拓宽思路优化乙烯装置原料

第17卷第2期中外能源2012年2月SINO-GLOBAL ENERGY《炼油与化工技术拓宽思路优化乙烯装置原料杨春生(惠生工程(中国)有限公司北京设计中心,北京100102)摘要我国乙烯工业基本以石脑油为原料,气体原料和重质原料较少。2010年我国乙烯原料的消耗量已达到4170x10以上,是2004年原料消耗量的1.72倍。世界范阳内,50%以上的乙烯产能是用石脑油生产的。我国2010年石胸油占乙.烯原料的比例为65.9%(质量分数)。据估算预测,2013年前后我国用于生产乙烯的原油为2.95x10V/a,包括燃料油在内的原油需求量将达到5.90x10*-7.375x10+/a,届时原油对外依存度达到64.4%-71.5%。为此,如何减少石脑油的消耗,将是乙烯工业的长期课题。如果把乙烯装置和芳烃抽提装置集成起来.把高含环烷烃和芳烃的劣质石脑油用于生产芳烃,性质改善后的芳烃抽余油用于生产乙婚，扬长避短,物尽其用,可以显著踱少合格石脑油的消耗量.减少生产乙烯的原油用量,并具有良好的投资回收期。关键词乙烯原料 石脑油石脑油加氢芳烃抽提集成1前盲由表1可见,2010年乙烯原料的消耗量已达我国乙烯工业基本以石脑油为原料,气体原料4170x10t以上,是2004年原料消耗量的1.72 倍。和重质原料较少。石油烃经蒸汽裂解生产的三烯、表中2008年以后的原料单耗有所下降，应该三苯是三大合成材料及有机化工产品的基础原料。是各厂“优化操作、节能降耗降低乙烯损失率”的根据全国乙烯行业协会的统计,到2010年底,我国结果,也是寻找轻质原料、回收FCC干气中的乙烯共有乙烯装置27套(含合资企业)，总生产能力和轻烃的结果。但就石脑油裂解来说,基本可以认1469.5x101/a。如果加上沈阳蜡化公司的重油催化为原料的单耗为3.2t/t 乙烯左右。裂解(CPP)装置13.5x104/a和包头煤制烯烃(MTO)2.2我国2012~2013年将投产和改扩建的乙烯项目装置的30x104/a 乙烯能力,则全国共有乙烯生产我国目前正在建设或即将启动改扩建并将于能力1513x10*/a。 2010 年全国乙烯的实际产量为2012~2013年投产的乙烯项目见表2。即近期将新1422.2x10*(含合资企业)。增乙烯生产能力330x10*/a,加上2010年底1469.5x本文重点讨论石油烃蒸汽裂解生产乙烯的原10t/a石油烃裂解生产能力,到2013年后我国蒸汽料问题及其优化设想。裂解的乙烯产能将达到1799.5x10*/a。按原料单耗2原料来源困扰乙烯工业的发展3.21/t 乙烯计算，届时我国将需要蒸汽裂解原料2.1我国2005~2010年乙烯产量与原料消耗量5758.4x10t/a。根据行业协会的统计,我国2005-2010年乙烯2.3石脑油占乙烯原料的比例的产量、原料消耗量等数据见表1。就世界范围来说,50%以上的乙烯产能是用石表1我国2005- 2010年乙烯的产量与原料消耗量年份乙烯产量/原料消耗量/原料单耗/(:+)备注2005 7539152 242522553.22含合资企业本文作者系本刊学术指导委员会委员。2006 8522902 276244823.23不含惠州乙烯作者中国煤化工年毕业于天津大学化工2007 9447759 303364403.21同上MHCNMH C*期从事化工和石油化2008 9157267 29094093.18工装置的设计工作,1986年后主要从事乙烯装置的设计工作和2009 9736141 307859103.16项目的前期工作,在《乙烯工业)、《中外能源》等刊物上发表多2010 13278340 41703532篇学术论文。E-mail :yangchunshengl@wison.com中外能源SINO-GLOBAL ENERGY2012年第17卷脑油生产的,如2005年世界乙烯原料构成中,石脑据统计数据,我国所用的石脑油原料占全部乙.油占53%。烯原料的比例见表3。表2我国2012~2013年即将投产或改扩建的乙烯项目名设计规模(109进展状况备注抚顺大乙烯80(新建)包括PE、PP、汽油加氢、苯抽提等8套装置,2012年投产中石油集团四川大乙烯包括PE、PP、合成橡胶、EO/EC 等9套装置,2012年投产大庆乙烯改扩建60(新建)包括PE.PP、汽油加氢、芳烃抽提等装置,2012年投产武汉大乙烯包括PE、PP、EO/EG等9套装置,2013年投产中石化与韩国SK集团合资福建乙烯改扩建30(新建)乙烯产能由80x10t/a提高到110x10v/a,2013年底投产中石 化与埃克森美孚-沙特阿美合资表3我国石脑油占乙烯原料的比例%(质量分数)年1月1日起至2010年12月31日止，把进口石年份2000年2005年 2006年 2009年 2010年脑油的关税下调至1%，并对进口和国产的用作乙比例61.765.866.165.烯、芳烃类产品原料的石脑油免征消费税。由此可我国乙烯的其他裂解原料为轻柴油，加氢尾见国家是鼓励石脑油进口的。油,抽余油,轻烃C2、C.C4等。可以近似认为,我国据文献[1]报导,中国工程院研究报告认为,我石脑油原料的比例为66%。国的石油对外依存度不宜超过60%。地缘政治变2.4我国原油进口k预测化、自然灾害等,都会对能源供应带来不利影响。对目前我国60%左右的原油用于汽油、煤油、柴外依存度过高会危及国家的经济安全,必须加大力油等燃料油的生产，其余40%用作生产乙烯等化工度节约能源并改变能源结构,使对外依存度稳定在原料。2010年我国自产原油2.03x10+,进口原油一定水平。文献[2]报导,据海关总署公布的数据,2.39x104,原油的对外依存度达到54%。2010年我国进口原油2.39x104,进口平均价格565预测原油进口量的计算条件如下:①假设2013美元/t,进口耗资1351.5 亿美元,同比增幅51.4%。年我国原油产量为2.10x10%,乙烯产量达到由此可见,无论从能源和经济安全来说,还是从资1799.5x10Va;②国产原油的石脑油馏分含量为金消耗来说,过大的对外依存度都存在潜在的风险。10%(大庆原油)，进口原油的石脑油馏分含量为3石脑油原料的质量标准20%(中东原油);③石脑油原料占全部裂解原料的对于生产乙烯的原料石脑油,目前尚无国家标比例为66%;④用于生产乙烯等化工产品的原油占准或行业标准,只有2001年7月开始执行的“中石原油总消耗量的40%。化集团公司”标准和“中石油集团公司”标准(Q/根据上述条件,在不考虑石油烃替代原料的情SY26-2009)。中石化集团企业标准与新加坡石脑油况下，可以估算出2013年前后我国用于生产乙烯标准的对比见表4。由表4可见,中石化集团的石的原油数量为2.95x10%/a,包括燃料油在内全国共脑油质量标准和国际上的质量标准基本是--致的。需消费原油约7.375x10%/a。为此还需进口中东轻中石油集团的石脑油质量标准与中石化集团和新质原油5.275x10H/a,这样,我国2013年原油对外加坡标准有所不同,其链烷烃、烯烃、环烷烃和芳烃依存度将达到71.5%。(PONA)值均为质量百分数,包括65号、60号和55如果按照生产乙烯等的原油量占原油总消耗号3个牌号,其牌号的数值对应于石脑油的链烷烃量的50%计算,2013年前后全国共需要消费原油质量百分数。约5.90x10%/a,为此,还需进口原油3.80x10t/a,届石脑油的“族组成”是原料性能优劣的重要指.时我国的原油对外依存度为64.4%。标。其中的链烷怀(P)句托正构1(2)、异构(&)两类,正当然,该计算是按全部由原油蒸馏出来的石脑构烷中国煤化工院烃裂解容易生成油来生产乙烯的，如果直接进口石脑油生产乙烯,MRCN M H G裂解产物中的乙烯则原油进口量会明显减少。国家财政部在2001年收率越高,越适合作乙烯原料。国内外均规定适宜开始对进口石脑油征税6%的情况下,规定自2008作乙烯原料的石脑油P值应在65%以上。第2期杨春生，拓宽思路优化乙烯装置原料71.环烷烃(N)的裂解性能不如链烷烃,容易发生裘5我国各种原油直馏石脯油的PONA值脱氢反应生成芳烃;芳烃(A)性能稳定,基本不裂%(体积分数)解，主要发生缩聚反应生成焦油;烯烃(O)在石脑油项目大庆油大港油胜利油辽河油新疆油长庆油初增点~干点/心79~ 141|75~ 17987-17164- 17581-16241-176中数量很少或没有,对乙烯收率基本无影响。链烷烃(P)58.6 43.3 49.1 46.4 53.1 49.2其实,从当前的国内外市场来看,石脑油中正、环烷烃(N).38.7 43.4 43.5| 41.541.1 44.9异构烷烃的比例大于1的“规定”可以取消。因为异芳烃(A)2.7 13.3 ! 7.4 12.1 5.8 5.9构烷烃多可以提高丙烯的收率,而近年来市场对丙族组成(P+N+A)[ 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 I 100.0烯需求的增长大于对乙烯需求的增长,丙烯的市场4.2某炼厂加工进口原油的直馏石脑油PONA值价格甚至超过了乙烯的价格,有的厂家还特别建设国内某炼厂加工进口轻质原油和较重原油的了“烯烃转化装置”,把一部分 自产的乙烯转化成丙直馏石脑油PONA值见表6和表7。烯,来提高丙烯的产量,以满足市场的需求,获取更表6进口轻质原油(石蜡基)直馏石脑油PONA值高的经济效益。所以，“规定”也应该随着市场需求和经济效益而变化。项日沙特阿曼油伊斯白虎油表4石脑油的质量标准.轻质油中质油卡兰特初馏点~干点/心| 54-185 67~185 89-169 70-185 67-185新加坡中石化集团 公司项目名称76.63 72.47 69.62| 67.11 65.66)PEN SPEC Q/SHR 011-20014.53 20.908.52 29.71| 28.80密度/(kg.m)650-7508.84 6.6311.86| 3.18| 5.54 .链烷烃含量(P),%(体积分数)≥65≥65D族组成(P+N+A)| 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00环烷烃含量(N),呢(体积分数)实测报告芳烃含量(A),呢(体积分數)≤12表7进口较重原油(环烷基)直馏石脑油PONA值烯烃含量(0),%(体积分数)≤1≤1.0呢(体积分数)硫/(ug*g")≤800阿塔铅/(ag"g)≤150文藁油奎都油|安坦油利亚卡油砷/(ng*g")≤20初馏点~干点/C72-17466-194 75-175| 66-189 92-186求/(ng*g^")48.91 45.04 41.21| 30.35 25.83色度/赛波特号40.05 40.28 43.25| 64.18 68.57初馏点/C≥25 .>2511.04 14.68 15.545.47 5.60馏程50%馏出点/C终馏点/C≤204<205注:①链烷烃中的正构、异构比例必须>1。对照表4中的石脑油质量标准,表6中的石脑4链烷烃含量是石脑油原料的重要指标油是合格的裂解原料,而表5和表7中的石脑油是多年来,我国对石脑油原料-直遵循“宜烯则不合格的裂解原料。如果合格的石脑油原料不足，烯,宜芳则芳”的原则。即链烷烃含量高的石脑油用不得已而裂解不合格的石脑油时,就会使乙烯产能于生产乙烯,环烷烃和芳烃含量高的石脑油经催化下降,从而降低企业的经济效益。重整生产芳烃,这无疑是正确的。但是,结合我国原4.3链烷烃含l对生产成本的影响油偏重的特点,并随着世界原油的逐渐重质化，对“宜文献[5]介绍,茂名乙烯装置自2004年4月开烯则烯,宜芳则芳”的原则应有所突破,有所改进。始全部投用石脑油原料,并不断对石脑油质量进行4.1我国各种原油直馏石脑油的PONA值优化,尽量提供链烷烃含量高的石脑油作为裂解原据文献[3,4]介绍,用我国国产原油生产的石脑料,. 中国煤化工著变化，见表8。油,其PONA值见表5。由表5可见,大庆油生产的升高至72.77%时,石脑油P值最高,但仍达不到乙烯原料标准的要月月MYHCNMHG平降低97元。按乙求,而我国原油生产的石脑油N值很高,适合于经烯产量36x10't/a计算,仅原料质量提高一项,一年催化重整生产芳烃。就可降低生产成本3492万元。中外能源，72.SINO-GLOBAL ENERGY2012年第17卷表8石脑油质量对现金生产成本的影响表10 3种原料工况的计算结果汇总顺目2001-05 | 2002-04 2003-07 I 2003- -10工况基本工况工况1工况268.78 67.09 69.64 上72.77原料量(合格的全程石脑油)(101+a-) 245.56 196.45 196.45石脑油N20.75 21.70 19.5719.65石脑油A或B/(101.g-)60.44 64.81族组成,%10.47 1.11.1 10.797.58原料小计/(104.a")245.56 256.89 261.26乙烯收率,%31.7131.32 31.5832.64_石脑袖加氢装置能力(10%.8*")现金生产成本/(元)中3870393038943833石脑油加氢装置的投资/万美元1600 1640注:①石脑油价格当时均按2200元ht估算。芳烃抽提装置能力1(10.)44.35 102.56 109..81芳烃抽提装置投资/万美元1050 1890 19905兼顾乙烯和芳烃的生产,优化乙烯原料加氨和芳烃装置投资回收期1a| 0.8 0.7文献[6]介绍了基于100%合格石脑油、80%合氢气1.56 1.58 1.59格石脑油和20%不合格石脑油3种原料工况,模拟乙烯，80.0 80.0 80.0计算了原料用量、产品产量和投资情况,其基础是主要产品/丙饼40.0 .40.040.0丁二烯12.71 12.89 | 13.20把不合格的石脑油经加氢脱除硫、砷、氮等杂质后,(104.a)17.49| 18.42 19.67再经催化重整,作为芳烃抽提装置的原料,乙烯装.甲苯10.50 12.45| 13.31置副产的裂解汽油也经过加氢分馏得到C~Cg馏二甲苯+乙苯.8.8212.97[ 13.91分作为芳烃抽提装置的原料,抽提芳烃后的抽余油由表10可见,生产同样多的乙烯和丙烯,工况和裂解汽油加氢装置分离出来的C5用作乙烯装置1和工况2可以减少49.11x104/a的合格石脑油用的原料,这样既生产乙烯,又生产芳烃,同时可减少量,并分别多产芳烃7.03x104/a和10.08x10U/a,因合格石脑油的用量。增建石脑油加氢和芳烃抽提装置多花的投资,分别5.1模拟计算基本条件可在0.8年和0.7年回收,回收期是很短的。5.1.1 裝置规模6结语80x 10t/a乙烯,产品的丙烯/乙烯比为0.5。①我国的乙烯工业基本以石脑油为原料,随5.1.2原料工况着我国石油对外依存度的提高和石油价格的飙升,①基本工况:用100%合格的全程石脑油(“合原料来源及其价格可能会成为制约乙烯工业发展格”是指其链烷烃体积分数>65%);的关键因素。拓宽思路,利用乙烯原料和芳烃原料②工况1:用80%合格的全程石脑油,用20%石脑油性质的差别，用低品质的石脑油来生产乙的不合格石脑油A;烯,是解决乙烯原料困境的途径之一。③工况2:用80%合格的全程石脑油,用20%②石脑油中的链烷烃含量是原料品质的重要的不合格石脑油B。指标,国内、外的乙烯用石脑油均规定P≥65%(体5.2模拟计算结果积分数)。生产实践证明,P值越高,乙烯收率越高,原料的性质和模拟计算的结果见表9和表10。生产成本越低,可以明显提高企业的经济效益。表9不同族组成的石脑油原料%(质量分数)③对于世界级规模的乙烯装置,把催化重整、|合格的全不合格不合格脱除芳烃脱除芳烃芳烃抽提等装置和乙烯装置集成起来，形成“乙烯-族组成程石脑油|石脑.石脑的石脑油的石脑油芳烃”联合生产装置,既生产乙烯、丙烯产品,也生和性质.| (P>65%制) |油A| 油B| A抽氽油B抽氽 油产芳烃产品,成为兼产“三烯、三苯”产品的生产装n-PD31.90 25.00 20.00 32.89 26.67置,是一条值得深人研究、有发展潜力的技术路线,i-PD34.43| 30.00 21.00 39.47 28.0024.27 21.00 34.00 27.63| 45.33是在“宜烯则烯,宜芳则芳”原则的基础上,有所发_A9.4 24.00 25.00 0.000.00展有总计100.00 100.00 | 100.00 100.00 100.00中国煤化工比产品，是发展国密度(kg.m")698.7 723.0 741.7 686.2706.9民经.CHCNM HG须的。我国豪酯工链烷烃(P)66.33| 55.00 41.00 72.36 54.67P+N90.60| 76.00 75.00 100.00 100.00业所使用的原料对二甲苯、对苯二甲酸也是紧缺的注:①n-P为正构链烷烃,一P为异构链烧烃。P值为正异构之和。产品,建设“乙烯-芳烃”联合装置,对原料石脑油进第2期杨春生。拓宽思路优化乙烯装置原料.73.行集成优化,可以实现对国产和进口原油的合理利[2] 2010 年原油天然胶进口涨幅明[E:/1L2011-01-19.tp:/用,又可以在短期内回收增加的投资,是一条减少www.cheminfo.gov.cn/zx/page_ jinfo.aspx?id= 316639&Tname=hgyw&c=20.原料消耗的资源节约型技术路线,可以达到双赢的3]侯祥麟.中国炼油技术[M].2版.北京:中国石化出版社,2008.技术效果。[4]赵仁殿,金彰礼,陶志华,等.芳烃T.学[M].北京:化学工业出⑤文献[7]介绍,实行炼化- -体化优化乙烯原版社,2001.料,可使原油加工量大幅度降低。生产1t乙烯所需[5]薛洪军,蓝春树,黄仁耿、积极推进降本增效提高企业竞争要的原油量由15~161降低到9~10,配置的原油加]乙烯工业, 2004(2):4, 16-20.工量可以臧少40%。6] BHIRUD V L.Improve naphtha quality for oleins eracking[J].Hyrocarbon Processing, 2007(4):69-74.[7]我国石化产业资源的整体集成和优化[EB/OLJ.(2005-07-01).参考文献:ht://info.che/m.hc360.com/HTM/001/020/8391-3.m.[1] 彭春来.原油对外依存首超美.保障能源安全计将安出[EB/OL].(2011-08- 0:/t//i/f.chem.hc360.on/20 1/08/050848290442.shiml.(编辑周溪华)Broadening Thoughts to Optimize Feedstock for Ethylene PlantsYang Chunsheng(Bejing Design Center , WISON Engineering(China) Co. , Iud. , Beiing 100102)[Abstract] The majority of ethylene plants in China use naphtha as feedstock and only a small number ofthem use gaseous and heavy feedstock.In 2010 ,China used more than 4170x10/t of ethylene feedstock ,1.72times the amount used in 2004. Worldwide ,over 50% of ethylene output is produced from naphtha.In China,65.9%{by mass fraction) of all feedstock used for producing ethylene in 2010 was naphtha.It is predictedthat the amount of crude used for producing ethylene in China around 2013 will reach 2.95x104/a and thetotal amount of crude oil and fuel oil needed will reach 5.90x10*-7.375 x104/a.By that time ，China's re-liance on crude import will reach 64.4% -71.5% .Therefore , finding a solution to reduce naphtha consumptionwill be a long-term subject of the ethylene industry.If an ethylene plant can be integrated with an aromaticextraction wnit and using poor -quality naphtha rich in cycloalkanes and aromatics to produce aromatics anthe upgraded raffinate oil in the production of ethylene , the consumption of up-to- standard naphtha could bereduced significantly , thus reducing the use of crude oil in ethylene production.In adition , investmnent couldbe recovered in a relatively short period.[Keywords} feedstock for ethylene ;naphtha ;naphtha hydrogenation ; aromatic extraction; integration.能源知识.我国电力储能规模低于中国煤化工CNMH G截.至2010年底,全球电力储能总装机为125.52GW,约占世界电力表机恐重时5.0%,内我国约为16.345GW,仅约占全国电力装机总量的1.7%。储能已成为可再“生能源和智能电网大规模发展的主要瓶颈。大规模储能技术已被列入国家“十二五”能源规划,出台相应的法规和玫策,促进储能产业发展已成趋势。(供稿舟丹)