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化学工艺学习题
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化学工艺学习题
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&&未来石化工业技术发展七大热点
未来石化工业技术发展七大热点
进入新世纪以来，世界石化原料和石化产品需求仍将持续增长，据2002年召开的第17届世界石油大会预测，年间，乙烯需求将由8000万吨增加到12000万吨，丙烯将由4500万吨增加到8200万吨，丁烯-1将由80万吨增加到140万吨，α-烯烃将由100万吨增加到220万吨，苯将由2700万吨增加到4000万吨，对二甲苯将由1400万吨增加到3000万吨。年间，石油用于石油化工的年均增长率为2.5%，超过石油的其他用途增长率。炼油厂的汽柴油规范将进一步强化，欧盟汽油含硫将从PPm减小到2005年50PPm、2011年10PPm，芳烃含量将从2000年42%减小到2005年35%，汽油中芳烃将寻求石油化工新用途。
　　 为加快石油（和天然气）化工的发展步伐，世界石化工业将进入加快研发和采用新技术的新时期。综述未来石化工业的技术发展热点，可归纳为：石化基础原料烯烃增产技术将继续发展，炼油化工一体化技术将向纵深延伸，合成气生产燃料和化学品技术将加快推行应用，轻质烷烃活化技术将持续开发，新型分离和反应技术将更快的研发和采用，生物法制化工、石化产品技术将不断拓展应用范围，纳米技术将快速在石化工业中渗透运用，高效信息化技术将向深度和广度发展。
　　 1，增产烯烃技术
　　 作为石化基础原料乙烯和丙烯的需求将继续增长，预计乙烯需求量将从万吨增长到亿吨，丙烯需求的增速还高于乙烯，丙烯需求量将从万吨增长到万吨。增产乙烯和丙烯的技术将成为未来石化工业一大热点。
　　 增产乙烯技术
　　 现正在开发多种增产乙烯技术。LG石化公司开发的石脑油催化裂解新工艺，与传统的蒸汽裂解工艺相比，可大大提高烯烃产率，采用该技术可提高乙烯产率20%、丙烯产率10%。现有裂解装置稍加改进就可使用这一工艺。该工艺使用含特定金属氧化物的专用催化剂，工艺过程在比标准的反应温度低50~100℃下操作，因此与常规蒸汽裂解相比，耗能大大减少，裂解炉管内结焦速率也降低，可延长连续运行时间和炉管寿命，同时，CO2排放也较少。中试验证己完成，计划2003年建设75万吨/年单系列裂解装置。如果投用成功，该技术将是烯烃生产的重要进步。
　　 我国洛阳石化工程公司开发了重油直接裂解制乙烯（HCC）专利技术，现已在黑龙江齐齐哈尔化工公司进行工业试验取得成功，达到世界同类技术的领先水平。这套由催化裂化装置改造的HCC装置属世界上第一套重油直接裂解制乙烯的工业化装置，处理能力为6万吨/年，原料为100%大庆常压渣油。采用活性、选择性、稳定性均良好的LCM-5专用催化剂。乙烯和丙烯的单程裂解质量产率分别达到22%和15.5%左右。混合丁烯质量产率为8%，乙烯产率为6%-7%。乙烷回炼后，乙烯产率可提高到26%-27%，丙烯产率提高对16%左右。"十一五"期间我国还将兴建宁波、汕头等乙烯项目，汕头乙烯项目将建设乙烯、丙烯、丁二烯等16种产品生产装置，该项目将规划采用重油接触裂解（HCC）工艺新技术。
　　 增产丙烯技术
　　 据预测，至2005年，丙烯需求的年增长率为5.6%，高于乙烯需求的年增长率3.7%。预计丙烯的需求量到2010年将达到8200万吨。按此速度增长，到2004年，需增加生产能力1550万吨。世界丙烯生产能力将从万吨、万吨增加到万吨、万吨、万吨。
　　 目前，世界上66%的丙烯来自蒸汽裂解生产乙烯的副产品，32%来自炼油厂催化裂化（FCC）生产汽、柴油的副产品，少量（约2%）由丙烷脱氢和乙烯-丁烯易位反应得到。增产丙烯的多种技术正在开发和应用之中。
　　 （1）.蒸汽裂解增产丙烯技术
　　 为适应石脑油裂解生产较多丙烯的需求，日本国家材料和化学研究院与四家石化公司联合开发了一种增产丙烯、节减能耗的石脑油裂解工艺，可使丙烯：乙烯比由传统的0.6：1提高到0.7：1。与常规的热裂解相比，该工艺在固定床中采用分子筛为载体的镧催化剂。实验室验证试验表明，该工艺可使乙烯加丙烯产率达到61%，而常现的蒸汽裂解为50%。3000吨/天装置的可行性研究指出，操作可在约650℃和0.1~0.2MPa压力下进行，而传统的装置需在约820℃和0.1~0.2MPa下进行。装置费用与常规裂解相似，但因在较低温度下操作，能耗减少约20%。该工艺还可望用于改造现有的石脑油裂解装置。
　　 （2）增产丙烯的催化裂化改进技术
　　 按今后几年内丙烯需求增长率5.6% 测算，现有炼油厂必须增产410万吨/年丙烯才能满足石化工业对丙烯的需求，这主要将来自催化裂化装置。石化工业对炼油厂催化裂化（FCC）增产丙烯的需求，使石化与炼油实施了更紧密的结合。
　　 典型的FCC装置每生产1吨车用汽油约副产0.03~0.06吨丙烯。近年，FCC装置发展了多种增产丙烯的工艺技术，主要有：中国石化石油化工研究院（RIPP）的DCC工艺，凯洛格-布朗路特（KBR）公司的Maxofin工艺、Superflex工艺，UOP公司的PetroFCC工艺，罗姆斯公司的SCC工艺。
　　 中国石化石科院深度催化裂化工艺：
　　 深度催化装化（DCC）工艺又称催化裂解工艺，它可看作是常规FCC操作与蒸汽裂解的组合。DCC装置在538~582℃、10%~30%蒸汽条件下操作，而FCC装置在493~549℃、1%~3%蒸汽条件下操作。DCC操作采用分子筛催化剂选择性地生产丙烯、乙烯和富芳烃石脑油。
　　 DCC工艺可按两种模式操作：最大量生产丙烯的DCC-Ⅰ型或最大量生产异构烯烃的DCC-Ⅱ型。Ⅰ型采用CRP-1催化剂，Ⅱ型采用CS-1和CZ-1催化剂（提高异丁烯和异戍烯选择性）。DCC-Ⅰ型和DCC-Ⅱ型典型的丙烯产率分别为20.5%和14.3%，而FCC为6.8%。目前，已有5套DCC装置在我国和泰国投产，另有几套在设计中。泰国石化公司75万吨/年DCC-Ⅰ型装置以深度加氢处理的阿拉伯（轻）原油VGO为原料，操作温度559℃，丙烯产率17.4%以上，汽油产率31.9%，年产丙烯12万吨。
　　 UOP公司PetroFCC设计：
　　 该工艺设计可从各种原料如瓦斯油和减压渣油，增产轻质烯烃，尤其是丙烯。采用PetroFCC工艺的丙烯产率可达20%~25%，乙烯达6%~9%，C4产率达15%~20%。FCC提高轻质烯烃产率历来通过提高反应温度和催化剂循环量来实施，而PetroFCC工艺通过补加特定的择形添加剂如ZSM-5使一些汽油裂解为丙烯和丁烯。
　　 UOP设计了双反应器构型，采用二个反应器和一个共用的再生器。主裂解原料在高温、高 剂/油比下操作，最大量地生产轻质烯烃，低压反应区用以提高烯烃度。主裂化催化剂在高转化率和限制氢转移工况下操作，同时将高浓度择形催化剂添加剂掺加到循环催化剂中有助于将部分汽油转化成轻质烯烃。
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炼油和乙烯工业现状及未来前景分析
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炼油和乙烯工业是关系国计民生的重要产业。炼油工业对国家能源安全、社会经济发展和建设节约型社会有着直接的影响。同样，以乙烯为龙头的石化工业在我国国民经济中也占有很重要的地位，是国民经济的支柱产业，其健康发展对整个国民经济的良性运行产生重大影响。近年来，我国炼油和乙烯工业的发展得到了业内外的普遍关注。那么，经过多年快速发展的我国炼油和乙烯工业目前呈现什么特点？未来将面临哪些机遇和挑战？在4月上旬北京举行的2013化工产业发展研讨会上，业界专家为炼油和乙烯工业“问诊把脉”。炼油：优化升级成为要务现状——产能或存过剩风险外部环境压力加大近5年来，随着广西石化、青岛炼油、福建炼化、惠州炼厂等新建的千万吨级炼油厂的建成投产，以及独山子石化、抚顺石化、吉林石化等多个改扩建工程建成投用，我国的炼油能力呈现持续增长态势。石油和化学工业规划院提供的数据显示，截至2012年底，我国原油一次加工能力达到5.7亿吨/年，同比增长2980万吨/年，居世界第二位。“我国成品油产量平稳增长，市场呈现出供过于求的态势。”石油和化学工业规划院院长顾宗勤指出。据他提供的数据显示，去年，我国成品油产量达28171万吨，比上年增长5.5%，成品油表观消费量27664万吨；汽油、柴油、煤油出现了自2007年以来的首次全面净出口，全年成品油净出口为507万吨。顾宗勤认为，炼油产能过剩的趋势加大是炼油行业将面临的挑战之一。目前，主力石化集团为抢占市场，加快了产业布局；地方炼厂以燃料油深加工或沥青生产等名义无序扩张；地方政府也积极招商。如不控制，预计到2015年，我国炼油能力将超过7亿吨/年。不过，中国石油天然气集团炼化分公司副总工程师丁立海则持有不同看法。“去年我们企业加工了1.46亿吨原油，比上年增加240万吨，增幅2%。今年我们安排的加工量是1.54亿吨。从数据上看，炼油是按照计划在运行，并没有表现出过剩。”丁立海说。过剩或存风险，而外部环境的压力加大正在增加这一风险。一位业内人士告诉记者，亚洲炼油业的发展空间正变得愈加拥挤。有消息称，波斯湾的石油公司正在其国内和整个海湾地区兴建炼油厂，他们拥有相对廉价的供应保障和地理优势；印度尼西亚、印度、越南等亚洲国家也正计划建设新炼厂。业内人士分析认为，未来炼油业的前景并不乐观。尽管澳大利亚、拉丁美洲和东非地区将会吸收部分增长的炼油供应，若经济增长进一步加速，印度、中国和东南亚地区也能吸收一些，但即便如此，供应过量和利润受损的风险仍然存在。未来——多元格局继续发展油品升级带来挑战据中石油经济技术研究院高级工程师金云介绍，2013年，我国炼油能力和原油加工量增速都将保持上升。相关数据显示，2013年，国内将有5个以上的炼油扩建项目投产。预计到年底，我国炼油能力将达到6.14亿吨/年，同比增长6.9%；原油加工量达4.83亿吨，同比增长5.4%。未来，在中国炼油能力将持续增长的背景下，中国炼油工业的市场格局将会如何变化？对此，金云认为，多元化的市场格局将会进一步发展。具体来说，从市场主体看，中石油将坚持国际化战略顺应国内外市场需求；中石化将围绕做大做强长三角、珠三角、环渤海湾三大炼化企业集群，做精炼化企业，同时注重合资合作，加快大炼化一体化项目建设；中国海油将继续扩能其控股的惠州炼厂、中捷石化等；中国化工集团通过收购山东部分地炼企业并进行扩建，炼油业务将会进一步发展；中化集团泉州石化1200万吨/年项目可能在2013年投产，将正式加入国内炼油行业；陕西延长及山东民营企业也将发展终端销售业务和特色业务来进一步提高市场竞争力。从分地区看，目前我国华南地区炼油产能不足，需大量调入，而东北地区则产能过剩需外运，地区布局还有待优化。金云表示，未来几年，我国华南、西南地区的炼油产能占比将明显上升。中石油将在西南地区新建昆明炼厂，新增产能1000万吨/年，预计2014年投产；华南地区则将有中石油揭阳炼厂、中石化中科大炼油等新建项目，预计新增产能也在4000万吨/年左右。虽然产能将继续增长，布局也将得到进一步优化，但中国炼油行业面临的挑战也不少。自中国持续出现的大范围雾霾天气引发社会对油品质量升级的关注后，成品油质量升级成为舆论的热点。国务院常务会议于今年2月6日决定加快油品质量升级，明确了油品质量升级的时间表。对此，顾宗勤指出，提升油品质量将是炼油行业未来面临的主要问题之一。“采用更多劣质原油生产更高标准的清洁燃料将是今后炼油工业的主要任务之一。”金云指出。据他介绍，近年来，国内企业也都一直在加快调整炼油装置结构，来适应原油劣质化和油品质量提高的要求。中石油先后关停了林源和前郭等8个小型炼化企业，淘汰了高耗低效装置百余套；中石化也在积极引导100万~200万吨炼油装置的关停并转。目前，生产清洁化油品的加氢装置所占比例已经达到33%，但是与世界平均水平相比还是有一定差距。记者了解到，2014年，国四标准汽油将在全国普遍供应，柴油标准可能也将紧随其后提高。届时，国内炼厂油品是否能够达标？对此，金云告诉记者，新建炼厂油品可以达标，大部分老炼厂在油品质量升级项目改造完成后，油品也能够达标。乙烯：自给率仍有待提高现状——供应缺口仍然巨大原料问题制约发展据金云介绍，近年来，我国乙烯产能一直保持稳步增长。截至2012年底，国内共有24家乙烯生产企业，31套生产装置，生产能力达1676.5万吨/年，位居世界第二。而且，值得一提的是，我国乙烯年产量从60万吨到超过500万吨历时18年，而从突破1000万吨到超过1500万吨，仅用4年，产量增长明显加速。不过，高速增长的产能并未能填补国内乙烯供应缺口，乙烯产品自给率低仍是乙烯工业不得不面对的挑战。2012年，国内乙烯当量消费达到3210万吨左右，国内自给率仅为48%。另一组数据则显示，2012年，我国出现了历史上第二次乙烯产量同比下降情况，全年乙烯产量1487万吨，比上年下降2.5%。与此同时，乙烯进口量则一路飙升，屡创新高。“这几年乙烯进口贸易一直比较活跃，除2010年因国内乙烯产量有较大幅度增长，进口比上一年有所降低外，乙烯进口量总体上保持较快的上升趋势。”顾宗勤表示。据他介绍，2011年国内乙烯进口量首次突破100万吨；2012年，进口量再创新高，达到142.2万吨，同比增长34.2%。同时，顾宗勤指出，国内乙烯产品自给率低，对于国外过剩产品对国内市场的冲击没有有效的抵御能力，我国在国际化竞争中始终处于被动地位。金云也为记者分析了国内乙烯产量下降，进口大幅提升的原因。一是企业因装置工艺改变，新增乙烯作为原料需求；二是下游企业新装置能力提高，增加对原料乙烯的需求；三是中东等地乙烯具有价格优势，而国内乙烯价格较高，国内一些下游企业普遍选择了采购进口乙烯来控制成本，这也是最根本的原因。据了解，国内乙烯价格偏高与乙烯原料密不可分。在乙烯生产中，原料费用通常要占整个乙烯成本的一半以上，而且在一般情况下，原料越重，乙烯收率越低，原料费用所占的比例也越大，同时随着原料的变重，能耗上升，成本也就相应上升。因此，乙烯原料的优劣直接影响乙烯产品的国际竞争力。金云告诉记者，我国乙烯原料中石脑油占65%，其次是加氢尾油及轻柴油，轻烃不足10%，乙烷和丙烷所占比例很小，导致生产成本高，竞争力不足。“尽管目前我国炼油和乙烯产能增长迅速，但是石化产品的需求速度比炼油能力的增速更快，这就直接导致乙烯原料石脑油的供应趋紧。”金云说。顾宗勤则表示，目前我国乙烯原料优化与供应问题尚未完全解决，这也是我国乙烯工业面临的主要问题之一。他认为，受轻烃资源的限制，国内新增乙烯产能的原料以石脑油为主，原料虽然可以做到相对优质，但是并不廉价。尽管我国大部分乙烯装置实现了与炼油的一体化，但是相对于乙烯规模，目前所配套的炼油能力普遍偏小。未来——自给率有望达七成非石油基比例上升根据《乙烯行业“十二五”规划》，我国将通过加快在建大型乙烯项目进度、新建以及对现有装置扩能改造，以及适度发展甲醇制烯烃等途径，大幅提高国内乙烯生产能力和自给率。“目前，我国乙烯装置的平均规模已经达到57万吨/年，高于世界52万吨/年的平均规模。在此基础上，未来几年，我国对乙烯项目的投资还将继续较快增长，新开工和规划建设的项目也比较多。”金云告诉记者，2013年，随着四川石化、武汉石化等项目的建成投产，中国乙烯产能将进一步上升到1869.5万吨/年。到2015年，我国乙烯总有效生产能力将达到2700万吨/年。其中，“十二五”期间新建乙烯项目5～7个。到“十二五”末，我国乙烯自给率将可能由目前的48%提升到70%。中石化经济技术研究院高级工程师杨秀霞也表示，2013年国内新增乙烯产能将明显增多，产量增速约为9.1%。同时，随着二季度经济好转，预计乙烯当量需求增速也将加快。至于在更长一段时间内乙烯产能建设情况如何，记者从中石油经济技术研究院提供的一份数据中了解到，年，国内至少规划新建或扩建17个新增产能在100万吨左右的大型乙烯项目，新增产能至少在1610万吨。其中，新建的中科大炼油乙烯装置新增产能100万吨，将于2014年建成；镇海炼化、广州石化的扩建项目也将于2015年建成，届时将分别新增产能100万吨、60万吨。此外，提高乙烯原料多样化程度也是可行的解决途径之一。“我国煤炭资源丰富且较石油相比具有价格优势，煤制烯烃项目是比较具有市场竞争力的，可作为乙烯原料多元化的一个重要方向。煤基甲醇制烯烃可以补充我国乙烯工业原料的不足，从而保证乙烯与国民经济同步稳定增长。”金云指出。记者也了解到，在国内乙烯原料供应趋紧的背景下，我国加快了乙烯原料多样化的步伐，乙烯原料多样化和非石油基化取得了新的突破，先后开发出了包括煤制烯烃、甲醇制烯烃、重油裂解制烯烃等多种原料制乙烯技术，并已经实现了工业化。数据显示，截至2012年底，我国共有煤制烯烃、甲醇制烯烃工业化装置4套，合计烯烃产能218万吨/年。另外，“十二五”期间我国将建设8个MTO/MTP项目。2012年，久泰能源、富德能源、浙江兴兴能源等一批甲醇制烯烃项目纷纷开工建设。预计“十二五”将新增煤基甲醇制烯烃产能450万吨/年，合计产能可能达到606万吨/年，将占全国乙烯总产能的20%以上。
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近年来乙烯工业的发展
&&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.世界上已将乙烯产品已成为衡量一个国家化学工业水平的重要标志乙烯生产的规模、成本、生产稳定性、产品质量等都会对整个石油化工联合企业起到支配作用。
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