技术经济与市场 炼厂干气回收烃类作为 乙烯装置原料的可行性论证王连中Ξ 姜国生 王兰成 中石化集团兰州设计院 兰州 730060摘要 通过对兰州石化公司新建干气回收装置的技术分析和经济论证,说明炼厂干气回收烃类作为乙烯装置原料在技术上可行,在经济上合理。
关键词 炼厂干气 PSA浓缩 干气精制 乙烯原料 乙烯作为最重要的有机化工原料,其生产能力和技术水平一直作为衡量一个国家石化行业发展状况的重要指标,2002年,我国乙烯生产能力已接近5×106t/a。
近年来,随着几大石化企业新一轮技术改造的逐渐开展,预计在2005年前后,我国的乙烯生产能力将达6×106t/a。
由于国内原油性质所限,我国乙烯装置多以石脑油和轻柴油为裂解原料,据统计,原料在乙烯成本中占70%～75%,远高于以乙烷/丙烷为原料的成本。
同时,乙烷/丙烷裂解的乙烯收率高于石脑油和轻柴油,回收炼厂干气中烃类(主要为乙烷、乙烯)作为乙烯装置的原料有很大的现实意义。
炼厂干气主要来源于原油的二次加工,如催化裂化(FCC)、加氢裂化、延迟焦化等,其中以催化裂化产生的干气量最大、产率最高。
炼厂干气主要组分为H2、CO、CO2、O2、CH4、C2H4、C2H6、C3H8、C3H6、C4+及微量硫、重金属等,多数炼厂作为燃料气或制氢原料使用,只有个别企业进行了乙烯回收。
1 技术方法炼厂干气回收乙烯的技术方法主要有深冷分离法、中冷油吸收法、络合法、膨胀机法和吸附分离法,各种方法的技术特点和应用情况简述如下:111 深冷分离法深冷分离法属于提纯裂解乙烯的传统技术,工艺成熟。
原料干气在314MPa、-100℃工艺条件下深冷分离,其原料适应性强、流程复杂、投资大,部分设备需从国外引进,适用于原料处理量大或催化裂化(FCC)相对集中的地方。
112 中冷油吸收法中冷油吸收法也属于分离裂解气中乙烯的传统技术,工艺成熟。
在加压和-45℃的工艺条件下用吸收剂回收乙烯,吸收剂循环量大且流程复杂,由于乙烯收率低和能耗高,近年来几乎被淘汰。
113 络合法络合法是近年来国外开发的新技术,该技术采用一种双金属盐类溶于甲苯形成络合物作为吸收剂,通过吸收剂对乙烯的高选择性而达到回收乙烯的目的。
据报道国外已实现工业化,但对原料中的杂质(尤其是水和硫)有极高的要求,另外络合物的制备也比较困难。
114 膨胀机法膨胀机法是由一家美国公司开发的,其原理是利用高压气体通过膨胀机在近似等熵膨胀的同时输出外功,产生出比节流更大的温降,从而使气体中露点较高的组分冷凝,达到分离乙烯的目的。
该技术的关键是膨胀制冷技术,国内尚无法解决。
115 吸附分离法吸附分离是利用吸附剂对不同组分的吸附率,通过压力改变或温度改变有选择的提浓某些组分。
变压吸附(PSA)技术从上世纪60年代342004,14(2) 王连中等 炼厂干气回收烃类作为乙烯装置原料的可行性论证 Ξ王连中:1984年毕业于内蒙古工学院无机化工专业,现任中石化宁波工程有限公司副总工程师,联系电话:(0931)7557201 -3104,E-mail:wanglianzhong@。
开始工业应用,主要用于气体提纯和脱除气体中的组分。
变压吸附技术目前的应用领域不断扩大,其工艺技术简单、设备材料普通、操作条件温和,尤其适用于中、小规模或分散气源的气体回收。
国内第一套炼厂干气乙烯回收装置于1995年9月在济南炼油厂试验成功,同年通过了中国石化总公司组织的鉴定,装置回收乙烯纯度为99%,乙烯收率达到85%。
上海石化利用其1×106t/a催化裂化装置的4000Nm3/h干气作为变压吸附装置的原料,回收浓缩烃类作为乙烯裂解原料,目前变压吸附装置已建成投产。
基于以上分析,在承担兰州石化公司干气回收工程中,我们采用了变压吸附浓缩烃类和精制脱除杂质相结合的工艺,使回收的精制气直接进入乙烯装置的裂解气分离系统,精制气中的乙烯直接分离为产品乙烯,而烷烃返回裂解作为原料。
通过对上述方案的技术论证和经济分析,认为方案切实可行,且具有一定的推广价值。
2 技术路线兰州石化公司目前拥有1400kt/a和3000kt/ a两套催化裂化装置,产干气16418kt/a,其典型组成见表1。
采用变压吸附浓缩烃类和精制脱除杂质工艺。
图1 PSA法流程框图211 装置流程工艺流程见图1。
来自催化裂化(脱硫后)的干气(原料)在脱除液滴及其它杂质后进入PSA浓缩单元,经升压、均压、真空解吸,得到浓缩气送至精制单元,同时产生的吸附废气和置换气(浓缩废气)升压后送回燃料气管网。
浓缩气在精制单元首先采用乙醇胺溶液吸收,脱除气体中的CO2、H2S等酸性气体;而后进入氧气反应器进行催化加氢反应脱除气体中的氧和微量的炔烃、二烯烃及氮氧化物;气体经干燥后进入杂质脱除床,进一步脱除气体中微量的甲醇、氨、硫醇及重金属等,得到的精制气送入乙烯装置裂解气压缩机的二段(或三段)入口。
精制废气主要组分为水及CO2,可直接排放。
装置浓缩气、精制气及精制废气的组成情况见表2。
从表2的数据可看出,装置的烃类收率约为80%,回收的烃类折算乙烯装置原料石脑油126kt/a。
表1 催化干气典型组成组分H2CO CO2CH4O2C2H4C2H6C3+C4+N2H2S wt%3148018861892312111431913819130314711462014920ppm表2 浓缩气、精制气、精制废气组成组分H2CO CO2CH4O2C2H4C2H6C3+C4+ N2浓缩气,wt%0112010911184312901083711334169716531092112精制气,wt%31754212639147817031522130精制废气,wt%610911493106381662148516171370123011934182212 装置设备装置共有设备67台(套),其中PSA浓缩单元设备35台,精制单元设备32台,设备包括反应器、塔器、容器、换热设备、压缩机、离心泵及过滤设备等,主要的设备材料为碳钢或低合金钢。
213 装置控制水平根据国内变压吸附装置的应用情况,PSA 浓缩单元采用程序控制;精制单元由于控制回路和检测点较少,可并入催化裂化或乙烯装置DCS 控制系统。
214 消耗指标装置消耗指标见表3。
44 CHEMICA L ENGINEERING DESIGN 化工设计2004,14(2)表3 装置消耗指标表消耗量备注原料及辅助材料 催化裂化干气,kg/h20611180 吸附剂,t41515一次填装量 催化剂,t351336一次填装量 载体球,t419一次填装量 乙醇胺,t/a5159 分子筛,t71075一次填装量 润滑油,t/a0148公用工程 电,kWh1635 循环水,t/h63216 新鲜水,t/h7间断 脱盐水,t/h8 生产水,t/h40间断 蒸汽,t/h8149 氮气,Nm3/h815间断 工厂空气,Nm3/h1间断 仪表空气,Nm3/h167215 环境影响浓缩装置废气(浓缩废气)排放由于热值达到燃料气管网的要求,且不存在无组织排放的可能,装置废气仍排入燃料气管网;精制装置废气(精制废气)排入火炬系统。
装置废水主要来自机泵冷却、密封用水,正常排量011m3/h,其中COD280mg/l,石油类35mg/l;检修期最大排量6m3/h,其中COD160mg/l,石油类25mg/l;均可排入现有污水处理设施处理。
装置废渣为废催化剂,主要成分是无毒的活性炭、分子筛,每10年更换一次,可填埋处理,不会造成二次污染。
从上述情况看出,装置“三废”量少且处理简单,对环境影响很小。
3 经济分析311 装置投资按照装置工程量和现行的投资估算方法,装置总投资约为8800万元,其中建设投资约为8400万元。
312 经济分析按催化裂化干气638元/t,浓缩废气451元/t计,计算辅助材料、燃料、动力消耗和人工工资、福利及制造费用,装置精制气的生产成本约为1480元/t,生产成本估算见表4。
表4 生产成本估算表序号项目价格(元)年总成本(万元)一原、辅材料 催化裂化干气,t63810520126 辅助材料,t5120 催化剂及化学品,t800二燃料及动力 燃料,Nm311094167 工厂、仪表空气、氮气,Nm385199 蒸汽,t35010 电,kWh0146601108 循环水,t0126131158 其它用水,t18120三工资与福利2500025100四制造费955136五尾气回收,t4514216102六生产成本9371132 按照目前市场价格和石脑油、乙烷裂解乙烯产率,将精制气中的乙烯、乙烷折算为乙烯装置裂解原料石脑油,计算出精制气的价格为2230元/t。
按照项目建设期1年,生产期14年及现行税率计算,装置投资利润率为39%,内部收益率26169%(税后),投资回收期4139年(包括建设期1年)。
从经济分析的情况看,装置经济效益良好,在财务上切实可行。
4 结语我国现有大、中型乙烯装置18套,多数属炼化一体的企业,随着新一轮炼油装置、原油二次加工装置和乙烯装置的技术改造和扩建,装置能力均有大幅度的提高。
在改造过程中统筹考虑提高原油加工装置和乙烯装置的生产能力和经济效益,采用切实可行的技术回收炼厂干气中烃类作为乙烯裂解原料不仅可优化乙烯原料,同时对降低乙烯生产成本,提高乙烯装置和炼油装置经济效益均有现实意义。
参 考 文 献1 中石化兰州设计院.兰州石化公司干气回收装置可行性研究报告.20032 王松汉等编著.乙烯工艺与技术.中国石化出版社.2000年6月第1版3 李恒泰.炼厂干气综合利用.石油化工动态.1997,5(5) 4 张勇.吸附技术在我国乙烯回收中的应用和发展趋势.辽宁石油化工高等专科学校学报.2000,16(2)(收稿日期 2003-09-22)542004,14(2) 王连中等 炼厂干气回收烃类作为乙烯装置原料的可行性论证 K ey w ords nitrification denitrifying p2bacteria phosphorus re2 movalChromic Compoundπs Cleaner Production———the N e w Process of R oasting Chromitewithout C alcium to Produce Sodium Bichrom ateTang Peiping (S hamen U niversity,S hamen361005) New roasting process for producing sodium bichromate without calcium,which is applied in chromium compound production in Chi2 n a,is proven in commercial experiment.It solely change situation that serious pollutionto environment is caused by chromium com2 pound production.Construction cost,consumption figures per ton product and waste discharge quantity etc.are forecasted for10, 000M TPY new roasting process unit for producing sodium bicarbon2 ate without calcium. K ey w ords roasting without calcium sodium bicarbonate clean pro2 duction environment protectionFeasibility Proof for R ecovered H ydrocarbonfrom Dry G as of R ef inery to B e used as Feed-stock to Ethylene PlantWang Lianzhong,et al (S IN O PEC L anz hou Design Instit ute,L anz hou730060) It is technically feasible and economically reasonable to use hydro2 carbon recovered from dry gas of refinery as feedstock to ethylene plant through technology analysis and economic proof to dry gas re2 covery unit newly established by Lanzhou petrochemical Company. K ey w ords dry gas from refinery PSA concentration dry gas purifi2 cation Feedstock of ethyleneApplication of Similar Theory to Plant R evampLiu Qun (Chi na Huanqi u Engi neeri ng Corp.Beiji ng100029) Introduce similar theory and its application,which is very impor2 tant to plant revamp K ey w ords similar theory plant revamp applicationOptimization Probe to Syngas Counter B lowing Systemin Shell Ow ned Coal G asif ication Process SheetWang Y ongfeng (S IN O PEC L anz hou Design Instit ute,L anz hou730060) Introduce reversed blowing media can be changed from scrubbed crude gas into high temperature and high pressure nitrogen in the syngas counter blowing system of Shell owned coal gasification pro2 cess flow sheet.The compositions of syngas from outlet of gasifica2 tion unit after retrofit not only meet requirement of down stream pro2 cess unit,but also save remarkable project investment. K ey w ords coal gasification crude syngas reversed blowing system retrofit scheme(Translated by Feng Xuecheng)《化工设计》编委会名单名誉主任委员李勇武原国家石油和化学工业局主任委员袁 纽中国石油和化工勘察设计协会副主任委员陈 蔚中国石油和化工勘察设计协会执行副主任委员胡德银中国成达工程公司委 员胡海岭中国化学工程总公司常 楠中国寰球工程公司李 文中国天辰化学工程公司郑凤刚华泰工程公司韦 新东华工程公司劳纪钢中国五环化学工程公司肖珍平中国石化兰州设计院张毅航中国华陆工程公司余良华南化集团设计院徐德仁中国石油集团工程设计有限责任公司东北分公司孙 云辽宁省石油化工规划设计院徐 滨上海化工设计院朱芷芬湖南化工设计院缪德骅中国石化集团上海工程有限公司顾卫民北京橡院兴业化工工程有限公司徐开琦中国化学工业桂林工程公司张剑光广东省石油化工设计院唐文骞山东省化工规划设计院朱维林天津市化工设计院李 松云南省化工设计院杜维刚大化集团大连设计研究院张运德四川省化工设计院杨志敏河南省化工设计院华永康浙江省石油化工设计院李玉蓉福建省石油化工设计院李劲飞河北省石油化工规划设计院王勤获上海工程化学设计院陶志江新疆石油局勘察设计院董 旭中石油天然气管道工程有限公司阎观亮中国石化洛阳石化工程公司邱立波中石油天然气集团公司华东勘察设计研究院孟凡彬天津大港油田集团勘察设计研究院杨署生上海金山石化设计院2 CHEMICAL EN GIN EERIN G DESIGN 化工设计2004,14(2)。
