煤油餾分用作乙烯裂解原料的經(jīng)濟性分析

　　摘要：本文提出了煤油餾分用作乙烯裂解原料的技術(shù)方案，并基于SPYRO軟件模擬數(shù)據(jù)和實驗室裂解試驗數(shù)據(jù)，進行了經(jīng)濟性分析。結(jié)果表明，在航空煤油需求受限、外銷價格偏低的情況下，煤油餾分做乙烯裂解原料，既能有效解決產(chǎn)品出路，又有較好的經(jīng)濟效益。同時，煤油餾分用作乙烯裂解原料，也是煉化一體化企業(yè)拓展裂解原料來源的優(yōu)化方向。

　　本文源自廣東化工,2020,47(18):9-11.《廣東化工》創(chuàng)刊于1974年，是廣東省內(nèi)唯一的綜合性化工期刊，立足廣東、面向全國，是全面反映我國化學(xué)工業(yè)發(fā)展的窗口，也是交流國內(nèi)外化工及其相關(guān)行業(yè)信息的媒介。《廣東化工》適合在石油化工行業(yè)的企業(yè)、高等院校、研究院所從事管理、科研、工程設(shè)計與施工、教學(xué)、生產(chǎn)及一切與石油化工事業(yè)相關(guān)的人士閱讀。

　　1、研究背景

　　1.1煤油餾分

　　煤油餾分通常是碳原子數(shù)11到17的烴類混合物，餾程為150～310℃，工業(yè)生產(chǎn)上一般控制160～255℃。經(jīng)加氫處理后的煤油餾分主要用于生產(chǎn)航空煤油(噴氣燃料)，用作飛機等航空飛行工具的燃料;少量用于生產(chǎn)燈油，近年來用作燈油的需求越來越少。近十年，全球航空煤油需求保持10%左右增速的高速增長態(tài)勢，具有可觀的經(jīng)濟效益，國內(nèi)主營煉油企業(yè)均努力增產(chǎn)航空煤油產(chǎn)品。在乙烯原料整體向輕質(zhì)化方向發(fā)展的行業(yè)背景下，煤油餾分幾乎不會作為裂解原料，中國石油化工股份有限公司旗下西南、西北極少數(shù)化工企業(yè)有過工業(yè)上進行煤油餾分裂解制乙烯的實踐[1]。鎮(zhèn)海石化、揚子石化優(yōu)化利用直餾柴油資源，開展了用常二線替代加氫裂化柴油直接作為乙烯裂解原料的探討[2,3,4]。2020年，受疫情影響，航煤產(chǎn)品出廠受限，福建聯(lián)合石化也進行了煤油組份作為裂解爐原料的技術(shù)攻關(guān)[5]。

　　裂解原料成本約占乙烯完全生產(chǎn)成本的60%～80%，乙烯原料同時又是影響裝置烯烴收率和裝置綜合能耗的主要因素。對于液體原料(包括石腦油、輕石腦油、加氫尾油等)而言，油品性質(zhì)是影響原料高附加值產(chǎn)品收率的重要因素。煉化一體化企業(yè)一般從原料選擇入手，采取各種措施優(yōu)化裂解原料[6,7,8]。因此，開展煤油餾分用作乙烯裂解原料的經(jīng)濟性分析具有現(xiàn)實意義。

　　1.2疫情影響航空煤油需求

　　表12020年國內(nèi)航空煤油消費量及價格情況

　　2020年初，新冠肺炎疫情在全球爆發(fā)，包括中國在內(nèi)的各經(jīng)濟體紛紛采取“封城”、“封國”等措施限制人員流動，控制疫情傳播。航空業(yè)因此受到巨大沖擊，被迫壓減航線和航班數(shù)量。國內(nèi)、國際市場對航空煤油的需求驟降，一度不及去年同期的30%;供大于求的形勢也導(dǎo)致煤油價格降至谷底，4月份最低時低于900元/噸，同比降低80%。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)1～5月份累計，航空煤油表觀消費量同比下降32.68%，產(chǎn)量同比下降24.2%[9]。數(shù)據(jù)見表1。

　　1.3生產(chǎn)企業(yè)壓減航空煤油的措施

　　煉油企業(yè)生產(chǎn)有一定的靈活性，可以在質(zhì)量達標的前提下，對各餾分產(chǎn)量進行調(diào)整，航空煤油可以切出輕質(zhì)組分、重質(zhì)組分。首先是可以提高石腦油的干點，把煤油的輕組分并入石腦油做乙烯和重整原料，石腦油干點最高可以提至180～190℃。帶來的問題是重整裝置產(chǎn)品質(zhì)量變化大，高價值三苯產(chǎn)品收率降低，需消化處理大量C9+重芳烴。第二個調(diào)整方向是降低柴油產(chǎn)品初餾點，把煤油的重組份切入柴油，柴油初餾點可以低至210～220℃，主要問題是輕組分增加，柴油閃點容易超出質(zhì)量控制指標要求。第三個調(diào)整方向是把煤油餾分作為二次加工裝置的原料進行再處理，最可行的是做催化裂化裝置原料，中國石化催化裝置通常配套LTAG工段，可以通過LTAG工藝處理煤油，但催化處理能力和分餾能力受限。[10]

　　2020年上半年，受限于市場需求，煉油廠通過內(nèi)部處理仍無法完全消化煤油餾分。煉油-化工一體化企業(yè)可以考慮把煤油餾分做乙烯裂解原料，進一步化解煤油餾分過剩矛盾。但煤油餾分做裂解原料的工業(yè)實踐很少，需要充分評估經(jīng)濟性和運行風(fēng)險，確保獲取最佳經(jīng)濟效益。

　　2、煤油餾分做裂解原料的主要分析評價工作

　　2.1確定煤油餾分做裂解原料的方案

　　乙烯裂解裝置需要選取含量烷烴高、氫含量高、芳烴含量低、餾分窄的優(yōu)質(zhì)原料，以實現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟最優(yōu)運行。與常規(guī)石腦油原料相比，煤油餾分通常芳烴含量偏高，達到20%～50%，既影響原料裂化性能，又容易造成爐管結(jié)焦，影響乙烯裂解爐的運行周期。如果把煤油餾分單獨裂解，容易出現(xiàn)非計劃停工等事故事件。因此餾分選擇的優(yōu)化方向是盡可能選擇芳烴含量低、烷烴含量高的煤油餾分，通過流程改造并入常規(guī)石腦油原料中，既解決煤油出路問題，又把風(fēng)險影響限制到最低。通過篩選煉油廠內(nèi)的煤油餾分，最終確定選擇石蠟基原油常壓蒸餾常一線和加氫裂化裝置煤油側(cè)線兩種物料，一是評估常一線小比例調(diào)和到石腦油中作為裂解原料的效益情況，二是高壓加氫后芳烴含量低的加裂航煤，評估單獨做裂解原料的效益情況。相關(guān)物料分析數(shù)據(jù)見表2。

　　表2相關(guān)裂解原料主要物性數(shù)據(jù)

　　2.2利用SPYRO軟件模擬乙烯單程收率

　　SPYRO軟件是Technip公司開發(fā)的用于裂解裝置工藝模擬的專業(yè)軟件，它涵蓋有較為準確的反應(yīng)動力學(xué)模型，對裂解操作優(yōu)化、裂解原料評價、裂解爐運行周期預(yù)測等方面均有較好支持，廣泛用于指導(dǎo)工業(yè)優(yōu)化[11]。

　　SPYRO軟件對幾種典型原料裂解產(chǎn)物分布的模擬數(shù)據(jù)見表3，通過單程收率可以對裂解全程收率進行預(yù)測[11]。

　　表3幾種典型原料裂解產(chǎn)物分布模擬數(shù)據(jù)

　　常一線與常規(guī)乙烯石腦油混合的兩個樣品分析數(shù)據(jù)比較完善，可以用SPYRO軟件相對準確的預(yù)測裂解產(chǎn)物分布。但是加裂煤油組份的干點超過230℃，企業(yè)現(xiàn)有分析手段無法分析族組成數(shù)據(jù)，SPYRO軟件模擬準確度受限，需尋求其他評價手段。

　　2.3實驗室試驗裝置試驗評價結(jié)果

　　采用廣東石油化工學(xué)院的蒸汽裂解制乙烯評價裝置模擬生產(chǎn)條件進行裂解試驗，并利用色譜分析儀精確分析裂解產(chǎn)物分布情況。對幾種典型原料進行裂解試驗，模擬的爐型是LUMMUSSRT-II，產(chǎn)物分布數(shù)據(jù)見表4。兩個混合樣實驗室分析數(shù)據(jù)與裝置SPYRO軟件模擬結(jié)果方向一致，預(yù)計與工業(yè)裝置差異不大，可以把試驗數(shù)據(jù)作為經(jīng)濟性評估的依據(jù)。

　　表4裂解試驗裝置產(chǎn)物分布情況

　　在反應(yīng)條件基本相同的情況下，與純石腦油裂解試驗結(jié)果進行比較，混加常一線油后，高副產(chǎn)物收率有所降低，加裂航煤裂解的高副產(chǎn)物收率降低14個百分點。但是與焦化加氫汽油裂解試驗結(jié)果進行比較，(石腦油+常一)(93%+7%)混合油、(石腦油+常一)(85%+15%)混合油的氫氣、乙烯、丙烯、丁二烯、雙烯、三烯均有更高的收率。隨著煤油組分調(diào)入比例的增加，(石腦油+常一)混合油裂解的氫氣收率、乙烯收率、丙烯收率、丁二烯收率、雙烯收率、三烯收率均略有下降。加裂航煤的乙烯收率、丙烯收率、丁二烯收率、雙烯收率、三烯收率均較低，苯收率、甲苯收率較高。

　　3、經(jīng)濟性評估及問題分析

　　乙烯原料是影響乙烯生產(chǎn)成本、裝置烯烴收率和裝置綜合能耗的主要因素，原料性質(zhì)的不同還會影響生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定操作。裂解原料主要有石腦油、輕石腦油、加氫尾油、LPG(飽和液化石油氣)、乙烷等。目前，裂解原料朝著多樣化和輕質(zhì)化方向發(fā)展，同一套裂解裝置對不同原料的適應(yīng)性也是企業(yè)競爭力強弱的重要體現(xiàn)。根據(jù)原料市場價格的變化不斷優(yōu)化生產(chǎn)方案成為國內(nèi)乙烯企業(yè)的提高裝置效益的首選方法，但這對裂解裝置的適應(yīng)性和工藝條件的選擇提出了很大的挑戰(zhàn)。

　　3.1試驗原料的盈利能力分析

　　表5裂解原料經(jīng)濟性評估對比表

　　綜合小試的分析數(shù)據(jù)，用2020年3月份實際化工產(chǎn)品價格倒推各裂解原料的加工價值和邊際成本，可以計算出各常規(guī)原料的裂解產(chǎn)物毛利，見表5。從毛利數(shù)據(jù)來看，煤油組分做裂解原料的產(chǎn)物價值低于石腦油，但成本較低，也有較好的經(jīng)濟性，毛利水平與石腦油相差不大，明顯好于同期的石油液化氣、AGO、焦化加氫汽油等原料。三種含煤油物料相比，調(diào)和比例為7%的混合原料性價比最好，加裂航煤其次。按7%的調(diào)和比例，剛好可以消化一套處理石蠟基、偏石蠟基原油常減壓裝置的常一線，流程改造相對簡單易行。

　　3.2潛在風(fēng)險分析

　　按歷史經(jīng)驗分析，煤油組份單獨或者混合石腦油做裂解原料，存在一定的風(fēng)險。一是族組成問題。相對于石腦油，航煤的異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴含量偏高，正構(gòu)烷烴含量偏低，甲烷和裂解汽油收率高，裂解裝置存在“一頭一尾”處理瓶頸的問題。二是餾程問題。航煤餾程通常為160～255℃，介于石腦油和柴油之間，進入石腦油爐終餾點太高，進入尾油爐則初餾點太低。現(xiàn)有的裂解爐沒有煤油設(shè)計工況，航煤進入裂解爐，會導(dǎo)致對流段汽化不完全，對流段易結(jié)焦，最終引起堵管縮短裂解爐運行周期。三是芳烴含量的問題。芳烴含量偏高也會導(dǎo)致裂解爐易出現(xiàn)堵管問題。根據(jù)SPYRO軟件模擬的結(jié)果，煤油當(dāng)裂解料后，裂解爐的運行周期將比目前的縮短16天，比正常運行周期(70天)縮短23%，運行周期縮短會嚴重影響生產(chǎn)的優(yōu)化安排，影響產(chǎn)量和綜合收益。

　　4、結(jié)論

　　(1)在航空煤油需求受限，外銷價格偏低的情況下，煤油餾分做乙烯裂解原料，既有效解決產(chǎn)品出路，有較好的經(jīng)濟效益，又可拓展裂解原料來源，對煉化一體化企業(yè)來說是較為可行的優(yōu)化方向。

　　(2)煤油餾分要選擇偏石蠟基、芳烴含量低的組份作為裂解原料，其裂解產(chǎn)物價值更高，效益更優(yōu)、風(fēng)險更低。

　　(3)煤油餾分裂解會導(dǎo)致裂解爐管易結(jié)焦等問題，需加強操作優(yōu)化和設(shè)備特護，避免出現(xiàn)非計劃停工等問題。

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