第11期學世界●597●乙烯產品的設計何琨'，丁蕙*，吳德榮'(1.上海交通大學化學化工學院，上海2000302.上海應用技術學院化工系，上海200235;3.中國石化集團上海工程有限公司，上海200120)摘要:采用化學產 品設計:需要、思路、選擇、制造、經濟等5個步驟介紹在上海漕涇化學工業(yè)區(qū)設計的900kt/a 乙烯裝置和其他衍生物裝置及其上下游一體化工程。它的建成對整個華東地區(qū)乃至長江沿江地區(qū)的塑料加工、精細化工、汽車制造、建材加工和電子工業(yè)等的促進和發(fā)展都有重要意義，能夠產生很大的經濟效益和社會效益。關鍵詞:乙烯工程;產品設計;裂解分離技術;石油化工;經濟效益中圍分類號:TQ221.21+1文獻標識碼:B文章編號: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化學產品的設計“首先考慮市場的需要,并建種。石油化學工業(yè)以石油烴熱裂解分離為龍頭生產立滿足該市場需要化學產品的思路,然后從這些思相關的基本有機化工原料,這些原料是生產合成樹路中篩選出最佳工藝方案和流程,再確定化學產品脂、合成纖維、合成橡膠的標志性基礎原料。全球經的制造,最后進行經濟分析和評估。與常規(guī)的化學反濟尤其是中國經濟的高速發(fā)展,帶動了乙烯用量的應、單元操作、物料能量網(wǎng)絡為核心的化工過程設計迅速.上升。據(jù)統(tǒng)計[2],2000 年世界乙烯需求量為不同;化學產品設計以化學功能、分子設計為核心，81900kt/a ,2010年將達到110380kt/a ;2000年我國追求化學產品的品質和價格。乙烯生產能力凹為4700kt/a,2010 年將擴產達到1需要化學產品的設計首先根據(jù)市場和用戶的需求確9000kt/a.設計國內乙烯產量最大的.具有世界級生定生產內容及規(guī)模;因為需求是產品開發(fā)的智慧火產規(guī)模的、有國際競爭力的乙烯工程是一項宏偉的工程。收稿日期:2003-07- 17;修國日期: 2003-08-18作者簡介:何琨(1963~),男 .高級工程師,主要從事石油化工設計工作中國煤化工位。MYHCNMHG●598●化學世界2003年1.1國內外石化工業(yè)我國化工產品結構不合理,無論從數(shù)量、品質，20世紀70年代以來,石化工業(yè)因新工藝的開還是品種牌號上都不能滿足國民經濟和社會發(fā)展的發(fā)、新材料的應用及其高額的利潤得到飛速發(fā)展,美需要。隨著我國國民經濟的發(fā)展,特別是一些高技術國、西歐和日本等工業(yè)發(fā)達國家構成了世界石化工石油化工產品領域還存在著許多空白,因此需要加業(yè)的主體。當前，全球經濟一體化在石化工業(yè)中表現(xiàn)大對石化工業(yè)的投人。展望2010年,我國石化1.業(yè).得十分明顯,跨國化工公司把化工研究與發(fā)展、化工的發(fā)展和結構調整步伐將明顯加快.并將大大縮短生產和銷售以及售后服務等生產和流通過程伸向世與經濟發(fā)達國家在技術和生產水平上的差距,石油界各地。歐美石化跨國公司把投資和市場發(fā)展的重化學工業(yè)將進入-一個新的發(fā)展時期。點紛紛向亞太地區(qū)轉移,尤其是向經濟迅速發(fā)展的1.2 國內四大乙烯項目中國轉移。在“十五”期間我國開始建設的大型乙烯項目我國石化工業(yè)經歷了40多年,尤其是改革開放有:揚子巴斯夫一體化基地項目、中外合資上海賽科以來的迅速發(fā)展。日前，我國石油煉制能力居世界第乙烯工程、南海石油化工合資項目、福建煉油乙烯合3位、乙烯生產能力居世界第5位。但是，國內化工資項目等四大乙烯工程9;這些項目主要情況和經.產品自給事很低,乙烯的國內市場滿足率約63%的濟指標見表2。需求量(折合乙烯當量,詳見表1)。預計未來十年國2思路內化工產品的市場需求仍將保持6%~8%增長率，設計一個合理的、經濟的化學產品是通過分層遠高于世界平均水平。次、多步驟的方法來實現(xiàn)的:從100個思路中篩選表1國內乙烯供需情況20個，然后再減少到5個,最后是1個最佳的思路;項目名稱2000年2005年2010 年就好像“在100個白天鵝中尋找1個白雪公主”。這需求量/kt.a6700960011500些思路分為創(chuàng)新性思路和改進型思路二大類。思路自給率/%62.69 67.7170. 43篩選的原則是:科學成熟、工程可靠、風險小、價格產量/kta"'4200 65008100低.安全性好、污染少。生產能力/k.a"i470070002.1綠色化工5]技術開工審/% .89. 3692. 8690. 00面對石化產品的需求大幅度增長,石化原料結表2四大乙烯工程的經濟技術指標對比揚子上海福建南海建設地點江蘇南京上海漕涇福建泉州廣東惠州工程規(guī)模/kt●a"600900800合資對象:中方中石化/揚子石化.中石化/上海石化中石化/福建煉化中國海洋廠東BASF公司BP公司Exou/鈔特公間Shell 公司雙方股份比例50'5050: 50.50;5050: 50 .總投資/億元人民幣219. 82224.45 .106. 4914.6億美元投資指標/萬元●(ICr )-3.662. 491. 774.62.內部收益率/%13. 263.5214.1712. 10裝置數(shù)目812方C.特點.丁辛靜、丙烯酸酯、碳-化工親苯乙烯.丙烯騰莘乙諦、環(huán)復乙烷、多元醇聚乙烯、聚丙烯構變化，保護生態(tài)環(huán)境的嚴峻挑戰(zhàn),21世紀將突破原料原子,達到“原子經濟”的程度,實現(xiàn)廢物“零”排第一代石化技術的原料、工藝、設備等限制,用新思放;(4)產品對環(huán)境無害,而且綠色化學反應也具有路沔過創(chuàng)新開發(fā)出新的石化工藝技術。其主要特點.-定的轉化率.能夠產生較大的經濟效益。是:(1)采用資源豐富、價格低康的無毒、無齒原料，2.2.上海賽科乙烯工程思路而且生產高技術含量、高附加值的產品;(2)在無毒、。上海漕涇化學工業(yè)區(qū)的開發(fā)建設引入了大型化無害的反應條件(溶劑、催化劑等)下高效率、高利用中國煤化工先進理念對區(qū)內.率的進行化學反應;(3)在化學反應中充分利用每個YCN M H G進行整合,做到專第11期化世界●599●業(yè)齊全、技術領先、管理高效并可持續(xù)發(fā)展。一期開設包括900kt/a乙烯裂解分離及500kt芳烴抽提等發(fā)建設10.0km'，總投入1500 億元人民幣,重點發(fā)其他衍生物在內的8套裝置和公用工程、儲運設施、展石油和天然氣化工;二期開發(fā)13.4km2 ,發(fā)展新型生產輔助設施等上下游- -體化的工程。其設計年操材料和精細化工等石化深加工高附加值產品。作時間為8000 h:占地面積2.04 km';定員1250 人:建設地點在上?；瘜W工業(yè)區(qū)的中外合資(BP/總投資224.45億元人民幣。SPC/SINOPEC).上海賽科(SECCO)石油化工有限2.3工藝裝置設計思路責任公司900kt/a 乙烯工程是由中國石油化工股份上海賽科乙烯工程的8套生產裝置工藝流程思有限公司、中國石化上海石油化工股份有限公司和路基本-致，主要分化學反應和分離精制二部分(%];英國BP石油化工中國投資有限公司共同投資,建其的方塊流程圖見圖1.原料反應精制圖1T藝裝置方塊流程圖2.4洋蔥邏輯關系格是乙烷價格的1/3時,乙烯生產成本可以比傳統(tǒng)石油化工過程設計采用了“洋蔥邏輯結構”設計的熱裂解技術低35%左右。方法。首先選擇反應器，然后設計分離與再循環(huán)系統(tǒng)，但是傳統(tǒng)的熱裂解技術由于成熟可靠而被廣泛再設計換熱網(wǎng)絡,最后確定公用工程“”設施,見圖2。運用;采用熱裂解技術的上海賽科900kt/a乙烯裝置有4家專利商可以選擇,見表3。3國外4家專利商分離技術特點反應器專利商技術特點分離與再ABB Lummus Global(Lummus)順序 分離流程循環(huán)系繞.Linde AG(Linde)前脫乙烷前加氧流程換熱網(wǎng)絡Srone & Webster(S&W)前脫丙烷 ARS流程Brown & Root(KBR)前脫丙烷前加氫謊程公用工程每家專利商的乙烯技術都是通過熱裂解生產烯烴產品,但它們的分離流程不同9]。4家技術都比較圖2工藝 裝置洋蔥邏輯結構圖先進,且都有大規(guī)模工業(yè)生產的商業(yè)業(yè)績,各具特點3選擇設計化學產品從5個思路中選擇1個最佳思及自己的優(yōu)勢。選擇[10]分離流程不能單憑一項指路，首先從化學(熱力學、動力學)和工程(傳熱、傳標,而是要涉及諸如:原料單耗、工藝條件、設備改質)上進行比較;然后考慮非技術的因素(如:舒適性進、裝置規(guī)模、綜合能耗等技木指標和投資以及市場和安全性)等;最后協(xié)調好諸如“熱量回收率"和‘舒經驗諸如:穩(wěn)定性操作彈性、安全性、可靠性、舒適適度”之間的關系。多種產品方案選擇好像“許多蘋性等非技術的因素;尤其是能耗和投資是重要和關果和許多橙子”最終只能選擇- -種產品并付諸工程.鍵的評價指標。4家專利商技術經濟指標見表4.表4國外4家專利商 乙蟮技術經濟指標實施?；瘜W產品選擇需要考慮風險,風險水平計算公Lummus Linde S &W KBR式為:風險水平=可能性X概率裂解原料NAP NAP H(;0目前國內外已經開展研究的高效廉價乙烯生產乙烯技術名稱MCETARSSCORE技術有多項,其中可能實現(xiàn)工業(yè)應用的有兩種”印]。能耗X:0*/kJ . t-2093 2261 2512石腦油催化裂解:該技術能降低裂解反應溫度,國際市場份額占40% .)家 120竇 140家較大幅度地節(jié)省能耗;目前處于尋求高轉化率催化綜合比較上述國外先進乙烯技術,可知:月前乙劑階段。矯工藝技術不斷推陳出新,分離流程千變萬化,乙烯甲烷兩步轉化技術:由甲烷合成甲醇.再通過硅設備、管道的材料品種、型號不斷升級、改進,自控水鋁磷酸鹽分子篩催化劑轉化為乙烯.丙烯等產品。目中國煤化工裂解工業(yè)化的生產前200kt/a的工業(yè)示范裝置已建成投產;當甲烷價{|YHCNMHG認為:ABBLum-●600.界2003年mus Global的乙烯技術熱回收率高、裝置能耗低、上海賽科乙烯工程制造的產品采用先進的技術可靠性高.投資相對較低,而且國際市場份額較多,和經濟的生產規(guī)模,其主要流程為:以石腦油為裂解故上海石化(SPC)和英國BP最終選擇了Lummus原料,經裂解和分離制得聚合級乙烯、聚合級丙烯等的技術。產品;聚合級乙烯生產聚乙烯、聚苯乙烯等產品;丙4產品制造烯產品用來生產聚丙烯和丙烯腈等產品;混合Ci抽化學產品的制造首先考慮知識產權、專利和商提出丁二烯產品送出界外;抽余C.循環(huán)返回;裂解業(yè)機密;然后考慮市場前景;最后考慮熱力學、反應汽油經一段加氫后分出裂解C,產品,再經二段加氫動力學、傳遞過程、單元操作等化學工程背景。產品后再抽提出純苯產品;抽余油返回使用;Cx餾份作的最終規(guī)格通過:確定產品結構.確定產品特性、產商品外銷。上海賽科乙烯工程工藝裝置生產規(guī)模和品性能改進等3個策略完成。技術路線見表5。4.1乙烯工程概況4.2 乙烯工藝特點表5工藝裝置生產 規(guī)模和技術路線裝置規(guī)模能耗X104序號裝置名稱工藝技術路線專利商/kt●a-1/kJ.51乙烯裝置(汽油加氟) 900SRT- W型爐、順序分離流程ABB Lummus2093其中婼烴轉化單元150(以丙烯計)芳烴抽提裝置500(以進料計)N一甲?；Q啉溶劑抽提祛Krupp Uhde234.5丁二烯鞍置)0N一甲基吡略烷關溶劑抽提法ABB Lurmmus823. 9液相烴化乙羋技術.Exxon- Mobil/Washington4苯乙烯裝置00883.5乙苯絕熱脫氫技術Fina/Washington5秦苯乙烯裝置本體聚合工藝BP Chemical210.26橐乙烯裝量氣相法/流化床技術841.550雙釜串聯(lián)氣相鬃合反應技術513. 8丙烯腈裝量60流化床反應/丙烯氨氧化法438. 1乙烯裂解反應的主要化學反應方程式為:為0.28t水/t,屬于比較先進水平。CH,→zH2 + z2CH, + zsCHe + zxCzH +4.3乙烯下游產品zzC;H&+zcCjH6+ z;C.Hg+zeC,H;+zsC_H.乙烯[1作為基本有機化工原料.主要生產的下上海賽科乙烯裝置采用世界上最先進的工藝和游產品為:高壓聚乙烯、低壓聚乙烯、線性低密度聚流程.美國ABBLumnmus專利技術;其特點如乙烯、乙丙橡膠.乙二醇、氯乙烯、聚氯乙烯、醋酸、醋下:裂解爐選用最新開發(fā)的SRT- . w型裂解爐,其酸乙烯、聚醋酸乙烯、苯乙烯、聚苯乙烯、聚丁烯、乙中包括8臺液體裂解爐及1臺氣體裂解爐;液體裂醇、高碳醇等。解爐單臺生產能力為118kt/a,氣體裂解爐單臺生產上海賽科乙烯下游產品立足于全球、國內及華能力為95kt/a。該裂解爐提高了裂解反應的選擇性.東地區(qū)三個層次的市場分析.特別是長江三角洲區(qū)和爐子的熱效率(> 93%),并增加了乙烯收率,減少城石化市場的需求。所制造的產品具有廣闊的市場了原料的消耗。而且用汽油分餾塔l1]塔釜的急冷油發(fā)展空間、較強的競爭力和一定的特色并且與在建產生稀釋蒸汽以回收余熱;輸送增壓系統(tǒng)采用高效或擬建特大型乙烯工程下游產晶形成優(yōu)勢互補。最率的壓縮機及透平13];分離流程采用低壓脫甲烷流.終確定制造甲烷氫、聚合級乙烯等17 種產品和副產程,先進的丙炔加氫催化精餾和甲烷.乙烯制冷優(yōu)化品;其中聚苯乙烯產品的規(guī)格有通用GPPS、抗沖擊流程等方法降低能耗:另外從裂解氣中回收的熱量HIPS等2個不同品種以滿足市場的需要。上海賽科.產生超高壓蒸汽并驅動壓縮機透平;故工藝路線、設乙烯工程的產品方案、產量以及規(guī)格見表6。備等方面的節(jié)能措施使乙烯裝置能耗降低至20935經濟經濟評估從產品價值與原料成本差開始,然后X10'kJ/t乙烯。考慮環(huán)境保護因素,用超高壓蒸汽中國煤化工其他成本?；瘜W產排水作為堿洗/水洗塔用水.既減少了用水量,又減少了污水排放量;乙烯裝置的單位產品污水排放量YHCN M H G.無中間結果。第11期化世表6產品方案.產量及規(guī)格系統(tǒng)化框架。序號產品名稱產量主要規(guī)格/%參考文獻:氫21. 5(摩爾分數(shù))[ 1] Cussler E L. 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