天然气分离乙烷制乙烯经济性分析

天然气分离乙烷制乙烯经济性分析

乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的70%以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。

一、前景分析

（一）市场：供需格局依然紧张

按照目前的扩张速度，预计2020年，我国乙烯产能可以达到3230万吨/年，年均增速到11.6%，与此同时当量消费量却增至4800万吨/年，当量需求缺口依然存在1800万吨。所以未来供需格局依然不容乐观。

中国乙烯供需平衡情况及预测

指标2010年2013年2014年2020年年均增速%

产能万吨/年1516.5 1791.5 2079 3230 8.2 11.6 产量万吨1427 1630 1850.3 2970 6.7 12.6 当量消费量万吨2960 3492 3740 4800 6.0 6.4

当量自给率% 48.2 46.7 49.5 61.9 - - （二）成本分析

由于乙烯的仓储、运输要求较高，实际商品量少。我们认为当前美国、中东的乙烯成本虽然低，但是很难直接冲击中国市场，多是以衍生品如聚乙烯、苯乙烯、乙二醇等产品的形式出口。

（三）可行性总结

1.世界对于乙烯的需求量正在逐渐的增加，销售前景比较乐观。

2.乙烯是许多化工产品的基础原料，下游产品较多。

3.乙烷为原料的乙烯收率一般为77%，丙烷和丁烷的乙烯收益率在42%左右，而石脑油的收率只有约32%，因此乙烷作为原

料制乙烯的前景比较乐观。

二、天然气分离乙烷制乙烯工艺

原料天然气中普遍含有H2S、CO2、H2O等杂质，这些杂志在接下来的天然气运输和使用过程中会对管道、环境、设备造成不良影响，因此在对天然气进行利用之前需要把这些杂质尽量脱除。对天然气加工阶段的工艺流程研究共包括天然气脱硫、天然气脱水、天然气分离乙烷、乙烷制乙烯四段工艺。

（一）脱硫

传统的天然气脱硫技术主要有干法脱硫和湿法脱硫。

干法脱硫使用固体脱硫剂，其表面特征不能很好满足脱除硫的需要；湿法脱硫技术主要包括物理吸收、化学吸收、氧化吸收与联合吸收。化学吸收法分为热碱法和醇胺法，热碱法工艺简单但脱硫效率低且难再生，而醇胺法是目前天然气脱硫使用最多的方法。新型天然气脱硫技术有生物脱硫和膜分离技术。使用生物脱硫需要对生物菌种进行筛选、培养，才能应用于工程中；膜分离技术设备连接灵活，投资少，但后期运营成本高且容易二次感染，相关的研究还不够成熟。目前工业上天然气脱硫主要还是应用传统脱硫技术。

（二）脱水

由于酸性气体在有水存在的条件下对管道设备有腐蚀作用，并且会生成水合物堵塞管道，因此从井口开采的天然气必须经过脱水处理才能进入管道输送。目前对天然气脱水工艺主要包括甘醇吸收法，另有新技术如分子筛净化和膜法脱水。就分析情况来看，膜分离法的未

来发展潜力巨大，但是目前的膜分离技术在应用方面还未能在工业上得到广泛应用、规模不大，仍然要向基础研究侧重，研制高性能膜材料仍然是膜技术发展的首要问题。因此在天然气脱水工艺的选择上，依然采用目前工业上较为广泛应用的三甘醇脱水进行能耗和排放的

分析。天然气脱硫和脱水的工艺流程图如下。

天然气脱硫脱水工艺流程图

（三）分离乙烷

天然气中甲烷含量最高，其次是乙烷、丙烷，从天然气中分离出乙烷主要有吸附法、吸收法和冷凝分离法。其中吸附法的吸附剂对烃

类的吸附容量有限，吸收法的投资和操作费用比较高。对于冷凝分离法，在对天然气轻烃回收工艺的设计以及操作参数的调节有深入研究，成功实现轻烃分离的同时还能达到节能降耗的目的。因此采用天然气轻烃回收中的冷凝分离法分离天然气中的乙烷。

（四）乙烷制乙烯

对于乙烷作为裂解原料制备乙烯，乙烷蒸汽热裂解工艺不仅能耗高，并且对管道、设备材料的耐高温性要求高，因此国内外希望通过使用非均相催化剂的催化裂解以及乙烷氧化脱氢两个方向进行研究以取代蒸汽热裂解工艺，近些年的研究主要倾向于工艺过程催化剂的制备，此方法的反应式如下所示。

天然气分离乙烷制乙烯的工艺流程图

三、年产量20万吨乙烯的项目设计 （一）厂址选择

（二）主要原料

乙烷，纯度99.9%；

氧气，纯度93%；

氦气，工业氦，纯度99%；

CaTi0.9Li0.1O3.5Cl7催化剂

（三）主要设备

（四）物料衡算

乙烷转化率为93.1%，一氧化碳，甲烷，二氧化碳，乙烯的选择率分别为23.5%，10.8%，0.9%，63.1%。

收率为：乙烯，75%；一氧化碳，21.9%；二氧化碳，0.8%；甲烷，10.1%；年产量20万吨乙烯，

n（C2H4）=2x1011/28=7142.86x106mol

1.初始物料n（C2H6）=714

2.86x106/75%=9.52x109mol

m（C2H6）=9.52x109x30=28.6万吨

n（O2）=0.61x1010mol

m（O2）=0.61x1010x32=1.952 x1011g=19.52万吨

n（He）=1.83 x1010mol

m（He）=1.83 x1010x4=7.32 x1010g=7.32万吨

2.反应结束后的物料：

n（C2H6）=n初始（C2H6）x（1-α）=9.52x109x（1-93.1%）=6.57 x108mol

m（C2H6）=6.57 x108x30=1.97x1010g=1.97万吨

n（CO）=9.52x109x21.9%=2.08x109mol

m（CO）=2.08x109x28=5.82x1010g=5.82万吨

n（CO2）=9.52x109x0.8%=7.62x107mol

m（CO2）=7.62x107x44=3.35x109g=0.34万吨

n（CH4）=9.52x109x10.1%=9.62x108mol

m（CH4）=9.62x108x16=1.54x1010g=1.54万吨

四、项目建设总投资

（一）固定资产购置费