乙烯生产技术及市场
1.概述
乙烯是石化工业的基础原料。目前约75%石油化工产品由乙烯生产，主要下游衍生物有聚乙烯、聚氯乙稀、环氧乙烷/乙二醇、苯乙烯、乙醇、醋酸乙烯等多种化工产品。据统计，2007年全球乙烯产能为12389万t/a，产量11462万t。预计2012年和2017年全球乙烯消费量将从2007年的11467万t上升至14191万t和16806万t。2007-2012年和2012-2017年的需求年均增长率分别为4.4%和3.4%。2007年我国乙烯产能为996.5万t/a，产量1027.8万t，居世界第二位；表观消费量为1073.8万t，当量消费量为2112万t，预计2010年和2015年当量需求量分别为2413~2563万t和2960~3142万t。 2.国外生产技术现状及发展动向
管式炉裂解技术是当今乙烯生产的主要技术，Lummus公司、Technip公司(KPL/KTl)、Stone&Webster公司(S&W)、Linde AG、Kellogg Brown&Root(KBR公司)和中国石化集团公司等在乙烯生产技术方面都有数十年的研究开发和应用经验。近年来世界乙烯工业的技术进展主要体现在以下几个方面。 2.1生产装置和裂解炉的大型化
生产装置的大型化有利于降低单位乙烯的投资费用和生产成本。目前新建乙烯装置的产能在80-100万t/a，而Linde公司为阿联酋设计的以乙烷为原料的装置巳达150万t/a，建于台湾省的一套以石脑油为原料的装置产能则达120万t/a。乙烯装置的大型化同样促进裂
解炉向大型化方向发展，其中Lummus还在开发的SRT-X型裂解炉产能达23-28万t/a，还可能实现30万t/a的产能。Linde公司为新疆独山子设计的液体和气体裂解炉的产能也分别达到16.5万t/a和24.9万t/a。据称，一台15万t/a裂解妒要比2台7.5万t/a裂解炉节省投资10%-15%。
裂解炉技术的另一个重要发展动向是S&W的陶瓷裂解炉有望在今后两年内实现工业化，从而使乙烷制乙烯转化率从传统炉管的65%-70%提高到90%。裂解炉大型化再加上相配合的结焦抑制技术、炉管涂层技术和新炉管材料技术又使乙烯装置的运行周期显著提高。 2.2以节能降耗为目的，分离技术层出不穷
目前，成熟的乙烯分离技术主要有：Lummus的顺序分离流程、Linde的前脱乙烯前加氢流程、KBR和S&W的前脱丙烷前加氢3种流程。近几年来这种格局没有出现大的改变，但各专利商以降低投资、降低操作费用和节能降耗为目的，对现有工艺进行改进，又开发出各种新工艺、新技术和新设备。其中主要包括：
a.KBR对脱乙烷塔的改进，即在脱乙烷塔顶加高一段，将乙烷和乙烯分离，使脱乙烷塔可生产30%的乙烯，减轻了乙烯塔系统负荷； b.KBR采用的丙烷塔与丙烯制冷压缩机组成热泵系统，对一个生产丙烯15.3万t/a的丙烯塔而言，每年节省的能耗费用达382.8万美元；
c.低压激冷系统，Lummus工艺技术适合于前加氢流程；与前脱丙烷前加氢流程组合时，采用压力为2.0MPa，但与前脱戊烷前加氢组合时，可将低压激冷的压力降至约1.2MPa，节能效果更明显； d.前脱戍烷催化精馏加氢，可节省分离冷量的消耗，尤其适用于与低压激冷、降压脱甲烷一起组合，最省能耗；
e.LECT系统，该系统实现了局部“渐近”分离总思路，由于C3洗涤塔和C2洗涤塔都采用了分凝分馏塔，从而克服了“渐近”分离流程复杂、设备台数多的弱点，投资省、能耗低；
f.分凝分馏塔及热集成精馏系统，S&W公司采用热集成精馏系统(HRS)对传统精馏系统进行改进，将常规板翅式换热器、回流罐和精馏塔进行热集成，无回流泵，对一套60万t/a乙烯装置、设备投资降低650万美元以上，乙烯损失由5%降为0.05%-0.1%； g.C3催化精馏，其优点是反应条件温和且催化剂寿命长、甲基乙烯和丙二烯加氢选择性高且丙烯增量大、丙烯精馏塔不舍绿油、设备台数少且节省占地，不足之处是催化精馏专用催化剂价格昂贵； h.低压炼厂干气回收与乙烯分离结合技术，Lummus开发的干气回收技术实际是以丙烷作吸收剂的油吸收工艺，脱除杂质的干气用冷剂预冷到-96℃再进入乙烯吸收塔，用-98℃的丙烷回收干气中的乙烯和更重组分，以增加乙烯回收率，该技术已为美国NROC公司的90万t/a乙烯装置所采用；
i.LindeBOC公司的烯烃回收工艺，该工艺具有投资费用低、丙烯或乙烯回收率高(大于99%)、能耗低、占地面积小、易于操作等优点，目前在美国炼厂已有16套装置在运行；
j.UOP的“MaxEne”工艺，该工艺以UOP的\Sorbox\技术为基础，采用吸附分离从石油脑分离出富含正构烷烃物流，并作乙烯原料，可使乙烯收率提高30%，第一套工艺装置将用于扬子石化120万t/a乙烯装置。
2.3非传统乙烯生产技术应运而生
石油资源短缺使非传统乙烯生产技术应运而生。这些技术包括：以煤或天然气为原料经甲醇制乙烯的MTO工艺、生物乙醇脱水工艺、重油催化裂解工艺和烯烃催化裂解工艺等，其中UOP开发的MTO工艺以硅磷铝酸盐SAPO-34为催化剂，当甲醇转化率为100%时，乙烯和丙烯选择性分别为55%和27%。现埃及和尼日利亚分别打算建工业装置。乙醇脱水制乙烯是早期乙烯生产技术，SD公司开发的采用等温绝热反应系统由乙醇制乙烯，其\SynDol\催化剂具有较高收率，而且将乙烯经环氧乙烷生产乙二醇结合在一起可节省约5%的乙醇消耗。
基于FCC工艺的多产轻烯烃技术近年来发展很快，其中主要是：KBR和Exxon公司的“MAXOFIN”工艺、日本石油能源中心的高苛刻FCC工艺、UOP的Petro-FCC工艺等，其中以KBR开发的\SuperHex\工艺为例，已在南非Sasol公司建成工业装置，其乙烯和丙烯产能分别为15万t/a和25万t/a。
3 我国乙烯生产技术进展
在引进技术深化吸收基础上，我国乙烯生产技术取得了长足的进步。在裂解炉及相关技术开发方面，先后完成了CBL-I至V型炉的开发，并且在辐射段炉管、对流段、急冷锅炉、供热、大型化、强化传热、节能、流体动力学CFD软件应用等方面均取得重要进展，目前正在开发以LummusSRT-VI型炉为基础的SL-Ⅱ型炉。
在分离技术方面，开发了脱乙烷技术，建立了乙烯装置设计数据库，应用自主完成的工艺包成功的进行了天津、中原中型乙烯装置的技术改造。开发了分凝分馏塔技术，在天津石化进行了侧线试验，成功的应用于燕山乙烯装置FCC干气预分离单元和茂名100万t/a乙烯改造工程。完成了低能耗乙烯分离技术。此外国产化C2/C3加氢、裂解汽油加氢、甲烷化等净化催化剂已经占领国内绝大部分市场。北京化工研究院开发的C3液相加氢单段床工艺BC-I-·83催化剂在国外8套装置上应用。
在乙烯装置重大设备国产化方面取得重要成果。除裂解炉、废热锅炉、冷箱外，乙烯“三机”国产化程度按台数计已达到54%，而且在茂名100万t/a乙烯改造中，64万t/a大型裂解气压缩机组也实现了国产化。由于重大设备国产化，使乙烯装置实施技术改造的设备国产化率按投资计算已达70%。目前中国石化还在组织天津和镇海的100万t/a乙烯工程中裂解气压缩机组和丙烯压缩机组的国产化攻关。 在非传统生产乙烯技术方面，中科院大连化物所与中国石化洛阳工程公司合作已完成了MTO工业示范装置试验，中国石化上海石油