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，1998~2010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。2000~2020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2000年150PPm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2001年9000万吨增长到2010年1.2亿吨，丙烯需求的增速还高于乙烯，丙烯需求量将从2001年5200万吨增长到2010年8200万吨。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2000年5930万吨、2001年6200万吨增加到2002年6800万吨、2004年7400万吨、2008年8200万吨。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。罗姆斯SCC工艺：该选择性组分裂化（SCC）工艺可使丙烯收率达到16%~17%，再采用石脑油选择性循环裂化技术还可增产丙烯2%~3%。SCC工艺反应系统采用Micro-Jet进料喷嘴、短接触时间提升管和直连式旋分器。催化剂含有高含量ZSM-5。美孚公司Maxofin工艺：1998年，KBR公司和美孚（现埃克森美孚）公司推出MaxofinFCC工艺，它将高ZSM-5含量的添加剂与改进的FCC技术相结合，可使以米纳斯VGO为原料的丙烯产率达到18%。使用Reusy催化剂加ZSM-5助剂，双提升管反应器，提升管温度538~593℃，剂/油比8.9~25，丙烯产率18.37%，汽油产率18.81%，丁烯产率12.92%。KBR公司Superflex工艺：反应部分基于KBR公司FCC技术，可将轻质烃类（通常为C4~C8）转化成富丙烯物流。它从石脑油和C4原料可生产高达40%以上的丙烯。采用抽余C4（抽提丁二烯）进料，丙烯和乙烯产率分别为48.2%和22.5%。采用FCC轻石脑油进料，丙烯和乙烯产率分别为40.1%和20.0%。（3）丙烷脱氢技术据测算，2002年采用丙烷脱氢和乙烯-丁烯易位转化技术生产丙烯的总量达到350万吨，将占丙烯总生产量的6%。全世界现有8套丙烷脱氢装置，生产能力120万吨/年。据预测，到2010年将再建10套新装置，以增产丙烯400万吨/年。现有几套丙烷脱氢装置正在马来西亚、沙特阿拉伯、西班牙和卡塔尔建设。卡塔尔的丙烷脱氢装置将后继25万吨/年聚丙烯装置，沙特阿拉伯的丙烷脱氢装置也将后继45万吨/年聚丙烯装置。埃及也将建设35万吨/年丙烷脱氢装置，以便为二套聚丙烯装置（已有一套为12万吨/年）提供原料，投资2.3亿美元，拟采用UOPOleflex技术，于2004年建或。丙烷脱氢技术主要有UOP公司Oleflex工艺、罗姆斯公司Catofin工艺、菲利浦斯公司Star工艺、林德公司PDH工艺。其中，Oleflex工艺和Catofin工艺业已工业化应用。Oleflex工艺采用催化剂连续再生技术，采用铂催化剂（DeH-12）的径流式反应器使丙烷加速脱氢。丙烯产率为85%，氢气产率为3.6%。Catofin工艺采用固定床反应器，按烃类/热空气循环方式操作。工艺操作温度593~649℃、压力33.9~50.8kPa。丙烷转化率大于90%。（4）易位反应技术易位反应技术可将乙烯与2-丁烯反应生成二个分子的丙烯。当易位反应与蒸汽裂解相结合时，可将丙烯/乙烯比由蒸汽裂解0.6提高到1.0~1.25。鲁姆斯公司的Triolefin易位转化工艺在330~400℃下操作，采用钨基催化剂的固定床反应器。除已有一套装置应用外，巴斯夫-菲纳合资公司在美国阿瑟港的大型烯烃装置（2001年底投运）也将采用这一技术。该乙烯装置生产95万吨/年乙烯和54万吨/年丙烯，产出的部分乙烯与丁烯进行易位反应再增产丙烯，可使丙烯产量增加58%，最终可生产86万吨/年乙烯和86万吨/年丙烯。易位反应装置可使丙烯/乙烯比提高到1.0以上。三井化学公司也将首次选用鲁姆斯公司易位转化工艺，使乙烯和丁烯转化为丙烯。采用这一技术后，可使三井化学公司日本大阪的烯烃装置丙烯能力从28万吨/年增加到42万吨/年，该技术将使该装置丙烯/乙烯生产比从0.6增大到大于1.0，以满足亚洲丙烯增长的需求，总投资为3500万美元，定于2004年完成。IFP的Meta-4工艺采用移动床反应器，催化剂连续再生。在30~60℃低温、液相状态下发生反应，采用铼基催化剂，可减少催化剂结垢。Meta-4工艺己在台湾省中油公司高雄炼油厂完成中试验证。（5）烯烃相互转化工艺美孚公司开发的烯烃相互转化（MOI）工艺采用选择性二次转化技术，在单一的流化床反应器中操作，催化剂连续再生。该工艺使用美孚ZSM-5催化剂，它使酸活性与择形选择性很好组合，促进了烯烃低聚、裂解和歧化，可将蒸汽裂解C4和热解轻汽油转化成丙烯和乙烯，FCC催化轻石脑油也是潜在的原料。（6）固定床催化裂化工艺鲁齐公司和南方（Sud）化学公司推出新的固定床催化增产丙烯技术-Propylu工艺。该工艺可采用不同原料，如来自FCC装置的轻石脑油或汽油，或来自蒸汽裂解或FCC装置的选择性加氢C4/C5馏分。未转化的化合物通过系统，典型的为石蜡烃、芳烃和环烷烃。近85%的转化率可生成30%丁烯、10%乙烯和40~45%丙烯。这一直接转化途径取决于沸石催化剂，同时，该工艺催化剂可将甲醇转化为丙烯和乙烯。操作条件为500℃和0.1~0.2MPa，采用择形非均相ZSM-5分子筛型催化剂。验证装置己于2002年夏季投运。（7）甲醇制丙烯工艺UOP/诺斯克-海德罗公司开发了甲醇制烯烃（MTO）工艺，鲁奇公司也开发了甲醇制丙烯（MTP）工艺。UOP/诺斯克-海德罗公司开发的甲醇制烯烃（MTO）工艺在高丙烯工况下，丙烯产率可达45%，乙烯为34%，丁烯为13%，其余为副产品。该工艺采用流化床反应器和再生器设计，乙烷、丙烷、二烯烃和炔烃生成少。埃及将在苏伊士建设一套MTO工业化联合装置，该联合装置将采用天然气作原料，生产甲醇，再用以转化成烯烃，生产32万吨/年聚烯烃。MTO工艺将甲醇与聚合物装置组