乙烯裂解工艺设计

0.25Mt/a乙烯裂解装置工艺

摘要

乙烯裂解炉是乙烯生产中的关键设备，其平稳、安全、高效运行对乙烯生产过程具有举足轻重的作用，因此对乙烯裂解炉装置实施工艺条件选择、操作优化具有重要的理论和实际意义。

本设计主要是设计年产25万吨的乙烯装置工艺。烯烃裂解技术是将较高级烯烃转化为乙烯、丙烯等较低级烯烃的烯烃转换技术。其工艺以烯烃的热力学平衡为基础，采用一种合适的催化剂(如改性的ZSM-5或其它类型的沸石)，把C4和C5等高碳烯烃转换为低碳烯烃(主要为乙烯、丙烯和丁烯)。低碳烯烃具体组成与原料烯烃的碳数无关，由反应条件和催化剂决定。

通常使用的原料为蒸汽裂解装置的C4和C5馏分、FCC装置的C4馏分和汽油中的C5馏分。由于原料中的二烯烃易产生结焦，因此应预先将其选择性加氢转化成烯烃。

首先介绍了国内外乙烯工业现状及发展趋势，以及乙烯技术进展。然后介绍了生产乙烯的各种方法，乙烯工艺流程的简述,尤其是裂解部分，压缩和分离部分进行了详细的叙述。本设计采用的是管式裂解炉，因此对管式裂解炉进行了详细的叙述。最后对设备的物料及能量进行了计算，并讨论了本设计的不足。

关键词：发展状况，生产技术，工艺流程，裂解炉

1.概述

1.1国内外乙烯发展的状况

1.1.1世界乙烯产需概况及展望

1.1.1.1世界乙烯工业现状

2004年世界乙烯生产能力11290万吨，产量10387 万吨，主要集中在欧美发达国家。乙烯工业随着全球经济形势呈现周期性变化。1988~1995年乙烯工业处于快速发展时期。世纪之交，受亚洲金融危机等一系列政治、经济事件的持续影响，乙烯工业增速放缓。2003年下半年以来，全球经济逐步复苏、中国等发展中国家经济增势强劲，乙烯工业呈现产能趋紧，价格回升，效益上扬的势头。

乙烯工业日趋走向成熟。欧美等发达国家已进入产业成熟期。发展中国家正处于集约化经营的产业升级换代时期。中东等地产油国逐步成为产业发展新兴力量。

乙烯工业规模化、集约化经营日趋明显。跨国公司加快了以兼并重组、突出核心业务为特征的产业结构调整步伐，加强对资源、技术和市场的控制，在生产、贸易、直接投资、技术开发和转让方面占主导地位。园区化模式成为发展主流。主要乙烯生产国园区化比重高达50%以上，以提高资源和公用设施利用率，降低建设投资和经营成本。

乙烯工业发展重点逐步转向亚洲，尤其是中国。欧美地区乙烯需求增长缓慢。亚洲，特别中国经济持续快速发展，乙烯需求不断增加，

已成为产业发展主要目标市场。技术是乙烯工业竞争力核心。开发新技术，提高竞争能力；推出新产品，赢得市场先机；拥有新专利，抢占技术制高点；制定新标准，获取贸易主动权，已成为行业竞争主要手段。乙烯是石油化工产业最重要的基础原料之一，也是世界上产量最大的化学品之一。乙烯主要用于生产聚乙烯；其次用于生产二氯乙烷和乙二醇；少量用来生产乙苯/苯乙烯和其他化学品。由乙烯装置生产的乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯，即“三烯三苯”是生产各种有机化工原料和三大合成材料（合成树脂、合成纤维、合成橡胶）的基础原料。乙烯工业的发展水平总体上代表了一个国家石油化学工业的发展水平。

统计数据显示，到2003年底，全球乙烯产能约为120 Mt/a。其中，产能主要分布在北美地区（约占总产能的31%），亚太地区（约占总产能的26%），和西欧地区（约占总产能的22%）。这三个主要的乙烯生产地区占到全球乙烯总产能的近80%；而其他地区仅占余下的20％左右。

前几年，全球经济增长缓慢，在2001－2002年全球乙烯产能明显过剩，导致乙烯的赢利情况陷入低谷。自2002年起全球乙烯市场逐渐开始复苏。2003年，随着美国经济状况的好转，美国以及全球乙烯市场开始扭转前几年的下降趋势。

由于前两年赢利性较差，导致一些乙烯装置闲置或关闭；2003年乙烯市场好转，这些闲置的装置又纷纷开工。在2003年乙烯新增的产能中，绝大部分都来源于已经闲置和停产的设备，其余新增产能

则来自于现有装置的改造。尽管如此，2003年全球乙烯产能增加量仍很低，为1986年以来的最低水平，与2000年和2001年每年增加6 Mt的情况形成强烈对比。

自2000年以来，世界经济发展状态低迷，乙烯的开工率也逐渐陷入下降的通道。全球乙烯的开工率在2001年和2002年的两年内持续下降，并且在2002年降至近十年来的最低水平，为86％左右。随着2003年乙烯市场好转，闲置装置的陆续开工，全球乙烯行业的开工率有了明显的上升趋势。2003年乙烯开工率上升到89％，比2002年增加了3个百分点。此外，由于2003年新增的产能不多，所以2004－2005年装置的开工率可能会有所增长。预计2004年和2005年全球乙烯的开工率将达到93％～94％。

全球乙烯生产大国主要有美国、日本、韩国、德国、加拿大等，但近几年来情况有所改观。中国经济迅猛增长，带动了乙烯的需求，中国大陆的乙烯生产商加快了扩能和改造的步伐，乙烯的新增产能增长较快。中东地区借助于原料的成本优势，近年来乙烯工业发展也十分迅速，尤其是沙特和伊朗这两个国家。2003年全球十大乙烯生产大国的名单与2002年没有变化，但是排名却发生了改变，主要是因为中国和韩国的新增产能所致。尽管2003年美国由于有装置关闭，产能有所减少，但丝毫没有影响其全球最大乙烯工业国首位的地位。

统计数据显示，2003年全球十大乙烯生产国分别是美国、日本、中国（大陆）、沙特、韩国、德国、加拿大、荷兰、法国和俄罗斯。

十大乙烯生产国的产能之和占到全球总产能的66％，由此可见，乙烯的生产存在地域的相对集中性。

2003年中国大陆的乙烯产能已经超过沙特，跃居到全球第三的位置；如果加上中国台湾地区的产能，那么2003年总产量已经超过了日本，位居世界第二，仅次于美国；并且，随着未来几年中国大陆的几套大型乙烯装置的相继投产，届时中国大陆的乙烯产能将超过日本。

1.1.1.2乙烯工业发展趋势

从近几年的发展趋势来看，全球石化工业的产业转移已经在逐渐进行之中。这主要是由于成本因素和市场因素引起的。

中国既是“世界工厂”，也是“世界市场”，劳动力和土地成本低廉，且拥有巨大的市场；因而吸引了西欧和美国的大型石化企业。

中东地区享有原料成本低的天然优势，也吸引了众多的欧美石化巨头的投资。而身居亚洲石化工业首位的日本，也明显表现出了进军中东的意向。2004年5月，住友化学（Sumitoto Chemical）与沙特阿美（Saudi Amaco）签订了一项协议，拟投资43亿美元在沙特建设一套乙烯产能为1.3 Mt的炼油/石化一体化装置。

从全球的总体情况来看，西欧和美国的石油化工生产将不会有太大增长。西欧近期没有大型新增乙烯计划，2003－2008年累计将新增乙烯能力1.5 Mt/a。欧盟东扩已经在2004年5月完成，在中东欧的新成员加入后，西欧的大型石化企业有可能将业务向中、东欧地区倾斜。美国在未来的5年内不仅没有大型的乙烯装置增加计划，而且还