煤油餾分用作乙烯裂解原料的經濟性分析

　　摘要：本文提出了煤油餾分用作乙烯裂解原料的技術方案，并基于SPYRO軟件模擬數據和實驗室裂解試驗數據，進行了經濟性分析。結果表明，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，既能有效解決產品出路，又有較好的經濟效益。同時，煤油餾分用作乙烯裂解原料，也是煉化一體化企業拓展裂解原料來源的優化方向。

　　本文源自廣東化工,2020,47(18):9-11.《廣東化工》創刊于1974年，是廣東省內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工業發展的窗口，也是交流國內外化工及其相關行業信息的媒介。《廣東化工》適合在石油化工行業的企業、高等院校、研究院所從事管理、科研、工程設計與施工、教學、生產及一切與石油化工事業相關的人士閱讀。

　　1、研究背景

　　1.1煤油餾分

　　煤油餾分通常是碳原子數11到17的烴類混合物，餾程為150～310℃，工業生產上一般控制160～255℃。經加氫處理后的煤油餾分主要用于生產航空煤油(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勢，具有可觀的經濟效益，國內主營煉油企業均努力增產航空煤油產品。在乙烯原料整體向輕質化方向發展的行業背景下，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、西北極少數化工企業有過工業上進行煤油餾分裂解制乙烯的實踐[1]。鎮海石化、揚子石化優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，航煤產品出廠受限，福建聯合石化也進行了煤油組份作為裂解爐原料的技術攻關[5]。

　　裂解原料成本約占乙烯完全生產成本的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，油品性質是影響原料高附加值產品收率的重要因素。煉化一體化企業一般從原料選擇入手，采取各種措施優化裂解原料[6,7,8]。因此，開展煤油餾分用作乙烯裂解原料的經濟性分析具有現實意義。

　　1.2疫情影響航空煤油需求

　　表12020年國內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，包括中國在內的各經濟體紛紛采取“封城”、“封國”等措施限制人員流動，控制疫情傳播。航空業因此受到巨大沖擊，被迫壓減航線和航班數量。國內、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%。國家統計局數據顯示，國內1～5月份累計，航空煤油表觀消費量同比下降32.68%，產量同比下降24.2%[9]。數據見表1。

　　1.3生產企業壓減航空煤油的措施

　　煉油企業生產有一定的靈活性，可以在質量達標的前提下，對各餾分產量進行調整，航空煤油可以切出輕質組分、重質組分。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品質量變化大，高價值三苯產品收率降低，需消化處理大量C9+重芳烴。第二個調整方向是降低柴油產品初餾點，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量控制指標要求。第三個調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，煉油廠通過內部處理仍無法完全消化煤油餾分。煉油-化工一體化企業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實踐很少，需要充分評估經濟性和運行風險，確保獲取最佳經濟效益。

　　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、餾分窄的優質原料，以實現技術經濟最優運行。與常規石腦油原料相比，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，容易出現非計劃停工等事故事件。因此餾分選擇的優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石腦油原料中，既解決煤油出路問題，又把風險影響限制到最低。通過篩選煉油廠內的煤油餾分，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線兩種物料，一是評估常一線小比例調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。相關物料分析數據見表2。

　　表2相關裂解原料主要物性數據

　　2.2利用SPYRO軟件模擬乙烯單程收率

　　SPYRO軟件是Technip公司開發的用于裂解裝置工藝模擬的專業軟件，它涵蓋有較為準確的反應動力學模型，對裂解操作優化、裂解原料評價、裂解爐運行周期預測等方面均有較好支持，廣泛用于指導工業優化[11]。

　　SPYRO軟件對幾種典型原料裂解產物分布的模擬數據見表3，通過單程收率可以對裂解全程收率進行預測[11]。

　　表3幾種典型原料裂解產物分布模擬數據

　　常一線與常規乙烯石腦油混合的兩個樣品分析數據比較完善，可以用SPYRO軟件相對準確的預測裂解產物分布。但是加裂煤油組份的干點超過230℃，企業現有分析手段無法分析族組成數據，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果

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

　　表4裂解試驗裝置產物分布情況

　　在反應條件基本相同的情況下，與純石腦油裂解試驗結果進行比較，混加常一線油后，高副產物收率有所降低，加裂航煤裂解的高副產物收率降低14個百分點。但是與焦化加氫汽油裂解試驗結果進行比較，(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、經濟性評估及問題分析

　　乙烯原料是影響乙烯生產成本、裝置烯烴收率和裝置綜合能耗的主要因素，原料性質的不同還會影響生產裝置的穩定操作。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化方向發展，同一套裂解裝置對不同原料的適應性也是企業競爭力強弱的重要體現。根據原料市場價格的變化不斷優化生產方案成為國內乙烯企業的提高裝置效益的首選方法，但這對裂解裝置的適應性和工藝條件的選擇提出了很大的挑戰。

　　3.1試驗原料的盈利能力分析

　　表5裂解原料經濟性評估對比表

　　綜合小試的分析數據，用2020年3月份實際化工產品價格倒推各裂解原料的加工價值和邊際成本，可以計算出各常規原料的裂解產物毛利，見表5。從毛利數據來看，煤油組分做裂解原料的產物價值低于石腦油，但成本較低，也有較好的經濟性，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潛在風險分析

　　按歷史經驗分析，煤油組份單獨或者混合石腦油做裂解原料，存在一定的風險。一是族組成問題。相對于石腦油，航煤的異構烷烴、環烷烴含量偏高，正構烷烴含量偏低，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。現有的裂解爐沒有煤油設計工況，航煤進入裂解爐，會導致對流段汽化不完全，對流段易結焦，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致裂解爐易出現堵管問題。根據SPYRO軟件模擬的結果，煤油當裂解料后，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的優化安排，影響產量和綜合收益。

　　4、結論

　　(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，既有效解決產品出路，有較好的經濟效益，又可拓展裂解原料來源，對煉化一體化企業來說是較為可行的優化方向。

　　(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，其裂解產物價值更高，效益更優、風險更低。

　　(3)煤油餾分裂解會導致裂解爐管易結焦等問題，需加強操作優化和設備特護，避免出現非計劃停工等問題。

　　參考文獻：

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　　[3]張延順,揚子石化全方位優化實現新突破[J].中國石化,2016,02:41-42.

　　[4]中國石化屬下的揚子石化優化利用直餾柴油資源的做法是什么情況?[EB/OL].(2015-07-24)[2020-07-10].

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　　[10]王偉.催化柴油加氫——催化裂化組合LTAG工藝工業應用[J].齊魯石油化工,2017,45(4):265-270.

　　[11]高輝.SPYRO軟件在乙烯原料優化中的應用[J].齊魯石油化工,2014,42(1):259-262.