Ethyleen is een kritische bouwsteen voor de petrochemische industrie, en is een van de meest geproduceerde organische verbindingen. Het wordt gewoonlijk in stoomkraakeenheden geproduceerd uit een reeks grondstoffen op basis van aardolie, zoals nafta, en wordt gebruikt bij de vervaardiging van verschillende belangrijke derivaten.

Het proces

Het in figuur 1 getoonde proces is een stoomkraakproces voor de productie van ethyleen uit een ethaan-propaanmengsel. Het proces kan worden onderverdeeld in drie hoofddelen: kraken en blussen; comprimeren en drogen; en scheiden.

Figuur 1. Dit processchema toont een ethyleenproductieproces via het kraken van een ethaan-propaanmengsel

Kraken en blussen. Aanvankelijk wordt een ethaan-propaanmengsel toegevoerd aan ovens waarin het onder hoge hevigheid wordt gekraakt, waarbij ethyleen, propyleen en andere bijproducten worden gevormd. De uitlaatstroom van de oven wordt vervolgens toegevoerd aan een quench op waterbasis, om verdere reacties en de vorming van ongewenste bijproducten te voorkomen.

Uit een decanter stroomafwaarts van de quench-toren worden zwaardere stoffen, gecondenseerde verdunningsstoom, teer en cokes verwijderd. Het gekraakte gas uit de quench wordt vervolgens naar de compressie en scheiding geleid.

compressie en droging. De compressie van het gekraakte gas geschiedt in vijf fasen. Na de derde compressietrap worden kooldioxide en zwavel uit het gekraakte gas verwijderd door wassen met natronloog en water in een bijtende wasser. Het gecomprimeerde gekraakte gas wordt gekoeld en vervolgens gedroogd door moleculaire zeven die het grootste deel van het water verwijderen.

Scheiding. Het gedroogde gekraakte gas wordt naar een koelbox gevoerd voor de verwijdering van waterstof en lichte koolwaterstoffen, terwijl het ethyleenverlies tot een minimum wordt beperkt.

Op dit punt worden de condensaten uit de koeltrein naar een reeks scheidingskolommen gevoerd. In de eerste kolom (demethanisator) wordt methaan verkregen uit de bovenkant en verder gebruikt in de koude box, terwijl de onderste stroom wordt toegevoerd aan een tweede kolom (deethanisator).

De bovenkant van de deethanisator, die hoofdzakelijk bestaat uit ethyleen en ethaan, wordt toegevoerd aan een acetyleenconvertor en vervolgens gefractioneerd in de C2-splitter. In deze kolom worden lichten verwijderd uit de overhead en gerecycleerd naar het compressiesysteem, terwijl ethyleen van polymeerkwaliteit (PG) als een zijstroom uit de kolom wordt onttrokken. Ethaan, afkomstig van de C2-splitterbodem, wordt gerecycleerd naar de kraakovens.

De deethanizer-bodemstroom wordt toegevoerd aan een depropanizer, die de C3-bestanddelen in de overhead destilleert. Deze overheadstroom wordt katalytisch gehydroteerd voor verwijdering van methylacetyleen en propadieen, en vervolgens toegevoerd aan de C3-splitter. In deze kolom worden lichten verwijderd uit de overhead en gerecycleerd naar de compressoren, terwijl polymeer-grade (PG) propyleen als een zijstroom uit de kolom wordt onttrokken. Propaan uit de bodems van de C3-splitter wordt gerecycleerd naar de kraakovens. Een C4+-stroom wordt verkregen uit de depropanizer-bodemfracties.

Economische prestaties

Een economische evaluatie van het proces werd uitgevoerd op basis van gegevens uit het eerste kwartaal van 2015, rekening houdend met een installatie met een nominale capaciteit van 1.700.000 ton/jaar ethyleen die aan de Amerikaanse Golfkust wordt gebouwd.

De geschatte kapitaaluitgaven (totale investeringen in vaste activa, werkkapitaal en initiële kosten) voor de bouw van de installatie bedragen ongeveer $ 2,37 miljard, terwijl de bedrijfskosten worden geschat op ongeveer $ 360 per ton geproduceerd ethyleen.

Globaal perspectief

Met een wereldwijde nominale capaciteit van ongeveer 155 miljoen ton/jaar behoort ethyleen tot de belangrijkste petrochemische producten die wereldwijd worden geproduceerd. Het grootste deel van de ethyleenproductie wordt gebruikt voor de vervaardiging van polyethyleen, maar ethyleen wordt ook gebruikt voor de productie van ethyleenoxide, ethyleendichloride en ethylbenzeen (figuur 2).

Figuur 2. Ethyleen wordt gebruikt voor de productie van ethyleenoxide, ethyleendichloride en ethylbenzeen (figuur 2). Van ethyleen worden tal van producten gemaakt

Aantekening voor de redacteur: De inhoud van deze column is afkomstig van Intratec Solutions LLC (Houston; www.intratec.us) en bewerkt door Chemical Engineering. De gepresenteerde analyses en modellen zijn opgesteld op basis van openbaar beschikbare en niet-vertrouwelijke informatie. De inhoud geeft uitsluitend de mening van Intratec weer. Meer informatie over de methodologie voor het opstellen van de analyses is, samen met de gebruiksvoorwaarden, te vinden op www.intratec.us/che.