國內(nèi)乙烯工程生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)各項(xiàng)工程也隨之得到發(fā)展，尤其乙烯工程生產(chǎn)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)方面的問題進(jìn)行分析，推進(jìn)了乙烯生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步，有效提升了中國的乙烯生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)力。

【關(guān)鍵詞】乙烯工業(yè)；生產(chǎn)現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

引言

隨著新興國家石化工業(yè)迅猛發(fā)展和中東油氣資源國向石化工業(yè)全面推進(jìn)，世界乙烯工業(yè)從世紀(jì)初的北美引領(lǐng)、亞太其次、西歐隨后的格局發(fā)展成為目前亞太主導(dǎo)、北美次之、中東隨后、西歐第四的格局。

近年來北美頁巖氣革命不僅改變世界能源格局，也影響世界乙烯及下游衍生物投資格局，給全球石化市場(chǎng)帶來新的壓力。面對(duì)來自北美、中東和周邊國家的競(jìng)爭(zhēng)壓力，中國乙烯工業(yè)原料成本高、競(jìng)爭(zhēng)力差，降低成本是蒸汽裂解工藝技術(shù)長期面臨的主旋律。

從低能耗、低成本、長周期等方面介紹蒸汽裂解制乙烯工藝技術(shù)進(jìn)展，通過多種技術(shù)優(yōu)化組合提高中國乙烯工業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

一、乙烯工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀

近年來，石油化工市場(chǎng)持續(xù)低迷，原料價(jià)格居高不下，傳統(tǒng)石腦油制烯烴路線受到多重?cái)D壓，競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。全國各乙烯裝置通過開展原料優(yōu)化、技改技措、節(jié)能減排、長周期運(yùn)行等各方面的工作，提高乙烯行業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行水平。燕山乙烯擇機(jī)短停檢修。

上海石化1#乙烯2013年11月按計(jì)劃停車，永久性停役。齊魯乙烯順利完成四年一度大檢修，實(shí)施了控制室隱患治理、火炬點(diǎn)火系統(tǒng)改造、輕石腦油分儲(chǔ)分裂等技改項(xiàng)目。

茂名乙烯全年保持連續(xù)平穩(wěn)高負(fù)荷運(yùn)行。福建乙烯順利進(jìn)行了首次大修及脫“瓶頸”改造。武漢乙烯首次采用了中國石化自主開發(fā)的乙烯成套技術(shù)，“三機(jī)”全部實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，2013年8月產(chǎn)出合格乙烯產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)一次開車成功。大慶石化1#裝置新線2013年5月起停工，2#裝置檢修后于4月份開車。

吉林石化1號(hào)裝置2013年停產(chǎn)9個(gè)月，2014年3月20日起停工。撫順石化1#裝置于2013年5月份起停工，2#新建裝置5月停車小修，期間受乙烯市場(chǎng)不景氣影響，至2013年11月重新開車。新建中石油四川80萬t/a乙烯裝置2014年3月一次開車成功。

其中，于2012年開工的撫順石化大乙烯，采用了采用的是美國斯通韋伯斯特（SW）公司的專利技術(shù)。其裂解爐為USC型管式裂解爐；急冷油塔、急冷水塔、堿洗塔采用SW的波紋塔盤；裂解氣壓縮采用五段壓縮，分離系統(tǒng)采用雙塔前脫丙烷、前加氫、低壓乙烯塔與乙烯壓縮機(jī)構(gòu)成開式熱泵、深冷分離采用了SW公司最新的專利技術(shù)HRS（熱集成精餾系統(tǒng)）等先進(jìn)的工藝技術(shù)；運(yùn)行安全可靠，投資低，能耗較低。

二、裂解制乙烯的主要原理和反應(yīng)機(jī)理

乙烯是烴和蒸汽的混合物在裝置裂解爐中通過高溫裂解形成復(fù)雜的富含乙烯和其它烯烴混合物過程中生成的。粗裂解汽油和燃料油同時(shí)也被生成。其它的副產(chǎn)品包括丙烯、混合碳四，類似于乙烯也是有價(jià)值的化學(xué)原料。

乙烯、丙烯、丁二烯包含一個(gè)或更多的雙鍵，它們被統(tǒng)稱為烯烴。其它的裂解產(chǎn)品包括：氫氣在裝置內(nèi)部的加氫反應(yīng)部分消耗，而甲烷被用作燃料。

裂解爐流出物中同樣包括少量的乙炔（三鍵烴），它們?cè)谘b置的下游為滿足最終的乙烯和丙烯的產(chǎn)品規(guī)格而被脫除。裝置內(nèi)的乙烷和丙烷產(chǎn)品被返回裂解爐區(qū)的返回料裂解爐被消耗，目的為了增加乙烯的產(chǎn)率。

其中，產(chǎn)物的二次反應(yīng)不但能降低乙烯，丙烯的產(chǎn)率，增加原料的消耗，而且焦炭的生成也會(huì)造成反應(yīng)器和鍋爐等設(shè)備內(nèi)的管道阻力增大，熱傳效果下降，受熱溫度上升，甚至造成通道堵塞，影響生產(chǎn)周期，降低設(shè)備處理能力。在對(duì)裂解過程的反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，通過乙烯生產(chǎn)長期的工業(yè)實(shí)踐，工藝的不斷改進(jìn)，目的產(chǎn)物烯烴的收率也逐步提高。歸結(jié)起來，有一下幾點(diǎn)：

1、最佳操作溫度

烴類裂解制乙烯的最適合溫度一般在750～900℃之間。適當(dāng)提高溫度，有利于提高一次反應(yīng)對(duì)二次反應(yīng)的相對(duì)速度，可以提高乙烯產(chǎn)率。當(dāng)溫度低于750℃時(shí)，乙烯的產(chǎn)率較低；當(dāng)反應(yīng)溫度超過900℃，甚至達(dá)到1100℃時(shí)，對(duì)生焦成炭反應(yīng)極為有利，這樣原料的轉(zhuǎn)化率雖有增加，產(chǎn)品的產(chǎn)率卻大大下降。

2、適宜的停留時(shí)間

如果裂解原料在反應(yīng)去停留時(shí)間太短，大部分原料還來不及反應(yīng)就離開的反應(yīng)區(qū)，使原料的轉(zhuǎn)化率降低；延長停留時(shí)間，雖然原料的轉(zhuǎn)化率很高，但會(huì)造成乙烯產(chǎn)率的下降，生焦道和成炭的機(jī)會(huì)增多。

3、降低體系內(nèi)原料烴的分壓

烴類裂解的一次反應(yīng)，不論是斷鏈反應(yīng)還是脫氫反應(yīng)，都是反應(yīng)分子數(shù)增多、氣體體積增大的反應(yīng)。

三、中國乙烯工業(yè)面臨的問題與對(duì)策

（一）膨體PTFE的應(yīng)用

膨體PTFE雖然在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了改變，但仍然保持PTFE的優(yōu)良化學(xué)性能，同時(shí)還擴(kuò)大了使用溫度范圍、提高了機(jī)械強(qiáng)度并增加了一些新的特性，如抗蠕變性能提高，膨脹系數(shù)減小，具有了多孔性、透氣性、疏水性及極高的韌性，而這些優(yōu)異的性能決定了它在各個(gè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。表1列出了膨體PTFE和其他PTFE的一些典型性能。表1 不同聚四氟乙烯的典型性能。

1.防水透濕織物

膨體PTFE薄膜與普通織物通過層壓工藝復(fù)合在一起可制成防水透濕層壓織物。最初的膨體PTFE薄膜層壓織物是由美國Gore公司于1976年試制成功的，該薄膜在每平方英寸上約有90億個(gè)微孔，厚度2030μm，孔徑在 0.2～0.3μm之間，微孔面積百分?jǐn)?shù)高達(dá)80%。每個(gè)微孔的尺寸比水滴小 20 000倍，而比水分子大700倍，水蒸汽分子可自由通過，能夠達(dá)到排汗透氣效果，同時(shí)PTFE本身不親水，因此這種PTFE薄膜具有很好的防水、透濕、防風(fēng)、保暖的功能。

2.過濾材料。

膨體PTFE微孔薄膜具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性，耐高低溫性，且摩擦系數(shù)低，將其通過熱壓或粘合劑復(fù)合到傳統(tǒng)的濾料介質(zhì)表面，可以做成具有獨(dú)特性能的覆膜復(fù)合濾料。由于膨體PTFE孔多，孔徑?。讖皆?.3～10μm），因此微孔薄膜能夠攔截10μm以上的粉塵顆粒，而且薄膜表面極其光滑，很難形成很厚的粉塵層，清灰也比較容易。

目前，膨體PTFE薄膜濾材已廣泛用于化工廠、發(fā)電廠、炭黑廠、水泥廠、噴漆廠等的煙道過濾、熱空氣過濾中。

而且，該薄膜還能用于某些液體過濾，且通過對(duì)膨體PTFE膜進(jìn)行親水改性可以大大提高水的過濾性能。

3.密封材料膨體PTFE在高溫高壓下有良好的抗蠕變松弛性能、較好壓縮回彈性能、優(yōu)異的耐介質(zhì)腐蝕性能、較高的抗拉強(qiáng)度，因此在密封領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

以膨體PTFE板材制備的密封墊片可以在很大范圍替代傳統(tǒng)PTFE密封材料，而膨體PTFE編織盤根也因其優(yōu)異的物理機(jī)械性能而大大提升了填料密封的使用壽命和密封效果，特別是幾年發(fā)展的填沖改性膨體PTFE密封材料更進(jìn)一步提高了材料的物理機(jī)械性能，能在更大領(lǐng)域滿足密封的需要。

（二）空冷器的使用

脫氫氣相在離開反應(yīng)器后經(jīng)三級(jí)換熱后約為120℃，再通過用脫氫液進(jìn)行油水分離后的水噴淋降至 65℃。脫氫氣相溫度過高會(huì)造成廢氣壓縮機(jī)負(fù)荷過大，從而影響系統(tǒng)壓力，進(jìn)而影響乙苯轉(zhuǎn)化率和苯乙烯選擇性，因此還需進(jìn)一步降溫至38-39℃。

若采用循環(huán)水冷卻，脫氫氣相 212t/h的流量，需要冷卻器的換熱面積太大，所以采用空氣和循環(huán)水雙重冷卻的方式。

本裝置利用 28 臺(tái)55kW 的風(fēng)扇，換熱量在 70000kW 左右，將脫氫氣相冷卻至約 55-56℃，再通過兩臺(tái)并聯(lián)的循環(huán)水冷卻器將脫氫氣相冷卻至 38-39℃，這樣既節(jié)省了水資源，又降低了設(shè)備采購難度。

（三）聚乙烯注塑成型生產(chǎn)工藝及方法

聚乙烯（ PE） 注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是實(shí)現(xiàn)和保證成型制品質(zhì)量的前提，而為滿足成型的要求，注射必須保證有足夠的壓力和速度。

同時(shí)，由于注射壓力很高，相應(yīng)地在模腔中產(chǎn)生很高的壓力（ 模腔內(nèi)的平均壓力一般在20 ～45MPa 之間） ，因此必須有足夠大的合模力。由此可見，注射裝置和合模裝置是注塑機(jī)的關(guān)鍵部件。

聚乙烯（ PE） 的主要成型條件： 一是料筒溫度。料筒溫度主要是與 PE 的密度高低和熔體流動(dòng)速率大小有關(guān)，另外還與注塑機(jī)的類型和性能，以及塑件的形狀有關(guān)。由于 PE 為結(jié)晶型聚合物，在熔融時(shí)晶粒要吸收一定熱量，因此料筒溫度應(yīng)高于它的熔點(diǎn) 10 度。

對(duì)于 LDPE 來說，料筒溫度控制在 140 ～ 200℃，HDPE 的料筒溫度控制在220℃ ，料筒后部取最小值，前端取最大值。二是模具溫度。模溫對(duì)塑件的結(jié)晶狀況有較大影響，模溫高，熔體結(jié)晶度高，強(qiáng)度高，但收縮率也會(huì)增大。通常 LDPE 的模具溫度控制在 30℃ ～45℃，而 HDPE 的溫度相應(yīng)再高10 ～20℃。三是注塑壓力。

提高注塑壓力有利于熔料的充模，由于 PE 的流動(dòng)性很好，因此除薄壁細(xì)長制品外，應(yīng)該注意選擇較低的注射壓力，一般注射壓力為 50 ～100MPa。四是形狀簡單。

壁厚較大的塑件，注射壓力可以低些，反之則高。注塑成型是一個(gè)循環(huán)的過程，每一周期主要包括： 定量加料———熔融塑化———施壓注射———充模冷卻———啟模取件。

取出塑件后又再閉模，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。注射成型過程大致可分為以下6 個(gè)階段： 合模、射膠、保壓、冷卻、開模、制品取出。上述工藝反復(fù)進(jìn)行，就可批量周期性生產(chǎn)出制品。注塑機(jī)是借助螺桿（ 或柱塞） 的推力，將已塑化好的熔融狀態(tài)（ 即粘流態(tài)） 的塑料注射入閉合好的模腔內(nèi)，經(jīng)固化定型后取得制品的工藝過程。注塑機(jī)根據(jù)塑化方式分為柱塞式注塑機(jī)和螺桿式注塑機(jī)，按機(jī)器的傳動(dòng)方式又可分為液壓式、機(jī)械式和液壓———機(jī)械（ 連桿） 式，按操作方式分為自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)注塑機(jī)。目前，市場(chǎng)上的注塑機(jī)多采用此種型式。立式注塑機(jī)合模部分和注射部分處于同一垂直中心線上，且模具是沿垂直方向打開的。

（四）乙烯聚合系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)

如若將聚合釜的過蓋打開，那么則要抽真空，真空度是七百一十毫米汞柱，把緩沖劑加到脫鹽水總管中，接下來用脫鹽水把緩沖劑帶入到聚合釜。

脫鹽水啟動(dòng)后，加入乙烯、開動(dòng)攪拌，如果脫鹽水與乙烯加完后，釜內(nèi)溫度就會(huì)和聚合溫度十分接近，在這種情況下持續(xù)攪拌一定時(shí)間，讓乙烯液滴在水中形成，接下來加入分散劑，繼續(xù)攪拌一定時(shí)間，以確保分散體系的形成，最后一步是向里面加入引發(fā)劑，實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)。

聚合反應(yīng)發(fā)生后，向擋板通入冷卻水并達(dá)到最大流量，接下來向夾套中通入冷卻水，并保持反應(yīng)溫度，冷卻水流量通過電腦根據(jù)聚合釜上、中、下溫度控制，同時(shí)電腦計(jì)算出反應(yīng)放出的熱量，并與乙烯聚合動(dòng)力浮模型的理論計(jì)算值比較，計(jì)算出乙烯到乙烯的轉(zhuǎn)化率。

結(jié)束語

目前，我國乙烯生產(chǎn)普遍采用電石-乙炔法生產(chǎn)乙烯，即石灰石-電石-乙炔-醋酸乙烯-乙烯。這種工藝路線能耗高、污染大、成本高，特別是其中間產(chǎn)品電石屬于國家限制類產(chǎn)品。

我國于2011年年底調(diào)高電價(jià)，使得電石法的生產(chǎn)成本大幅提高，因此，該方法的價(jià)格優(yōu)勢(shì)存在嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。但該方法符合我國的國情，因而在一定時(shí)期內(nèi)仍將繼續(xù)存在。

但從長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展的角度來看，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，應(yīng)該適當(dāng)發(fā)展天然氣乙炔法和乙烯法，此外，積極開發(fā)生物法裝置，積累經(jīng)驗(yàn)，在條件成熟時(shí)，擴(kuò)大裝置產(chǎn)能，逐步實(shí)現(xiàn)多種生產(chǎn)工藝共存。

加大技術(shù)進(jìn)步，提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大出口，以規(guī)避市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)乙烯及其相關(guān)行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

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