恒力石化煉化一體化項目裝置技術分析

李 濤

(中國石化揚子石油化工有限公司,江蘇 南京 210048)

恒力石化公司是恒力集團的子公司,恒力石化煉化一體化項目(以下簡稱恒力煉化)位于遼寧大連長興島(西中島)石化產業基地,該基地是國家重點支持的七大石化產業基地之一,預計到2030年,煉化一體化原油一次加工能力將達到40 Mt/a,遠景規劃60 Mt/a[1]。文章闡述了該煉化一體化項目的具體裝置規模、技術來源、原料及產品方案、工程建設情況等,為相關煉化企業項目建設提供借鑒和參考。

1 恒力煉化裝置技術分析

1.1 項目簡介

恒力煉化是國家針對民營企業開放的第一個重大煉化項目,該項目原油一次加工能力為20 Mt/a,加氫規模為23 Mt/a,總投資739.8億元,占地面積5.68 km2,加工原料設計為沙重原油、沙中原油、馬林原油,采用常減壓、加氫裂化、芳烴的全加氫工藝路線,芳烴聯合裝置規模為4.50 Mt/a(以二甲苯產量計)。恒力煉化在國內首次采用沸騰床渣油加氫裂化技術,以4.50 Mt/a芳烴聯合裝置和9.60 Mt/a連續重整裝置為核心,配套烷基化、異構化、甲基叔丁基醚(MTBE)裝置,產品方案包括:4.50 Mt/a對二甲苯(PX),0.97 Mt/a純苯,9.93 Mt/a汽油、煤油及柴油(包括4.61 Mt/a國V汽油、1.61 Mt/a國V柴油、3.71 Mt/a航空煤油),1.63 Mt/a化工輕油,0.54 Mt/a潤滑基礎油,0.50 Mt/a硫磺,0.85 Mt/a聚丙烯,0.35 Mt/a乙酸等。

1.2 主要裝置規模及技術

恒力煉化主要裝置包括:20.00 Mt/a常減壓和11.50 Mt/a重油加氫裝置(含柴油加氫、蠟油加氫和沸騰床渣油加氫裝置),2套2.25 Mt/a芳烴裝置,3套3.20 Mt/a重整裝置,1.30 Mt/a混合脫氫裝置等工藝裝置,均采用了世界上最先進的工藝包,包括Axens、Chevron、Lummus、GTC、Grace、Topsoe、杜邦、UOP、Linde等國際知名公司的工藝技術包。恒力煉化主要裝置規模及技術來源見表1,1.50 Mt/a乙烯項目和11.60 Mt/a精對苯二甲酸(PTA)的主要裝置規模及技術來源分別見表2～3。

表1 煉化一體化項目主要裝置規模及技術來源

續表1

表2 1.50 Mt/a乙烯項目主要裝置規模及技術來源

表3 11.60 Mt/a PTA裝置規模及技術來源

1.2.1 煉油和芳烴裝置

恒力煉化2套3.2 Mt/a沸騰床渣油加氫裂化裝置,采用Axens公司的H-Oil工藝,以減壓渣油為原料,生產石腦油、柴油、蠟油、未轉化油等中間產品,同時副產部分低分氣、干氣等。2套裝置生產的未轉化油合并后進入溶劑脫瀝青單元,采用未轉化油+溶劑脫瀝青裝置的組合工藝,減壓渣油的轉化率可達90%。

Axens將為該項目提供以下整套的專有技術,具體包括:(1)采用H-Oil沸騰床技術的2套平行系列減壓渣油加氫轉化裝置,采用Solvahl脫瀝青工藝加工未轉化渣油的1套組合裝置,來自Solvahl裝置的瀝青將被用作相關的氣化裝置的進料;(2)2套HyK加氫裂化裝置,用于加工直餾減壓餾分油以及來自H-Oil RC裝置和Solvahl裝置的脫瀝青油;(3)按最大化石腦油生產模式用于加工常壓瓦斯油的2套平行系列的加氫裂化裝置;(4)1套石腦油加氫處理裝置,3套平行的采用連續催化再生-重整工藝,石腦油最大化地生產芳烴的Aromizing裝置,采用Eluxyl 1.15技術的PX凈化裝置,采用Oparis技術的PX異構化裝置和1套MTBE裝置。

減壓渣油約為原油的20%左右,是決定煉廠重油深加工、利潤空間大小的關鍵。過去,渣油只能用于生產低附加值的瀝青、焦炭,而要將渣油轉化為輕質油品又能避免產生焦炭的唯一途徑是加氫。目前,世界上渣油加氫工藝類型有四大類,即固定床、沸騰床、移動床和漿態床渣油加氫,已工業化的技術有固定床、沸騰床和移動床3種,技術比較見表4。

表4 現有工業化渣油加氫技術比較

從表4可以看出:在渣油處理上,恒力煉化采用國際最先進且有成熟應用案例的沸騰床渣油加氫工藝,渣油轉化率高達90%,可保證以重質原油為原料的同時,最大限度地將低附加值產品轉化為高附加值產品。

1.2.2 蒸汽裂解裝置

蒸汽裂解裝置的公稱規模為1.50 Mt/a(以產品計),年操作時間為8 000 h,可生產聚合級乙烯1.50 Mt/a,聚合級丙烯0.40 Mt/a,裝置的操作彈性為60%～110%。蒸汽裂解裝置計劃每5年停車進行一次大檢修,其他化工裝置也將同步進行停車檢修。

蒸汽裂解裝置除了乙烯主裝置外還包括干氣回收系統、廢堿氧化單元、變壓吸附制氫單元及乙烯低溫儲罐區。其流程主要特點如下:(1)采用超選擇性USC裂解爐,輕質原料、重質原料均可適用,烯烴收率高,熱效率高,爐管壽命長。(2)采用線性急冷換熱器(SLE),絕熱體積最小;停留時間短;結焦程度非常低,不需要離線清焦。(3)采用熱集成與組分精餾組合技術的HRS熱集成精餾系統;采用雙塔前脫丙烷、前加氫和雙塔高壓脫甲烷流程;投資降低,工藝競爭力增強;采用熱泵技術,降低了冷劑耗量,能耗降低。(4)采用Technip集團S&W公司的煉廠干氣回收(ROG)技術,與乙烯主裝置深度聯合,依托主裝置的乙烯、丙烯制冷系統及公用工程與輔助系統,將煉廠干氣通過壓縮機增壓,采用乙烯主裝置的丁烷原料為吸收劑,經過深冷、吸收分離塔系得到C2氣相、C3/C4液體、C5液體分別作為裂解爐原料。ROG分離出的主要含甲烷、氫等高熱值組分的尾氣送到界外燃料氣管網。(5)采用中國石化開發成功的國產化乙烯低溫罐技術,該技術已在武漢0.80 Mt/a乙烯裝置的低溫罐(設計容積為2×104m3)建設中成功應用。乙烯低溫罐的貯存時間按5 d設計。

1.2.3 烷基化裝置

300 kt/a烷基化裝置是我國首套全異丁烯進料烷基化裝置,采用質量分數100%的異丁烯為原料,生產高質量烷基化油,用于調和汽油。采用杜邦清潔技術公司專有的STRATCO烷基化和廢酸再生(SAR)烷基化技術。該烷基化裝置將采用杜邦公司最新XP2專利技術,用于STRATCO接觸反應器,最大限度地提高該裝置管束傳熱面積的有效性和效率,提高烷基化油的質量。2019年4月29日裝置順利投產,產品研究法辛烷值為95,烷基化油收率95%,干點低于205 ℃。

1.2.4 丙烷和異丁烷脫氫裝置

該裝置是目前最大的單一系列脫氫裝置,加工原料為300 kt/a丙烷和600 kt/a異丁烷,采用CB&I公司的Catofin催化脫氫技術、Catofin催化劑和發熱材料(HGM),聯合生產丙烯和異丁烯。Catofin技術允許對多個進料組成進行共處理。除了轉讓該技術外,CB&I與Chevron的合資企業CLG公司還為該項目轉讓了Sodewaxing催化異構化和Isofinishing加氫精制工藝。

1.2.5 裂解汽油加氫裝置

350 k/a裂解汽油加氫裝置加工蒸汽裂解裝置副產的粗裂解汽油,生產C6～C8加氫汽油產品,并副產不加氫的C5餾分和C9餾分。采用中國石化工程建設有限公司(SEI)的裂解汽油加氫工藝技術。裝置公稱能力(年處理粗裂解汽油量)350 kt/a,實際粗裂解汽油進料量為372 kt/a,年操作時間8 000 h,裝置操作彈性60%～110%(按實際進料量計)。

裂解汽油加氫裝置擬采用中心餾分加氫工藝。自界區來的粗裂解汽油在本裝置中先進行C5和C9餾分的分離,中心餾分C6～C8經兩段加氫處理后,進行進一步分離,其中C6和C7組分作為加氫汽油送煉化一體化項目芳烴裝置處理,C8作為汽油調和組分。C5和C9餾分作為有機化工原料外賣,有很好的經濟價值,進一步分離可做橡膠或石油樹脂的原料。工藝技術特點為:(1)適應寬餾分的一段加氫單床層工藝,適用于液相加氫,反應起始溫度低、雙烯加氫選擇性高、床層溫度分布均勻,催化劑運行周期長;(2)適應低硫原料的二段加氫復合床工藝,適用于氣相加氫,反應起始溫度同比降低10～20 K,可耐受階段性低硫原料沖擊,催化劑空速較高、脫硫脫氮性能好、烯烴加氫率高、芳烴損失少,再生周期長;(3)采用高效氣液分布器,解決一段加氫反應器的大型化設計;(4)采用高效換熱器回收反應熱,優化換熱網絡,裝置能耗達到國際先進水平;(5)分餾塔采用抗堵及結焦抑制技術,清焦周期長。

1.2.6 丁二烯抽提裝置

140 kt/a丁二烯裝置擬采用中國石化的N-二甲基甲酰胺(DMF)技術,以蒸汽裂解裝置提供的混合C4為原料、DMF為溶劑,采用兩段萃取精餾,分別除去丁烯、丁烷等難溶組分和乙烯基乙炔等易溶組分,得到的粗丁二烯經水洗塔脫除溶劑后,再采用兩級普通精餾分別脫除甲基乙炔、水合1,2-丁二烯、順-2-丁二烯、C5等物質,最終得到合格的聚合級丁二烯產品及副產品抽余C4等。裝置年操作時間按8 000 h計,操作彈性為生產能力的60%～110%。

工藝技術方案及特點如下:(1)以DMF為溶劑,對C4的溶解度和選擇性高,產品收率和純度高;(2)溶劑不易與C4形成共沸物,因此易于精制和回收;(3)溶劑飽和蒸氣壓低,損失少;(4)操作條件下對碳鋼的腐蝕性小;(5)不需控制系統溶劑含水平衡,無側線塔,塔系間互相關聯影響少,操作簡單,容易達到控制指標;(6)采用夾點技術對溶劑余熱的利用加以優化,重組溶劑余熱利用系統,將汽提塔塔底排出的熱溶劑經過多臺換熱器順序降溫換熱后,熱溶劑溫度從164 ℃降至55 ℃,溶劑余熱利用率接近95%;(7)利用蒸汽凝液作為換熱介質,更充分地回收蒸汽凝液和系統中的余熱;(8)焦油采用密閉方式處理,減少對環境的影響。

1.2.7 HDPE裝置

HDPE裝置采用德國Lyondell Basell公司的Hostalen工藝技術,生產規模為400 kt/a,年操作時間8 000 h,平均產量為50 t/h。裝置工藝界區由聚合單元、粉料處理、擠壓造粒、摻混料倉、己烷儲存、夾套水系統、烷基鋁單元、乙烯精制等部分組成。

工藝技術方案及特點如下:反應器可生產密度為0.943～0.965 g/cm3的產品,操作條件溫和,反應壓力約1.0 MPa、反應溫度76～86 ℃。通過采用并聯及串聯等不同形式生產單峰或雙峰產品,可生產高性能、多模態HDPE樹脂,具有行業領先的剛度/韌性、抗沖擊性、高抗應力開裂性能和加工性能的平衡。反應器容積大,采用夾套及外冷卻器兩種方式撤熱;工藝操作彈性高,穩定性好且生產靈活,產品牌號轉換快,時間短;對原料乙烯及共聚單體純度要求不高,不需要精制系統;采用己烷為溶劑,需要設置溶劑回收單元;聚合反應中有蠟生成,回收單元流程相對復雜。

該工藝技術的優點是操作條件較溫和,撤熱容易,烯烴單程轉化率高,產品切換快,高密度產品性能較好,可以生產雙峰產品;缺點是當聚合物溶解于稀釋劑中時,體系黏度升高,易形成粘壁現象。關鍵及特殊設備較多,因有稀釋劑存在,流程較氣相法長。

1.2.8 苯乙烯裝置

苯乙烯裝置采用貝吉爾公司的苯乙烯單體生產技術,由苯與乙烯烴化制乙苯單元和乙苯脫氫制苯乙烯單元兩部分組成。乙苯單元為EBMax工藝,苯乙烯單元為負壓脫氫工藝。裝置公稱規模為720 kt/a(以產品計),操作彈性60%～110%,年操作時間8 000 h。裝置年產720 kt苯乙烯單體產品,同時副產苯/甲苯、脫氫尾氣、混合渣油等。裝置自產的脫氫尾氣送往界區外的PSA裝置進行回收,混合渣油等副產品可在裝置內回收并加以利用,作為苯乙烯單元蒸汽過熱爐的燃料。

工藝技術特點如下:(1)EBMax工藝采用?？松梨诠镜拇呋瘎┮源龠M苯與乙烯的烷基化反應以及多乙苯與苯的烷基轉移反應,能夠有效阻止乙烯齊聚物以及異丙苯及正丙苯類乙苯產品雜質的生成。高烷基苯和重質副產品的生成也大為減少,避免了結焦帶來的催化劑活性損失。同時由于不發生齊聚反應,反應器尺寸、反應及精餾設備的操作費用降低。(2)貝吉爾苯乙烯生產工藝的優勢來自于采用了先進的脫氫催化劑以及先進的機械設計工具,如計算流體力學及有限元分析等。根據合作方及專利用戶的反饋,采用新的優化設計方法,使用先進的硬件,貝吉爾設計的每套苯乙烯裝置在可靠性方面都在持續提高。貝吉爾的苯乙烯工藝設計采用的脫氫催化劑可在非常低的水-油比下操作,同時能實現很高的選擇性。在延長催化劑使用壽命方面,貝吉爾可提供催化劑穩定技術。該技術通過維持催化劑中鉀促進劑的含量來顯著延長苯乙烯催化劑的使用壽命。

1.2.9 PP裝置

PP裝置設計能力為400 kt/a,采用Grace公司領先的SHAC齊格勒納塔PP催化劑。該項目是中國接受轉讓的22個UNIPOL PP工藝技術反應器生產線之一,Grace的UNIPOL PP工藝技術是一種全氣相法技術,具有業界最廣泛的產品能力和穩定可預測的操作。裝置的年操作時間為8 000 h,聚合系統的操作彈性為70%～110%,擠壓造粒系統的操作彈性是裝置設計的70%～130%,擠壓機的最大能力為33 t/h。裝置由兩條生產線組成,總計生產450 kt/a的均聚物、無規共聚物和抗沖共聚物熱塑性樹脂,一般抗沖產品和特殊抗沖產品的比例為1∶1。

1.2.10 EG裝置

1 800 kt/a EG裝置公稱規模為單線900 kt/a EG(以產品計),共兩條線。操作彈性60%～110%,年操作時間8 000 h。裝置采用美國SD公司的環氧乙烷(EO)/EG專利技術,以純氧和乙烯為原料,氧化反應生成EO,EO進一步水合生成EG的工藝路線,最終得到纖維級EG產品。裝置EO氧化反應催化劑采用高選擇性催化劑,催化劑設計使用壽命4年。

工藝技術方案及特點如下:(1)裝置運行靈活性好,既可采用專利商提供的催化劑,也可采用中國石油化工股份有限公司北京化工研究院開發的國產催化劑及其他商用催化劑。此外,循環水處理單元、二氧化碳脫除單元也可采用不同的國產化催化劑。(2)為避免催化劑運轉末期反應溫度高、副產物生成率也高的問題,EO反應器/氣體冷卻器采用一體化設計,可減少EO反應器和氣體冷卻器之間的停留時間,從而減少副產物的生成。(3)EO和二氧化碳的吸收采用一塔設計以減少設備投資,循環水回路中使用板式換熱器以減少設備投資,循環氣工藝排放采用乙烯回收單元以提高乙烯回收率。(4)采用改進的一乙二醇(MEG)塔再沸器系統,減少了再沸器結垢和清洗次數,提高了產品質量,延長了裝置操作時間。EG精制單元的塔內件采用最新的填料和塔盤,增加了分離效率,減少了操作費用。采用改進的碳酸鹽水洗系統,可使夾帶至EO反應器的碳酸鹽最小化,而且可回收熱接觸塔塔頂能量。(5)采用最新的儀表控制技術,增加了安全系統的安全性和可靠性,減少了假回路,從而延長年操作時間、提高年產量。對換熱系統網絡進行了新的優化,最大限度利用裝置內部物料之間換熱,從而減少了公用工程消耗。

1.2.11 C4加氫裝置

C4加氫裝置采用SEI的C4加氫工藝技術,設計產能為170 kt/a,裝置處理能力167.8 kt/a,實際進料159.4 kt/a。年操作時間8 000 h,操作彈性60%～110%。

國內外C4加氫技術主要分為選擇性加氫和全餾分加氫兩種工藝。SEI兩段加氫工藝包括一段加氫處理炔烴以及二烯烴和二段加氫處理單烯烴,同時副產不加氫的C4作為烷基化原料。裝置以丁二烯裝置來的抽余液和C4炔烴,煉油輕烴回收裝置來的粗異丁烷為原料,生產加氫丁烷作為乙烯裂解原料,副產不加氫的C4作為烷基化原料,主要生產裝置包括脫丁烷塔、一段加氫反應和二段加氫反應等單元。

工藝技術方案及特點如下:(1)適應寬餾分的一段加氫單床層工藝,用于液相加氫,反應起始溫度低,雙烯和炔烴加氫選擇性高,床層溫度分布均勻,催化劑運行周期長;(2)適應低硫原料的二段加氫復合床工藝,用于氣相加氫,反應起始溫度同比降低10～20 K,可耐受階段性低硫原料沖擊,催化劑空速較高、脫硫脫氮性能好、烯烴加氫率高,催化劑壽命長;(3)采用高效氣液分布器,分布性能好;(4)采用高效換熱器回收反應熱,優化換熱網絡,裝置能耗達到國際先進水平;(5)采用高效的浮閥塔盤或制造費用低廉的篩板。

1.2.12 PTA裝置

恒力煉化最初3條PTA生產線的總產能為6.60 Mt/a,其中首條生產線2012年投產,采用的是英威達P7技術,第4條和第5條生產線采用的是英威達P8技術,每條線的產能為2.50 Mt/a。

英威達P8技術為英威達的最新PTA技術,在能量綜合利用、原料單耗、噸產品加工成本方面領先業界。工藝技術特點如下:采用低溫氧化和專利的PTA母液PX萃取技術,降低氧化反應的燃燒損失,乙酸及PX消耗行業領先,產品對甲基苯甲酸含量低;能量回收效率更高,回收更多的電能;獨特的防結垢精制預熱器設計,實現長周期低蒸汽消耗;高效可靠的反滲透乙酸回收系統;低壓排氣處理達到最高環保標準;采用獨有的殘渣處理技術,高效回收鈷錳催化劑和高純度苯甲酸產品;積極推進主要設備的國產化,僅空壓機組、鈦攪拌機和部分儀表閥門需要進口。

2 原料及產品方案

恒力煉化一體化項目的原油加工方案為沙重原油12.00 Mt/a,沙中原油6.00 Mt/a,馬林原油2.00 Mt/a,平均原油指數(API)為27.62,硫質量分數2.26%,酸值0.33 mg/g。單從原料上看,恒力煉化一體化項目比類似項目苛刻,但是原油的采購成本更低。

重油加工路線:采用沸騰床渣油加氫裂化(H-Oil工藝)+溶劑脫瀝青組合工藝,直餾柴油和沸騰床柴油去柴油加氫,直餾蠟油、沸騰床蠟油和溶劑脫瀝青油去蠟油加氫,沸騰床加氫未轉化油去溶劑脫瀝青,部分加氫尾油去潤滑油異構脫蠟。該方案渣油轉化率達90%,可最大限度增產重整原料重石腦油。

石腦油來源:芳烴聯合裝置包含3套3.20 Mt/a連續重整裝置,重整原料主要來自石腦油加氫、柴油加氫裂化、蠟油加氫裂化裝置的重石腦油,此外還有少量外購原料作為補充。恒力煉化4.50 Mt/a的芳烴產能理論上需要消耗9.00 Mt/a石腦油,傳統煉油工藝石腦油收率僅為13%,而恒力煉化大幅提高至45%,在原油加工量不變的前提下,可以基本實現石腦油自給自足,解決外購石腦油瓶頸問題。

恒力煉化一體化項目原料與產品方案見表5,化工產品方案見表6,蒸汽裂解裝置主要原料見表7。

表5 煉化一體化項目原料與產品方案

表6 煉化一體化項目化工產品方案

續表6

表7 蒸汽裂解裝置主要原料

3 項目比較分析

從縱向產業鏈抗風險分析能力來看,該項目的建成為恒力煉化打造了“原油-芳烴、乙烯-精對苯二甲酸(PTA)、乙二醇-聚酯(PET)-民用絲(滌綸預取向絲POY、滌綸全拉伸絲FDY、滌綸低彈絲DTY)及工業絲、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)工程塑料、雙向拉伸聚酯薄膜(BOPET)-紡織”的完整產業鏈,具體產業鏈示意見圖1。

從橫向裝置先進性對比分析來看,恒力煉化項目的各裝置均采用世界先進工藝技術,與國內排在前列的大型煉化企業相比,在裝置規模上不相上下,單位產品綜合能耗水平優勢較明顯,具體比較數據見表8。

圖1 恒力煉化項目縱向產業鏈分析

表8 2022年裝置規模及能耗比較

4 結語

恒力煉化項目從規劃、設計、工藝包以至于環保,均采用世界上最先進的技術。該項目選用世界上最先進的渣油沸騰床工藝,具有渣油轉化率高、能耗低等特點,且全加氫工藝路線在油價穩步上漲背景下競爭優勢較明顯。采用美國德西尼布、SD等先進工藝技術,建設全球規模最大的乙烯、乙二醇、聚烯烴和苯乙烯等裝置。隨著恒力石化(大連)煉化有限公司煉化一體化項目的全面投產,恒力集團將實現“原油-芳烴、乙烯-精對苯二甲酸-聚酯-民用絲及工業絲、工程塑料、薄膜-織造”的完整產業鏈。對比全球大型煉化一體化生產基地,該項目的產品規劃設計超前,公用設施自己配套,加氫能力強,原料適應性廣,代表先進產能的方向,無論規模還是技術都處于國內領先。未來幾年隨著沿海各地與恒力煉化一體化項目類似的諸多民營煉化項目的陸續建成投產,國有企業長期具有的優勢將受到前所未有的挑戰,未來競爭不可避免,應從技術、產品、管理等各方面做好充分應對。