首个自主知识产权项目通过评审,深度解读乙烷裂解制乙烯发展要点

来源:中国化工信息周刊 2019-07-24 10:11

慧正资讯:7月21日,中国石油兰州石化分公司长庆乙烷制乙烯项目申请报告在西安通过专家评审。这是我国第一套拥有自主知识产权的乙烷制乙烯项目,即将在陕西榆横工业区开工建设。该项目乙烯产品收率高、投资低,测算乙烯装置吨乙烯产品能耗为398.7kgoe/t,比目前国内石油化工路线能效领跑者的乙烯装置能耗还低30%以上;乙烯完全成本仅3546元,远低于煤制烯烃和石脑油裂解制乙烯工艺路线。

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乙烷裂解制乙烯意向项目产能高达3500万吨

过去十年,我国乙烯表观消费量快速增长,从2008年的1096万吨增长到2017年的2143万吨,年复合增长率8%。长期以来我国乙烯主要由中国石化和中国石油两家公司供应,但随着煤制烯烃行业的发展,中国乙烯呈现“两桶油”为主、煤(甲醇)制烯烃企业和其他企业为辅的供应格局。详见图1。预计未来随着乙烷裂解企业的逐渐投产,供应将越来越多元化。

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图1 我国乙烯供应格局

我国油气资源相对贫乏,乙烯裂解原料主要来自炼厂,其中以石脑油和加氢尾油等液体原料为主,乙烷和丙烷所占比例较小。乙烷裂解制乙烯具有装置投资少、生产成本低、乙烯收率高的优势,100%乙烷进料的裂解装置,乙烯收率达78%,而石脑油裂解装置乙烯收率仅30%左右。近年,随着炼油装置的升级改造和美国页岩气的成功开发,乙烷和丙烷作为裂解原料比例逐渐增加,我国也迎来了乙烷裂解制乙烯的投资热潮。根据不完全统计,截至目前,我国共有23个乙烷制乙烯的意向项目在申报国家发改委示范项目(包括混烷裂解),投资方既有中国石油等国有企业,也有社会资本;原料既有国产轻烃,也有进口乙烷(主要来自美国);产能粗算合计约3500万吨;如全部投产,则需乙烷原料高达4600万吨。

乙烷裂解制乙烯技术的六大专利商

乙烷蒸汽裂解制乙烯技术成熟,已有数十年成功应用的经验,技术上不存在瓶颈。几大专利商Lummus、Technip、S&W、KBR、Linde和中国石化等均可提供成熟乙烯技术。其中Lummus、Technip、S&W技术在国际社会占据主导地位。乙烯裂解炉以管式炉为主,各种技术的差异主要反映在辐射段炉管形式上。辐射段炉管主要分为两大类:直通式(Straight)炉管和分支式(Split)炉管。Lummus、Linde和中国石化CBL主要采用分支式炉型,Technip、S&W和KBR则采用直通式炉型。两大炉型各有千秋。乙烯分离回收工艺主要分为顺序分离工艺、前脱丙烷分离工艺和前脱乙烷分离工艺三种路线,近年又相继有新的单元技术工业化,均形成技术先进、成熟可靠的乙烯分离回收工艺路线。乙烯裂解炉是乙烯行业的核心和关键设备。

1、美国Lummus技术

Lummus开发的SRT(Short Residence Time)技术具有停留时间短、热强度高、烃分压低、选择性高等特点,全球已建设超过850台,采用SRT技术的乙烯产能约占全球乙烯产能的40%以上。从SRT-II型开始,均采用分支变管径辐射炉管,随着炉型的改进,炉管程数逐步减少;其IV、V和VI型裂解炉均采用双程分支变径管,管径采用先细后粗设计。其最新SRT-X型裂解炉单炉乙烯产能预计可达30万吨。其气体炉主要为SRT-III型炉,卫星石化规划的250万吨乙烷裂解项目即采用Lummus技术。

2、德国Linde技术

Linde公司没有单独的气体裂解炉炉型,其PyroCrack技术适用于各种原料,通常为双辐射段单对流段设计,单炉乙烯产能可达25万吨。目前已有40多套大型乙烯装置采用Linde公司技术,合计产能超过1800万吨。气体裂解炉业绩其中包括沙特SEPC公司100万吨乙烷裂解工厂,阿联酋Ruwais二期乙烷裂解工厂等。

3、中国石化CBL技术

中国石化CBL裂解炉采用高选择性炉管构型,对原料适应性强,可裂解乙烷、石脑油和加氢尾油等原料,采用CBL裂解炉的乙烯产能合计达1000万吨。针对气体原料的CBL-R型裂解炉主要采用停留时间适中的四程炉管,已在镇海炼化、中沙合资天津乙烯装置上成功运行。2016年,国内最大的20万吨气体裂解炉CBL-R2型裂解炉在中国石化镇海炼化完成性能考核,该设计采用双炉膛、气液原料通吃,其热效率、产量和乙烯收率等均达到设计保证值。

4、法国Technip技术

Technip技术(KTI技术)有三种炉管构型,MK、SMK和GK,其中气体裂解炉主要为SMK炉型,采用4程变径不分支炉管,停留时间为0.3~0.4秒。过去十年全球有180台乙烷炉(或混烷炉)采用该技术,包括美国Dow化学150万吨工厂、沙特Sabic 130万吨(乙/丙混烷),印度Reliance 140万吨(乙/丙混烷)工厂、沙特yanbu 138万吨(乙/丙混烷)等。采用该技术建成了全球最大的25万吨乙烷炉。

5、美国S&W技术

S&W公司于2012年被Technip公司收购,具有70多年乙烯裂解炉技术经验,已对外许可建设100多套装置。其裂解炉辐射段炉管属于变径不分支构形,近年多采用的USC-U炉型,其炉管管径相对较小,处理能力较小,但停留时间短,选择性高,多采用双辐射段设计。尤其是近年USC技术采用陶瓷炉管,可使乙烷裂解制乙烯转化率达到90%。国内新浦化学采用S&W乙烷裂解制乙烯技术建设的65万吨乙烯装置,预计2019年中建成。近年业绩包括Sasol美国150万吨乙烷裂解制乙烯工厂、美国CPchem150万吨乙烯厂,沙特拉比格120万吨乙烷裂解制乙烯工厂等。

6、美国KBR技术

KBR裂解炉博采Kellogg、Brown&Root和Exxon三方技术优势,形成SCORE裂解炉,形成停留时间最短、裂解温度最高(880-900℃)、选择性高的毫秒炉,有SC(SCORE Cracker)-1、SC-2和SC-4三种形式,为单炉膛构型,裂解原料可适应从乙烷到VGO,单炉能力可达20万吨。SC炉型无单独乙烷炉,乙烷和其他烃类可在同一炉管内裂解。应用KBR技术建设的乙烯装置产能合计约1300万吨。近年,BP与Ineos在美国Chocolate Bayou的合资烯烃厂采用5台SCORE20万吨乙烷/丙烷/石脑油复合裂解炉,Sabic公司Kayan项目采用9台SCORE裂解炉。

中国发展乙烷裂解制乙烯的两个关键问题

1、原料供给的稳定

目前,全球约99%的乙烷用于生产乙烯。根据美国EIA统计和预测,美国2018年第四季度乙烷产能为180万吨/日,预计2019年为198万桶/日,2020年上升至219万桶/日;在消费方面,2018年为147万桶/日,2019年达到166万桶/日,2020年将达到182万桶/日,届时可供出口乙烷约37万桶/日,折合870万吨/年;到2025年,供给将增加到5600万吨,需求约4000万吨,出口将达到1600万吨。2019年1月,美国乙烷公司位于美国德州博蒙特市的马丁码头乙烷出口中国终端破土动工,三年后该码头将投入运行。目前,国内规划的乙烷裂解制乙烯项目,仅新浦化学和卫星石化的进口乙烷原料得到落实,其他项目除中国石油采用自产轻烃外,大部分为美国进口乙烷原料。

2、原料价格的优势

由于乙烷通常从天然气(页岩气)中提取,国际乙烷价格自2009年以来与天然气价格紧密挂钩,天然气市场在一定程度上驱动了乙烷价格。国内规划的乙烷裂解制乙烯项目大部分计划进口美国乙烷,通常美国乙烷价格为市场价格加上分离费用、管输预费用、码头操作费和运费等。虽然当前价格较低,但未来可变成本难以预测。通过有关机构对美国乙烷的地板价和天花板价进行的预测,乙烷价格的上限通常由乙烯的完全生产成本决定,最终由美国乙烯的价格决定;下限则由管道公司的成本决定,预计美国出口乙烷价格将长期处于200-300美元/吨的水平。

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