本科毕业设计

开题报告

题目：年产13.8万吨乙烯装置分离工段乙烯精馏工序工艺设计

院系：化学工程学院

专业：化学工程与工艺

班级：化工0703班

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指导教师：

论文提交日期：年月日

论文答辩日期：年月日目录

引言 (1)

第一章文献综述 (2)

1.1乙烯在国内外的生产状况 (2)

1.1.1国外状况 (2)

1.1.2国内状况 (4)

第二章主要研究内容 (6)

2.1乙烯原料的来源 (6)

2.1.1天然气 (6)

2.1.2炼厂气 (6)

2.2乙烯的生产工艺 (6)

2..3乙烯的分离技术 (7)

2.4乙烯的生产方法及工艺 (7)

2.5工艺流程 (7)

2.6乙烯精馏塔的工艺计算 (8)

2.6.1物料衡算 (8)

2.6.2热量衡算 (8)

2.6.3乙烯精馏塔的塔型与塔板的选择及塔计算 (8)

实验进度安排 (9)

参考文献 (10)引言

乙烯是石油化工最基础原料，是生产各种重要的有机化工产品的基础。由于乙烯装置是石油化工生产的有机原料的基础，是石油化学工业的龙头，所以它的生产规模，产量和技术标志着一个国家的石油化学工业的发展水平。随着世界经济的发展，低级烯烃的需求呈逐年增加的的趋势。面对新的形势，乙烯生产企业应该依靠技术创新，努力提高装置技术水平，以增强产品的竞争力。

今年来，世界乙烯装置规模大型化趋势愈加明显。2010年5月，全球最大的乙烷裂解装置在卡塔尔建成，该装置的设计乙烯产能为130万吨/年。随着裂解炉生产能力的提高，不但单位乙烯生产能力的投资下降，而且操作成本和维修成本也相应减少，从而降低了单位乙烯的生产成本。

我国乙烯装置普遍规模较小，其平均能耗、物耗也相应较高。对装置规模小、缺乏市场竞争力的小型乙烯装置，专家建议可借鉴大型乙烯装置改造的经验，进行扩能改造，形成中型乙烯装置以有效地提高现有装置竞争力。同时由于我国原油中轻质油含量普遍偏低，直馏石脑油和轻柴油一般只占原油的30%左右，因此，在我国发展重质油裂解技术研究具有极其重大的现实意义。

随着中国乙烯工业的发展，供需平衡关系将逐步得到改善，市场竞争则更加激烈。面对以市场国际化、资源国际化、技术与人才国际化、资本国际化为主要特征的经济全球化大趋势，市场占有率主要取决于产品品种、质量和成本。因此，每个乙烯厂应有各自的特色，形成自身的强势，如果只是简单地重复建设，产品结构雷同，则难以形成竞争优势。中国乙烯存在巨大的市场缺口和消费增长空间，国产乙烯的市场占有率一直较低。为缓解国内乙烯供应紧张，满足国内经济发展需求，虽然中国石油、中国石化和中海油加快实施乙烯扩能计划，但预计到2010年中国乙烯当量消费供需缺口将达1119万吨。从整体情况看，中国乙烯工业还有较大的发展空间。

第一章文献综述

1.1乙烯在国内外的生产状况

1.1.1国外状况

半个世纪以来，石油化学工业一直以高于国民经济生产总值的增长速度发展，许多国家还把它列为国家工业发展的重点。1960年世界乙烯产量为2910kt，1970年为19760kt，1980年达到34020kt．1990年达到56300kt。20世纪80年代末、90年代初，由于全球经济复苏，特别是亚洲发展中国家的经济迅速发展，对石化产品的需求大大增加，刺激了各国石油化工装置的增建和扩建。从1990年以来，一批新建和扩建的乙烯装置陆续投产，世界乙烯生产能力和产量均有较大的增长，到1992年世界乙烯生产能力已超过70000kt，1997年接近87000kt，产量达到78500kt。2006年，世界乙烯生产能力已达到126000kt。近年来全球乙烯需求量和生产能力见表1-1。

表1-1全球乙烯需求量和生产能力kt

年份乙烯需求量乙烯生产能

力年份乙烯需求量乙烯生产能

力

19977800087000200295000108000 199882000900002003100000111000 199987000950002004105000112000 200090000980002005107000120000 2001900001020002006115000126000由表1-1可见从2003年起乙烯需求稳步上涨：同时，自2003年以来世界乙烯产能缓慢，导致世界供应乙烯紧张，乙烯装置的开工率不断提高，2006年世界乙烯装置平均开工率达92%。

自2006年起，世界乙烯产能又开始新一轮扩张。预计2006~2011年世界乙烯产能将增加39430kt/a，年均增速为5.9%；同期乙烯需求年均增速为4.7%。到2011年世界乙烯产能将达1550kt/a（见表l-2）。其中，中东产能将增长17510kt/a，占世界乙烯产能总增量的44.4%，年均增幅高达19.8%；亚洲产能将增长17920kt/a．占45.5%，年均增幅为8.7%；而美洲和欧洲乙烯能力增长幅度则相对有限。

表1-22006—2011年世界乙烯生产能力增长情况kt/a 地区2001年2006年2007年2011年06~11年增

量北美洲33660349003481035100200

亚洲2692034510381405243017920

西欧225102398024380251801200

中东857011940145402945017510中东欧63006960701080201060

拉丁美洲4320499049905860870

非洲15201680 (23200)

大洋洲520560 (59030)

全球总计1043201195201230155039430石油化工受世界经济全球化影响，各地区生产能力比例变化明显，美国、西欧、日本支配世界石化工业的格局已不复存在。从最近几年的总体情况看，欧洲和北美的乙烯产能所占比重有所下降，而亚洲、中东及拉丁美洲所占比重逐步上升。世界乙烯生产已形成北美、西欧、亚太三足鼎立的局面，发展重点向亚太和中东地区转移。2001年北美、亚洲和西欧占世界产能的比重分别为32.3%、25.8%和21.6%，2006年则分别为29.2%、28.9%和20.1%；中东作为世界第四大乙烯产区，占世界产能的比重从2001年的8.2%增长到2006年的10%。

目前，美国是世界最大的乙烯生产国，2006年乙烯生产能力为28773kt/a，占世界的23.4%。中国2006年的乙烯生产能力为9840kt/a，已跃居世界第二位，排名仅次于美国，占世界总产能的8.2%。2006年世界十大乙烯生产国的产能总计80316kt/a，占世界的67.5%。

2006年世界十大乙烯生产商的产能总计为55056kt/a，占世界总产能的46. 1%。陶氏化学、埃克森美孚和沙特基础工业公司分别位居前三位。中国石化集团公司以5495kt/a的乙烯产能居世界第五位。

1.1.2国内状况

截至2007年底，我国共拥有19家乙烯生产企业，22套乙烯装置，乙烯生产能力接近lOOOOkt/a，达到9885kt/a；全国乙烯产量首次突破了千万吨大关，约为10280kt，已超越日本，仅次于美国，稳居世界第二。平均单套乙烯装置能力也达到454kt/a，已有数套乙烯装置单套能力达到世界级规模，如中国石化茂名石化公司、上海赛科、上海石化公司、齐鲁石化公司、燕山石化公司、扬子石化公司和扬子巴斯夫乙烯单套装置规模分别为lOOOkt/a、900kt/a、845 kt/a、800kt/a、710kt/a、650kt/a和600kt/a，中国石油吉林石化公司、兰州石化公司、大庆石化公司乙烯单套装置规模分别为700kt/a、700kt/a、600kt/a。其中，中国石化拥有11家乙烯生产企业（含赛科、扬巴），共12套乙烯装置，总的乙烯生产能力为6295kt/a（当年没有新增产能），占全国乙烯生产能力9985 kt/a（全国乙烯行业协会统计数据）的63%。中国石油拥有6家乙烯生产企业，共8套乙烯装置，总的乙烯生产能力为2710kt/a（2007年辽阳石化完成扩能改造，使其年产能从120kt/a增加到200kt/a），占全国乙烯生产能力9985kt/a 的27%。中海壳牌乙烯也于2006年1月建成投产，能力为800kt/a，原属于地方的盘锦乙烯现已属于兵器工业总公司。

2003年至2008年我国各乙烯企业的乙烯产量见表1-3。我国仅用4年时间就使乙烯产量从2003年的6118kt猛增至2007年破千万吨大关，为10278kt。2003。2007年4年间，我国乙烯产量的年均增长率达到13.8%。

表1-32003年至2008年我国各乙烯企业全年的乙烯产量国kt

企业名称2003年2004年2005年2006年2007年2008年

中国石化

4144.4944254.855549.43226330.9626693.9546359.354集团

燕山石化722.217801.279811.822820.014748.519783.9

齐鲁石化563.218456.492825.181838.8846.810800.378

扬子石化765.285812.544775.819755.044801.118743.608

上海石化948.311955.966962.367960.297869.441885.9

上海2#801.259787.928811.339792.239911.047765.934

上海1#147.052168.038151.028168.058158.394119.715

天津石化230.009227.852207.051.231.688225.544170.15

茂名石化390.018393.656348.123522.115962.559954.816

中原石化190.027209.199191.573214.466211.45174.767

广州石化170.108217.268213.626195.712210.677219.775

沈阳化工大学学士论文开题报告文献综述

北京东方165.301180.599177.51168.216160.05170.156上海赛科0977.9561002.94934.7大庆一化508.0556.016555.558516.698536.636581.537兰州石化681.751701.46兰化1#175.324238.651245.716240.056234.248223.372兰化2#447.503478.088辽化化一145.246141.759146.216132.42774.252173.848企业名称2003年2004年2005年2006年2007年2008年抚顺石化178.506175.026167.688179.662177.006165.791独山子235.921253.711261.418247.221239.229258.603吉林石化575.199580.817510.809751.809873.102794.107吉化1#150.39152.695143.737142.3134.345109.531吉化2#424.809428.122367.072609.166738.757684.576盘锦155.404165.532157.42518.56171.829122.567乙烯行业

6118.156266.3677539.1528579.3959447.7599157.267合计

中海壳牌5830.7841合计9224.39510278.4599998.267未来几年，中国将进入新一轮乙烯建设高峰，新山子石化公司lOOOkt/a 乙烯装置、抚顺石化公司800kt/a乙烯装置、福建炼化800kt/a乙烯装置、天津石化lOOOkt/a乙烯装置、镇海石化lOOOkt/a乙烯装置、四川彭州800kt/a乙烯装置、武汉800kt/a乙烯装置、华锦化工公司450kt/a乙烯装置等项目将相继投产。除此以外，有些石化企业正在酝酿新建乙烯装置，现有乙烯装置也在策划新一轮乙烯扩能。如果这些项目在2015年前全部建成，届时中国乙烯能力将超过20000kt/a。

第二章主要研究内容

2.1乙烯原料的来源

裂解原料的来源主要有两个方面，一是天然气加工厂的轻烃，如乙烷、丙烷、丁烷、天然汽油等；二是炼油厂的加工产晶，如炼厂气、汽油、煤油、柴油、重油、渣油等，以及炼油厂二次加工油，如焦化加氢油、加氢裂化油等。

2.1.1天然气

蕴藏在地层内的可燃像气体称为天然气，它的组成主要是甲烷，还含有乙烷、丙烷等低相对分子质量烷烃，和少量N2、H2、S2等非烃类车成分。

天然气分干气和湿气两种，干气的主要成分是甲烷，含甲烷在90%以上。湿气含90%以下的甲烷，其余成分是乙烷、丙烷和丁烷等烷烃，之所以称为湿天然气，是因为C2～C5这部分可以经压缩冷却得到液态的凝缩汽油。

2.1.2炼厂气

炼厂气是炼厂在石油加工过程中所得到的气体的总称，主要包括催化裂化气、加氢裂化气、焦化气、重整气。这些气体经汽油吸收后可得干气、气态烃、液态烃，气态烃主要含有氢、甲烷、碳二等难凝气体，液态烃主要是碳三、碳四馏分。

本设计采用的乙烯原料主要有石脑油、拔头油、Cl、C4等。

2.2乙烯的生产工艺

1蓄热炉裂解2流动床裂解3流动床部分氧化裂解4高温水蒸汽裂解5管式炉裂解6加氢热裂解7催化裂解法2..3乙烯的分离技术

1顺序分离技术2前脱丙烷前加氢技术3前脱乙烷前加氢技术4渐进分离技术5低投资分离技术6油吸分离技术

2.4乙烯的生产方法及工艺

由石油分离生产乙烯是由石油化工裂解而成。在这个过程中，气态或轻液态烃是加热到750-950℃，诱使许多自由基反应，然后立即淬火冻结的反应。这个过程中，把大型碳氢化合物转换到较小型的碳氢化合物，并反应出不饱和烃。由煤合成方法煤合成烯烃（MTO）：煤基制烯烃技术，它是C1化工新工艺，是指以煤气化的合成气合成的甲醇为原料，借助类似催化裂化装置的流化床反应形式，生产低碳烯烃的化工技术。

本设以抚顺乙烯化工有限责任公司为蓝本，主要工艺过程为裂解，分离（1脱硫2乙炔加氢3甲基乙炔及丙二烯的脱除4一氧化碳的脱除）

2.5工艺流程

图一乙烯生产工艺流程2.6乙烯精馏塔的工艺计算

2.6.1物料衡算

通过计算条件可以横算出石脑油、丙烷、丙烯、C4馏分及轻汽油的产量，从而得到乙烯精馏塔的进料组成，再运用亨斯特别法，物料平衡方程得到物料衡算结果。

2.6.2热量衡算

运用恩德伍德方程试差，得到最小回流比，并计算出各个物流的焓值，从而得到冷凝器热负荷、再沸器热负荷、冷剂流量、热剂流量。

2.6.3乙烯精馏塔的塔型与塔板的选择及塔计算

根据条件乙烯精馏塔应选用浮阀塔，浮阀塔具有生产能力大、操作弹性大、塔板效率高、气体压力及液面落差小、造价低等特特点。

由Fensk方程可以计算出全塔最小理论塔板数，再查Gilliland图确定出理

论塔板数再由N

P =N

T

/E

T

得到全塔实际塔板数，再根据各个组分的物性参数计算出

塔径、板间距、堰长，堰高。由物料数据计算选取附属设备。

沈阳化工大学学士论文开题报告实验进度安排实验进度安排

第一周——第二周

查阅资料，编写开题报告，拟订设计方案。

第三周

方案设计，比较拟订的各种方案，确定最终的设计方案。设计方案包括工艺方案、结构方案、强度方案。

第四周——第六周

设计计算，根据设计方案，确定主要部件的结构形状、尺寸，翻译外文资料。第七周——第九周

利用计算机绘图；设计内容、外文资料译文的计算机录入。

第十周

设计内容、外文资料译文排版、打印、装订；设计图的计算机输出；整理毕业设计资料，准备答辩。

第十一周——第十二周

毕业设计答辩；整理毕业设计资料。

沈阳化工大学学士论文开题报告参考文献参考文献

[1]王汉松何细藕.乙烯工艺与技术.北京，中国石化出版社，2000

[2]王汉松.乙烯装置技术与运行.北京，中国石化出版社，2009

[3]钱伯章朱建芳.国内外乙烯生产与发展趋势[J].石化技术，200714（1）：50

[4]陈滨.乙烯工学.北京，化学工业出版社，1997下载本文