分离出碳九及重组分。 脱辛烷塔塔顶产品，部分液体作为回流送回脱辛烷塔，其余部分送往二段加氢单元。 主要组分为碳九及重组分的塔底产品被冷却后，送出界区。,3) 二段汽油加氢 二段汽油加氢是将剩余的不饱和烃（主要为单烯烃）和硫化物加氢。 脱辛烷塔塔顶物料为选择加氢的碳五到碳八组分；前脱戊烷流程时该流股为选择加氢的碳六到碳八组分。 加氢反应进料先与氢气和来自汽油二段加氢液体循环液体混合。 气相加氢反应在固定床反应器10-R-6402中进行，单烯烃被完全加氢为饱和烃，硫化物转化为硫化氢。 正常流程时汽油二段加氢分离罐的液体产品送往脱戊烷塔10-C-6501分离出碳五。 前脱戊烷流程时汽油二段加氢分离罐的液体产品送往汽油汽提塔10-C-6401脱除剩余的轻组分，含有碳六至碳八馏分的合格塔釜产品送出界区。,技术经济指标,全装置-1,全装置-2,非炉区-1,非炉区-2,炉区,