乙烯联合装置汽油加氢、芳烃抽提改进流程的技术经济分析

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[2]
高温裂解也是一个复杂的化学反应过程 , 即在高 温水蒸气条件下 , 发生碳链断裂或脱氢反应生成 烯烃及其他产物的过程
[3]
。其 裂解反应与其链
烷烃 、 烯烃 、 环烷烃和芳烃的含量有关 , 氢含量高 的正构烷烃最容易生成乙烯等烯烃产物 , 其次是 异构烷烃 , 然后是环烷烃 , 而氢 含量较低的芳烃 最难生成烯烃 。故乙烯收率与 石脑油的氢含量 成正比 ,与芳烃含量成反比 。 1. 2 汽油加氢 汽油加氢工艺
70 50 30 70 270 30 70 33 242
[ 10 ] [9]
, 从而得出石脑油常规流程 、 加
氢石脑油新加氢 流程 以及抽余石脑油新抽提流 程中的乙烯 、 汽油加氢、 丁二烯 、 芳烃抽提 4 套装 置的物料平衡结果 , 如图 1 和图 2 所示。可以看 出 , 在不增 加每小时工艺装置数量 , 不增加每小 时石脑油裂解原料消耗量的前提下 , 采用新加氢 流程和新抽 提流程 后 , 其乙烯 产量 分别 提高了 4. 32万 t/ a, 3. 33万 t / a, 三烯 (乙烯 、 丙烯 、 丁二 烯 )、 三苯 (苯 、 甲苯 、 二甲苯 ) 的总产量分别提高 了 9. 28 万 t / a, 13. 57 万 t / a 以上 。 3 技术经济分析 3. 1 投资估算原则和基准 生产能力指数法
C8 中心馏分加氢流程 。 1. 3 芳烃抽提 油品加入萃取剂后 , 就会稀释并减弱芳烃和 非芳烃之间的作用力 从而提高精馏分离的相对 挥发度 ,以 达到容易分离芳烃和非芳 烃的目的 。 芳烃抽提由于萃取剂的不 同 , 其工艺 流程 、 公用 工程消耗和能耗 指标差异较大 。以 N - 甲酰 基吗啉 ( NFM ) 为溶剂的抽提技术可处理芳烃含 量小于 20% (体积分数 ) 的油品 , 而且 NFM 技术 具有不产生废水 、 公用工程消耗量低 等特点 , 故 本工作选择 NFM 芳烃抽提流程 。 2 工艺研究和计算 2. 1 工艺流程说明 常规流程 将石脑油作为裂解原料经乙烯 、 丁二烯装置生 产乙 烯 、 丙烯 、 丁 二烯等 产品 ; 同 时 , 乙烯装置副 产的裂解汽油经汽油 加氢 、 芳烃 抽提装置生产苯、 甲苯 、 二甲苯等副产品。 新加氢流程 因乙烯收率 与石脑油的氢含 量成正比 , 故将 石脑油首先送加氢装 置 , 然后将 加氢石脑油 送裂解炉以提高乙烯 收率。石脑油 原料与裂解汽油产品不同 , 其仅含少量芳烃和极 少量单烯烃 , 几 乎不含二烯烃和烯基 芳烃 , 故将 加氢装置分成 2 条生产线 : 分别用于裂解汽油和 石脑油 , 仅加氢工艺参数 不同而已 。目前 , 国外 加氢裂化装置最 大公称能力 达 500 万 t/ a, 国 内成熟的加氢裂化装置公称能力达 200万 t / a,大 型加氢装置的工程设计无“ 放大 ” 问题 。 新抽提流程 因乙烯收率 与石脑油的芳烃 含量成反比 ,故首先将石脑油送芳烃抽提装置分 离出芳烃 , 然后将抽除芳烃的抽余石脑油送裂解 炉以降低燃料消耗和综合能耗。目前 ,国外大型 芳烃 抽 提 装 置 处 理 原 料 的 公 称 能 力 最 大 为 1 200万 t/ a,芳烃产品达 816 万 t/ a [ 7 ] , 就萃取精 馏塔的工程设计而言 , 国外的塔径在 < 8 m [ 8 ]以 上 , 国内的也达 < 3 m , 大型芳烃抽提装置的工程 设计也无“ 放大 ” 问题。 2. 2 物料平衡 基于上述理论和流程 ,以 70 万 t/ a 乙烯联合 装置为例进 行物料平衡计算分析 。新加氢流程 用增加氢气消耗来提高乙烯 、 丙烯等主要产品产 量 ; 新抽提流程若按石脑油中芳烃进入裂解炉发
第 1 期 何琨等. 乙烯联 合装 置汽油加氢 、 芳烃抽提改进流程的技术经济分 析
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图 1 70万 t /a 乙烯联合装置常规流程和新加氢流程的物料平衡
图 2 70万 t /a 乙烯联合装置常规流程和新抽提流程的物料平衡 表 1 乙烯装置设备的相对投资 设备类别 裂解炉 压缩机和透平机 换热器 相对投资 额度 / %
流程的技术经济指标较佳 。 关键词 :乙 烯联 合装 置 ; 前置加氢流程 ; 前置抽提流程 ;技术经济分析 中图分类号 : T Q 221. 21 + 1 文献标识 码 : B 文 章编号 : 1009 - 0045 (2008) 01 - 0055 - 06
乙烯联合装置由乙烯 、 汽油加氢 、 丁二烯 、 芳 烃抽提 4 套 工艺 装置组成 。传 统的乙烯常规流 程是采用石脑油经乙 烯、 丁二烯装置 生产乙烯 、 丙烯 、 丁二烯产品 ; 同时 , 经乙烯 、 汽油加氢 、 芳烃 抽提装置生产苯 、 甲苯 、 二甲苯产 品。在乙烯裂 解原料日益紧张的情况下 , 优化裂解原料是一个 重要课题 。文献 [ 1 ]采用吸附分离技术将石脑油 中的正构烷烃分离出 来作为裂解原料以提高乙 烯收率 ,但需增加石脑油的进料量 200%左右 ,并 需增设 1套乙烯装置生产能力约 5. 5倍的吸附重 整装置 ;另外 , 还需引进国外专利技术 , 工程实施 比较困难 。本工作根据外 商 NA PEX 的开 发思 路 , 考虑采用国产化工艺技术对 70 万 t/ a 乙烯联 合装置的乙烯等 4 套工艺 装置分别重新组合为 新加氢 (前置 ) 、 新抽提 (前置 ) 流程以优化 裂解 原料 ,并将 2个改进流程与传统的乙烯常规流程 就建设投资 、 操作费用等方面进行了技术经济分 析、 比较以找出最佳工艺流程 。 1 基础理论 ① 1. 1 乙烯裂解反应过程 由于石脑油是极其复杂的碳氢化合物 , 故其
应的加氢装置、 抽提装置公称生产能力分别有数倍 提高 ,故相应的装置建设投资也有较大增加 ;而乙 烯装置由于裂解原料的优化和改进 , 故乙烯装置的 建设投资均有一定的降低。
表 2 3 套工艺装置的公称生产能力和工程建设项目投资 装置名称 乙烯装置 汽油加氢装置 芳烃抽提装置 公称生产能力 / (万 t a - 1 ) 石脑油 加氢石脑油 抽余石脑油
采用上述投资估算原则来估算 70 万 t / a 乙 因此 , 以新建工程项目的全部设备费用 E为 基数 , 根据同类已建项目的各 项费 用 m (如建筑 费用 、 安装费用 、 其他费用等 ) 占全部设备费用的 百分比 P i ,并考虑综合调整系数 C F i ,可求出新建
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烯联合装置在常规工 艺流 程 、 新加氢 流程 、 新抽 提流程中不同生产规 模的 乙烯 、 汽油 加氢 、 芳烃 抽提 3 套装 置的工 程建 设项目 的投 资 , 结果见 表 2。可以看 出 , 由 于不 同 来源 的 石脑 油 组成
第 26 卷 第 1期 石 化 技 术 与 应 用 Vol . 26 No. 1 2008 年 1 月 Petr ochem ical Technology & Applica tion Jan. 2008
工业技术 ( 55~60 )
乙烯联合装置汽油加氢 、 芳烃抽提改进 流程 的技术经济分析
4. 32 万 t/a, 3. 33万 t/a,三 烯 (乙 烯 、 丙烯、 丁 二烯 ) 、 三 苯 (苯 、 甲苯 、 二 甲 苯 ) 的 总 产量 可 分 别 提 高 9. 28 万 t/a, 13. 57 万 t/a, 其工程投资开始盈余年 份可分 别提前 0. 29 a, 1. 47 a。 2 个改 进流程 中新 抽提
[4]
是将汽油 中易生成聚合胶
质的二烯烃和烯 基芳 烃通过催化剂进行选择性 一段加氢 、 二段加氢反应生成饱和烃。其主要流 程为 : (1) 一段加氢反应 , 是通过钯催化剂进行二 烯烃加氢 和烯基 芳烃加 氢生成 单 烯烃和 芳烃 ; ( 2 )二段加氢反应 , 是通过钴 - 钼催化剂进行单 烯烃加氢生成饱和烃 并将其中的 硫、 氮、 氧、 氯、 重金属等除去 。汽油加氢包括 C6 ~C8 中心馏分 加氢 、 C5 ~ C9 全馏分加氢、 C5 ~C8 轻馏分加氢和 C6 ~C9 重馏分加氢 4 个流程 。本工作选择 C6 ~
何琨 1 , 2 ,何云 1 ,吴德荣 1
(1. 中国石化上海工程有限公司 ,上海 200120; 2 . 上海交通大学 化学工程系 ,上海 200240 )
摘要 :在不 增加 工艺 装置数量 ,不增加石脑油原料消耗量的 前提下 , 将 70 万 t/a乙 烯联合装置 的乙 烯、 汽油加氢 、 芳烃抽提 3 套工艺装置 的常规 流程重新 组合改 进为新 加氢 (前置 )和新 抽提 (前置 ) 2 个 流程 ,并对新旧流程进行 了技 术 、 经济的比较分析 。结果表明 ,与常规流程相比 ,新加氢流程和新抽 提流 程均可减少裂解结焦量 , 使装置的生产大 检修周 期由 1 年 1 次 延长到 2 年 1 次 , 乙烯产 量可 分别 提高
n 取 0. 85; CF i 为综合调整系数 , 其根据两项目的
间隔期费用变化而定 。 另外 , 由于乙烯装置投资额占总投资的比例 较大 , 则采用综 合法
[ 12 ]
估算 , 即按裂解炉 、 压缩
机、 换热器 、 塔罐 、 泵等设备类别的相对投资额度 来估算 (见表 1 ) , 以提高投资估算的精确度 。
[ 11 ]
估算建设投资是根据性
质类似的 、 已建成的工程项目投资额 Y1 和生产能 力 X1 来计算新建工程项目相应的生产能力 X2 和 投资额 Y 2 。公式为 :
n Y 2 = Y 1 (x 2 /x 1 )
CF i
,
( 1)
式中 : n 为生产能力指数 , 当两项目的规模相差不 大于 50倍 , 且新建项目规模的 扩大仅仅靠增大 设备的规模来实现时 , n 取 0. 65; 若新建项目规 模的扩大靠增加相同规模设备的数量来实现时 ,

收稿日期 : 2007 - 07 - 24 ; 修回日期 : 2007 - 11 - 2 8 作者简介 :何琨 ( 19 63 —) ,男 ,上海市人 ,高级工程师 ,从事石 油化工设计工作 。 已发表论文二十余篇 。
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石 化 技 术 与 应 用 第 26 卷
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PONA 值 ( P 代表油 品中的烷烃 , O 代 表烯烃 、 N 代表环烷烃 ,A 代表芳烃 )和物性变化较大 ,新加氢 和新抽提流程对应的加氢装置和抽提装置公称生 产能力需要相应调整 ;新加氢流程 、 新抽提流程相
35 30 20
项目相应的建筑 、 安装 、 其他等费用 , 再加上新建
相对投资 额度 / %
10 5 100
设备类别 精馏塔和储罐 泵和其余设备 总计
项目相应的有关费用 I, 其总和就是新建项目在 相应生产能力下的投资额 Y3 :
m。
1
( 2)
3. 2 工程建设投资的估算
8
[6] [5]
生裂解反应消耗 的芳 烃与石脑油中非芳烃进入 裂解炉发生裂解反应生成的芳烃相等 考虑 ,则 与事实不符 , 因为乙烷 ( C2 H6 ) 、 丙烷 ( C3 H8 ) 、 丁 烷 ( C4 H10 ) 均不 含 芳烃 , 但裂 解 反 应仍 可 产生 苯 - 甲苯 - 二甲苯混合物 ( BTX ) , 只是 B TX 产率 较低而已。故本工作按不同裂 解原料生成的裂 解汽油中芳烃产率相同考虑 。由于常规流程工 程设计按 1 年大检修 1 次计算 , 而 2 个改进流程 会减少裂解结焦产物 ,则按 2年大检修 1次计算 , 故使用公称能力相同的设备 ,在单位小时裂解原 料消耗不变的条件下 , 可增加年裂解原料处理能 力 4. 75% , 即提高工艺装置年生产能力 4. 75%以 上 。再根据石脑油裂解反应过 程机理计算出的 裂解产品分布
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