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芳烃联合装置的设计优化.doc

芳烃联合装置的设计优化

巴黎靠左岸
2019-05-20 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《芳烃联合装置的设计优化doc》,可适用于综合领域

芳烃联合装置的设计优化曹 坚(中国石化工程建设公司北京)摘要:以某石化公司拟新建的kta对二甲苯芳烃联合装置为个案从技术和经济评价两方面对几个不同处理量的工艺装置的组合方案进行了设计计算探讨了利用富含芳烃的乙烯裂解汽油作为芳烃原料的可行性和优越性。关键词:芳烃 联合装置 优化石油化工厂中的乙烯和芳烃联合装置是最基本的两个基础原料装置其原料大多来源于石脑油。因此如何优化乙烯和芳烃原料减少对原料石脑油的依赖程度优化芳烃联合装置设计方案是当前发展石油化工的重要课题。对二甲苯(PX)主要用于生产精对苯二甲酸(PTA)和对苯二甲酸二甲酯(DMT)而PTA和DMT再和乙二醇、丁二醇等生成聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等聚酯。PET、PBT是进一步生产涤纶、聚酯切片、聚酯中空容器和轮胎工业用聚酯帘子布的原材料。此外PX还是生产涂料、染料、农药和医药的原料。在世界合成纤维的产量中涤纶占%可以说PX是化纤工业最主要的原料之一。并且聚酯还是重要的包装材料在美国此种用途现已超过纤维。随着世界聚酯消费量的不断增长PX的消耗也随之稳步增长。由于PX装置流程复杂主要原料通常是石脑油与上游炼油装置关系紧密公用工程及储运系统要求高因此在我国PX装置都建设在炼油厂下游单独的或民营的PX生产厂目前还没有。但是以PX作为原料的PTA装置以及再下游的聚酯装置的合资化、民营化投资趋势目前在江浙地区发展很快正是这一地区的PTA及聚酯装置的飞速发展直接导致了我国在未来几年内PX的严重短缺。因此为满足我国PX不断增长的市场需求未来几年内除已有PX装置挖潜扩能外建设新的PX装置势在必行。芳烃原料的优化方案原料选择在石油化工厂中芳烃联合装置通常以对二甲苯(联产邻二甲苯)为目的产品作为下游PTA装置的原料。要生产最大量的对二甲苯除了催化重整和乙烯裂解汽油中的二甲苯外主要是采用歧化烷基转移的工艺方法把甲苯和C芳烃在分子筛催化剂作用下进行歧化和烷基转移反应生成混合二甲苯和苯混合二甲苯再通过二甲苯临氢异构化工艺转化为对二甲苯。芳烃原料的来源有两条工艺路线:一条原料路线是石脑油经过催化重整、芳烃抽提得到芳烃原料另一条原料路线是将乙烯装置的副产品乙烯裂解汽油经过加氢、芳烃抽提得到芳烃原料从而把低附加值的原料转化为高附加值芳烃产品。因此利用乙烯裂解汽油生产芳烃产品是一条具有广泛应用前景的优化芳烃的原料路线。典型的以石脑油为原料的乙烯裂解装置裂解汽油的收率约为%~%其中C~C馏分中芳烃含量高达%左右。kta乙烯装置产裂解汽油约kta约可生产C~C芳烃kta相当于kta重整装置所产的芳烃量。若kta芳烃联合装置原料完全由重整装置提供则所需要的重石脑油约需要kta。因此充分利用已有或即将建设的乙烯装置所产富含芳烃的乙烯裂解汽油为芳烃装置提供原料生产高附加值的芳烃产品不但经济效益可观而且减少芳烃装置对石脑油的需求从而减少原油加工量。因此乙烯和芳烃原料的相辅相成是在尽量少扩大原油加工量的情况下优化企业资源配置发展石油化工的一条可行的、优化的技术路线。方案设计某石化公司是以石油为原料油、化、纤、塑并举的特大型石油化工、化纤联合企业。该公司在年原油加工量为Mta到年原油加工量要达到Mta乙烯总产量将达到Mta将产生近Mta的富含芳烃的乙烯裂解汽油。为了给下游拟建的ktaPTA装置提供合格的对二甲苯原料该公司需要配套建设年产对二甲苯kta芳烃联合装置。可提供的原料有加氢裂化重石脑油、现有乙烯装置的裂解汽油经抽提后的C~C混合芳烃、现有芳烃联合装置提供的甲苯、二甲苯和C芳烃、以及扩建乙烯装置生产的裂解汽油。根据生产规模的要求和原料的来源我们在方案设计中以充分利用乙烯裂解汽油为设计前提不足部分原料采用石脑油重整的方法生产芳烃原料。该芳烃联合装置由连续重整、环丁砜抽提、二甲苯分馏、歧化、吸附分离和异构化个装置及相应的公用工程组成。为了充分利用乙烯裂解汽油作原料根据装置投资及操作灵活性(副产汽油数量不同)本文拟定以下个生产方案各装置的设计负荷见表。表各装置设计规模负荷               kta装置名称方案一方案二方案三方案四连续重整催化剂再生部分kg·h环丁砜抽提二甲苯分馏歧化吸附分离异构化     四个方案的物料平衡见表。表各方案物料平衡         kta名称方案一方案二方案三方案四进料加氢裂化重石脑油C~C混合芳烃乙烯裂解汽油甲苯二甲苯C芳烃出料含氢气体(其中纯氢)()()()()燃料气液化气戊烷抽余油苯对二甲苯邻二甲苯重芳烃高辛烷值汽油组分     以上个方案的特点分别是:方案一:kta连续重整装置kta歧化装置此方案为原油加工量达到Mta可提供kta加氢裂化重石脑油后实现。不仅可满足kta对二甲苯生产要求还可生产kta高辛烷值汽油组分生产具有较大的灵活性。方案二:kta连续重整装置kta歧化装置这是最经济的设计方案石脑油原料最省投资也最小。在消化所有乙烯裂解汽油的基础上最小化石脑油的消耗。但缺点是不能提供所要求的高辛烷值汽油组分生产灵活性较弱。方案三:kta连续重整装置kta歧化装置这是在原油加工量达到Mta需外购约kta重石脑油时的可行方案。此方案在充分利用乙烯裂解汽油的基础上既满足了kta对二甲苯的生产要求又达到了生产kta高辛烷值汽油组分的目的。方案四:kta连续重整kta歧化装置该方案是在方案三的基础上进步优化原料将连续重整装置生产的所有二甲苯直接用于生产对二甲苯减少歧化装置的设计负荷从而减少投资。主要工艺技术()连续重整装置:采用超低压连续重整工艺采用国产催化剂和UOP重整技术。()环丁砜抽提装置:用环丁砜抽提溶剂采用国内开发的环丁砜抽提蒸馏技术。()二甲苯分馏装置:采用精密分馏工艺采用国内成熟的、先进的多溢流浮阀或MD塔盘。()歧化装置:采用国产的甲苯及烷基转移工艺和催化剂。()吸附分离装置:采用模拟移动床技术可选UOP或IFP专利技术。()异构化装置:采用国产的异构化工艺和催化剂。投资估算及经济评价为了使经济评价更可靠吸附分离装置分别用UOP和IFP专利技术作投资估算。个方案的投资估算及经济评价见表。表投资估算与经济评价        万元项目吸附分离装置采用UOP技术吸附分离装置采用IFP技术建设投资固定资产建设投资固定资产方案一(其中外汇万美元)(其中外汇万美元)方案二方案三方案四内部收益率(按方案一)%静态投资回收期(按方案一)年     由表的投资估算可知四个方案中方案一的投资最多因此用方案一作经济评价应该说是较为合理和具有代表性。方案一的内部收益率为(取较小值)高于行业基准收益率而投资回收期限为年也是可取的。方案讨论工艺技术选择及特点芳烃联合装置涉及到催化重整、芳烃抽提、歧化及烷基转移、二甲苯异构化、吸附分离等五项技术目前拥有全套工艺生产技术的专利商有美国UOP和法国IFP两家国内外其它公司分别拥有一些单项工艺技术。为了节省投资提高芳烃联合装置工艺和工程技术的国产化程度在保证采用国际上最先进、成熟技术基础上大部分装置选择了国产技术只有部分关键技术从国外引进全部工程设计均立足国内。催化重整装置采用目前国际上最先进的超低压(平均反应压力~MPa)连续重整工艺技术它具有重整油收率高、芳烃产率高和氢气产率高的特点对于生产对二甲苯的芳烃联合装置采用连续重整装置可以最大程度地利用有限的石脑油资源生产最大量的对二甲苯。值得提出的是对从乙烯裂解汽油中抽提芳烃经过比较推荐采用中国石化集团石油化工科学研究院(RIPP)开发的以N甲酰基吗啉(NFM)及环丁砜(SUL)溶剂的抽提蒸馏工艺(EDA)。该工艺具有投资省、能耗低、苯回收率高的优点主要用于苯抽提装置而对苯、甲苯抽提或三苯(苯、甲苯、二甲苯)抽提装置由于要增加一个甲苯和二甲苯系列的抽提和分离设备则抽提蒸馏工艺没有优越性。岐化技术是甲苯和C芳烃在分子筛催化剂作用下选择转化成苯和二甲苯。主要有临氢和非临氢两大系列转化技术。采用岐化工艺可以在石脑油资源紧张的条件下利用重整产物和乙烯裂解汽油中的甲苯和C芳烃最大限度地生产二甲苯。中国石化上海石化研究院(SRIPP)自世纪年代开始进行歧化工艺技术和催化剂的研究年代其研制的歧化催化剂ZA系列(ZA、ZA、HAT、HAT等)相继实现了工业化替代了UOP的TA系列催化剂催化剂的性能(液收和单程转化率)均达到或超过TA、TA催化剂达到国际先进水平。目前我国大部分芳烃联合装置的歧化催化剂均采用SRIPP研制和生产的ZA系列催化剂。本项目的歧化装置工艺技术及催化剂采用了上海石化研究院的歧化工艺技术和其生产的催化剂HAT。以基本不含或含少量对二甲苯的混合C芳烃为原料在催化剂作用下种C芳烃(邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯和乙苯)异构体之间的转化技术。反应使混合C芳烃中的对二甲苯浓度达到平衡浓度从而提高对二甲苯产量。反应催化剂是具有酸性和金属功能的含铂贵金属催化剂影响反应的因素有温度、压力、空速和HHC。二甲苯异构化装置技术按照乙苯转化目的产物的不同有以生产对二甲苯(或同时副产邻二甲苯)为主要目的I或SKI系列和以乙苯主要转化为苯的I(I)系列。采用I(I)系列减少了异构化装置的循环量。采用乙苯脱烷基系列催化剂苯和二甲苯的总转化率比I(I)催化剂的二甲苯转化率要高。我国已引进的二甲苯异构化技术均为贵金属催化剂的临氢异构化该法采用有限的C芳烃资源能够获得比其他类型异构化工艺更多的对二甲苯及邻二甲苯。RIPP自世纪年代开始二甲苯异构化技术和催化剂的研究年代其研制的异构化催化剂SKI系列(SKI等)相继实现了工业化替代了UOP的I系列催化剂催化剂的性能(液收和单程转化率)均达到和超过I催化剂达到国际先进水平。中国石化北京设计院与RIPP合作在年对天津石化公司的芳烃联合装置中的kta二甲苯异构化装置设计出我国第一套采用国内技术的工艺包。该项目获年中国石化集团公司科学进步三等奖。目前我国大部分芳烃联合装置的二甲苯异构化催化剂均采用石油化工科学研究院研制的SKI系列催化剂。二甲苯异构化装置工艺技术及催化剂采用了石油化工科学研究院的二甲苯异构化工艺技术和其研究的SKI催化剂。吸附分离装置的目的是从混合C芳烃四种异构体(邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯及乙基苯)中分离出对二甲苯。由于C芳烃四种异构体化学结构相似其物理性质尤其是沸点也近似这给C芳烃的分离带来困难用通常的精密蒸馏法是难于奏效的。专门用于二甲苯的分离的工业化方法有传统的深冷结晶和选择吸附法两种。选择性吸附方法是采用特定分子筛吸附剂对C芳烃中的对二甲苯进行选择性吸附再用解吸剂将对二甲苯从吸附剂上脱吸下来达到从C芳烃中分离出对二甲苯的目的并采用模拟移动床吸附塔。此法工业化于世纪年代初期由于其工艺流程简单经济效益好发展迅速。吸附分离技术目前国际上成熟的工业化技术有美国UOP公司开发的Parex法和IFP新研制的Eluxyl法。目前IFP提出混合的Eluxy法即吸附与结晶技术结合吸附分离采用一个吸附塔将对二甲苯提浓到纯度可以由两个吸附塔减为一个吸附塔送到结晶段结晶可在较高的温度下实现结晶段成本降低。用混合工艺比独立的Eluxy降低了成本尤其适合现有结晶装置的扩能改造。这两种选择性吸附方法原理上大同小异其区别在于选择了不同的吸附剂和解吸剂采用了不同的机械设备和控制手段来完成模拟移动床的吸附脱附过程。IFP新研制的Eluxyl法年月在韩国双龙炼油公司生产kta对二甲苯装置投产第二套谢夫隆公司(ChevronCorporation)kta对二甲苯装置于年底投产该装置采用结晶和吸附分离混合方法这样可以节省投资并可用于老装置技术改造。无论是UOP公司开发的Parex法和IFP新研制的Eluxyl法两者技术水平相当吸附剂性能也相当。Parex法的工业化经验要优于Eluxyl法UOP的Parex法已工业化的装置达套而IFP的Eluxyl法已工业化的有套正在建设的有套Eluxyl法没有装置规模的限制因素单系列最大对二甲苯装置的规模已达到kta。本项目的吸附分离装置工艺技术既可采用UOP专利技术也可采用IFP研制的Eluxyl法工艺技术。方案选择通过以上的对比方案可知方案一虽然连续重整的规模较大投资也较其他方案略高些但方案一具有很好的操作灵活性可以同时兼顾石脑油原料及乙烯裂解汽油的相互匹配保证了乙烯裂解汽油得以充分利用同时也满足了企业生产kta对二甲苯和kta高辛烷值汽油组分的双重要求使芳烃原料资源得到合理、优化配置。因此方案一是较优的设计方案。取消歧化装置方案该方案需要在作为重整进料的加氢裂化重石脑油有足够资源的前提下才可成立则原油加工量要达到Mta才可满足石脑油的需要。此方案虽然可以节省投资(省略一套歧化装置)但对于以生产乙烯为主要目的产品的石化公司而言这不是一个理想的方案。它受到原油加工量的限制即重整装置的处理量要足够大从而导致原油加工量的增加。减少歧化装置负荷方案如果将重整装置生产的所有C芳烃均用于生产对二甲苯(如方案四所示)虽可在一定程度上降低芳烃联合装置的工程投资但对于C芳烃资源紧张的企业歧化装置仍是目前利用甲苯、C芳烃生产二甲苯的传统装置更有利于提高产品的附加值使企业利润最大化国际国内均如此。重整原料的方案优化 在可能的条件下若对作为重整进料的加氢裂化石脑油的进料组成进行优化处理如增大C组分的浓度可以在一定程度上将重整装置生产的C芳烃的作用发挥到最大使重整装置生产更多的C芳烃这样可以降低歧化装置的设计负荷使设计方案更优。异构化装置的设计方案优化 二甲苯异构化有两种催化剂一种使EB异构化成二甲苯(例如UOP的I)另一种是脱烷基生成苯和二甲苯(例如UOP的I或I)。异构化催化剂如由I改为IEB转化率由约提高到约吸附分离进料中PX浓度由约提高到约从而降低了异构化和吸附分离的进料量同时二甲苯损失率降低。由于EB转化成苯如果原料量不变苯的产量增加PX产量有所减少但补充进料量后PX产量就会增加。对于乙烯裂解汽油较多的生产厂由于乙烯裂解汽油中的C芳烃里乙苯约含~若使用I催化剂则乙苯异构化成二甲苯但由于其转化困难单程转化率低则异构化装置的循环量增大若使用另一种是脱烷基生成苯和二甲苯的I或I催化剂乙苯脱烷基生成苯。结论()石油化工中的乙烯和芳烃装置的典型原料都是石脑油因此发展石油化工必将引起对石脑油需求量的增涨从而导致原油加工量的增加。因此在芳烃联合装置的设计过程中必须综合考虑石脑油原料的优化问题保证资源的合理利用以最小的投入获取最大的经济效益。()近年来采用石油类原料生产芳烃的途径有两种:一类是利用催化重整装置将低芳烃含量的石脑油转化为芳烃的过程另一类是利用乙烯装置产生的富含芳烃的乙烯裂解汽油通过抽提的方法生产芳烃的过程两种方法均是把低附加值的原料转化成高附加值的芳烃产品。第二种方法既可以充分利用乙烯裂解汽油又保证了芳烃装置充足的原料供应。()对于连续重整装置为了优化装置原料提高芳烃产率采用超低压(平均反应压力为MPa)连续重整工艺技术其芳烃产率可以达到以上。催化剂可以采用国产PSV或PSVI连续重整催化剂。()每个石油化工公司可根据其原料处理量及可提供芳烃原料装置的规模来考虑芳烃联合装置中各个不同处理量的工艺装置的组合方案。根据实际情况选择不同的方案以达到最大的经济效益。()在以乙烯裂解汽油为原料的芳烃抽提的技术中可采用近年来RIPP新开发的环丁砜溶剂蒸馏工艺(EDA)或国内技术非常成熟的液液抽提技术。()歧化装置是将甲苯和C芳烃转化为混和二甲苯的重要装置是在芳烃原料紧缺条件下生产对二甲苯的关键装置推荐采用国产化的SRIPP的歧化工艺技术(HAT或HAT催化剂)。()二甲苯异构化工艺是将混合二甲苯转化为对二甲苯的装置推荐采用国产化的RIPP的二甲苯异构化工艺技术(SKI催化剂)。()吸附分离装置是最终生产对二甲苯的工艺装置既可采用UOP的PAREX专利技术也可采用IFP研制的Eluxyl法工艺技术。()对于乙烯裂解汽油含量较高的芳烃联合装置应大力开发加速乙苯转化为二甲苯的二甲苯异构化工艺和催化剂以促进对二甲苯的转化。OptimizationforDesignofAromaticHydrocarbonUnitedPlantCaoJian(SINOPECEngineeringConstructionCompany,Beijing)ABSTRACTTakingtheabulidingktaparaxylenearomatichydrocarbonunitedplantofapetrochemicalcompanyastheindividualcase,throughcalculationondesignofseveralcompoundingschemesofprocessingplantwithdifferentparametersfromtherespectsoftechnicalandeconomicevaluation,thispaperdiscussedthefeasibilityandadvantageoftakingethylenecrackinggasrichinaromatichydrocarbonasrawmaterialofaromatichydrocarbonproductionKeywords:aromatichydrocarbon,unitedplant,optimization收稿日期:作者简介:曹坚教授级高级工程师中国石化工程建设公司副总工程师兼炼油工艺室主任年毕业于上海华东理工大学化学工程系长期从事芳烃装置工艺设计工作,为国内天津石化、上海石化、辽阳化纤等多套芳烃联合装置的技术负责人和项目经理。

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