惠生工程烯烃分离技术成功应用两周年——自主研发技术填补行业空白

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惠生工程烯烃分离技术成功应用两周年——自主研发技术填补行业空白

发布时间:2015-09-18        

       两年前的9月,位于南京化工园区的惠生能源MTO工厂里一片喜庆,其采用惠生工程自有烯烃分离技术的30万吨/年MTO装置实现一次投料开车成功,产出的乙烯、丙烯产品纯度分别达99.98%和99.8%,全部达到并超过聚合级产品要求,标志着惠生工程甲醇制烯烃分离技术的首次商业化成功应用。

       如今,该装置已平稳运行两周年,而惠生工程MTO烯烃分离技术也陆续实现八次技术转让。是什么促使惠生工程成功走出一条MTO烯烃分离技术的自主研发之路?

       MTO技术蓝海何在?
       过去,石脑油裂解是获取乙烯的最主要方式,但随着乙烯需求量的日益增长以及石油作为不可再生资源的不可持续性,探索用非石油资源作为原料制取乙烯成为化工研究的热门方向。随着甲醇装置大型化生产技术的日臻成熟,以煤或天然气经由甲醇制烯烃成为备受关注的生产路线,国内的MTO(甲醇制烯烃)反应技术研究如火如荼,但是,对于甲醇制烯烃全套技术的另一个重要组成部分——MTO分离技术——的研究和应用相比之下则有些“门前冷落鞍马稀”,这与传统观点认为的MTO分离单元与石脑油裂解制烯烃工艺中的裂解气分离单元基本相同的误解有关。

       实则不然。相比石脑油裂解混合气,MTO反应后的产品气中氢气和甲烷少,碳五以上的重组分少,炔烃含量少,含有氧化物如甲醇和二甲醚等等,这些不同于传统石脑油制烯烃的特性导致在MTO分离环节如果采用乙烯路线的分离技术能耗会高出10%以上。

       “从能耗和经济性角度考虑,甲醇制烯烃分离应该有属于自己的流程和工艺,而这在全球都还是一个技术空白”,惠生工程首席科学家、技术总监李延生说。从2003年起就在煤化工领域谋篇布局的惠生,敏锐地捕捉到了这个市场机遇。“惠生工程自九十年代成立以来,在石油化工路线下的乙烯裂解领域积累了丰富的技术经验,这为我们研发甲醇制烯烃分离技术奠定了坚实的基础。”时过境迁,今年工信部公布了《煤制烯烃行业规范条件》征求意见稿,鼓励采用国内自有知识产权的先进可靠的煤制烯烃技术,其中就包括了烯烃分离技术,并对降低综合能耗水耗等指标做了规范。
 
       工艺研发不走寻常路
       2006年,惠生工程开始着手组建团队启动MTO烯烃分离技术的研发工作。为保障技术的先进性和适用性,惠生工程邀请到国内外乙烯裂解技术研发、设计和生产领域的专家一同工作,先后投入20多名研发人员;2007年,“预切割+油吸收”甲醇制烯烃分离技术研发成功;2008年12月,通过上海市经委科技进步处组织的项目验收,后被国家石油和化工规划院选定为“十二五期间煤制烯烃升级示范技术方案”的推荐技术;2010年-2012年间通过流程简化,能耗和投资得以进一步降低,乙烯收率达到99.7%;2012年3月通过上海市经济与信息化委员会组织的项目验收;2015年6月通过中国石油和化学工业联合会组织的科学技术成果鉴定。

       看似一帆风顺的研发历程,其中挑战唯有研发团队自知。“研发有时就像窗户纸,没捅破的时候可能怎么都很难找到出路。”李延生感慨。对比传统的石脑油裂解制乙烯的分离路线,惠生工程在研发时的主要目标是降低能耗和提高产品收率,而碳一和碳二分离是MTO产品分离过程中最关键环节,顺着这个思路研发团队反复研究才形成了在“油吸收”前面增加“预切割”这一创新想法。

       第一步先通过预切割可以先把进料中的大部分碳二脱除,只使少部分碳二进入油吸收塔,从而可以减少吸收剂的用量;第二步则在油吸收塔中用溶剂吸收剩余的碳二,回收甲烷、氢气等轻质气体中的碳二,与深冷分离方法相比不需要过低的温度,对设备材质要求低,设备投资少。
 
       工业应用,技术的试金石
       一项工艺技术是否成功,工业应用是最好的试金石。位于南京化工园区的惠生(南京)清洁能源有限公司(“惠生能源“)30万吨/年MTO装置是采用惠生工程烯烃分离技术并开车的首套装置,同时这也是UOP的MTO/OCP技术的全球首套商业化装置。


       惠生能源凭借丰富的生产运行经验,在烯烃分离技术首次应用中,通过优化操作将油吸收塔顶燃料气中的乙烯损失降到了设计值以下,大大降低了乙烯损失;另外在保证烯烃质量的前提下,也将乙烷、丙烷中的烯烃损失降低到设计值以下。

       惠生能源副总裁杨春胜介绍说:“自2013年9月投产至今,惠生MTO装置已经稳定运行近两年。尤其是从去年8月以来,装置一直保持满负荷运行,各项能耗指标均在设计范围内。”2014年,惠生能源实现28.5万吨/年烯烃产量,乙烯收率达到99.7%以上。

       稳定的运营、高品质的产品为惠生能源带来了不错的经济效益。三大创新技术首次结合应用于同一套装置并取得巨大的成功,也使得惠生能源MTO工厂成为了众多有意上马MTO项目的业主前来参观学习的基地。

       经济与环保并重,优化无止境
       就在完成对惠生能源以及蒲城清洁能源的技术转让之后,惠生工程在计算过程中发现“如果在油吸收塔顶部设置一台设备,使油吸收与冷凝同步进行,分离效果会更好,而且可以省去回流罐、输送泵、阀等低温设备,设备投资降低不说,能耗也更低。”李延生说,以这个发明概念为基础,惠生工程的专利设备——降膜微分吸收冷凝器在研发团队的努力下诞生了。这一改进在后续的阳煤恒通化工30万吨/年MTO装置上得以应用。

       经测算,与国内引进的其他国外先进技术相比,几经优化后的惠生工程甲醇制烯烃分离技术乙烯回收率可提高1个百分点。以60万吨/年MTO装置为例,每年多回收乙烯3000吨,可为企业增加3000万余元的经济效益。另外,每年还可节省电费33万千瓦时,蒸汽近4万吨,循环冷却水570万吨,合计公用工程可节省830万元左右,总计每年可为企业增加3830万元的经济效益。

       至今,惠生工程MTO分离技术已陆续在国内八套MTO装置上得以工业应用,三套已经实现稳定运行。“清洁高效地转化是现代煤化工发展的重要方向,也会是十三五期间的重要指导原则之一。甲醇制烯烃要走得远,走得稳,必须兼顾经济性与环保性,因而技术的优化没有止境。未来我们还会持续改进以实现更低能耗、更高收率。”李延生表示。