每天进步一点点
打造更好的的自己

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

字数4880字,图十二张,专业文献,建议阅读8分钟

    上一篇科普连续重整工艺及知识,希望对大家有所帮助,接下来本文浅谈对二甲苯工艺、产业及行业知识的一些个人看法。对二甲苯技术上成熟、工艺上先进,规模也逐渐大型化,从最初的不到40万吨/年,到目前的百万吨规模是标配,才用了仅仅不到十年时间啊。为什么对二甲苯的建设、装置新增产能增加如此迅速呢?本篇推文“大地”就来说说对二甲苯的相关知识了。

一、对二甲苯产业链

整个对二甲苯产业链的流程主要是:

原油—常减压蒸馏装置—连续重整装置—歧化/异构化装置—PTA—聚酯

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图一 对二甲苯产业链

    国内PTA随着化纤行业的发展而扩大,恒力石化、荣盛石化、恒逸石化三家占了全国半壁江山。据金联创的数据,2016年国内PTA产能约为4600万吨。2019—2021年,国内新增PTA产能约2070万吨,预计2021年国内PTA产能将达到6070万吨。对二甲苯的下游,PTA产能是扩张最快、最迅猛的,这就带动其原料--对二甲苯的需求快速增加。

对二甲苯生产技术主要有三大类,1)轻烃制芳烃;2)甲苯歧化和烷基转移;3)对二甲苯分离。下面主要介绍主流的甲苯歧化和烷基转移、对二甲苯分离两个技术。这两个技术是相辅相成的,一般有歧化、异构化装置的企业,上游多数有对二甲苯分离装置。

1 甲苯歧化和烷基转移

该技术应用较多的主要有二家国外公司及一家国内公司。

1.1  埃克森美孚公司开发的MSTDP及MTPX甲苯歧化工艺

该工艺的甲苯转化率达到20--25%,选择性高于80%。如使用MTPX技术,选择性最高可到98%。埃克森美孚公司最新推广的是PxMax工艺,据其介绍,该工艺采用EM-2300催化剂,苯产品纯度可达99.99%,催化剂寿命可到15年以上,产品碳八芳烃对二甲苯浓度可达90%以上,开工初期的对二甲苯选择性就超过95%,在后续的运行中,对二甲苯选择性可进一步提高。

该工艺于1996年在美国路易斯安那的炼油厂实现工业化。

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图二 埃克森美孚STDP

    1.2   UOP公司开发的PX Plus甲苯歧化工艺

UOP公司开发的PX-Plus工艺与UOP Tatoray工艺类似,可将甲苯转化为苯和二甲苯,采用的催化剂是PXP-300催化剂。该工艺的产品二甲苯含量可达80%以上。

该工艺于1998年实现工业化,流程与埃克森美孚的类似。

1.3  中国石化的ZA-95催化剂

于2000年首次应用于天津石化的歧化、异构化装置,该催化剂是由上海石化研究院研制和生产的。

2011年,扬子石化对二甲苯吸附分离技术开发及工业应用,表明中石化掌握了对二甲苯吸附分离技术。

2012年海南炼化60万吨/年对二甲苯装置开始施工,表明中国石化成为全球第三个具有完全自主知识产权的大型化芳烃生产技术专利商。

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图三 海南对二甲苯装置

2     对二甲苯分离

全球主要有两大专利商,一个是法国IFP公司开发的Eluxyl工艺,一个是UOP公司开发的Parex工艺。

2.1 Eluxyl工艺

该工艺的特点是高选择性,对二甲苯纯度高,具有独立的开/关阀门系统,简单可靠,采用的吸附剂是SPX3000分子筛。

按照吸附分离进料量测算,单系列进料量可到244.2万吨/年,产品纯度高达99.8%,单程收率96%以上,144套程控阀在发生故障时,可以不停止操作处理。IFP公司的整个吸附室采用两个串联的吸附塔、循环泵、程控阀组,每个吸附塔12个床层。

已知应用该工艺的吸附单元,最大规模为65万吨/年,理论上生产一吨(PX+OX)需要1.367吨原料。全球应用IFP吸附单元的PX装置较少。

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图四 模拟移动床示意图

2.2 Parex工艺

同样的,Parex工艺也采用模拟移动床技术,其使用的是旋转阀实现物料分配和步进切换。使用对二乙苯作为解吸剂,吸附剂有ADS-47、ADS-50。

产品纯度高达99.9%,单程收率96%以上,并且可以同时生产PX、OX。UOP公司的整个吸附室采用两个串联的吸附塔、循环泵、旋转阀组,每个吸附塔12个床层。

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图五 UOP业绩

    已知应用该工艺的吸附单元,最大规模为40万吨/年,理论上生产一吨(PX+OX)需要1.36吨原料。全球各国家/地区(含台湾地区)应用UOP吸附单元的PX装置较多,已知的有45套以上。

2.3 中国石化工艺

中石化工艺与IFP公司的技术类似,不多说。三者的技术特点如下:

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图六 对二甲苯吸附分离技术特点

3 其它

UOP是老牌的连续重整、芳烃抽提及对二甲苯专利商。全球大约70%的对二甲苯装置采用其技术。国内多数对二甲苯生产装置,都是采用UOP的技术;随着IFP与国内炼油企业的合作,国内的主营炼油厂逐渐采用自主研发的全套芳烃生产技术。

二、工艺流程

根据华东某炼油厂的介绍,一般炼油厂生产BTX,典型的石脑油初馏点/终馏点分别控制在77度/149度。初馏点太低或者太高都不行,如果初馏点控制在75—80度,重整生成油中的苯含量将会增加;初馏点控制在100—105度时,重整生成油中的苯含量将会减少。

如果要增产二甲苯为下游对歧化、异构化装置提供原料,终馏点一般控制在165—170度,那样重整生成油中的碳九含量将会增加。

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图七 华东某石化对二甲苯流程图

    主要流程如下:重整生成油经过重整油分馏塔分离后,重组分进入二甲苯分馏塔,分离出邻二甲苯、二甲苯混合物;邻二甲苯送出装置,二甲苯混合物经过吸附分离装置,再分离出对二甲苯以及抽余液;对二甲苯出装置、抽余液脱除轻组分后再返回二甲苯分馏塔。

轻组分经过苯分馏塔、甲苯分馏塔,分别分离出苯、甲苯并送出装置,对二甲苯混合物送至吸附分离单元;但是,甲苯产品部分循环至甲苯歧化单元生产对二甲苯、苯、甲苯,再进行苯、甲苯、二甲苯的分离。

邻二甲苯底混合物送至碳九芳烃分馏塔分离出碳十以上芳烃及甲苯,甲苯送至甲苯歧化单元,碳十以上芳烃送出装置。

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图八 对二甲苯物料平衡

    小结一下,对二甲苯装置的主要产品有对二甲苯、苯、邻二甲苯,副产品主要有轻烃、甲苯及碳十以上芳烃;不同需求的生产企业,对于石脑油馏程的控制、要求是不同的。

三、装置操作参数

1、歧化、异构化

对于对二甲苯装置来说,要严格控制原料中的非芳烃的含量。如果原料中的非芳烃含量过高,将会增加塔顶冷却的负荷,从而影响装置的平稳操作及加工量。华南某炼油厂的对二甲苯装置就因为原料中的非芳含量过高,装置不得不降负荷。

在歧化、异构化单元中,要严格控制碳九芳烃的含量,如果该含量过高,将会导致反应总转化率降低,装置不得不提高反应温度,这样会导致碳九以上芳烃引起催化剂结焦。后果就是,越提温,转化率越低;其次,必须严格控制反应的氢油比,在氢气充足、循环氢压缩机能力富余的情况下,建议按照上限控制。

2 吸附

由于吸附剂多数都是密相装填,尽量减少装置的开停,以免床层压降上升;华南某炼油厂对二甲苯装置就因为装置频繁开停,导致吸附单元压降过高,装置收率下降。

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图九 对二甲苯装置操作参数

    小结一下,对二甲苯装置对于原料要求比较苛刻,在正常的生产时,尽量降低非芳、碳九芳烃的含量;在情况许可时,尽量提高剂油比。在平时,确保装置操作平稳,减少装置开停次数,缓解吸附单元压降上升速度。

四、装置能耗及操作费用

“大地”对对二甲苯装置的费用进行了估算,装置完全费用大致在1000--1300元/吨。从完全费用的构成来看,设备折旧占比较大,约占整个完全费用的46%左右,这个一点不奇怪,毕竟一套60万吨/年的对二甲苯装置,投资达到30--35亿元;其次,为公用工程消耗,约占整个完全费用的30%左右,主要是对二甲苯装置的歧化、异构化单元,大量的物料是“循环”的,反应的物料相对少。

可见,对二甲苯装置未来要增加装置规模,降低折旧;增强催化剂选择性,减少物流循环量。

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图十 对二甲苯装置完全费用构成

在操作费用方面,低压蒸汽(中压)消耗较大,主要是对二甲苯装置的歧化、异构化单元的循环氢压缩机消耗蒸汽较多,还有工艺管线的加热、伴热都需要很多的蒸汽;其次是冷却水。

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图十一 对二甲苯装置操作费用构成

    现网络文献,出现最多的对二甲苯计算公式如下:

对二甲苯成本=石脑油+350美元(加工成本)

对二甲苯成本=异构二甲苯+230美元(加工成本)

按照目前的价格体系(2019年7月份),大致对二甲苯生产成本为6568元/吨;如果按照“大地”的模型,考虑一体化的生产企业,其成本可以低至5200元/吨。这两个计算价格的差异主要是对于石脑油的作价如何考虑,如果按照炼油企业的成本作价或者按照市场价格作价,得出的结果是完全不同的。“大地”认为,今后的对二甲苯成本,都要按照炼油企业的成本作价,因为2018年后的新增对二甲苯产能的企业,多数都是一体化的企业。

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图十二 恒力石化与中石化签约

五、未来发展趋势

1、最新技术

1)分子筛膜实现反应-分离耦联

阿卜杜勒国王大学实验室制备了ZSM-5分子筛膜,沙特阿美公司利用该膜反应器用于二甲苯异构化反应,显著提高了对二甲苯收率。但是,也有不足的地方,如果要实现工业规模的膜反应器,所需的膜面积需要100km2。
ZSM-5分子筛是一种应用广泛的高硅铝比的中孔沸石分子筛,它具有很高的热稳定性、耐酸性、疏水性、离子交换性,良好的形状选择性和酸性,因而受到国内外石油化工界的重视。

2)流化床及液相异构化技术

2018年,埃克森美孚在中国宁波,正式向中国石化企业推广了其“EMTAM”工艺和”LPI”工艺。根据埃克森美孚曹经理介绍,EMTAM工艺是一种流化床催化工艺,可以使用“廉价”的甲醇与甲苯/苯生产高纯度的对二甲苯产品。该工艺的特点是,其它苯副产品少、无需“加氢”,可以根据市场情况调整甲基、芳烃环的比例。按照2018年的价格体系,其成本是石脑油路线的75%左右。一般的炼油厂,使用EMTAM技术,可以将对二甲苯产量提高30%左右。

LPI工艺则是埃克森美孚新一代的液相异构化技术,当异构化的碳八芳烃中乙苯含量较低的时候,可以通过LPI技术生产对二甲苯,乙苯通过其它方式脱除。

2、装置发展

目前,国内的对二甲苯装置单系列规模已经从原来的不足20万吨/年,扩大到100万吨/年,现在最新的恒力石化达到225万吨/年(有待核实、确认),对二甲苯装置已经实现大型化。“大地”汇总网络的信息,2022年,国内对二甲苯产能将达到4100—4300万吨/年。但是在2015年,全球的对二甲苯产能才是5000---6000万吨/年。

炼油装置介绍专题—对二甲苯装置

图十三 对二甲苯装置分布

     对二甲苯产业的另一个发展趋势,就是一体化。随着原来主要的PTA生产商逐步介入炼油行业,以获取对二甲苯原料,恒力石化、荣盛石化、恒逸石化都是如此。PTA产能200万吨/年是标配,对二甲苯产能400—600万吨/年都是常态。随着上述企业以及盛虹石化、桐昆石化等等PTA企业向上游扩张,国内对二甲苯产能将会从短缺转为过剩。

根据金联创等咨询商的预判,2022年,国内的对二甲苯产能将能满足国内PTA生产企业的需求。但是,PTA产能扩张还没有停下来,预计2022年国内的PTA产能接近1.0亿吨/年。

PTA产品主要用在聚酯行业,那么聚酯行业的需求又如何?2013年世界主要纤维生产约8450万吨,其中5760万吨为化学纤维,而中国2017年估算纤维产量达到4919万吨。2018年达到5000万吨,占全球化纤总量的70%以上。

PTA成本=PX价格X0.655+乙酸价格X0.045+750元

以EG和PTA生产PET的工艺已经非常成熟

PET的成本=PTA价格X0.86+EG价格×0.34+850

“大地”认为,随着对二甲苯产能的扩张,其价格终究会传导到PTA以及下游,那么,PTA也将产能过剩。PTA从紧缺到大路货,中国的生产商只用了不到20年的时间。

六、小结

对二甲苯装置的能耗高,为了降低其能耗,必须严格控制重整装置原料流程、对二甲苯装置原中的非芳、碳九芳烃含量;未来对二甲苯装置的发展趋势将是一体化、大型化,其产能将从供不应求转为供过于求。

 

  结语:“大地”对于对二甲苯装置还是不如专业人员熟悉,写这篇文章也是“抛砖引玉”,欢迎各位专业人员指正或者投稿、科普

赞(0) 打赏
分享到: 更多 (0)

评论 抢沙发

评论前必须登录!

 

本站致力于建设自我管理和自我进化为核心的知识体系

海纳百川合作共赢

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

微信扫一扫打赏