降低乙烯原料成本的措施及實施效果

李 慷

（中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，200540）

技術進步

降低乙烯原料成本的措施及實施效果

李 慷

（中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，200540）

中國石化上海石油化工股份有限公司16 Mt／a煉油改造項目實施后，乙烯裂解原料趨于多元化和輕質化。通過實施GK－VI型裂解爐階段性直投輕石腦油以及輕石腦油儲運直送2＃乙烯項目，大幅增加輕石腦油用量，減少了石腦油的投料比例，同時增加芳烴干氣、富乙烯氣等優質氣相原料的使用量。采取了SPYRO軟件模擬測算、優化工藝操作等多項措施后，乙烯產品原料成本明顯下降。

乙烯 成本 原料優化 SPYRO軟件

乙烯工業作為石化工業的龍頭，肩負著為下游化工裝置提供原料的重任，在煉化一體化的石化企業中占有舉足輕重的地位。近年來，我國乙烯工業產能擴張迅速，從2006年的不足10 Mt／a迅速增至2010年的14.22 Mt／a。隨著2013年6月中國石油化工股份有限公司武漢分公司800 kt／a乙烯項目的順利投產，我國乙烯生產能力已擴大至17.9 Mt／a。因此，乙烯市場已進入激烈競爭的階段，生產成本的高低將直接影響到整個石化企業的總體經濟效益。而在乙烯生產成本中，裂解原料成本是影響乙烯生產成本的一個關鍵因素，以石腦油和柴油為原料的乙烯裝置其原料成本占總成本的70%～75%［1］，因此如何通過煉化一體化企業內部優化乙烯原料結構，降低乙烯原料成本，實現企業效益最大化，已成為煉化行業的一項重要的課題。

1 不同裂解原料成本的比較

為了充分發揮上中下游一體化優勢，提高資源利用率和整體盈利水平，中國石油化工集團公司（以下簡稱中國石化）非常重視乙烯原料成本的管控，盡量降低高價原料投入比例。中國石化將乙烯裝置投入物料名稱歸為12類，與財務核算系統中的裂解裝置成本表一致，分別是乙烷、丙烷、飽和液化氣、輕石腦油／油田輕烴、全餾分石腦油、芳烴抽余油、煤柴油、加氫裂化尾油、補充氣體進料、補充液體進料、下游裝置回收氣和其他原料。中國石化將努力降低“噸乙烯產品原料成本”以及高價原料投入比例作為工作重點，“噸乙烯產品原料成本”即每生產1 t乙烯產品所消耗的原料成本（以下簡稱C），其具體的計算公式為：C＝∑原料投入量×原料價格／（乙烯產量＋1.0×丙烯產量＋1.3×氫氣產量＋0.6×混合C4產量＋0.5×輕混合油產量），其中丙烯、氫氣、混合C4和輕混合油折算因子根據《化工、化肥、化纖裝置產品成本核算標準》核定。高價原料投入比例＝價格不低于全餾分石腦油價格×0.98的原料的投入量／裝置進料總量×100%。由以上公式可知：降低C的核心在于做大分母，縮小分子，既要優化裂解產物分布提高產品收率，也要降低原料的支出成本。

乙烯裝置實際生產過程中，在裂解原料品質一定的情況下通過工藝參數優化提高裂解產物收率的能力是有限的，而每月裂解原料投料量很大，所以原料價格的高低對C的影響非常大。各類裂解原料定價模式見表1。

表1 各類裂解原料定價模式

由表1可知：在眾多裂解原料中，石腦油的價格最高，除氣相原料外其余液相裂解原料的定價模式均是以石腦油價格為基數乘以對應因子定價。與高價原料石腦油相比，雖然常壓中油和中壓加氫尾油的價格優勢明顯，但其裂解的雙烯和高附加值收率均不理想，尤其是常壓中油裂解雙烯和高附加值收率最低，現已不作為裂解原料使用。高壓加氫尾油裂解性能較好，但其與石腦油同屬于高價原料范疇。相比之下，輕石腦油和液化氣不屬于高價原料且裂解的雙烯和高附加值收率高，所以減少石腦油投料比例，提高輕石腦油和液化氣用量對降低原料成本和提高乙烯產品收率均有利。各裂解原料裂解雙烯和高附加值收率（以質量分數計，下同）利用SPYRO軟件模擬計算結果見表2。

表2 各裂解原料裂解雙烯和高附加值收率SPYRO模擬計算

2 降低乙烯原料成本的措施

中國石化上海石油化工股份有限公司（以下簡稱上海石化）烯烴部2＃乙烯裝置生產能力為700 kt／a（設計值），老區設計全部以石腦油和中壓柴油為裂解原料，新區設計以石腦油和液化氣為裂解原料。2012年12月，總投資63億元的煉油改造工程全面建成投產，標志著上海石化煉油能力達到16 Mt／a，形成了大煉油、小乙烯的格局，同時也意味著上海石化乙烯裂解原料趨于多元化和輕質化，輕石腦油和輕烴資源大幅增長。上海石化輕石腦油做乙烯裂解原料裝置來源明細見表3。

表3 上海石化輕石腦油做乙烯裂解原料裝置來源明細

上海石化16 Mt／a煉油改造建成投產后，重整能力進一步擴大，經優化后常減壓的直餾石腦油不再作為裂解料。1＃常減壓、2＃常減壓老線的直餾石腦油分離出C5～85℃的輕石腦油餾分作為乙烯裂解原料，85～175℃餾分預加氫后作為重整預加氫原料；而2＃常減壓新線則利用1＃催化輕重汽油分離塔同樣分離切割出C5～85℃的輕石腦油和85～175℃的重整預加氫原料［2］。這樣常減壓裝置已基本不出石腦油，取而代之的是價格更低但裂解效益更佳的輕石腦油，同時也真正做到了原料的“宜烯則烯、宜芳則芳”；另一方面，新增2＃催化裂化精制丙烷、芳烴干氣改造項目完工以及煉油富乙烯氣的引入又提供了眾多的優質氣相裂解原料。

2.1 2＃乙烯GK－VI型裂解爐裂解輕石腦油

上海石化2＃烯烴老區原設計只有BA－103／104／107／1114臺裂解爐具備裂解輕石腦油原料的能力，而為了平衡氣相原料，BA－104／107正常情況下都用于裂解氣相原料，而裂解輕石腦油的裂解爐一般只限于BA－103／111爐。隨著16 Mt／a煉油改造完成，輕烴原料和輕石腦油量明顯增加，在2＃乙烯BA－103／111爐燒焦和事故檢修狀態時，曾一度出現輕石腦油因“漲庫”無法平衡而出現不得不將輕石腦油返至石腦油罐中“混儲混煉”的現象。

2＃乙烯老區5臺GK－VI型裂解爐本身為重油爐，原設計以NAP、HVGO和AGO等重質原料為主，2013年烯烴部分析了GK－VI型爐裂解輕石腦油的瓶頸，通過采取增加裂解爐投料量（＞22 t／h），合理分配稀釋蒸汽的一二次注汽量，控制橫跨段壓力（＞0.31 MPa）和溫度（＜640℃）等多種手段，進行了GK－VI型爐直投輕石腦油原料的適應性試驗并獲得成功。但GK－VI型爐在裂解輕石腦油方面存在瓶頸，由于輕石腦油相對于石腦油等原料組分偏輕，在爐管文丘里流量計處易造成分配不勻，會出現爐管頻繁堵塞的問題，故正常情況下不建議GK－VI型爐裂解輕石腦油。

受煉油輕石腦油產量增加且目前庫容較?。═－226／228共6 000 m3）的影響，夏季高溫期間儲運T－226／228罐壓力較高，為確保安全，不得不開啟罐頂放空閥旁路泄壓。2013年7月輕石腦油口對口直送2＃乙烯裝置項目完成，此舉降低了夏季高溫期間輕石腦油在儲運輸送環節過程中的揮發損失，同時也進一步提高裂解原料的利用率。2012—2013年2＃乙烯裂解原料結構對比見表4。

表4 2＃乙烯裂解原料結構對比

2.2 2＃乙烯老區引入富乙烯氣

上海石化16 Mt／a煉油改造工程中新建了180 kt／a C2回收裝置，該裝置主要以催化、焦化裝置所產生的催化干氣和焦化干氣為原料，通過變壓吸附（PSA）組合凈化技術，分離精制出富含乙烯的氣體作為乙烯裝置原料。

2013年1月C2回收裝置開車，富乙烯氣引入2＃乙烯老區分離系統。由于前期（2013年1—5月）C2回收裝置開車初期運行較不穩定，富乙烯氣中乙烯和乙烷含量偏低，而C4及C4以上無效組分含量偏高，雙烯收率并不理想。C4無效組分多不僅使富乙烯氣雙烯收率達不到預期效果，而且對丁二烯裝置高負荷運行不利，增加丁二烯第二精餾塔塔釜的丁二烯產品損失。后期經過技術改造，富乙烯品質得到明顯改善，尤其是C4及C4以上重組分含量已大大降低。

對2＃乙烯裝置內部富乙烯氣接收流程也做了相應優化，富乙烯氣由原來直接進裂解氣干燥器FA－209改為至干燥器進料洗滌塔DA－204塔，以確保脫除進料氣中的C4及C4以上重組分和水合物，同時增加富乙烯管線伴熱、保溫，以防止管線在冬季低溫時出現“凍堵”現象的發生。

表5為富乙烯氣品質改善前后的分析數據（SN－54311）對比。

表5 改造前后富乙烯氣分析數據及雙烯收率對比 %（體積分數）

富乙烯氣流程上不經過裂解氣壓縮機，一定程度上降低了壓縮機的負荷，也有利于乙烯裝置負荷的提升。2013年富乙烯氣累計投料比例增至1.58%，且富乙烯氣價低質優（暫定4 000元／t），乙烯邊際效益一直保持在1 000／t元以上，對降低乙烯產品原料成本貢獻較大。

2.3 芳烴干氣改造

充分發掘企業氣相原料資源，C2～C3組分的優化利用是降低乙烯原料成本的有效手段。2＃芳烴聯合裝置胺處理與液化氣回收裝置脫丁烷塔DA－901塔頂氣和C3／C4分餾塔DA－911塔頂氣，4＃芳烴聯合裝置1＃甲苯歧化及烷基轉移裝置歧化汽提塔DA－501塔頂氣和1＃異構化裝置脫庚烷塔（DA－702）塔頂氣，4＃芳烴聯合裝置2＃甲苯歧化裝置歧化汽提塔C－501塔頂氣和2＃異構化裝置異構化脫庚烷塔（C－701）塔頂氣原先作為低價值的燃料氣使用，但其中正構烷烴含量較高，而氫氣、甲烷含量較低，是優質的乙烯裂解原料。為充分發揮上下游一體化的優勢，優化輕烴資源的配置，上海石化實施了“芳烴干氣送2＃烯烴裝置作裂解原料”項目。芳烴干氣直送2＃乙烯裝置后，替代部分石腦油原料，目前芳烴干氣正常送2＃乙烯裝置量保持在10 t／h以上。2013年芳烴干氣累計投料67.771 kt，占裂解原料投料比例2.79%。

表6為芳烴干氣各組分LIMS分析數據。

表6 各組分LIMS分析數據及SPYRO測算結果%（體積分數）

由表6可見：DA－911／DA－501／C－501／C－701塔頂氣中C2和丙烷組分均占80.00%（體積分數）以上，并且組分中氫氣、甲烷的含量較低，比DA－901／DA－702塔頂氣更適宜作乙烯裂解原料。與石腦油作乙烯裝置裂解原料相比，芳烴混合干氣裂解產物中乙烯、丙烯收率高出16.71%，在目前所有的裂解原料中雙烯、高附加值收率均最高，而且現芳烴干氣定價暫定為4 160元／t，價格優勢也較突出。

2.4 減少高價原料投入比例

降低乙烯產品原料成本工作的重點在于降低原料的支出成本，而降低高價原料的投入比例又是該工作的重中之重。隨著煉油改造后輕石腦油用量的增加，高價原料石腦油的比例大幅減少，2013年2＃乙烯裝置裂解原料中全餾分石腦油比例從2012年的45.82%下降至26.96%，隨著高價原料石腦油比例的減少，2＃乙烯裂解原料成本大幅下降。

高壓加氫尾油價格為石腦油價格的0.98倍，也屬于高價原料的一種。受1＃乙烯裝置停役的影響，上海石化全部加氫尾油原料均需2＃乙烯裝置平衡，過多使用高壓加氫尾油原料勢必也將增加噸乙烯原料成本。1＃乙烯停役后，要求適當少產高壓HVGO，因此對DA－105減壓塔進行了工藝調整，加大了塔頂航煤的抽出量，同時將混入尾油餾程中的部分柴油拔出，減少了高壓加氫尾油的產量。經優化調整后，高壓加氫尾油的產量已由1＃乙烯停役前的35 t／h降至現在的31 t／h左右。

2.5 加強SPYRO軟件測算，選擇優質原料

由于上海石化乙烯裂解料眾多，為了進一步做細乙烯原料優化工作，通過梳理不同裂解原料來源和組分分析，利用SPYRO軟件對各股原料進行產品收率分布和效益測算，并按原料品質優劣進行排序。通過SPYRO軟件測算并結合財務最新價格比較，建議上海石化在裂解原料庫存平衡的基礎上，盡量提供價低質優的裂解原料，以實現裂解產物價值最大化，降低乙烯產品原料成本。原裂解用石腦油來源及SPYRO模擬計算見表7。

表7 原裂解用石腦油來源及SPYRO模擬計算

續表7

由表7可以看出：原石腦油來源中1＃柴油加氫粗汽油和6＃煉油渣油加氫石腦油中芳烴含量較高，這不僅影響雙烯、高附收率等技術經濟指標，而且芳烴含量高易造成裂解爐爐管結焦，對裂解爐長的周期運行極為不利。鑒于此情況，按“宜烯則烯、宜芳則芳”的思路，目前1＃柴油加氫粗汽油和6＃煉油渣油加氫石腦油兩股料已改至石腦油預加氫裝置，已不再作為乙烯裂解原料。

3 結語

上海石化以16 Mt／a煉油改造完成為契機，大幅調整乙烯原料結構，減少高價原料投入比例，增加輕石腦油、飽和液化氣、富乙烯氣以及芳烴干氣等優質原料使用比例，2013年乙烯原料成本為8 380元／t，較該年預算指標減少356元／t，降本增效效果明顯。隨著上海石化氣體回收中心的將建成，優質氣相原料將更多。但由于目前2＃乙烯氣相裂解爐裂解能力有限，因此建議開展2＃乙烯新區裂解爐氣相原料與石腦油共裂解試驗，將2＃乙烯老區1臺GK－VI型裂解爐改造成氣相爐，以適應原料輕質化的趨勢。

［1］ 袁晴棠.關于優化乙烯原料的若干思考［J］.當代石油化工，2001，9（10）：5－9.

［2］ 李鴻根.上海石化煉油總流程優化方案探討［J］.石油化工技術與經濟，2013，29（2）：1－2.

Measures for Reducing Ethylene Material Cost and the Effects of Implementation

Li Kang
（Olefin Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.，Ltd.200540）

After the implementation of 16 Mt／a refinery revamping project of SINOPEC Shanghai Petrochemical Company Limited，the ethylene cracking material tend to be diversified and light.Through implementation of project of direct feeding of light naphtha in GK－VIcracking furnace and direct transportation of light naphtha to 2＃ethylene unit，the consuming volume of light naphtha was increased greatly，thus the feeding proportion of naphtha was reduced remarkably，and consumption of highly－qualified gas phase material as aromatics dry gas and ethylene－rich gas was increased.Through adoption of a series of measures as simulated calculation with SPYRO software and optimization of operation，the material cost of ethylene products was reduced remarkably.

ethylene，cost，material optimization，SPYRO software

1674－1099 （2014）04－0021－05

TE624

A

2014－06－06。

李慷，男，1985年出生，2009年畢業于江蘇工業學院化學工程與工藝專業，學士，助理工程師，現從事烯烴生產技術和管理工作。