SPYRO在烯烴原料生產方案測算中的應用

倪衛高

(中國石化上海石油化工股份有限公司，200540)

SPYRO在烯烴原料生產方案測算中的應用

倪衛高

(中國石化上海石油化工股份有限公司，200540)

文章對SPYRO裂解模擬軟件在石化企業烯烴生產原料優化方案測算中的應用進行了比較深度的概括分析。結合該軟件在上海石化的實際應用，認為在劣質化原油加工份額不斷增加的趨勢下，SPYRO裂解模擬軟件有助于石化企業在烯烴生產原料優化選擇、生產計劃合理安排、原油加工生產效益比較等方面為企業相關決策者提供有效地幫助。

SPYRO軟件 烯烴 裂解 模擬計算 應用

隨著近幾年來煉油企業加工重質化、劣質化原油的趨勢不斷加大，目前乙烯裂解原料(石腦油、煤柴油和加氫尾油等)的性質也在逐漸變差。石腦油、煤柴油中鏈烷烴(P)質量分數與劣質化前的2005年上半年平均值相比呈逐年下降趨勢。加氫尾油的芳烴指數值(BMCI)逐年上升，加氫尾油(HVGO)裂解性能逐年下降［1］。故拓展裂解原料范圍，選擇優質的裂解原料，優化生產計劃和工藝參數，以獲得雙烯收率最大化是烯烴生產中的重要工作之一。

每個新的生產方案實施之前必須做好充分的可行性研究和效益的測算和比較，而生產方案財務測算和比較的前提主要是目標原料所能提供的裂解產物分布情況。在生產裝置運行條件變化不大的狀態下，裂解產物的分布情況將直接影響企業效益。在以往，方案比較中的裂解產物分布是由技術人員通過經驗估算而產生，由于同一名稱的原料可能來自不同產地或廠家，其組分不盡相同，因而估算出來的裂解產物往往與實際生產中的數據偏離較大。

SPYRO軟件是一款乙烯裂解模擬計算軟件，是基于物理反應的計算機模型，其中動力學方程超過2000個反應式(HVGO更是超過3000個)，表達對到 C25(HVGO到 C42)的烴類熱分解的基本鏈反應機理。該軟件適用于現有的所有操作和設計條件，原料包括了從乙烷到終餾點為350℃(ASTM D－86)的餾出物。另外，SPYRO還可對終餾點為550℃(ASTM D－86)的重柴油進行模擬計算。SPYRO軟件有助于確定下列相關因素:一是原料選擇;二是爐子控制;三是生產計劃和優化;四是裂解爐管的設計和改進。

使用SPYRO軟件可以對乙烯裂解過程中許多復雜工藝參數進行評估，并且對于裂解工藝可以提供有價值的信息，從而可明顯地減少操作費用，是適合烯烴裝置經理、工程師和研發以及財務人員使用的實用工具。通過模擬爐管性能，SPYRO有助于對裂解爐的蒸汽裂解工藝進行最大程度的控制，可以對任何裂解原料或混合原料(共裂解)提供裂解產物分布、爐子性能、結焦速率等準確詳細的分析，彌補了經驗估算的不足。

1 SPYRO在烯烴生產中的應用

1.1 原料選擇中的應用

以中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱:上海石化)為例，由于加工重質化、劣質化原油的趨勢不斷加大，石腦油中的鏈烷烴質量分數由69.38%下降到64.40%，煤柴油中的鏈烷烴質量分數由47.90%下降到43.28%，加氫尾油的芳烴指數值逐年上升，故乙烯裂解原料的性質逐漸變差，雙烯收率也不高(2008年1#乙烯為44.778%，2#乙烯為45.276%)。因此，上海石化在2008年和2009年對乙烯裂解原料的選擇和拓展方面上做了大量的優化工作，其中就充分利用了SPYRO軟件的功能。

1.1.1 外購原料的選用

某公司是從事液化氣(LPG)進口、國內貿易、儲存、銷售的專業性公司，具有長期供貨的能力，其提供給上海石化的LPG可以作為乙烯裂解的原料。但最終是否用作乙烯裂解原料，還要計算經濟效益。用SPYRO軟件即可進行模擬計算。

以1 t LPG投入為核算基準，根據2008年11月的產品價格體系(不含稅價)計算，產品分布以SRT－III型爐(COT:855℃)進行SPYRO模擬裂解分析，模擬結果見表1。

表1 LPG投入產出比較

表中產出(除乙烯部分)的單價與產值參照實際市場價格并計算而來，總投入成本在剔除這部分價值后的剩余，即為產出乙烯的總成本，并以此計算得出產出乙烯的單位成本。

從表中可看出，這種 LPG的雙烯收率為54.69%(數量即為模擬裂解的產品分布)，有利于裝置雙烯收率的提高。根據當時的價格體系和加工成本可以得出，乙烯生產成本為4066.93元/t，如當時的市場乙烯銷售價格高于此值，則可以選用這種LPG作乙烯裂解原料，反之則不選。所以，SPYRO模擬裂解軟件不但提供了雙烯收率依據，還同時提供了產品性價比的參考，使得對原料的選擇可以更加的科學。

另一種計算方式，就是在一定的價格體系下，以LPG與石腦油為原料所產出的產品分別計算收入再扣除加工費差異后倒推原料差價，進行原料選擇，基礎也是SPYRO模擬裂解后的產品分布數據。

1.1.2 企業物料資源的合理利用

原煉化部2#芳烴干氣是并網進入公司干氣管網作燃料氣用的，為了合理利用公司的物料資源，追求資源的最大回報率，計劃將其利用作為乙烯裂解原料。同樣首先利用SPYRO軟件對芳烴干氣進行模擬分析以判斷是否采用。

采集該部分干氣的性質數據，以SRT－III型爐為模擬爐型針對不同的爐子出口溫度(COT)條件進行了模擬裂解后得到表2的結果。

表2 芳烴干氣不同條件模擬裂解產品分布 %

模擬結果表明，理論上芳烴干氣的雙烯收率很高，當COT為855℃，雙烯收率最高為58.22%。

從2009年2月開始，烯烴部將2#芳烴干氣作為乙烯裂解原料，截止12月底共裂解芳烴干氣31829 t，取得了很好的經濟效益。所以SPYRO的模擬結果為領導決策提供了可信的依據，并對裝置實際操作起到了重要的指導作用，為2009年雙烯收率的提高作出了一定的貢獻。

1.1.3 物料替換的判斷

2009年9月，600 kt/a對二甲苯(PX)新芳烴裝置投料開車，產生了3.5 t/h的新芳烴裝置干氣，理論上烯烴生產又增加了一股優質裂解原料，但是否可行則需將此部分干氣與石腦油進行技術經濟分析對比。

根據這部分干氣的性質，利用SPYRO模擬裂解并與石腦油(NAP)進行了比較，以1 t原料投入為核算基準，新芳烴干氣以SL－Ⅱ型爐(COT:855℃)、石腦油以SL－Ⅱ型爐(COT:838℃)進行了模擬裂解，模擬產品分布結果見表3。

表3 新芳烴干氣與石腦油模擬裂解產品分布 %

從表中產品分布結果可見，新芳烴干氣的雙烯收率比石腦油要高10.39個百分點，如果投用則裝置的技術經濟指標可以得到一定的改善。

根據原料的產品分布，采用2009年9月內部效益評價的價格進行了比較(為銷售收入減去原料成本，沒有扣除變動費用和固定費用)，其結果見表4。

表4 新芳烴干氣與石腦油模擬裂解效益比較

從上述計算結果可得:新芳烴干氣作裂解料時，產出減投入為1104.63元/t;石腦油作裂解料時，產出減投入為924.06元/t;扣除變動能耗差異70元/t，則增加效益110.57元/t。2009年12月開始投用裂解新芳烴干氣，經濟效益增加明顯。

由此可見，利用煉化一體化大企業的優勢，合理利用公司的物料資源，做好物料平衡工作，不僅可以提高裝置的技術經濟指標水平，還可實現公司效益最大化。

1.2 生產計劃和優化中的應用

根據煉油化工總體物料平衡，每年多出200 kt的輕石腦油，這部分輕石腦油是一種含正構烷烴質量分數較高的原料，是優質的裂解原料。為此，考慮將這部分輕石腦油不再作為調和汽油組分，而直接供裂解爐進行裂解。

由于上游裝置能夠穩定供應的輕石腦油量是20～25 t/h，2#烯烴裂解爐的原料裂解能力分別是:GK－V型為25 t/h;GK－VI型為29 t/h;SRT－III型為22 t/h;SL－II型為45 t/h。根據供應量和裂解爐裂解能力，選擇了BA－103、104、107(SRT－III型)和BA－111(GK－V型)作為裂解輕石腦油量的裂解爐，主要以BA－103和BA－111為主。根據原料輕石腦油的性質用SPYRO軟件在GK－V型裂解爐上進行了模擬裂解，模擬產品分布結果見表5。

表5 輕石腦油不同條件模擬裂解產品分布 %

從模擬結果來看，當裂解爐COT為860℃時可以達到最佳的雙烯收率48.42%。

2008年8月底裝置參考SPYRO軟件模擬裂解結果，增設了輕石腦油直送2#烯烴流程，使2#烯烴的一臺裂解爐能單獨裂解這部分輕石腦油。這樣，一方面可以對輕石腦油裂解進行更為精確的深度控制，原料裂解更充分;另一方面可以根據下游裝置的需要，調整乙烯、丙烯的收率，爭取最大的經濟效益，有利于生產計劃的安排和優化。實際生產數據表明，裂解輕石腦油的雙烯收率比裂解石腦油增加0.52個百分點。2009年包括加氫C5在內的輕石腦油投料量為155.195 kt，占總投料量的5.2%，有效地提高了雙烯收率。

2 綜合效益反映

以尋求提高雙烯收率為出發點，經過大量的原料優化工作，初步達到了多產高附加值產品、追求效益最大化的目的，從2009年與2008年數據對比(見表6)中可以發現，優化工作的重要性及SPYRO軟件在優化工作中的作用。

表6 乙烯裂解分離裝置投入產出對比

前文所述原料均合并在上表原料項目中，計算時2008年價格參照采用2009年平均價格;產出產品總量中不包含自發蒸汽量、產出合計金額中已含自發蒸汽量金額、其他產品產出按各自單價計算后匯總列示;裝置毛利是綜合性指標。從表中可以看出，原料投入中雙烯收率高的比重有較大幅度的增加，2009年度雙烯收率比2008年度有明顯提高的同時，經濟效益也大輻上升。

3 結束語

在烯烴裝置的原料選擇、生產計劃、裂解爐操作控制優化中，SPYRO軟件的應用可以起到很好的指導作用，即發揮煉化一體化大企業的優勢，合理利用現有各種物料資源、做好物料優化平衡，有效提高了企業技術經濟指標的水平。同時，該軟件系統可以為生產優化方案的財務效益測算和比較提供數據支撐，避免了人為估算的誤差，緊密結合生產實際狀況，為決策層提供了準確的信息。另外，該軟件的應用有利于優化工作的持續開展，不僅可以做好內部資源優化，也可以在外部市場上尋找資源提供支持，對企業追求經濟效益最大化有著重大的指導意義。SPYRO軟件在今后的應用中還需根據實際設備技術狀況(如技術升級等)進行參數修正，不斷進行完善，才能發揮應有的作用。

1 張利軍.乙烯裝置運行優化對策［J］.石油化工技術與經濟，2008，24(6):1 －4.

Application of SPYRO in Evaluation of Olefin Material Production Scheme

Ni Weigao
(SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.，Ltd.200540)

In－depth analysis was made on the application of SPYRO cracking analogue software in evaluation of olefin production material optimized scheme for petrochemical enterprises.Connecting with the practical application of this software in Shanghai Petrochemical Company Limited，it holds that under the condition that the processing proportion of inferior crude oil is continuing increased，SPYRO software is helpful for decision －makers of petrochemical enterprises in optimal selection of olefin production materials，rational arrangement of production plan，and comparison of production effects of crude oil processing.

SPYRO，software，olefin，cracking，analogue calculation，application

1674－1099 (2011)01－0019－05

TQ203.8

A

2010-12-04。

倪衛高，男，1965年出生，本科，會計師，從事煉化財務核算和財務管理工作。