乙烯工业发展动向

综述乙烯工业2014,26(3) 1 ~4ETHYLENE INDUSTRY乙烯工业发展动向宋婷(中国石化工程建设有限公司,北京100101)摘要:世界乙烯产能和需求增速放缓,预计2015年后将加快增长。页岩气革命推动北美乙烯工业复兴,影响世界乙烯工业投资格局。中国乙烯工业快速发展,同时面临发展机遇和外部压力。中国乙烯多元化格局继续发展,MTO成为乙烯工业有效补充。相对世界裂解原料轻质化发展趋势,中国裂解原料仍以石脑油为主,原料成本高。以降低成本、提高竞争力为目标,从低能耗、低成本、大型化、长周期等方而介绍了蒸汽裂解制乙烯工艺技术的进展。关键词:乙烯产能原料轻质化蒸汽裂解优化随着新兴国家石化工业迅猛发展和中东油气受金融危机及紧随其后的欧债危机影响,世资源国向石化工业全面推进,世界乙烯工业从世界石化产品需求疲软,2013年世界乙烯消费1.34纪初的北美引领、亚太其次、西欧随后的格局发展亿t,低于2008年前3. 8%的需求增速。随着未来成为目前亚太主导、北美次之、中东随后、西欧第世界经济向好发展,预计乙烯需求将有所恢复。四的格局。近年来北美页岩气革命不仅改变世界据IHS咨询公司预测,2015年后世界乙烯需求增能源格局,也影响世界乙烯及下游衍生物投资格速将恢复至2008年前水平,2015年乙烯需求将达局,给全球石化市场带来新的压力。面对来自北到1.46亿t。届时乙烯开工率低迷的局面将有所美、中东和周边国家的竞争压力,中国乙烯工业原改善,预计2015年后世界乙烯开工率将达到88%料成本高、竞争力差，降低成本是蒸汽裂解工艺技左右(见图1)。术长期面临的主旋律。从低能耗、低成本、长周期79-产能一需求一开工串等方面介绍蒸汽裂解制乙烯工艺技术进展,通过合艺2000多种技术优化组合提高中国乙烯工业综合竞兴争力。15084牛礼1世界乙烯 工业现状及发展趋势200720092011201!201520I720191.1世界乙烯产 能和需求2015年后将加快增长008^ 2010 2012 201420162018 2020 .时间2013年世界乙烯产能1. 54亿t/a, 2011-图1世界乙烯供需 发展趋势2013年增速仅为2.1%,明显低于2006--2010年1.2裂解原料轻质化 是未来发展趋势4.5%的水平,乙烯产能增速明显放缓。美国仍是随着北美页岩气的大规模开发,页岩气产量世界最大的乙烯生产国,产能达到27 700 kt/a,中“ 中国煤化工规天然气的乙烷供应国以18100kt/a位居世界第二,沙特以15790kt/a排名第三，排名前三的国家占世界总产能的FHCNMHG占裂解原料比例大幅40%。2015年后世界乙烯扩能将加快推进,北美收稿日期:2014 -04 - 08 ;修改稿收到日期:2014 -06-16。将成为世界乙烯新的增长点,大规模乙烯新增和作者简介:宋婷,女,2005年毕业于美国田纳西大学高分子工扩建产能将陆续竣工投产。程专业,硕士,现从事咨询规划工作,工程师。乙烯工业第26卷提升,由2008年的低于30%上升至目前36%的水表1北美乙烯项目 新建和改扩建计划kt/a平(见图2)。公司项目乙烯产能投产年 份00 [陶氏化学重启 St. James裂解装置3002012英力士公司Chocolate Bayou 装置扩能2302013、。8西湖化学公司扩能230■其它? 60丙丁烷威廉姆斯烯烃公司270堂。■乙烷利安德巴塞尔公司扩 能(2套)1 0832016低40■轻柴Braskem - IDESA石化公司墨西哥新建1 050■石脑油当2埃克森美孚公司新建1 500台塑石化8002005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013萨索尔公司1400时间诺瓦化学加拿大新建1 000图2世界裂解原料结构发展趋势雪佛龙2017陶氏化学2011年，石脑油进料比例首次跌破50%，壳牌1 2002013年降至约47% , 预计2020年将进一一步 下降至1.4中东乙烯工业发展步伐放慢40%左右。中东地区过去10年间乙烯产能高速增长态受益于油田轻烃资源,中东--直是裂解原料势将一去不返，以乙烷为原料的石化项目的建设轻质化的代表,但受资源和开采成本影响，发展受高峰已经结束。由于中东地区国内天然气消费量到--定限制。从页岩气发展趋势来看,北美地区增长,原料供应不确定性成为当前面临的重要问乙烷生产乙烯的份额随着乙烯装置的改扩建将进题。 同时随着资源开采和生产成本提高,中东气-一步提高。2008年,乙烷占美国裂解原料比例为价可能从0.75美元/百万英热单位增至2美元/50% ,之后这一比例逐年提高,2013年达到70%。百万英热单位以上。气价推动石化成本增加,尽各大公司宣布未来在美国新建和改扩建的乙烯装管中东石化项目仍具有经济性,但对新投资的吸置也均以乙烷为原料。引力正在下降。未来5年,中东仅有3个乙烯项1.3 页岩气革命推动北美乙烯工业复兴目新建计划,加上改扩建,中东地区新增产能不到世纪初受裂解原料价格和供应影响,北美乙5000kt/al2]。由于原料供应和价格限制,曾经非烯工业处于行业成本曲线最高点,竞争力降低,世常有吸引力的投资优势将不复存在，中东乙烯及界乙烯生产向中东和亚洲转移。北美页岩气革命其下游产业链前景不容乐观。使世界石化形势发生逆转，大规模页岩气开发迅1.5欧洲部分产 能关闭,产品向功能化方向发展速提升非常规天然气供应量，拉低天然气价格,受金融危机及之后的欧债危机影响,欧洲市2002年北美气价- - 度跌到2美元/百万英热单位场低迷 ,石化产品需求疲软,乙烯开工率无法恢复以下。低廉的气价使乙烷比石脑油具有明显的价至2008年前水平，今后- -段时间将 维持在80% ~格优势,使北美成为仅次于中东乙烯现金成本最85%的水平。欧洲乙烯生产以石脑油为主,进料低的地区。比例在70%以上。随着原油价格高企,石脑油裂低成本裂解原料大大提升了北美乙烯及其下解装置成本增加,以2011年为例,石脑油生产乙游衍生物的竞争优势,推动了石化工业的投资和“ 中国煤化工洲乙烯生产商在原料增长。据各大公司宣布消息来看,2015年前北美)MHCNMHG商希望扩大裂解原料乙烯项目主要以扩能改造为主,之后将有大批新中LPG用量,但受进口物流限制,未来欧洲裂解原建乙烯项目陆续开工投产日。如表1中所有计划料结构变化不大。面临中东和北美低价乙烯衍生项目按期投产,2017年末北美新增乙烯产能将近物的进口压力,同时失去中东欧、北非等传统市12 000 kt/a。场,欧洲各大生产商纷纷宣布关闭部分乙烯产能。第26卷宋婷.乙烯工业发 展动向2020年前，欧洲乙烯仅有脱瓶颈改造计划,同时该kt/a,新建MTO装置规模应在500 kt/a 以上。地区部分炼厂关闭也将继续对石脑油裂解装置产2015年,我国乙烯装置平均规模将由目前的560生负面影响。分析欧洲乙烯下游衍生物市场,中kt/a增加到600kt/a以上。根据工信部发布的低端、通用产品受冲击最大,功能化产品受影响最《 烯烃工业“十二五”发展规划》,中国将继续做大小。欧洲生产商将利用自身技术优势,继续发展做强长三角珠三角、环渤海湾石化产业群,改造精细化、功能性、高附加值产品,占领高端市场份提升东北地区乙烯工业,建设中西部乙烯基地,进额，走差异化发展道路。-步优化乙烯布局。2020 年前中国仍面临大力发1.6亚洲乙烯成本高 ,消费市场吸收过剩乙烯产能展乙烯_工业的机遇。亚洲乙烯裂解料以石脑油为主,其中,东南2.2裂解原料向轻质化发展亚、南亚地区石脑油进料比例占60%以上,东北亚中国裂解原料设计以石脑油为主,轻柴油和石脑油比例高达80%以上。与中东、北美相比,亚加氢裂化尾油为辅,含少量轻烃、抽余油,原料成洲裂解原料成本高,亚洲生产商依靠提高炼化一本高,竞争力差。由于原油价格高企,国内裂解原体化改造裂解炉原料适应性、发展C4和Cs副产料轻质化步伐加快,特别是轻柴油的使用比例明物、关闭小装置来提升竞争力。显降低,由2000年的20%以上降至目前13%左中国、印度是亚洲经济发展速度快但人均乙右;石脑油用量呈上升趋势,最近几年趋于稳定，烯消费水平低的发展中国家,东南亚的印度尼西保持在65%的水平;加氢裂化尾油比例相对稳定,亚人口数居世界第四,石化产品消费也在快速增维持在10%~15%;轻烃用量逐年少量增加3长。亚洲新兴经济体汽车、包装、建材等行业高速中国乙烯产能大幅增加,完全依赖炼油装置提供发展是推动乙烯及其下游产品发展的主要动力。裂解原料将 影响成品油质量和产量,除炼化- -体2013年亚洲乙烯当量消费量超过49 000 kt, 随着化内部挖潜,应增加石脑油轻烃进口量,建立多需求继续增长,2014年起亚洲当量消费量将超过元化裂解原料供应体系,向裂解原料轻质化方向北美和西欧总合。预计2014- -2016 年,世界乙烯发展。过剩产能将被吸收，盈利将由低谷走向高峰。2.3乙烯工业多元化格局形成裂解原料多元化发展是大势所趋。高油价2中国乙烯 工业现状及发展趋势下,煤制甲醇和甲醇制烯烃(MTO)工艺技术成为2.1中国乙烯 工业规模化发展,未来仍面临机遇可能。神华集团采用大连物化所DMTO技术于中国乙烯工业发展仍将继续规模化步伐,2010年率先建成国内第-一 套煤基甲醇制烯烃工业2013年底中国乙烯产能达到18 100 kt/a,是仅次示范装置,装置稳定性、技术成熟度经过两年运行于美国的世界第二大乙烯生产国。随着大庆石大幅提高。 中国石化、中国石油、大型煤企都将致化、抚顺石化、武汉石化、彭州石化、上海石化、扬力 于发展煤化工产业。未来中国MTO将进人高子石化和中海惠州等- ~批 大型乙烯项目的建成投速发展期,成为乙烯工业的有效补充,同时也对传产,预计2015年末中国乙烯产能将达到24 000统石油基乙烯路线形成较大竞争力。kt/a以上。2015年以后计划建设的大型石脑油乙此外,中国自主研发的重油直接裂解生产低烯项目有:中科湛江、中国石化青岛、上海高桥漕碳忡中国煤化工牛团于2009年实现工业泾、海南炼化中国石油台州等。如项目按期开工化MHc NMH G热裂解是世界第一-套投产,预计2020年末中国乙烯产能将达到37 000工业化装置，对扩大裂解原料来源、加速推进中国kt/a。乙烯工业技术进步意义重大。多种乙烯工艺技术根据国家发改委颁布的产业结构调整指导目的工业化推广使中国乙烯工业多元化格局逐渐形录,所有规划和新建乙烯装置规模应达到1000成并继续 发展。乙烯工业第26卷2.4 乙烯消费明显减速炉进行技术改造,提高乙烯装置操作弹性，增加乙受国内经济增速减缓影响,中国乙烯下游产烯收率,提高装置原料变换能力。品需求增速明显放缓,国内乙烯当量消费增速大3.2炼油化工- 体化技术幅下降。2010- -2015 年,乙烯年均当量消费增长对炼化一体化企业,优化和合理利用裂解原率5%左右,明显低于2005- -2010 年约10%的增料 ,开发和应用了多种炼油化工一体化技术,主要速。2013 年中国乙烯当量消费34 000 kt左右,预有:1)多产裂解原料的加氢裂化技术,加氢裂化技测2015年将达到38000kt以上。术在实现大分子重蜡油裂化为小分子同时生产优从中国乙烯消费结构看,聚乙烯是乙烯消费质裂解原料。工业化的技术有，多产石脑油及尾第一大用户,占乙烯消费的56%左右,环氧乙烷/油的一 段串联一次通过高压加氢裂化技术乙二醇是乙烯消费第二大用户,约占21% ,聚氯( FMC1)、最大量生产石脑油的一段串联高压全循乙烯不到8% ,苯乙烯约9% ,a-烯烃约3%,醋环加氢裂化技术(FMN)、多产优质化工原料的两酸乙烯将近1%。除乙二醇外,几大乙烯下游产段高压加氢裂化工艺( FMC2)、多产裂解原料加氢品消费增速都呈下降趋势。预计2020年中国乙尾油的中压加氢裂化技术( RMC);2)利用饱和液烯消费结构中,高密度聚乙烯在消费结构中的比化气(LPG)技术，硫含量不大于500μg/g的饱和例将有所上升,聚氯乙烯和苯乙烯的比例将有所液化气是合适的轻烃裂解料,适合作裂解料的有下降。常减压蒸馏轻烃和蒸馏尾气回收液化气、连续重整液化气预分离丙烷、加氢裂化丁烷、焦化液化3乙烯工业发展对蒸汽裂解工艺技术的要求气等;3)炼厂干气回收富乙烯气技术，国外多家公中国乙烯工业在原料缺乏竞争力的情况下,司拥有干气回收乙烯、乙烷、丙烷技术并实现工业既面临中东乙烯工业冲击，又遭遇北美乙烯工业化,国内随着变压吸附技术和深冷分离工程技术崛起,同时面对韩国、台湾、东南亚等周边国家和发展也成功开发了干气回收富乙烯气技术;4)石地区压力,降低成本是中国乙烯工业长期面临的脑油优选、改质技术，通过分离和增加正构烷烃提主旋律。在中国以石脑油为主的裂解原料结构高乙烯收率，工业化技术有:吸附分离技术(分离下，低能耗、低成本、长周期是乙烯蒸汽裂解技术正构烷烃)、加氢处理技术(芳烃加氢转化成烷发展方向。烃)、蒸馏分离技术(LNG回收乙烷)[5]。目前国3.1提高乙烯装置 原料灵活性内炼化一体化程度还有提高空间，上述多种炼化提高蒸汽裂解装置原料灵活性,适应原料和-体化技术推广应用将优化和合理利用裂解原产品市场变化。裂解原料需求不断增长成为制约料,获得良好经济效益。我国乙烯工业发展的关键因素。优化裂解原料是3.3降低乙烯装置成本降低生产成本、提高乙烯市场竞争力的关键。对现有乙烯装置通过各种先进技术优化组合,于乙烯装置,原料费用在乙烯成本中约占70% ,不实现大型化、长周期、低能耗,最终降低乙烯装置同裂解原料从单耗和单价两个方面影响原料费成本,提高竞争力。裂解炉大型化减少裂解炉数用,选择原料时要考虑对产品收率和原料价格的量,一方面降低投资和占地,另一方面减少散热损双重影响「。灵活的原料方式是收益最大化和降失，降低生产成本和维修费用。开发各种裂解炉低原料成本的关键。乙烯装置要从裂解炉进料柔抑MYH中国煤化工提高运行稳定性降低性化、蒸汽裂解装置自身改造、多种混合进料优化故CNMHG转。目前主要结焦抑.配置等方面入手,依靠技术进步提高乙烯收率、降制技术有:添加结焦抑制剂、炉管表面涂层和新型低成本。国内乙烯装置投产几十年来,原料结构炉管材料等。能源短缺及环保日益严格,迫使乙发生很大变化,裂解产品收率不佳,有必要对裂解(下转第13页)第26卷孙建兵等.浴缸式急冷换热器改造的CFD模拟及工程应用表1改造后裂解炉运行部分参数断进步,CFD技术在工程设计上应用十分广泛。运转天数/d2113149本文借助CFX流体分析软件,以数值计算为基础，原料NAPLNAP对急冷换热器内裂解气的流体分配情况进行模拟投料量/(1●h~')45.0.45.544.043.0计算,通过对比3种不同方案下的模拟结果,确定C0T/C835838最佳的流体分配改善方案,应用到工程设计之中。TLE出口温度/C工程实践中的良好运行结果,验证了CFX模拟计急冷换热器A380404 .423421算的正确性。急冷换热器B379400412急冷换热器C386407424参考文献:急冷换热器D381406424191] 王松汉.乙烯装置技术与运行[M].北京:中国石化急冷换热器E420出版社, 2009 :378 - 396.急冷换热器F404[2] 韩占忠,王敬,兰小平. FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[ M].北京:北京理工大学出版社,2004:BW/(1. h-')47.445.346.246.914- 16.Ss/(t. h-1)49.9[3] 王福军.计算流体动力学分析- -CFD软件原理与应.炉膛负压/Pa-37- 50用.北京:清华大学出版社,2004:113- 124.烟气氧含量,%2. 72.72.63.1[4]古大田，方子风.化工设备设计全书一废热锅炉排烟温度/C88. 789.0109. 0108. 6[M].北京:化学工业出版社,2002:70-80.(.上接第4页)展推动力。受裂解原料影响，中国乙烯工业发烯生产注重节能技术。已工业化的技术有:预热展迈人多元化时代，相比成本高的蒸汽裂解制燃烧空气和燃料气技术、炉管强化传热技术降低烯烃工艺，MTO工艺制乙烯具有明显经济性和裂解炉排烟温度、降低空气过热系数等。这些技竞争力,对传统石油基乙烯路线形成挤压。如术提高热效率显著,节能效果明显，操作成本果MTO试点研究能够解决安全环保问题,未来减少。中国甲醇制烯烃将进人高速发展期。如果拟建MTO项目全部能够建成投产，中国乙烯规模将4结语达38000kt/a,超过美国,成为世界乙烯第一作为世界最大的石化消费市场，中国仍面大国。临大力发展乙烯工业的机遇;同时面对来自中东、北美、周边国家和地区的巨大竞争压力,中参考 文献:国乙烯工业遭遇巨大挑战。笔者认为在前堵后[1] 王红秋,聂光华，郑轶丹,等.全球乙烯工业发展新动追的情况下,中国乙烯工业应扬长避短,走差异向[J].国际石油经济,2012 ,20(11):72 -76.化发展道路。- -是改善原料,例如增加加氢尾[2]曲岩松,高春雨,杨秀霞.中国乙烯工业路在何方油比例，提高C.、Cs、C。等高附加值产品收率，[J].当代石油石化,2012 ,20(9):9-14.降低乙烯、丙烯产出。在裂解原料轻质化方向“ 中国煤化工山乙烯装置的原料适应性.上,中国不可能超过中东、北美,应反其道行之,YHCN M H G25():54-58.充分发挥石脑油裂解装置产品丰富的特点,提[4]缪玲,蒋春林.裂解原料的优化[J].乙烯工业,2011,高C、Cs、芳烃产品收率,应对中东、美国轻质23(2):55 - 59.化带来问题,增加出口,提升蒸汽裂解装置综合[5] 凌泽济.蒸汽裂解原料优化技术应用综述[J].炼油竞争力。二是MTO或将成为中国乙烯工业发与化工，2011 ,22(6):9-12.