[畢業(yè)設(shè)計(jì)精品]年產(chǎn)13.8萬(wàn)噸乙烯裝置分離工段乙烯精餾工序工藝設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)論文題 目：年產(chǎn)13.8萬(wàn)噸乙烯裝置分離工段乙烯精餾工序工藝設(shè)計(jì)院 系： 化學(xué)工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝班 級(jí)： 化工 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 論文提交日期： 年 月 日論文答辯日期： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)化學(xué)工程與工藝化工0703班學(xué)生： 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)13.8萬(wàn)噸乙烯裝置分離工段乙烯精餾工序工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.工藝流程設(shè)計(jì)、工藝條件選擇 2.物料衡算、熱量衡算、主要尺寸設(shè)計(jì) 3.繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖畢業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)題部分：乙烯精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算起止時(shí)間： 2011年3月- 2011年6月指導(dǎo)教師： 簽字 年 月 日教研主任： 簽字 年 月 日學(xué)院院長(zhǎng)： 簽字 年 月

2、 日內(nèi)容摘要乙烯是石油化工的主要代表產(chǎn)品，在石油化工重占主導(dǎo)地位。目前世界上乙烯的生產(chǎn)絕大數(shù)來(lái)源于蒸汽裂解制烯烴技術(shù)。由于蒸汽裂解是石油化工中的大能耗裝置，而且完全依賴(lài)不可再生的石油資源，因此研究和開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行了新的乙烯生產(chǎn)技術(shù)的探索和開(kāi)發(fā)。乙烷脫氫、催化裂解、甲烷氧化偶聯(lián)和甲醇轉(zhuǎn)化等乙烯生產(chǎn)新工藝，希望能夠以此作為蒸汽裂解制乙烯的補(bǔ)充，甚至在將來(lái)替代蒸汽裂解制乙烯。乙烯主要用于生產(chǎn)聚乙烯、聚氯乙烯和乙二醇等。乙烯除少量由酒精脫水制得外，絕大部分石油烷烴裂解生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)是以撫順乙烯化工有限公司裂解裝置為藍(lán)本，完成了年產(chǎn)13.8萬(wàn)噸級(jí)得乙烯裝置分離工段乙烯精餾工序的工藝設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)對(duì)乙烯精餾塔進(jìn)

3、行了物料衡算和熱量衡算，并且對(duì)乙烯精餾塔進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)與選型設(shè)計(jì)。乙烯精餾塔采用了浮閥塔,并符合流體力學(xué)驗(yàn)算和操作條件。在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，我們?cè)谡麄€(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中查閱了大量的相關(guān)文獻(xiàn)及資料，深入掌握了有關(guān)的基本理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，對(duì)理論知識(shí)有了更深的認(rèn)識(shí)，靈活的應(yīng)用到設(shè)計(jì)當(dāng)中，并結(jié)合了有關(guān)的化工過(guò)程的要求去設(shè)計(jì)，還是比較順利的完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：乙烯；分離；乙烯精餾abstractthe ethylene is petroleum chemical industry main representative the product, occupies the dominant position

4、 in the petroleum chemical industry. at present in the world the ethylene production overwhelming majority originates from the steam decomposition system alkene technology. because the stearu decomposition is in the petroleum chemical industry big energyconsumption installment, moreover total depend

5、ence non-renewable oil resource, therefore the research and the development personnel have carried on the new ethylene production technology exploration and the development.ethylene and so on ethane dehydrogenation, catalytic pyrolysis, methane oxidation coupling and methyl alcohol transformation pr

6、oduce the new crafi, the hope can by this achievement steam decomposition system ethylene supplement, even in future substitution steam decomposition system ethylene.the ethylene mainly uses in producing the polyethylene, the polyvinyl-chloride and the glycol and so on. the ethylene besides by the d

7、ehydration of alcohol system, the major part decomposes few by the petroleum alkane the production.the design is based on chemical co., ltd. fushun ethylene cracker based on the completion of the annual production capacity of 138,000 ton ethylene cracker plant section of the separation process desig

8、n . this design has carried on the material balance and the thermal graduated arm to the ethylene rectifying tower calculated, and has carried on the technological design and the shaping design to the t ethylene rectifying ower, and has also drawn up the belt control point flow chart. the deethaniza

9、tion tower used the float valve tower to carry on the computation. the design calculates finally results in tower neck 2.2m, tower high 16.75m. and conforms to the hydromechanics checking calculation and the operating condition.under supervising teachers instruction, we have consulted the massive co

10、rrelation data and the literature in the entire design process, has known the related elementary theory and the specialized knowledge thoroughly, had a deeper understanding to the theoretical knowledge, the nimble application design, and unified the related chemical process request to design, compar

11、ed with smooth has completed the graduation project.key words: ethylene; separation;ethylene rectifying目錄引言乙烯是石油化工的基礎(chǔ)原料。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，低級(jí)烯烴的需求呈逐年增加的趨勢(shì)。面對(duì)新形勢(shì)，乙烯生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)依靠技術(shù)創(chuàng)新，努力提高裝置技術(shù)水平，以增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。 近年來(lái)，世界乙烯裝置規(guī)模大型化趨勢(shì)明顯。2010年5月，全球最大的乙烷裂解裝置在卡塔爾建成，該裝置的設(shè)計(jì)乙烯產(chǎn)能為130萬(wàn)噸年。隨著裂解爐生產(chǎn)能力的提高，不但單位乙烯生產(chǎn)能力的投資下降，而且操作成本和維修成本也相應(yīng)減少，從而降

12、低了單位乙烯的生產(chǎn)成本。我國(guó)乙烯裝置普遍規(guī)模較小，其平均能耗、物耗也相應(yīng)較高。對(duì)裝置規(guī)模小、缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的小型乙烯裝置，專(zhuān)家建議可借鑒大型乙烯裝置改造的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行擴(kuò)能改造，形成中型乙烯裝置以有效地提高現(xiàn)有裝置競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)由于我國(guó)原油中輕質(zhì)油含量普遍偏低，直餾石腦油和輕柴油一般只占原油的30%左右，因此，在我國(guó)發(fā)展重質(zhì)油裂解技術(shù)研究具有極其重大的現(xiàn)實(shí)意義。隨著中國(guó)乙烯工業(yè)的發(fā)展，供需平衡關(guān)系將逐步得到改善，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)則更加激烈。面對(duì)以市場(chǎng)國(guó)際化、資源國(guó)際化、技術(shù)與人才國(guó)際化、資本國(guó)際化為主要特征的經(jīng)濟(jì)全球化大趨勢(shì)，市場(chǎng)占有率主要取決于產(chǎn)品品種、質(zhì)量和成本。因此，每個(gè)乙烯廠(chǎng)應(yīng)有各自的特色，形成自身

13、的強(qiáng)勢(shì)，如果只是簡(jiǎn)單地重復(fù)建設(shè)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)雷同，則難以形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。中國(guó)乙烯存在巨大的市場(chǎng)缺口和消費(fèi)增長(zhǎng)空間，國(guó)產(chǎn)乙烯的市場(chǎng)占有率一直較低。為緩解國(guó)內(nèi)乙烯供應(yīng)緊張，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，雖然中國(guó)石油、中國(guó)石化和中海油加快實(shí)施乙烯擴(kuò)能計(jì)劃，但預(yù)計(jì)到2010年中國(guó)乙烯當(dāng)量消費(fèi)供需缺口將達(dá)1119萬(wàn)噸。從整體情況看，中國(guó)乙烯工業(yè)還有較大的發(fā)展空間。 本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)13.8萬(wàn)噸乙烯裝置分離工段乙烯精餾工序工藝設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，結(jié)合課本知識(shí)，完成了本次設(shè)計(jì)。第一章 文獻(xiàn)綜述1.1 設(shè)計(jì)概述本設(shè)計(jì)是對(duì)年產(chǎn)13.8萬(wàn)噸乙烯裝置乙烯精餾塔的工藝設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)是以撫順石油公司乙烯裝置為依據(jù)，同時(shí)做了部分改動(dòng)。

14、本設(shè)計(jì)以石腦油為原料，管式爐裂解的方法生產(chǎn)乙烯。主要對(duì)乙烯精餾塔進(jìn)行了物料衡算和熱量衡算，并對(duì)其進(jìn)行了工藝參數(shù)的確定以及設(shè)備尺寸計(jì)算與選型。本設(shè)計(jì)中乙烯精餾塔采用的是浮閥塔。1.2 乙烯原料的來(lái)源 裂解原料的來(lái)源主要有兩個(gè)方面，一是天然氣加工廠(chǎng)的輕烴，如乙烷、丙烷、丁烷、天然氣油等，二是煉油廠(chǎng)的加工產(chǎn)品，如煉廠(chǎng)氣、汽油、煤油、柴油、重油、渣油等，以及煉油廠(chǎng)二次加工油，如焦化加氫油、加氫裂化油等。1.2.1 天然氣 蘊(yùn)藏在地層內(nèi)的可燃性氣體稱(chēng)為天然氣，它的組成主要是甲烷，還含有乙烷、丙烷等低相對(duì)分子質(zhì)量烷烴，和少量n2、h2、s2等非烴類(lèi)成分。 天然氣分干氣和濕氣兩種，干氣的主要成分是甲烷，含甲

15、烷在90%以上。濕氣含90%以下的甲烷，其余成分是乙烷、丙烷和丁烷等烷烴，之所以稱(chēng)為濕天然氣，是因?yàn)閏2c5這部分可以經(jīng)壓縮冷卻得到液態(tài)的凝縮汽油。1.2.2 煉廠(chǎng)氣煉廠(chǎng)氣是煉廠(chǎng)在石油加工過(guò)程中所得到的氣體的總稱(chēng)。它主要包括催化裂解氣、加氫裂化氣、焦化氣、重整氣。本設(shè)計(jì)采用的乙烯原料主要有石腦油、拔頭油、cl、c4等。1.3 乙烯的生產(chǎn)工藝1.3.1 乙烯的生產(chǎn)基本方法 早在30年代就開(kāi)始對(duì)石油烴高溫裂解生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行研究，并在四十年代建成了裂解生產(chǎn)烯烴的工業(yè)裝置。經(jīng)過(guò)近六十年的發(fā)展，石油烷烴經(jīng)管式爐裂解生產(chǎn)乙烯產(chǎn)量占世界乙烯生產(chǎn)的99%以上。 目前主要的裂解方法：(1)蓄熱爐裂解 該方法以蓄熱

16、磚為載體使石油烴裂解來(lái)制取烯烴。此法先用燃料和空氣在爐內(nèi)燃燒，使蓄熱磚升至高溫。然后停止供給燃料和空氣用蒸汽吹掃殘存空氣，即可通入裂解原料和水蒸氣。五十年代處實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，由于其收率低、能耗大污水量大、因而除國(guó)內(nèi)的一些小乙烯企業(yè)還在生產(chǎn)外，國(guó)內(nèi)早已停產(chǎn)。(2)流動(dòng)床裂解 流動(dòng)床裂解技術(shù)是在催化裂解技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的烴類(lèi)裂解技術(shù)。它以流動(dòng)床方式循環(huán)固體顆粒加熱載體，循環(huán)的熱載體在加熱器中被加熱，在反應(yīng)器中則利熱載體積蓄的熱量進(jìn)行烴類(lèi)裂解反應(yīng)。由于此法在裂解過(guò)程中生成的結(jié)炭可在加熱載體加熱過(guò)程中燒除，因而可作為重質(zhì)油裂解手段。ipc法、basf法、k-k法均作為有代表性的流動(dòng)技術(shù)。(3)流動(dòng)床部分氧

17、化裂解 本法是在流動(dòng)床反應(yīng)器中將空氣或氧氣混合入原料烴，部分原料烴燃燒生成的熱量供應(yīng)其余原料烴進(jìn)行裂解反應(yīng)，也稱(chēng)為自然裂解法。對(duì)重質(zhì)裂解原料則用于制取烯烴。(4)高溫水蒸汽裂解高溫水蒸汽裂解法是以水蒸汽為熱載體，利用高溫水蒸汽的熱量為裂解反應(yīng)熱。其技術(shù)的關(guān)鍵在于高溫蒸汽的發(fā)生。(5)管式爐裂解管式爐裂解是在以間壁加熱方式為烴類(lèi)裂解提供熱量。通常，首先在對(duì)流段中將管內(nèi)的烴類(lèi)和水蒸汽混合物預(yù)熱至“開(kāi)始”裂解的溫度，再將烴水蒸汽混合物送到高溫輻射管繼續(xù)升溫，以進(jìn)行裂解。由于烴類(lèi)裂解過(guò)程總是伴隨著生碳的副反應(yīng)，在管內(nèi)進(jìn)行裂解時(shí)，副反應(yīng)產(chǎn)生的碳會(huì)逐漸積附于管壁中形成焦層。克服管壁溫度和結(jié)焦的限制，是裂解

18、爐裂解技術(shù)的關(guān)鍵。此法是國(guó)內(nèi)外普遍采用的裂解方法。(6)加氫熱裂解加氫熱裂解法是以管式爐裂解為基礎(chǔ)，以氫氣代替水蒸汽作為裂解稀釋劑的裂解技術(shù)。(7)催化裂解法催化裂解法是在催化劑存在的條件下，對(duì)石油烴進(jìn)行高溫裂解的過(guò)程。研究表明：催化裂解可以提高烯烴收率，同時(shí)也將提高烴的收率。由于催化劑的存在作為稀釋劑的水蒸汽可生成活性基因oho和ho，即可加速裂解反應(yīng)，又可加速水煤氣反應(yīng)而將裂解生成的碳?xì)饣?。由此可大大減少裂解過(guò)程中的結(jié)焦，但相應(yīng)在裂解氣中生成一定量的co和c02等酸性氣體，正是由于結(jié)焦少。因而催化裂解有可能在加壓下反應(yīng)。1.3.2 乙烯的分離技術(shù) 目前占據(jù)世界乙烯市場(chǎng)的分離技術(shù)主要分為3大

19、類(lèi)，分別為順序分離技術(shù)、前脫丙烷前加氫技術(shù)和前脫乙烷前加氫技術(shù)。隨著催化劑技術(shù)和性能的改進(jìn)，前加氫的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越被人們接受，而前加氫與順序流程相配合時(shí)，c3以上餾分中的雙烯烴與c2餾分中的乙炔等一起加氫，對(duì)反應(yīng)的選擇性存在不利影響。因此，近來(lái)國(guó)內(nèi)采用前脫丙烷、前加氫流程的逐漸多起來(lái)。(1)順序分離技術(shù)(圖1-1)典型的生產(chǎn)工藝為abblummus公司的順序分離低壓脫甲烷技術(shù)。裂解氣首先進(jìn)入急冷系統(tǒng)進(jìn)行快速降溫，同時(shí)分離出重組分燃料油和粗裂解汽油。然后經(jīng)過(guò)裂解氣壓縮機(jī)將裂解氣壓力提高到約3.6 mpa，干燥脫水后進(jìn)人深冷系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)冷箱和脫甲烷塔分離出氫氣和甲烷。脫甲烷塔釜物料含有c2及以上組分，依

20、次進(jìn)入脫乙烷塔、脫丙烷塔、脫丁烷塔，從塔頂分出c2、c3和c4組分。脫乙烷塔和脫丙烷塔頂?shù)腸2和c3分別經(jīng)c2和c3加氫脫炔后進(jìn)入乙烯塔和丙烯塔，精餾后得到乙烯和丙烯產(chǎn)品。c2加氫系統(tǒng)位于冷箱及脫甲烷下游，為后加氫。乙烯塔須設(shè)置巴氏精餾段，并需設(shè)置綠油洗滌系統(tǒng)，這些使投資和能耗增多。另外，由于c2加氫系統(tǒng)需要冷箱分離出的氫氣物料，所以在不能從外部引入氫氣的情況下，生產(chǎn)出合格乙烯產(chǎn)品所需要的時(shí)間長(zhǎng)。由于順序分離技術(shù)中的循環(huán)物料稍多，故不利于系統(tǒng)節(jié)能。圖1-1 典型的順序流程深冷分離裝置(2)前脫丙烷前加氫技術(shù)(圖1-2)典型工藝為stonewebster公司的前脫丙烷前加氫技術(shù)。該技術(shù)是在進(jìn)行脫

21、甲烷之前先將c3及輕組分與c4及重組分進(jìn)行分離，并將分離出的c3及輕組分進(jìn)行c2加氫，然后送入深冷系統(tǒng)。前c2加氫技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)： (a)前c2加氫產(chǎn)生的綠油量甚微，無(wú)需綠油洗滌系統(tǒng)； (b)由于c2加氫位于脫甲烷塔上游，從脫乙烷塔釜進(jìn)人乙烯塔的c2餾分中不含氫氣和甲烷輕組分，乙烯塔可采用開(kāi)式熱泵技術(shù)降低能耗；(c)由于c2加氫進(jìn)料中富含氫氣，不需要冷箱分離出的氫氣，所以，在裝置開(kāi)車(chē)時(shí)，能很快生產(chǎn)出合格的乙烯產(chǎn)品，縮短開(kāi)車(chē)時(shí)間； (d) 由于在進(jìn)行c2加氫時(shí)也對(duì)50%以上的mapd加氫，下游的c3加氫系統(tǒng)負(fù)荷降低； (e) 乙烯塔不需要巴氏精餾段，也沒(méi)有不凝氣返回。前脫丙烷前加氫技術(shù)中只有丙烯

22、塔頂不凝氣循環(huán)。圖1-2 典型的前脫丙烷深冷分離裝置 (3)前脫乙烷前加氫技術(shù)（圖1-3） 典型工藝為linde公司的前脫乙烷前加氫技術(shù)。從裂解爐來(lái)的裂解氣經(jīng)急冷、壓縮后預(yù)冷，首先進(jìn)入脫乙烷塔系統(tǒng)，把比c2輕的組分和比c3重的組分分開(kāi)。c2及輕組分先進(jìn)行c2加氫，然后進(jìn)入冷箱和脫甲烷系統(tǒng)。脫甲烷塔釜液只含c2，直接進(jìn)入乙烯塔。脫乙烷塔塔釜物料進(jìn)入脫丙烷塔，脫丙烷塔頂?shù)腸3進(jìn)行c3加氫后進(jìn)入丙烯塔。該技術(shù)也采用前c2加氫， 所以具有與前脫丙烷前加氫類(lèi)似的優(yōu)點(diǎn)。圖1-3 典型的前脫乙烷深冷分離裝置1.4 乙烯的國(guó)內(nèi)研究情況 目前，中國(guó)大陸乙烯總產(chǎn)量為600余t，根據(jù)國(guó)家規(guī)劃，到2010年，乙烯產(chǎn)量

23、要達(dá)到1400萬(wàn)t，到2020年，要達(dá)到2300萬(wàn)t，但是照中國(guó)現(xiàn)在乙烯生產(chǎn)速度增長(zhǎng)，到2020年也只能滿(mǎn)足一半的社會(huì)需求，另外一半還是依靠進(jìn)口。 我國(guó)原油中輕質(zhì)油含量普遍偏低，直餾石腦油和輕柴油一般只占原油的30%左右，因此，在我國(guó)發(fā)展重質(zhì)油裂解技術(shù)研究具有極其重大的現(xiàn)實(shí)意義。2000年北京石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)出催化熱裂解制取乙烯，丙烯技術(shù)(cpp)。其特點(diǎn)是以重質(zhì)油為原料，采用專(zhuān)門(mén)研制的酸性分子篩催化劑，操作條件比傳統(tǒng)的蒸汽裂解制乙烯緩和，適合直接加工常壓渣油尤其是石蠟基油，還可摻煉適量的減壓渣油。該技術(shù)于2000年10月至2001年1月在大慶煉化分公司進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置是由一套1

24、2萬(wàn)t年的深度催化裂化工業(yè)裝置改造而成的。專(zhuān)家對(duì)該試驗(yàn)結(jié)果的鑒定評(píng)價(jià)是該技術(shù)成熟，工藝可靠，利用現(xiàn)有催化裂化裝置進(jìn)行適當(dāng)改裝來(lái)實(shí)施cpp工藝，是一條以重質(zhì)原料在催化裂化基礎(chǔ)上發(fā)展石油化工的新途經(jīng)。根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)，裝置一旦達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模，其綜合生產(chǎn)成本將低于蒸汽裂解裝置。 2005年底，沈陽(yáng)化工股份有限公司采用cpp技術(shù)開(kāi)始建設(shè)國(guó)內(nèi)第一套50萬(wàn)t年催化熱裂解制乙烯和丙烯裝置，于2008年建成。 石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)了采用重油路線(xiàn)生產(chǎn)輕質(zhì)烯烴的催化裂化(fcc)家族系列技術(shù)，如催化裂解(dcc)和催化熱裂解(cpp)。其中dcc技術(shù)的工業(yè)化裝置已經(jīng)運(yùn)行，cpp技術(shù)的工業(yè)化試驗(yàn)也已完成。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表

25、明，以大慶減壓柴油摻56%的渣油為原料，按乙烯方案操作，乙烯收率可達(dá)20.37%，丙烯收率為18.32%。洛陽(yáng)石化工程公司借鑒成熟的重油催化裂化工藝技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一種重油直接裂解制乙烯工藝(hcc)和相應(yīng)的催化劑hcc工藝采用提升管反應(yīng)器（或下行管式反應(yīng)器）來(lái)實(shí)現(xiàn)高溫(660700)、短接觸時(shí)間（小于2 s）的工藝要求。30萬(wàn)ua烯的hcc裝置技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，用中等質(zhì)量的常壓渣解乙烯的76%，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力?，F(xiàn)已在黑龍江齊齊哈爾油為原料時(shí)，其乙烯生產(chǎn)成本僅為同等規(guī)模的石腦油管式爐裂化工公司進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)取得成功，達(dá)到世界同類(lèi)技術(shù)的領(lǐng)先水平。這套由催化裂化裝置改造的hcc裝置屬世界上第一套重

26、油直接裂解制乙烯的工業(yè)化裝置，處理能力為6萬(wàn)t年，原料為100%大慶常壓渣油。采用活性、選擇性、穩(wěn)定性均良好的lcm-5專(zhuān)用催化劑。乙烯和丙烯的單程裂解質(zhì)量產(chǎn)率分別達(dá)到22%和15.5%左右?；旌隙∠┵|(zhì)量產(chǎn)率為8%，乙烯產(chǎn)率為6%7%。乙烷回?zé)捄?，乙烯產(chǎn)率可提高到26%27%，丙烯產(chǎn)率提高對(duì)16%左右。“十一五”期間我國(guó)還將興建寧波、汕頭等乙烯項(xiàng)目，汕頭乙烯項(xiàng)目將建設(shè)乙烯、丙烯、丁二烯等16種產(chǎn)品生產(chǎn)裝置，該項(xiàng)目將規(guī)劃采用重油接觸裂解(hcc)工藝新技術(shù)。重油裂解技術(shù)將為乙烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展另辟蹊徑。1.5乙烯的國(guó)外研究情況半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，石油化學(xué)工業(yè)一直以高于國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)速度發(fā)展，許多國(guó)家

27、還把它列為國(guó)家工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。1960年世界乙烯產(chǎn)量為2910kt，1970年為19760kt，1980年達(dá)到34020kt1990年達(dá)到56300kt。20世紀(jì)80年代末、90年代初，由于全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，特別是亞洲發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，對(duì)石化產(chǎn)品的需求大大增加，刺激了各國(guó)石油化工裝置的增建和擴(kuò)建。從1990年以來(lái)，一批新建和擴(kuò)建的乙烯裝置陸續(xù)投產(chǎn)，世界乙烯生產(chǎn)能力和產(chǎn)量均有較大的增長(zhǎng)，到1992年世界乙烯生產(chǎn)能力已超過(guò)70000kt，1997年接近87000kt，產(chǎn)量達(dá)到78500kt。2006年，世界乙烯生產(chǎn)能力已達(dá)到126000kt。近年來(lái)全球乙烯需求量和生產(chǎn)能力見(jiàn)表1-1。表1-1

28、全球乙烯需求量和生產(chǎn)能力 kt年份乙烯需求量乙烯生產(chǎn)能力年份乙烯需求量乙烯生產(chǎn)能力199778000870002002950001080001998820009000020031000001110001999870009500020041050001120002000900009800020051070001200002001900001020002006115000126000由表1-1可見(jiàn)從2003年起乙烯需求穩(wěn)步上漲：同時(shí)，自2003年以來(lái)世界乙烯產(chǎn)能緩慢，導(dǎo)致世界供應(yīng)乙烯緊張，乙烯裝置的開(kāi)工率不斷提高，2006年世界乙烯裝置平均開(kāi)工率達(dá)92%。自2006年起，世界乙烯產(chǎn)能又開(kāi)始新一輪擴(kuò)

29、張。預(yù)計(jì)2006 2011年世界乙烯產(chǎn)能將增加39430kt/a，年均增速為5.9%；同期乙烯需求年均增速為4. 7%。到201 1年世界乙烯產(chǎn)能將達(dá)158950kt/a（見(jiàn)表l-2）。其中，中東產(chǎn)能將增長(zhǎng)17510kt/a，占世界乙烯產(chǎn)能總增量的44. 4%，年均增幅高達(dá)19.8%；亞洲產(chǎn)能將增長(zhǎng)17920kt/a占45. 5%，年均增幅為8. 7%；而美洲和歐洲乙烯能力增長(zhǎng)幅度則相對(duì)有限。表1 -2 20062011年世界乙烯生產(chǎn)能力增長(zhǎng)情況 kt/a地區(qū)2001年2006年2007年2011年0611年增量北美洲33660349003481035100200亞洲2692034510381

30、405243017920西歐225102398024380251801200中東857011940145402945017510中東歐63006960701080201060拉丁美洲4320499049905860870非洲152016802320640大洋洲52056059030全球總計(jì)10432011952012389015895039430石油化工受世界經(jīng)濟(jì)全球化影響，各地區(qū)生產(chǎn)能力比例變化明顯，美國(guó)、西歐、日本支配世界石化工業(yè)的格局已不復(fù)存在。從最近幾年的總體情況看，歐洲和北美的乙烯產(chǎn)能所占比重有所下降，而亞洲、中東及拉丁美洲所占比重逐步上升。世界乙烯生產(chǎn)已形成北美、西歐、亞太三足鼎立

31、的局面，發(fā)展重點(diǎn)向亞太和中東地區(qū)轉(zhuǎn)移。2001年北美、亞洲和西歐占世界產(chǎn)能的比重分別為32.3%、25. 8%和21. 6%，2006年則分別為29.2%、28. 9%和20.1%；中東作為世界第四大乙烯產(chǎn)區(qū)，占世界產(chǎn)能的比重從2001年的8.2%增長(zhǎng)到2006年的10%。目前，美國(guó)是世界最大的乙烯生產(chǎn)國(guó)，2006年乙烯生產(chǎn)能力為28773kt/a，占世界的23. 4%。中國(guó)2006年的乙烯生產(chǎn)能力為9840kt/a，已躍居世界第二位，排名僅次于美國(guó)，占世界總產(chǎn)能的8. 2%。2006年世界十大乙烯生產(chǎn)國(guó)的產(chǎn)能總計(jì)80316kt/a，占世界的67. 5%。2006年世界十大乙烯生產(chǎn)商的產(chǎn)能總計(jì)

32、為55056kt/a，占世界總產(chǎn)能的46. 1%。陶氏化學(xué)、?？松梨诤蜕程鼗A(chǔ)工業(yè)公司分別位居前三位。中國(guó)石化集團(tuán)公司以5495 kt/a的乙烯產(chǎn)能居世界第五位 。 日本工業(yè)科學(xué)院材料與化學(xué)研究所和日本化學(xué)協(xié)會(huì)共同開(kāi)發(fā)的多產(chǎn)丙烯的石腦油催化裂解新工藝， 實(shí)現(xiàn)了大幅度地節(jié)能、降低環(huán)境負(fù)荷，并可按乙烯、丙烯市場(chǎng)供需變化靈活調(diào)整烯烴生成比例，丙烯與乙烯的質(zhì)量比可由傳統(tǒng)的0.6/1提高到0.7/1。在實(shí)驗(yàn)室中，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的la/zsm-5作催化劑，在溫度650下，采用固定床反應(yīng)器，乙烯和丙烯的總收率為61%，比傳統(tǒng)的蒸汽裂解法提高10%以上。 韓國(guó)漢城lg石化公司開(kāi)發(fā)的一種石腦油催化裂解工藝與

33、普通的蒸汽裂解工藝相比，乙烯收率提高20%，丙烯收率提高10%。該工藝使用一種專(zhuān)有的金屬氧化物催化劑，反應(yīng)溫度比標(biāo)準(zhǔn)裂解反應(yīng)低約50100，因此比普通蒸汽裂解能耗少。該公司估計(jì)裂解爐管內(nèi)壁結(jié)焦速率將會(huì)降低，從而可延長(zhǎng)操作周期，增加爐管壽命，降低二氧化碳的排放。1.6乙烯的發(fā)展及前景 預(yù)計(jì)2010年，我國(guó)乙烯需求量約為2684萬(wàn)t，年需求增長(zhǎng)率7.8%，乙烯生產(chǎn)自給率54%; 2015年乙烯需求量約為3689萬(wàn)t，年需求增長(zhǎng)率6.6%，乙烯生產(chǎn)自給率60%。 從世界角度上看，總的乙烯生產(chǎn)趨勢(shì)，中東以及東牝亞、東南亞將成為世界石化新一輪投資的熱點(diǎn)地區(qū)。中東憑借廉價(jià)原料和低成本的顯著優(yōu)勢(shì)，將成為未來(lái)

34、乙烯工業(yè)投資最集中地區(qū)；亞太地區(qū)憑借巨大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，也將成為世界乙烯投資的另一個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)；中東和亞太地區(qū)將成為世界乙烯工業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)力量，將會(huì)吸引眾多大型石化投資項(xiàng)目。預(yù)計(jì)2011年前，世界乙烯生產(chǎn)能力將增加3924萬(wàn)t，到201 1世界乙烯總生產(chǎn)能力將達(dá)到1.5894億t。其中中東地區(qū)的產(chǎn)能增加1752萬(wàn)t/a，占世界乙烯產(chǎn)能總增量的44.4%；亞太地區(qū)的產(chǎn)能將增加1793萬(wàn)ta，占世界乙烯產(chǎn)能總增量的45.5%。亞太地區(qū)的乙烯產(chǎn)能將超過(guò)美洲局世界首位，而中東的乙烯產(chǎn)能也將超過(guò)歐洲，局世界第二位。第二章 乙烯的生產(chǎn)方法及生產(chǎn)工藝2.1撫順乙烯廠(chǎng)的生產(chǎn)介紹2.1.1裂解 烴類(lèi)裂解過(guò)程是一個(gè)十分

35、復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，對(duì)于石腦油的裂解，因其組分復(fù)雜，目前尚未得出統(tǒng)一結(jié)論，一般包括下述部分： 鏈烷烴的裂解生成乙烯，丙烯的反應(yīng)。 丙烯、丁烯的裂解，加氫生成乙烯，甲烷的反應(yīng)。 烯烴或二烯烴的聚合環(huán)化反應(yīng)。 環(huán)烷烴的脫環(huán)基反應(yīng)，開(kāi)環(huán)裂解反應(yīng)。 環(huán)烷烴的開(kāi)環(huán)脫氧反應(yīng)，脫氫反應(yīng)。 烷基芳烴的脫烷基反應(yīng)。 芳烴的重縮合反應(yīng)，生成多環(huán)芳香族烴反應(yīng)，連烷烴的裂解目前認(rèn)為是游離基的連鎖反應(yīng)。 乙烷裂解： 連鎖開(kāi)始：c2h6+c2h6 2ch3+c2h6 (2-1) 連鎖傳播：c2h6+ch3 ch4+c2h5 (2-2) c2hs c2h4+h (2-3) c2h6+h一c2h5.+h2 (2-4) 連鎖停

36、止：c2h5+c2h5一c5h10 (2-5) 石腦油裂解： 連鎖開(kāi)始：r1hr2+r3 (2-6) 連鎖傳播：r2+ r1h- r3h+r1 (2-7) r3+r1hr5h+r1. (2-8) r1 cnh2n+r4 (2-9)連鎖停止：r1+ r4-生成物 (2-10)2.1.2 分離 (1)脫硫 裂解氣中酸性氣體的清除在裂解氣壓縮機(jī)三、四段段間堿洗塔內(nèi)進(jìn)行，發(fā)生的中和反應(yīng)如下： h2s +2naohna2s+2h20 (2-11) h2s +na2s- -nahs (2-12) cos+2naohnascoona+na2s (2-13) nascoona+2naohna2c03+h20+

37、na2s (2-14) co2+2naohna2co3+h2o (2-15) so2+2naohna2so3+h2o (2-16) (2)乙炔加氫 本裝置采用氣相c2餾分產(chǎn)品選擇性加法脫除乙炔，加氫反應(yīng)是在含催化劑存在下進(jìn)行的，反應(yīng)式如下： 主反應(yīng)：c2h2+h2- c2h4+42. 200千卡公斤分子 (2-17) 副反應(yīng)：c2h2+h2一c2h6+76. 500千卡公斤分子 (2-18) c2h4+h2一c2h6+33.8千卡公斤分子 (2-19) c2h22c+h2+54. 500千卡公斤分子 (2-20) 2c2h2+h2-高分子烯烴或固體聚合物+發(fā)熱量 (2-21) 選擇催化劑加氫反

38、應(yīng)分三個(gè)過(guò)程 第一：c餾分及h從氣相擴(kuò)散催化劑表面，并在其上進(jìn)行吸附，為達(dá)到選擇性化加氫的目的，首先要求催化劑對(duì)于乙炔的吸附能力大于對(duì)乙烯的吸附能力。 第二：吸附的c2餾分在催化劑上進(jìn)行加h，吸附的乙炔和吸附的h原子加氫h生成吸附的乙烯基，吸附的乙烯基發(fā)生歧化反應(yīng)生成吸附乙烯。 第三：生成的吸附乙烯脫附為乙烯，為減少乙烯進(jìn)一步加h生成乙烷，要求催化劑對(duì)乙烯的吸附能力弱，即要求乙烯的脫附速度大于乙烯進(jìn)一步加氫生成乙烷的脫附速度。 (3) 甲基乙炔及丙二烯的脫除 裝置利用液相c3產(chǎn)品選擇性催化加氫的方法脫除甲基乙炔和丙二烯，催化劑為鈀系催化劑，反應(yīng)如下：主反應(yīng)：c3h4（甲基乙炔）+h2一c3h6

39、+38000千卡公斤分子c3h4（丙二烯）+h2- c3h6+39600千卡公斤分子副反應(yīng)：c3h6+h2一c3h8+30.000千卡公斤分子c4h6+h2一c4h8+26. 800千卡公斤分子c4h8+h2一c4h8+30.400千卡公斤分子c4h8一高分子聚合物+發(fā)熱量(4)co的脫除使用鎳系催化劑進(jìn)行甲烷化反應(yīng)脫除co主反應(yīng)：co+3h2一ch4+ h2oco2+4h2 ch4+ 2h2o副反應(yīng)：c2h4+h2一c2h62.2工藝流程圖2-1 乙烯生產(chǎn)工藝圖本設(shè)計(jì)采用順序分離流程。原料石腦油經(jīng)急冷水預(yù)熱后進(jìn)入熱裂解爐，從乙烷裂解爐出來(lái)的物料經(jīng)油急冷與水急冷后，壓縮、干燥、冷凝后，送往脫甲

40、烷塔。脫甲烷塔操作壓力約為3. 4mpa，塔頂溫度約為-96，塔釜溫度約為0。塔頂組分中包含h2、ch4，其中一部分h2、ch4回流至乙烷裂解爐做燃料，一部分經(jīng)深冷分離將h2、ch4分離，其分離溫度約為-170。其中一部分h2作為加氫原料。脫甲烷塔底組成送往脫乙烷塔。脫乙烷塔操作壓力約為2. 88mpa，塔頂溫度約為-12塔釜溫度約為76。脫乙烷塔塔頂分割出c2及少量的h2、ch4，塔頂組分選擇后加氫技術(shù)加氫脫掉乙炔，然后送往乙烯精餾塔進(jìn)行乙烷與乙烯組分的分離。乙烯精餾塔操作壓力約為0. 57mpa，塔頂溫度約為-69，塔釜溫度約為-49。脫乙烷塔塔釜組成為c3及c3以上重組分，送往脫丙烷塔進(jìn)

41、行進(jìn)一步加工。脫丙烷操作壓力約為0. 75mpa，塔頂溫度約為89，塔釜溫度約為72。脫丙烷塔塔頂組分為c3組分，送往丙烯精餾塔進(jìn)行丙烷與丙烯組分的分離。丙烯精餾塔操作壓力約為1. 23mpa，塔頂溫度約為26塔釜溫度約為35。其塔釜組成為c4及c4以上組分，將塔釜組成送往脫丁烷塔進(jìn)行進(jìn)一步加工。第三章 乙烯精餾塔的工藝計(jì)算乙烯精餾的目的是以混合碳二餾分為原料，分離出合格的產(chǎn)品乙烯，并由塔釜獲得乙烷產(chǎn)品。在順序分離流程和脫丙烷分離流程中，均以脫乙烷塔塔頂產(chǎn)品作為乙烯精餾塔進(jìn)料（除前加氫脫炔外，尚需在乙烯精餾塔進(jìn)料前經(jīng)脫炔和干燥處理）。在前脫乙烷分離流程中，則以脫甲烷塔釜液作為乙烯精餾塔進(jìn)料。無(wú)

42、論采用采用哪種分離流程，乙烯精餾塔進(jìn)料均以碳二餾分為主，碳二餾分約占99.6%（摩）以上，另含h2和ch4等輕組分在0.12%-0.16%（摩）以下，c3h6等重組分在0.1%-0.25%（摩）以下。因此，乙烯精餾塔可以近似看作c2h4-c2h6二元精餾系統(tǒng)。3.1 物料衡算（1）物料圖圖3-1總物料圖(2)計(jì)算條件乙烯收率29%(wt%)；丙烷產(chǎn)率1.01%(wt%)；丙烯產(chǎn)率9.18%(wt%)；c4產(chǎn)率5.22%(wt%)；輕汽油產(chǎn)率13.99% (wt%)；乙烯產(chǎn)量13.8萬(wàn)噸(3)物料衡算石腦油產(chǎn)量：13.8/29%=47.59萬(wàn)噸/年丙烷產(chǎn)量：47.591.01%=0.4807萬(wàn)噸/年丙烯產(chǎn)量：47.599.18%=4.3688萬(wàn)噸/年c4產(chǎn)量：47.595.22%=2.4842萬(wàn)噸/年輕汽油產(chǎn)量：47.5913.99%=6.6578萬(wàn)噸/年（4）乙烯精餾塔的全塔物料衡算f：原料液流量（kmol/h） xf：原料液組成（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）d：塔頂產(chǎn)品流量（kmol/h） xd：塔頂組成w：塔釜?dú)堃毫髁浚╧mol/h） xw：塔底組成設(shè)塔釜乙烯含量為0.2% ；進(jìn)料乙烯含量29%；塔頂乙烯摩爾分?jǐn)?shù)xd=99.95%所以：xw=