未来世界乙烯工业的发展趋势

《未来世界乙烯工业的发展趋势》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

未来世界乙烯工业的发展趋势山东理工大学化学工程学院乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75%以上，在国民经济屮占有重耍的地位。乙烯还应用于农业领域，牛物领域。世界上将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。乙烯是重要的有机化工基本原料，主要用于生产聚乙烯、乙丙橡胶、聚氯乙烯等；是石油化工最基本原料之一。在合成材料方面，大量用于生产聚乙烯、氯乙烯及聚氯乙烯，乙苯、苯乙烯及聚苯乙烯以及乙丙橡胶等；在有机合成方面，广泛用于合成乙醇、环氧乙烷及乙二醇、乙醛、乙酸、丙醛、丙酸及其衍牛物等多种基本有机合成原料；经卤化，可制氯代乙烯、氯代乙烷、漠代乙烷；经齐聚可制Q■烯绘，进而生产高级醇、烷基苯等。乙烯还主要用作石化企业分析仪器的标准气。乙烯还用于医药合成、高新材料合成。目前全世界乙烯生产能力己经达到156.45Mt/a,其中亚太地区占26.66%,东欧和前苏联地区占7.21%,中东和非洲地区占9.93%,北美地区占51.10%,南美地区占3.88,西欧地区占21.22%0石油化工是推动世界经济发展的支柱产业之一，而乙烯工业作为石化工业的龙头具有举足轻重的地位。随着世界经济的发展，低级轻姪的需求呈逐年增加的趋势。据有关统计数据，随后几年内，伴随着乙烯衍生物的需求增长，乙烯生产能力将以每年4.2%的速率增长。如今传统的乙烯技术发展已经日趋完善，短时间内并不能取得重大进 展与突破的情况下，新工艺的研究开发与使用将会是未來乙烯工业技1山东理工大学化学工程学院术的主要发展趋势。目前在乙稀生产新工艺的研究方血有关乙烯原料的轻质化在不断进步，例如目前的1.乙烷催化脱氢制乙烯技术烷坯在固定床反应器中催化脱氢已实现了工业化。20世纪80年代初期，美国UOP公司将催化脱氢与釦重整中连续再生技术相结合，成功地开发了用于低级烷炷催化脱氢的0leflex工艺，该工艺用于乙烷催化脱氢，乙烷转化率为25%时，乙烯选择性达98%~99%。该方法的优点是产品单一，并能副产大量氢气，非常适合如今的生产。DowChemicals公司开发了一种乙烷脱氢制乙烯的工艺，自称乙烷单程转化率达到50%,乙烯选择性为86%。而与传统的蒸汽热裂解工艺相比，乙烯选择性比较高，但乙烷转化率略低（传统蒸汽裂解工艺的乙烷转化率为60%或更高），反应产物中不含乙烘和丁二烯，不需纯化即可直接用于乙苯生产。该工艺技术的核心是一种稼、锌改进的丝光沸石催化剂、反应温度700°C,反应条件较蒸汽裂解工艺温和，这样可以延长设备寿命、减少维修、降低能耗。虽然乙烷催化脱氢的工艺流程和催化剂技术较为成熟，但其受热力学平衡的限制，乙烯收率难以提高。为解决此问题，曾有人提出采用膜反应器，以打破化学平衡、提高目的产物的收率，该技术尚处于探索Z中。2.乙烷催化氧化脱氢制乙烯技术绘类氧化脱氢制乙烯是20世纪60年代开始发展起来的一种方法。乙 烷氧化脱氢反应与热裂解反应相比，变吸热反应为放热反应，能耗降2山东理工大学化学工程学院低。可以用于该反应的氧化剂有02、N20和C02等，有人还提出采用S02、S0C作催化剂，但结果不理想，以02或C02为氧化剂的乙烷氧化反应发展前景最好。用于该工艺的催化剂主耍有碱金属氧化物、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物。(1)DOWChemicals公司的专利技术自热条件下的催化氧化脱氢由于有效地利用了热能，因而具有很大的吸引力。DowChemicals公司最近公布了一项乙烷在自热条件下催化氧化脱氢制取乙烯的专利技术，据称该工艺可有效降低乙烯的生产成本。将乙烷/氧气/氢气组成的原料气先预热到275°C,随后在固定床中于0.14MPa>空速125752h-l条件下，在以MgO为载体的Pt/Cu催化剂作用下进行反应，在数秒内反应温度自发升到925°C,并在反应过程中持续保持这种状态。在自热状态下，当乙烷的转化率为75%时，乙烯选择性为81%。虽然其选择性与蒸汽裂解法相近，但其转化率比蒸汽裂解法的转化率(65%)高得多。该工艺的主要副产物是CH4、CO和C02。原料气中含有的氢气可以促进乙烷的转化，同时可减少深度氧化物的产生。该反应的放热特性可免除使用传统裂解工艺所需的大型、昂贵的裂解炉。该工艺的反应器是一种简单的外壳式反应器，内有催化剂，采用125752h-l的高空速，停留时间约为30ms,而在蒸汽裂解炉屮的停留时间约为0.1-0.4so在同等产能和规模情况下，该工艺的反应器可比蒸汽裂解炉更小，价格更便宜。此外，Dow Chemicals公司还透露了一项流化床设计改进技术，该技术生成乙烯的选择性比固定床体系略高(达到83%)。一般而言，由于流化3山东理工大学化学工程学院床工艺中反应物存在返混现象，所以比固定床工艺的乙烯选择性要低,但该流化床技术却并非如此。该流化床反应器的另一优点是，可以更容易地将放热过程中的热量进行回收，几乎不结炭。(1)SaudiBasicIndustries公司的专利技术SaudiBasicIndustries(Sabic)公司公开了一种改进的乙烷催化氧化脱氢制乙烯的催化剂，在制得乙烯的同时，乙烷气相氧化又可制得乙酸。该技术的核心是一种分子式为Mo2.5Vl.ONbO.52Px的磷改性钳铝帆酸盐催化剂,其中磷含量(x)的最优值为0.0|-0.06o乙烷和空气(体积比15/85)在260°C、1.4MPa表压(GHSV1100h-l)的条件下通过上述催化剂(x=0.042),牛成乙烯和乙酸的选择性分别为49.9%和10.5%,乙烷转化率53.3%。当x>0.06时，乙烷转化率下降，乙烯选择性显著增加，乙酸选择性相应下降。当乙烷转化率为20%时，乙烯和乙酸的选择性分别为72%和12%。因此，一套年产l.OOMt乙烯的装置同时可生产世界级规模的乙酸(0.357Mt/a)0尽管该工艺乙烯的选择性小于乙烷蒸汽裂解通常获得的选择性(80%),但可副产大量的乙酸，因此抵消了这一弱点。从原料成木的角度看，乙烯・乙酸装置很有吸引力，但是其存在操作压力高(表压1.4MPa,而蒸汽裂解仅为0.07~0。14MPa)和投资成本高的问题。另外，此技术的广泛应用要求乙酸的需求增长与乙烯的需求增长同步。(2)UniversityofMinnesota的专利技术UniversityofMinnesota的研究者们开发出一种环境友好的生产乙烯的 新方法一部分氧化工艺。该方法与蒸汽裂解技术相比，可使装置4山东理工大学化学工程学院小型化和简单化，并可减少C02和其它废物的排放，其生产效率非常高，不产生焦炭，催化反应炉炉管比较短。采用某种钳锡催化剂和大量的氢气，通过乙烷的部分氧化制得乙烯，转化率大于70%,选择性大于85%,反应速率比蒸汽裂解快100-1000倍，反应仅需Ims0该工艺不同于早期的氧化反应，是以氢气作为一种原料，并采用负载型钳锡催化剂代替均相催化剂。在实验装置上，原料通过直径为18mm的炉管，可日产乙烯13.6kg。采用直径为1.22m的反应炉可日产乙烯100t,还能增至lOOOto3•乙烷氧化裂解制乙烯技术乙烷氧化裂解制乙烯与乙烷催化氧化脱氢制乙烯相比，高温条件下两者的乙烷转化率和乙烯收率相当，但由于前者不采用催化剂而降低了生产成本，同时避免了催化剂失活和结焦问题。因而引起人们的研究兴趣。利用乙烷热裂解与非催化氧化脱氢偶合來减少裂解能耗并减轻结焦，利用乙烷热裂解的吸热反应、乙烷氧化脱氢是放热反应的原理，将两者结合在一个反应器中同时发生，可大量减少外界供热，并减轻结焦。乙烷在有限的氧气（浓度远低于爆炸极限）存在下裂解，通过调节工艺条件，特别是温度和氧气/乙烷比，使整个工艺几乎成热中性、轻微放热或轻微吸热。还有中国科学院大连化学物理研究所在乙烷脱氢制乙烯方面的研究取得了很多成果。最近的研究结果为：在800-850°C.乙烷和氧气体积比为2的条件下，加人摩尔分数50%~70%的惰性气体，适当控制反应，乙 烷转化率可达到93.6%,乙烯选择性为62.6%,乙烯5山东理工大学化学工程学院收率达58.6%。这些技术的研究与发展将会使未来乙烯工业将会在原料方面轻质化、多样化发展，而且乙烷的使用率也将大大提升，预计将來几年全球裂解装置以乙烷为原料的乙烯产量将会持续增长。6