乙烯主要生产流程及各工艺路线评价
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乙烯主要生产流程及各工艺路线评价

最新高手视频! 七禾网 时间:2019-10-22 12:15:25 来源:申万石油化工

上周乙烯与石脑油价差跌至近六年来的低点;同时如果以石脑油裂解乙烯的综合价差,考虑到丙烯、丁二烯、纯苯等产品的收率,价差为负,为近五年来的低点。从乙烯规模化后的成本降低,以及下游产品设置不同,我们认为不能简单以价差来衡量乙烯装置的盈利情况。


乙烯的利润与原料、下游产品配置、工艺路线等相关。除最主要、最传统的蒸汽热裂解外,其他的乙烯生产仍有催化热裂解(CPP)、催化裂解(DCC)、甲醇制烯烃(MTO)、乙醇脱水制乙烯等工艺路线;新开发的技术包括合成气直接制乙烯、Superflex、ACO、原油直接制烯烃等工艺。目前而言,蒸汽热裂解仍是最主要的乙烯生产路线,近年来也呈原料多元化、规模化、炼化一体化方向演变。


一、乙烯的行业基本知识:


乙烯的生产除了煤化工的煤制烯烃CTO/甲醇制烯烃MTO外,全球绝大多数的乙烯生产均是通过裂解而成。生产规模化的核心在于裂解炉的规模与压缩机的功率。目前乙烯生产的趋势是大型化与炼化一体化。传统的乙烯的生产多是外购石脑油通过裂解而成,一般情形下生产100万吨乙烯需要330万吨的石脑油原料,而同时副产近50吨丙烯、18万吨丁二烯、20万吨纯苯、以及其他芳烃混合物、异丁烯、丁烯、碳五碳十、乙烯焦油等。目前全球乙烯装置接近270套,共计产能1.7亿吨/年。美国在2010年以后由于页岩气革命,在开发过程中也带来了大量的乙烷副产,这些是裂解乙烯的优质原料。


乙烯的商品量极少,由于乙烯难以运输,需要在-100度以下存储,因此乙烯的生产商多是以配套聚乙烯、苯乙烯、乙二醇等下游产品。目前估算乙烯每年的贸易量约200万吨,而且贸易主要是由日本商社如丸红、三菱等公司控制。因为乙烯的运输船少,租金高必须连续运行,因此乙烯船是贸易的核心。中国外购乙烯的公司主要是一些独立的苯乙烯、环氧乙烷、VCM等生产商,价格对应的商品成交量少,而且其中很多为合约货锁定。因此,衡量乙烯装置的利润应该从整体装置的利润为计算,乙烯与原料的之间的价差仅为参考,历史上出现过乙烯的价格高于聚乙烯,也经常出现乙烯亏损但是下游产品利润丰厚的情况。


美国虽然是乙烯的生产大国,但至2018年底,美国仅有一个乙烯出口码头,而且码头被日本三菱商社长租。目前美国Enterprise计划与Navigator公司合作,在美国新建乙烯出口设施,未来美国乙烯出口能力将会明显提升。


二、裂解乙烯的主要生产流程:


蒸汽裂解乙烯是最重要的乙烯生产路径,生产过程主要包括管式炉蒸汽裂解和深冷分离两部分,原料范围为可以从轻烃、减压柴油、到加氢尾油等。乙烯蒸汽裂解通常是原料在多个平行的裂解炉中,裂解出口温度接近850°C(或1550°F);在裂解炉中会有成千上万种的化学反应,但它们通常是由碳碳键经过热分解而成,其余是碳氢键分离。影响裂解乙烯的副产品产量的因素主要有:


1、原料:含碳量多,偏重组分则对应的副产品多。


2、裂解深度:一种衡量原料分子被分解的程度;在裂解炉中温度达到了多少。


3、裂解参数:压力、裂解时间、技术、原料中所加蒸汽量等。


在离开裂解炉反应区时,烯烃气体的混合物进入急冷区;其中水或重油被用来冷却气体和淬火。这时,含碳氢的气体被液化或提纯,通过压缩空气到很高的压力,并冷却到很低的温度;液化后的组分被分离成乙烯、丙烯、混合碳四、粗裂解汽油(C5-C8混合物)、氢气/甲烷等。


裂解气的分离流程主要有:顺序分离流程、前脱乙烷前加氢流程和前脱丙烷前加氢流程。从技术路线而言,整体大同小异,如Lummus和Technip采用顺序分离流程,即组分由轻到重分离;Linde技术采用首先进行脱乙烷的分离流程;SW、KBR等采用首先脱丙烷的分离流程。


裂解炉是乙烯装置的核心,通常乙烯装置包括的系统单元有:裂解炉、急冷、稀释蒸汽发生系统、压缩-碱洗和干燥、激冷及脱甲烷、甲烷化单元、脱乙烷及乙炔加氢系统、乙烯精馏、脱丙烷及C3加氢、丙烯精馏、脱丁烷塔、二元制冷及丙烯制冷、废碱液氧化及中和、火炬系统、其他公用工程和辅助设施等。对于一套新的乙烯的装置投产过程,开车通常情况下为倒开车,即外购乙烯原料对于下游装置先行开车,最后再开乙烯裂解装置。


蒸汽热裂解乙烯的原料包括石脑油、乙烷、乙烷/丙烷、丙烷、混合原料、丁烷、LPG、炼厂干气、柴油等。裂解乙烯工艺中的乙烯收率与操作参数有一定的关系,但是更主要的是与原料特性有关,从多产乙烯、丙烯的角度,烷烃>环烷烃>单环芳烃>多环芳烃。从乙烷到柴油,相对分子量越大,乙烯、丙烯的收率越低。乙烷作为原料的双烯(乙烯+丙烯)收率在80%左右,丙烷为原料约为60%,石脑油为原料约为45%。


蒸汽裂解是最重要的乙烯生产方式,一般情况下乙烯裂解装置为多套裂解炉并联而成。大型裂解炉可以做到单台炉规模20万吨/年乙烯,目前世界级规模中单台裂解炉的能力可以为液体原料(石脑油等)的乙烯能力为20万吨/年/台;气体原料裂解(乙烷等)的乙烯能力为22万吨/年/台。如浙江石化一期140万吨/年乙烯,共九台裂解炉,其中一台备用。


以目前最为普遍的Lummus/ST顺序分离技术为例,假设100万吨/年乙烯装置,年操作时间8000小时,操作弹性为50%-110%,五年一大修设计。装置共设置11台裂解炉,其中:1台循环乙烷裂解炉,5台轻质原料裂解炉,5台重质原料裂解炉。每台炉能力为10万吨/年乙烯。循环乙烷裂解炉以循环乙烷或循环乙烷、丙烷为裂解原料。轻油炉中,有2台炉可以作为循环乙烷的备用炉,可以裂解循环乙烷或循环乙烷、丙烷,同时可以裂解石脑油和LPG与芳烃抽余油混合物;其余3台轻油炉只能裂解石脑油。重油炉的裂解原料为加氢尾油和石脑油。


三、乙烯各生产路线评价:


1、轻烃裂解:一般特指乙烷为原料的裂解装置,但是实际操作多为乙烷为主,兼顾丙烷、丁烷的混合裂解。中东和美国因乙烷成本低,多以乙烷为原料。以中东为例,从1990年到2010年,中东的乙烯产量从250万吨增加到近2000万吨,约占2010年全球产量的16%,2014年增加到19%;主要由于配额制的乙烷供应。但是由于中东新开发油田较少与气相关,新增乙烷供应不足,中东地区的新的大型乙烯装置多是混合裂解LPG、凝析油、石脑油等。美国在页岩气革命带来大量乙烷供应后,原有以石脑油路线的装置进行改造,均以乙烷加工为主。乙烷为原料会有一定的能耗节约,但是丙烯、丁二烯等收率也会减少。未来,东北亚地区外购乙烷进行裂解将会成为新的商业模式,需要考虑到乙烷的供应稳定,乙烷与丙烷、丁烷(或LPG)等轻烃之间的切换等因素;同时,近期丙烯、丁二烯的价格明显好于乙烯,也会影响到装置的总体经济效益评价。


2、石脑油为主的混合裂解:历史上传统的炼油厂和乙烯装置多是分开,乙烯厂以外购石脑油为原料,因此炼油、乙烯中间的很多产品难以做到优化和物料平衡。而炼化一体化对于乙烯原料来源进行优化。传统的乙烯生产路线的原料是通过饱和烷烃、石脑油等进行裂解而成。乙烯的原料大体上可以分为气体原料和液体原料;气体原料包括乙烷、丙烷、丁烷、饱和液化气和炼厂气等;液体原料包括凝析油、轻烃、石脑油、常压瓦斯油(AGO)、减压蜡油(VGO)、加氢尾油(HVGO)、加氢焦化石脑油、芳烃抽余油等。根据国标,乙烯原料石脑油中烷烃含量不低于65%,烯烃含量不大于1%,硫含量不大于0.08%。石蜡基原油和石蜡-中间基原油的直溜石脑油一般可以直接作为乙烯裂解原料。焦化石脑油烯烃和硫含量高,不能直接作为乙烯裂解原料,但加氢精制后可成为优质的乙烯裂解原料。我们认为,以石脑油为主的混合原料的裂解乙烯装置更符合我国的特点。以浙江石化为例:由于炼油、乙烯装置一体化后,乙烯原料一般在以石脑油为主的基础上增加了液化气、加氢尾油、轻柴油、碳五等混合裂解,原料的保障性强。从下游产品的角度,因为石脑油为主的裂解装置下游会副产碳四、碳五等产品,更加适合于发展精细化工、高附加值下游产品。


3、煤化工路线:除蒸汽裂解以外,煤化工是最主要的乙烯生产方式,一般把煤制烯烃(CTO)及甲醇制烯烃(MTO)归类于煤化工。我国CTO/MTO的乙烯路线自2014年以来得到快速发展,目前已经占我国乙烯产能的约22%。需要关注原料来源与规格、水资源的消耗、装置能耗、催化剂消耗、产品的水处理、C4烯烃处理、二甲醚脱除等因素。CTO一般多是重资产,建在煤炭的资源地。MTO以外购甲醇为主,多是在沿海港口地区,需要考虑外购甲醇与下游烯烃的经济性之间平衡。


责任编辑:刘文强

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