乙烯的生产技术和工艺流程

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一、乙烯的原料

乙烯（Ethylene,CH2=CH2）可以通过多种化工原料制得,常见的有乙烷、丙烷和石脑油,其生产工艺较为丰富,但彼此之间的差异并不是特别大,这也是乙烯工业区别于其他化工产品的一个最大特点。在美国、中东和北非地区,乙烷和丙烷是最普遍的乙烯生产原料,生产工艺采用蒸汽裂解法。选择烷烃的主要原因是这些地区靠近石油产地,乙烷和丙烷能够通过运输管道短距离地运送至石化工厂,运输成本较为经济。

而在亚洲地区,石脑油是最为常见的乙烯原料,运输通常采用油罐车,输油管道并未普及,主要的生产工艺为石脑油裂解法。通过不同的原料和生产工艺,乙烯的产出率并不相同,其中乙烷和丙烷的乙烯产出率最高,还附带丙烯,石脑油、汽油等其他原料的乙烯产出率较低,但附加产品较为丰富。

二、乙烯的用途

烯最大的用途是生产聚乙烯（Polyethylene，PE）,约占乙烯耗量的45%,其次是生产二氯乙烷和氯乙烯。乙烯经氧化可以制造环氧乙烷和乙二醇,乙烯经过烃化可制苯乙烯,而乙醛、酒精、高级醇等均可以通过乙烯采用不同工艺制得。在工业制成品方面,合成纤维、合成橡胶以及合成塑料均需要用到乙烯。

乙烯可以挤出、注射、模塑、吹塑和熔纺等方法成型，在中国广泛应用于工业、农业、包装及日常工业中，薄膜是其最大的用户，约消耗低密度聚乙烯的77%，高密度聚乙烯的18%。另外，注塑制品、电线电缆、中空制品等都在其消费结构中占有较大的比例，在塑料工业中占有举足轻重的地位。我们一起来了解一下乙烯的工业生产。

三、乙烯的制备（生产工艺）

本文主要指的是乙烯装置的主要实现方法：石油制乙烯。

工艺流程图（例1）

艺流程图（例2）

1、裂解工序

轻石脑油、重石脑油、以及加氢裂化石脑油(HCN)等裂解原料，分别送入裂解炉内，加入稀释蒸汽（DS）——防止聚焦，进行裂解，得到的裂解气（即：氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁二烯、裂解汽油、裂解燃料油等组分的混合物）经废热锅炉急冷，油冷、水冷至常温，回收部分热量，并把其中大部分油类产品分离后送入后续工序。

（1）油冷

通过裂解炉急冷器200℃到250℃的裂解气进入油冷塔或油洗塔，通过和急冷油逆流接触进一步冷却，并最大地实现热量回收。塔底的急冷油，通过急冷油泵送至旋风分离器，分离出焦粒然后，在分成两部分：一部分作为燃料油经冷却送出界区，另一部分与中油混合作为热源去加热稀释蒸汽DS。

（2）水冷

水洗塔（水冷塔）通过大量循环急冷水，进一步将裂解气冷却至环境温度，同时重汽油和稀释蒸汽也被冷凝。净化和冷却后的38℃左右的裂解气由塔顶送往压缩工序。

（3）蒸汽系统

负责接收从界外来的高压锅炉给水并将其转化为压力11.7Mpa、温度500～525℃的超高压蒸汽（SS）。

（4）燃料气系统

接收本装置分离工序返回的甲烷氢及从界外补充的碳三/碳四等物料经混合、汽化后做为裂解炉燃料气，给裂解炉供热。

2、压缩工序

原料裂解后得到的裂解气，组分很是复杂，如下所示，其中既有有用的组分，也含有一些有害的杂质。裂解气的净化和分离的任务就是出去裂解气中的有害杂质，分离出单一烯烃产品或烯烃馏分。

（1）裂解气压缩

裂解气压缩机（Cracking Gas Compressor, CGC）将来自裂解工序的裂解气，经一段、二段、三段、四段及五段压缩后，将压力提高到4.173 MPag ，为深冷分离提供条件。裂解气在压缩过程中，逐段冷却和分离，除去重烃和水，并在三段出口设有碱洗，除去裂解气中的酸性气体，为分离系统提供合格的裂解气。

（2）碱洗

裂解气从压缩机四段出口进入到碱洗塔底部，碱洗包括三段碱洗和一段水洗。底部是弱碱循环，中部是碱洗循环，上部是强碱循环，脱除酸性气体CO2和H2S。碱洗塔底的废碱抽出后与汽油在混合器中混合，溶解在碱洗塔中产生的聚合物，在 送至废碱汽提塔。

（3）废碱氧化

废碱在废碱汽提塔中，苯等挥发性烃类物质被汽提出来，废碱送往储罐，然后在与空气混合后，从底部进入反应器，反应器温度为200℃，压力3.6MPa，氧化后的废碱和废气换热后，进入气液分离罐，分离出的废气焚烧处理，液相进入含碱污水收集系统。

（4）冷媒系统（乙烯、丙烯压缩）

制冷系统由丙烯制冷系统和乙烯、甲烷二元制冷系统构成，为深冷分离提供－40℃，－27℃，－3℃、13℃四个级别的丙烯冷剂；－40℃～－135℃的二元冷剂。丙烯、二元制冷系统为多段压缩，多级节流的封闭循环系统。

3、分离工序

将压缩工序来的裂解气，经脱水、深冷、加氢和精馏等过程，获得高纯度的乙烯、丙烯，同时得到付产品H2、CH4、C3LPG、混合碳四馏份及裂解汽油。

（1）预冷和干燥

裂解气经过气液分离罐后，进入干燥器，在干燥器中，将水的含量降低至所需的露点。防止水在后续的冷分离系统中结冰，冻坏设备。

（2）碳二加氢

来自碳三吸收塔顶的碳二及碳二一下轻组分，在碳二加氢反应器中，将乙炔转化为乙烯和乙烷。由于氢气还没有从中分离出来，所以不需要补充氢气（这里特指顺序分离工艺）。

（3）冷分离

不含乙炔的裂解气从反应器底部出来，再进入低温部分钱，进入保护干燥器出去残余的水，以确保低温部分的防冻。

在低温段，碳二及轻组分逐渐冷凝，所有的乙烯和乙烷和几乎所有的甲烷被冷凝成为液相，剩下的气体都是富氢气。凝液直接送至脱甲烷塔，将裂解气冷凝。脱甲烷顶部的气相包括甲烷，氢气和少量CO，送至燃料气系统和再生气系统，从氢气分离罐中得到的氢气流股中为氢气和少量CO，进入甲烷化反应单元，即CO+3H2=CH4+H2O。

（4）乙烯精馏

乙烯精馏主要在精馏塔内完成，是将乙烯和乙烷分离的过程。

4、汽油加氢

裂解汽油加氢工序的任务是将来自乙烯单元的裂解汽油中的C5S及C9+

脱除，剩余的C6～C8中心馏份经过二次加氢后作为二段加氢产品，去芳烃装置，作为芳烃抽提的原料，C5S及C+9作为副产品送出界区。

四、结语

在国内乙烯装置中，采用鲁姆斯公司顺序分离流程的较多，由裂解炉来的裂解气经过急冷后，进入裂解气压缩机一至三段压缩脱除部分重烃和水，然后进入碱洗塔脱酸性气体，再进入裂解气压缩机四段至五段压缩脱除大部分重烃和水，经过裂解气干燥器深度干燥后，进入冷箱系统，分离出氢气后，进入脱甲烷塔，分离出甲烷和氢后，塔釜液送至脱乙烷塔，由脱乙烷塔分离出碳二馏分，塔釜送至脱丙烷塔…….依次各组分按照碳一、碳二、碳三…..的顺序先后分离，最终由乙烯精馏塔、丙烯精馏塔、脱丁烷塔分别得到乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、混合碳四、裂解汽油等主副产品。

延伸阅读：

根据工信部、海关等部门发布的统计数据，2015年国内进口乙烯151.57万吨。从乙烯进口状况看，其进口主要来自亚太周边地区（日本、韩国、中国台湾），占到总进口量的95%以上。近年来开始有少量中东货源（沙特、伊朗）， 但占比相对较小。这主要是由于乙烯储运较为复杂，国际远洋贸易量较少。

据权威机构预测，2020年国内乙烯当量需求量为4550万吨。由于新一轮乙烯建设热潮的兴起，直接导致乙烯当量供应缺口的减少，下游消费向非乙烯路线转移也是促成缺口减少的原因之一，如煤制乙二醇的工艺路线，将减少乙二醇对乙烯的需求，电石法无汞催化剂的成功应用也将加快乙烯制PVC工艺路线的退出。

近年来，我国乙烯原料路线发生了较大变化。2010年，蒸汽裂解所占比例高达97.4%，2015年下降到85.5%；而煤/甲醇制烯烃所占比例由2010年的2.0%增加到2015年的12.4%。传统石脑油蒸汽裂解制乙烯装置主要集中在东南沿海地区，其余集中分布于东北、华北、西北地区。

据了解，2015年，我国年产能在百万吨以上的乙烯装置已达到7套，而且目前还有8套装置在建，今后几年将陆续建成投产。包括中海油惠州炼化一体化二期项目、中石化海南炼化乙烯项目、中化泉州石化乙烯项目、浙江台州东海炼化一体化项目、漳州古雷炼化一体化项目、曹妃甸炼化一体化项目，以及中天合创能源煤制烯烃项目、万华化学聚氨酯产业链一体化-乙烯项目。此外，包括煤（甲醇）制烯烃等一大批乙烯装置的陆续投产，专家预计到2020年，我国乙烯产能将达到约3230万吨/年。