降低乙烯原料成本的措施及实施效果

李 慷

（中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部，200540）

技术进步

降低乙烯原料成本的措施及实施效果

李 慷

（中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部，200540）

中国石化上海石油化工股份有限公司16 Mt／a炼油改造项目实施后，乙烯裂解原料趋于多元化和轻质化。通过实施GK－VI型裂解炉阶段性直投轻石脑油以及轻石脑油储运直送2＃乙烯项目，大幅增加轻石脑油用量，减少了石脑油的投料比例，同时增加芳烃干气、富乙烯气等优质气相原料的使用量。采取了SPYRO软件模拟测算、优化工艺操作等多项措施后，乙烯产品原料成本明显下降。

乙烯 成本 原料优化 SPYRO软件

乙烯工业作为石化工业的龙头，肩负着为下游化工装置提供原料的重任，在炼化一体化的石化企业中占有举足轻重的地位。近年来，我国乙烯工业产能扩张迅速，从2006年的不足10 Mt／a迅速增至2010年的14.22 Mt／a。随着2013年6月中国石油化工股份有限公司武汉分公司800 kt／a乙烯项目的顺利投产，我国乙烯生产能力已扩大至17.9 Mt／a。因此，乙烯市场已进入激烈竞争的阶段，生产成本的高低将直接影响到整个石化企业的总体经济效益。而在乙烯生产成本中，裂解原料成本是影响乙烯生产成本的一个关键因素，以石脑油和柴油为原料的乙烯装置其原料成本占总成本的70%～75%［1］，因此如何通过炼化一体化企业内部优化乙烯原料结构，降低乙烯原料成本，实现企业效益最大化，已成为炼化行业的一项重要的课题。

1 不同裂解原料成本的比较

为了充分发挥上中下游一体化优势，提高资源利用率和整体盈利水平，中国石油化工集团公司（以下简称中国石化）非常重视乙烯原料成本的管控，尽量降低高价原料投入比例。中国石化将乙烯装置投入物料名称归为12类，与财务核算系统中的裂解装置成本表一致，分别是乙烷、丙烷、饱和液化气、轻石脑油／油田轻烃、全馏分石脑油、芳烃抽余油、煤柴油、加氢裂化尾油、补充气体进料、补充液体进料、下游装置回收气和其他原料。中国石化将努力降低“吨乙烯产品原料成本”以及高价原料投入比例作为工作重点，“吨乙烯产品原料成本”即每生产1 t乙烯产品所消耗的原料成本（以下简称C），其具体的计算公式为：C＝∑原料投入量×原料价格／（乙烯产量＋1.0×丙烯产量＋1.3×氢气产量＋0.6×混合C4产量＋0.5×轻混合油产量），其中丙烯、氢气、混合C4和轻混合油折算因子根据《化工、化肥、化纤装置产品成本核算标准》核定。高价原料投入比例＝价格不低于全馏分石脑油价格×0.98的原料的投入量／装置进料总量×100%。由以上公式可知：降低C的核心在于做大分母，缩小分子，既要优化裂解产物分布提高产品收率，也要降低原料的支出成本。

乙烯装置实际生产过程中，在裂解原料品质一定的情况下通过工艺参数优化提高裂解产物收率的能力是有限的，而每月裂解原料投料量很大，所以原料价格的高低对C的影响非常大。各类裂解原料定价模式见表1。

表1 各类裂解原料定价模式

由表1可知：在众多裂解原料中，石脑油的价格最高，除气相原料外其余液相裂解原料的定价模式均是以石脑油价格为基数乘以对应因子定价。与高价原料石脑油相比，虽然常压中油和中压加氢尾油的价格优势明显，但其裂解的双烯和高附加值收率均不理想，尤其是常压中油裂解双烯和高附加值收率最低，现已不作为裂解原料使用。高压加氢尾油裂解性能较好，但其与石脑油同属于高价原料范畴。相比之下，轻石脑油和液化气不属于高价原料且裂解的双烯和高附加值收率高，所以减少石脑油投料比例，提高轻石脑油和液化气用量对降低原料成本和提高乙烯产品收率均有利。各裂解原料裂解双烯和高附加值收率（以质量分数计，下同）利用SPYRO软件模拟计算结果见表2。

表2 各裂解原料裂解双烯和高附加值收率SPYRO模拟计算

2 降低乙烯原料成本的措施

中国石化上海石油化工股份有限公司（以下简称上海石化）烯烃部2＃乙烯装置生产能力为700 kt／a（设计值），老区设计全部以石脑油和中压柴油为裂解原料，新区设计以石脑油和液化气为裂解原料。2012年12月，总投资63亿元的炼油改造工程全面建成投产，标志着上海石化炼油能力达到16 Mt／a，形成了大炼油、小乙烯的格局，同时也意味着上海石化乙烯裂解原料趋于多元化和轻质化，轻石脑油和轻烃资源大幅增长。上海石化轻石脑油做乙烯裂解原料装置来源明细见表3。

表3 上海石化轻石脑油做乙烯裂解原料装置来源明细

上海石化16 Mt／a炼油改造建成投产后，重整能力进一步扩大，经优化后常减压的直馏石脑油不再作为裂解料。1＃常减压、2＃常减压老线的直馏石脑油分离出C5～85℃的轻石脑油馏分作为乙烯裂解原料，85～175℃馏分预加氢后作为重整预加氢原料；而2＃常减压新线则利用1＃催化轻重汽油分离塔同样分离切割出C5～85℃的轻石脑油和85～175℃的重整预加氢原料［2］。这样常减压装置已基本不出石脑油，取而代之的是价格更低但裂解效益更佳的轻石脑油，同时也真正做到了原料的“宜烯则烯、宜芳则芳”；另一方面，新增2＃催化裂化精制丙烷、芳烃干气改造项目完工以及炼油富乙烯气的引入又提供了众多的优质气相裂解原料。

2.1 2＃乙烯GK－VI型裂解炉裂解轻石脑油

上海石化2＃烯烃老区原设计只有BA－103／104／107／1114台裂解炉具备裂解轻石脑油原料的能力，而为了平衡气相原料，BA－104／107正常情况下都用于裂解气相原料，而裂解轻石脑油的裂解炉一般只限于BA－103／111炉。随着16 Mt／a炼油改造完成，轻烃原料和轻石脑油量明显增加，在2＃乙烯BA－103／111炉烧焦和事故检修状态时，曾一度出现轻石脑油因“涨库”无法平衡而出现不得不将轻石脑油返至石脑油罐中“混储混炼”的现象。

2＃乙烯老区5台GK－VI型裂解炉本身为重油炉，原设计以NAP、HVGO和AGO等重质原料为主，2013年烯烃部分析了GK－VI型炉裂解轻石脑油的瓶颈，通过采取增加裂解炉投料量（＞22 t／h），合理分配稀释蒸汽的一二次注汽量，控制横跨段压力（＞0.31 MPa）和温度（＜640℃）等多种手段，进行了GK－VI型炉直投轻石脑油原料的适应性试验并获得成功。但GK－VI型炉在裂解轻石脑油方面存在瓶颈，由于轻石脑油相对于石脑油等原料组分偏轻，在炉管文丘里流量计处易造成分配不匀，会出现炉管频繁堵塞的问题，故正常情况下不建议GK－VI型炉裂解轻石脑油。

受炼油轻石脑油产量增加且目前库容较小（T－226／228共6 000 m3）的影响，夏季高温期间储运T－226／228罐压力较高，为确保安全，不得不开启罐顶放空阀旁路泄压。2013年7月轻石脑油口对口直送2＃乙烯装置项目完成，此举降低了夏季高温期间轻石脑油在储运输送环节过程中的挥发损失，同时也进一步提高裂解原料的利用率。2012—2013年2＃乙烯裂解原料结构对比见表4。

表4 2＃乙烯裂解原料结构对比

2.2 2＃乙烯老区引入富乙烯气

上海石化16 Mt／a炼油改造工程中新建了180 kt／a C2回收装置，该装置主要以催化、焦化装置所产生的催化干气和焦化干气为原料，通过变压吸附（PSA）组合净化技术，分离精制出富含乙烯的气体作为乙烯装置原料。

2013年1月C2回收装置开车，富乙烯气引入2＃乙烯老区分离系统。由于前期（2013年1—5月）C2回收装置开车初期运行较不稳定，富乙烯气中乙烯和乙烷含量偏低，而C4及C4以上无效组分含量偏高，双烯收率并不理想。C4无效组分多不仅使富乙烯气双烯收率达不到预期效果，而且对丁二烯装置高负荷运行不利，增加丁二烯第二精馏塔塔釜的丁二烯产品损失。后期经过技术改造，富乙烯品质得到明显改善，尤其是C4及C4以上重组分含量已大大降低。

对2＃乙烯装置内部富乙烯气接收流程也做了相应优化，富乙烯气由原来直接进裂解气干燥器FA－209改为至干燥器进料洗涤塔DA－204塔，以确保脱除进料气中的C4及C4以上重组分和水合物，同时增加富乙烯管线伴热、保温，以防止管线在冬季低温时出现“冻堵”现象的发生。

表5为富乙烯气品质改善前后的分析数据（SN－54311）对比。

表5 改造前后富乙烯气分析数据及双烯收率对比 %（体积分数）

富乙烯气流程上不经过裂解气压缩机，一定程度上降低了压缩机的负荷，也有利于乙烯装置负荷的提升。2013年富乙烯气累计投料比例增至1.58%，且富乙烯气价低质优（暂定4 000元／t），乙烯边际效益一直保持在1 000／t元以上，对降低乙烯产品原料成本贡献较大。

2.3 芳烃干气改造

充分发掘企业气相原料资源，C2～C3组分的优化利用是降低乙烯原料成本的有效手段。2＃芳烃联合装置胺处理与液化气回收装置脱丁烷塔DA－901塔顶气和C3／C4分馏塔DA－911塔顶气，4＃芳烃联合装置1＃甲苯歧化及烷基转移装置歧化汽提塔DA－501塔顶气和1＃异构化装置脱庚烷塔（DA－702）塔顶气，4＃芳烃联合装置2＃甲苯歧化装置歧化汽提塔C－501塔顶气和2＃异构化装置异构化脱庚烷塔（C－701）塔顶气原先作为低价值的燃料气使用，但其中正构烷烃含量较高，而氢气、甲烷含量较低，是优质的乙烯裂解原料。为充分发挥上下游一体化的优势，优化轻烃资源的配置，上海石化实施了“芳烃干气送2＃烯烃装置作裂解原料”项目。芳烃干气直送2＃乙烯装置后，替代部分石脑油原料，目前芳烃干气正常送2＃乙烯装置量保持在10 t／h以上。2013年芳烃干气累计投料67.771 kt，占裂解原料投料比例2.79%。

表6为芳烃干气各组分LIMS分析数据。

表6 各组分LIMS分析数据及SPYRO测算结果%（体积分数）

由表6可见：DA－911／DA－501／C－501／C－701塔顶气中C2和丙烷组分均占80.00%（体积分数）以上，并且组分中氢气、甲烷的含量较低，比DA－901／DA－702塔顶气更适宜作乙烯裂解原料。与石脑油作乙烯装置裂解原料相比，芳烃混合干气裂解产物中乙烯、丙烯收率高出16.71%，在目前所有的裂解原料中双烯、高附加值收率均最高，而且现芳烃干气定价暂定为4 160元／t，价格优势也较突出。

2.4 减少高价原料投入比例

降低乙烯产品原料成本工作的重点在于降低原料的支出成本，而降低高价原料的投入比例又是该工作的重中之重。随着炼油改造后轻石脑油用量的增加，高价原料石脑油的比例大幅减少，2013年2＃乙烯装置裂解原料中全馏分石脑油比例从2012年的45.82%下降至26.96%，随着高价原料石脑油比例的减少，2＃乙烯裂解原料成本大幅下降。

高压加氢尾油价格为石脑油价格的0.98倍，也属于高价原料的一种。受1＃乙烯装置停役的影响，上海石化全部加氢尾油原料均需2＃乙烯装置平衡，过多使用高压加氢尾油原料势必也将增加吨乙烯原料成本。1＃乙烯停役后，要求适当少产高压HVGO，因此对DA－105减压塔进行了工艺调整，加大了塔顶航煤的抽出量，同时将混入尾油馏程中的部分柴油拔出，减少了高压加氢尾油的产量。经优化调整后，高压加氢尾油的产量已由1＃乙烯停役前的35 t／h降至现在的31 t／h左右。

2.5 加强SPYRO软件测算，选择优质原料

由于上海石化乙烯裂解料众多，为了进一步做细乙烯原料优化工作，通过梳理不同裂解原料来源和组分分析，利用SPYRO软件对各股原料进行产品收率分布和效益测算，并按原料品质优劣进行排序。通过SPYRO软件测算并结合财务最新价格比较，建议上海石化在裂解原料库存平衡的基础上，尽量提供价低质优的裂解原料，以实现裂解产物价值最大化，降低乙烯产品原料成本。原裂解用石脑油来源及SPYRO模拟计算见表7。

表7 原裂解用石脑油来源及SPYRO模拟计算

续表7

由表7可以看出：原石脑油来源中1＃柴油加氢粗汽油和6＃炼油渣油加氢石脑油中芳烃含量较高，这不仅影响双烯、高附收率等技术经济指标，而且芳烃含量高易造成裂解炉炉管结焦，对裂解炉长的周期运行极为不利。鉴于此情况，按“宜烯则烯、宜芳则芳”的思路，目前1＃柴油加氢粗汽油和6＃炼油渣油加氢石脑油两股料已改至石脑油预加氢装置，已不再作为乙烯裂解原料。

3 结语

上海石化以16 Mt／a炼油改造完成为契机，大幅调整乙烯原料结构，减少高价原料投入比例，增加轻石脑油、饱和液化气、富乙烯气以及芳烃干气等优质原料使用比例，2013年乙烯原料成本为8 380元／t，较该年预算指标减少356元／t，降本增效效果明显。随着上海石化气体回收中心的将建成，优质气相原料将更多。但由于目前2＃乙烯气相裂解炉裂解能力有限，因此建议开展2＃乙烯新区裂解炉气相原料与石脑油共裂解试验，将2＃乙烯老区1台GK－VI型裂解炉改造成气相炉，以适应原料轻质化的趋势。

［1］ 袁晴棠.关于优化乙烯原料的若干思考［J］.当代石油化工，2001，9（10）：5－9.

［2］ 李鸿根.上海石化炼油总流程优化方案探讨［J］.石油化工技术与经济，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年毕业于江苏工业学院化学工程与工艺专业，学士，助理工程师，现从事烯烃生产技术和管理工作。