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[资源分享] 清华大学教授魏飞以原油直接裂解制烃产品技术

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为了生产烯烃和芳烃,传统石脑油催化裂解制烯烃和芳烃工艺不得不配套大型炼油装置,导致其工艺流程长、投资大、能耗高,而且产品中的柴油、煤油、瓦斯油、高沸点残留物等占比超过70%,而用于生产烯烃和芳烃的石脑油占比仅为20%。为了获取更多化学品,企业不得不配套更大规模的炼油装置及重油与柴油加氢装置,致使烯烃和芳烃的生产成本大幅增加。那么,能否绕过炼油过程,以原油直接裂解制烃产品呢?

多年从事该项技术研究的清华大学教授、教育部长江学者特聘教授、北京市绿色化学反应工程和技术重点实验室主任魏飞及他的合作者已经开发出原油制烯烃芳烃技术工艺。

 

发表于 2020-9-22 20:06:18

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原油直接裂解制烃产品,其核心是利用原油重质化条件下的原料直接生产化工平台化合物。由于原料与产品的氢碳比总体平衡,如果从反应机理上避免高温自由基反应及脱氢反应,就可以避免目前石油化工生产过程对于中间产物的反复加氢、裂解等一系列低效、非原子经济性的循环过程,实现优异的原子经济性,也使得项目的投资强度和能耗大幅降低,收益显著提高。

我们搞的原油直接裂解制烯烃与芳烃的反应条件比较苛刻,反应机理也更复杂。它是在超过600摄氏度、催化剂/原油比大于15千克/千克、催化剂与原油接触反应时间小于1秒的条件下,原油在平推流多相反应器中,经裂解、脱氢、芳构化等一系列反应,生产出烯烃、芳烃及其他化学品,整个过程是正碳离子与烃池反应机理的组合。由于反应及物料停留时间极短,在很大程度上避免了高温自由基反应与脱氢、芳烃缩合反应,从而大幅提高了烯烃、芳烃收率,降低了结焦率。

 

发表于 2020-9-22 20:06:57

 

 

 

Peterpaul彼得保罗
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有四大显著优势:

一是裂解原料为原油而非石脑油、轻柴油或加氢尾油,省去了传统石油制烯烃、芳烃工艺必须配套的能耗、氢耗巨大的重油加氢裂解单元,整个装置的能耗、氢耗会明显下降。
二是传统的催化裂化制备烯烃、芳烃工艺,主要产品是油品,而烯烃和芳烃被沦为副产品且收率较低。以重油催化裂化为例,仅可得到5%的丙烯。而原油直接裂解制烯烃和芳烃技术正好相反,它以生产烯烃、芳烃等化学品为主,化学品收率接近70%~80%,汽油柴油产率极低。
三是所得产品中,除乙烯以外的干气低、结焦低,柴油、油浆量很少;所得汽油中单环芳烃含量超过45%,直接抽提芳烃后,可继续回炼得到烯烃、芳烃,进一步提高烯烃、芳烃产品的收率。
四是由于整个过程的原料与产品总体氢碳比是平衡的,避免了目前石化生产过程中大量的氢气、甲烷生成及对于中间产物反复加氢、裂解等低效非原子经济性循环过程,实现了优异的原子经济性,因此,投资强度和能耗大幅下降,项目收益率显著提升。

 

发表于 2020-9-22 20:07:25

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RedLee_ZZHIVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP上海市
头衔:  TA暂未设置 
只想知道和美孚的工艺是不是类似

 

发表于 2020-9-22 20:20:49

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在成品油生产收益递减的困境下,原油制化学品 (COTC) 技术可能成为炼油商下一个发展方向。近年来,一些公司开始通过对传统炼化工艺集成创新或直接颠覆传统炼油工艺流程,将炼化一体化提升到原油制化学品(Crude Oil  详情 回复 发表于 2020-9-22 21:46
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:原油直接裂解制烯烃和芳烃不仅对原油性质有一定要求,对催化剂性能的要求更高。

对于原油,要求其重金属含量不能太高,镍+钒的含量最好小于百万分之三,从而确保脱氢与芳烃缩合反应速度得到抑制。另外,低碳烷烃含量也不能太高,如小于碳12的烷烃含量不高于30%。这与低碳烷烃的催化裂解催化剂的活性不够好相关。最好采用石蜡基含氢量高的重油作原料,尽量避免使用催化或焦化柴油或重油加氢尾油做原料。这是因为若原料中重金属含量高或氢含量过低,将严重影响烯烃收率;若采用催化或焦化柴油、重油加氢油作裂解原料,则烯烃、芳烃的收率会下降。

至于催化剂,不仅要求其活性高、裂化原油的能力强,还要求其对烯烃、芳烃有良好的选择性。同时,要求催化剂的表面为结焦低的介孔结构。

 

发表于 2020-9-22 20:53:17

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原油直接裂解制烯烃和芳烃技术实现产业化的难点主要有3个:

一是在温度超过600摄氏度、剂油比超过15千克/千克且不到1秒钟接触时间的苛刻条件下实现原油催化裂解,需要显著抑制返混,降低结焦和干气的产生,从而对新型反应器结构与过程控制提出了严格要求。
二是在大剂油比条件下,传统催化裂化反应再生系统(简称反再系统)下的返混大、容易产生噎塞,在不稳定流化区域操作难度很大,需要开发新的特殊的下行式多级逆流流化床反应器。
三是所开发的催化剂在高温下必须同时具备良好的活性、稳定性和对烯烃、芳烃的高选择性。

 

发表于 2020-9-22 20:53:43

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经过不懈努力和试验,原油直接裂解制烯烃和芳烃所需的高效专用催化剂制备技术我们已经攻克。我们开发的下行床柔性重油催化裂化/裂解技术在中国石化集团济南炼油厂15万吨/年工业试验成功应用后,还开发出具有完全自主知识产权的原油直接裂解制烯烃、芳烃关键核心技术——多级逆流下行式反应器,并完成了10千克/小时全流程试验。我们的合作伙伴——沙特阿拉伯国家石油公司(简称沙特阿美)则完成了下行床反应器的百万吨级工业试验并在韩国完成了120万吨/年工业示范,积累了较为丰富的工程化经验和过程控制数据。至此,制约原油直接裂解制烯烃、芳烃的三大难题我们基本解决。目前,我们与沙特阿美正通力合作,发挥各自优势,加快技术的优化和工业化进程。

 

发表于 2020-9-22 20:54:01

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国内石化行业探索原油直接裂解制烯烃、芳烃技术已经有很长时间了,最早可以从上世纪60年代引进砂子炉进行原油直接裂解算起。但当时由于砂子炉工程问题突出,再加上是以热裂解为核心的技术,并未取得预期的效果。由于传统炼油-乙烯(化工)一体化项目不仅工艺流程长、投资大,而且所得产品以柴油、汽油、煤油等燃料油为主,只有副产的20%左右的石脑油才能作为生产烯烃、芳烃的原料,导致市场短缺、附加值高的烯烃、芳烃产品长期供不应求。尤其化学品需求量巨大且持续增长的亚太地区,烯烃、芳烃的供需矛盾一度十分突出。在这种情况下,原油直接制烃产品成为石化行业关注的重点。

 

发表于 2020-9-22 20:54:21

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2000年,中石化洛阳石化工程有限公司成功开发出重质油裂解制烯烃技术;2010年3月,中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院推出重油催化热裂解制烯烃技术。这两项技术既是原油直接裂解制化学品的探索和尝试,也可以看作是原油直接裂解制化学品的雏形。但由于相关技术对于原油结焦、重金属沉积、反应传热、催化剂失活等诸多工程问题一直难以解决,加之此前国内成品油供应不足、利润可观,石化企业少产油多产化学品的积极性不高,导致原油直接裂解制化学品技术此后一直停滞不前。

 

发表于 2020-9-22 20:54:38

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随着可再生能源及电动车的发展,全社会对汽油、柴油的需求增长放缓,成品油供大于求矛盾开始显现并不断加剧,石化企业对开发能够多产化学品少产成品油的原油直接裂解制烃产品技术的热情再度升温。同时,清华大学在下行床柔性重油催化裂化/裂解方面与中国石化集团济南炼油厂取得了15万吨/年工业试验的成功,我国现代煤化工快速发展为煤气化过程中下行床的广泛使用积累了诸多工程经验,日本相关企业及沙特阿美在百万吨级下行床技术工业试验方面取得了工程化的长足进步,国内外企业的这些探索均为原油直接裂解制烃产品技术的开发创造了条件、提供了支撑。2015年7月,我们开始与沙特阿美合作开发以多级逆流下行式反应器为核心的平推流式下行床原油直接裂解制烃产品技术。

 

发表于 2020-9-22 20:55:08

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RedLee_ZZHI 发表于 2020-9-22 20:20
只想知道和美孚的工艺是不是类似

在成品油生产收益递减的困境下,原油制化学品 (COTC) 技术可能成为炼油商下一个发展方向。近年来,一些公司开始通过对传统炼化工艺集成创新或直接颠覆传统炼油工艺流程,将炼化一体化提升到原油制化学品(Crude Oil to Chemicals,简称COTC)的新水平。基于目前技术现状及未来技术发展趋势,COTC技术可分为原油最大化制化学品和原油直接制化学品两类。从原油转化为基本石化原料的收率看,各工艺路线大致为:传统燃料型炼油厂5%~10%,常规炼化一体化工厂10%~20%,原油制化学品工厂超过40%甚至可能达到80%。

 

发表于 2020-9-22 21:46:16

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原油直接制化学品(烯烃),以埃克森美孚为代表



埃克森美孚开创了COTC项目的先河。该公司位于新加坡裕廊岛的100万吨/年乙烯装置是全球首个COTC项目。2014年1月,埃克森美孚在新加坡化工厂投产了原油直接蒸汽裂解制烯烃装置,可以从原油直接生产100万吨/年乙烯。该项目与其炼油厂整合在一起,不仅共享公用工程,而且可从炼油厂获得重质燃料原料用于烯烃的生产。
  

埃克森美孚原油直接蒸汽裂解制烯烃技术(流程示意图见图1)的最大特点就是省略了常减压蒸馏等炼油装置,使得工艺流程大为简化。

 

发表于 2020-9-22 21:46:56

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其创新点在于,完全绕过常规炼油过程,将原油直接供给蒸汽裂解炉,并在裂解炉对流段和辐射段之间加入一个闪蒸罐。



埃克森美孚新加坡工厂的原油加工能力接近3000万吨/年,基本石化原料生产能力超过800万吨/年,收率约为24%。

 

发表于 2020-9-22 21:47:12

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埃克森美孚新加坡原油直接制烯烃流程示意图

 

发表于 2020-9-22 21:49:28

360截图20200922214647930.jpg

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huanghongVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP山东省
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这技术,牛!!!

 

发表于 2020-9-23 14:40:43

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