煤油馏分用作乙烯裂解原料的经济性分析

　　摘要：本文提出了煤油馏分用作乙烯裂解原料的技术方案，并基于SPYRO软件模拟数据和实验室裂解试验数据，进行了经济性分析。结果表明，在航空煤油需求受限、外销价格偏低的情况下，煤油馏分做乙烯裂解原料，既能有效解决产品出路，又有较好的经济效益。同时，煤油馏分用作乙烯裂解原料，也是炼化一体化企业拓展裂解原料来源的优化方向。

　　本文源自广东化工,2020,47(18):9-11.《广东化工》创刊于1974年，是广东省内唯一的综合性化工期刊，立足广东、面向全国，是全面反映我国化学工业发展的窗口，也是交流国内外化工及其相关行业信息的媒介。《广东化工》适合在石油化工行业的企业、高等院校、研究院所从事管理、科研、工程设计与施工、教学、生产及一切与石油化工事业相关的人士阅读。

　　1、研究背景

　　1.1煤油馏分

　　煤油馏分通常是碳原子数11到17的烃类混合物，馏程为150～310℃，工业生产上一般控制160～255℃。经加氢处理后的煤油馏分主要用于生产航空煤油(喷气燃料)，用作飞机等航空飞行工具的燃料;少量用于生产灯油，近年来用作灯油的需求越来越少。近十年，全球航空煤油需求保持10%左右增速的高速增长态势，具有可观的经济效益，国内主营炼油企业均努力增产航空煤油产品。在乙烯原料整体向轻质化方向发展的行业背景下，煤油馏分几乎不会作为裂解原料，中国石油化工股份有限公司旗下西南、西北极少数化工企业有过工业上进行煤油馏分裂解制乙烯的实践[1]。镇海石化、扬子石化优化利用直馏柴油资源，开展了用常二线替代加氢裂化柴油直接作为乙烯裂解原料的探讨[2,3,4]。2020年，受疫情影响，航煤产品出厂受限，福建联合石化也进行了煤油组份作为裂解炉原料的技术攻关[5]。

　　裂解原料成本约占乙烯完全生产成本的60%～80%，乙烯原料同时又是影响装置烯烃收率和装置综合能耗的主要因素。对于液体原料(包括石脑油、轻石脑油、加氢尾油等)而言，油品性质是影响原料高附加值产品收率的重要因素。炼化一体化企业一般从原料选择入手，采取各种措施优化裂解原料[6,7,8]。因此，开展煤油馏分用作乙烯裂解原料的经济性分析具有现实意义。

　　1.2疫情影响航空煤油需求

　　表12020年国内航空煤油消费量及价格情况

　　2020年初，新冠肺炎疫情在全球爆发，包括中国在内的各经济体纷纷采取“封城”、“封国”等措施限制人员流动，控制疫情传播。航空业因此受到巨大冲击，被迫压减航线和航班数量。国内、国际市场对航空煤油的需求骤降，一度不及去年同期的30%;供大于求的形势也导致煤油价格降至谷底，4月份最低时低于900元/吨，同比降低80%。国家统计局数据显示，国内1～5月份累计，航空煤油表观消费量同比下降32.68%，产量同比下降24.2%[9]。数据见表1。

　　1.3生产企业压减航空煤油的措施

　　炼油企业生产有一定的灵活性，可以在质量达标的前提下，对各馏分产量进行调整，航空煤油可以切出轻质组分、重质组分。首先是可以提高石脑油的干点，把煤油的轻组分并入石脑油做乙烯和重整原料，石脑油干点最高可以提至180～190℃。带来的问题是重整装置产品质量变化大，高价值三苯产品收率降低，需消化处理大量C9+重芳烃。第二个调整方向是降低柴油产品初馏点，把煤油的重组份切入柴油，柴油初馏点可以低至210～220℃，主要问题是轻组分增加，柴油闪点容易超出质量控制指标要求。第三个调整方向是把煤油馏分作为二次加工装置的原料进行再处理，最可行的是做催化裂化装置原料，中国石化催化装置通常配套LTAG工段，可以通过LTAG工艺处理煤油，但催化处理能力和分馏能力受限。[10]

　　2020年上半年，受限于市场需求，炼油厂通过内部处理仍无法完全消化煤油馏分。炼油-化工一体化企业可以考虑把煤油馏分做乙烯裂解原料，进一步化解煤油馏分过剩矛盾。但煤油馏分做裂解原料的工业实践很少，需要充分评估经济性和运行风险，确保获取最佳经济效益。

　　2、煤油馏分做裂解原料的主要分析评价工作

　　2.1确定煤油馏分做裂解原料的方案

　　乙烯裂解装置需要选取含量烷烃高、氢含量高、芳烃含量低、馏分窄的优质原料，以实现技术经济最优运行。与常规石脑油原料相比，煤油馏分通常芳烃含量偏高，达到20%～50%，既影响原料裂化性能，又容易造成炉管结焦，影响乙烯裂解炉的运行周期。如果把煤油馏分单独裂解，容易出现非计划停工等事故事件。因此馏分选择的优化方向是尽可能选择芳烃含量低、烷烃含量高的煤油馏分，通过流程改造并入常规石脑油原料中，既解决煤油出路问题，又把风险影响限制到最低。通过筛选炼油厂内的煤油馏分，最终确定选择石蜡基原油常压蒸馏常一线和加氢裂化装置煤油侧线两种物料，一是评估常一线小比例调和到石脑油中作为裂解原料的效益情况，二是高压加氢后芳烃含量低的加裂航煤，评估单独做裂解原料的效益情况。相关物料分析数据见表2。

　　表2相关裂解原料主要物性数据

　　2.2利用SPYRO软件模拟乙烯单程收率

　　SPYRO软件是Technip公司开发的用于裂解装置工艺模拟的专业软件，它涵盖有较为准确的反应动力学模型，对裂解操作优化、裂解原料评价、裂解炉运行周期预测等方面均有较好支持，广泛用于指导工业优化[11]。

　　SPYRO软件对几种典型原料裂解产物分布的模拟数据见表3，通过单程收率可以对裂解全程收率进行预测[11]。

　　表3几种典型原料裂解产物分布模拟数据

　　常一线与常规乙烯石脑油混合的两个样品分析数据比较完善，可以用SPYRO软件相对准确的预测裂解产物分布。但是加裂煤油组份的干点超过230℃，企业现有分析手段无法分析族组成数据，SPYRO软件模拟准确度受限，需寻求其他评价手段。

　　2.3实验室试验装置试验评价结果

　　采用广东石油化工学院的蒸汽裂解制乙烯评价装置模拟生产条件进行裂解试验，并利用色谱分析仪精确分析裂解产物分布情况。对几种典型原料进行裂解试验，模拟的炉型是LUMMUSSRT-II，产物分布数据见表4。两个混合样实验室分析数据与装置SPYRO软件模拟结果方向一致，预计与工业装置差异不大，可以把试验数据作为经济性评估的依据。

　　表4裂解试验装置产物分布情况

　　在反应条件基本相同的情况下，与纯石脑油裂解试验结果进行比较，混加常一线油后，高副产物收率有所降低，加裂航煤裂解的高副产物收率降低14个百分点。但是与焦化加氢汽油裂解试验结果进行比较，(石脑油+常一)(93%+7%)混合油、(石脑油+常一)(85%+15%)混合油的氢气、乙烯、丙烯、丁二烯、双烯、三烯均有更高的收率。随着煤油组分调入比例的增加，(石脑油+常一)混合油裂解的氢气收率、乙烯收率、丙烯收率、丁二烯收率、双烯收率、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、双烯收率、三烯收率均较低，苯收率、甲苯收率较高。

　　3、经济性评估及问题分析

　　乙烯原料是影响乙烯生产成本、装置烯烃收率和装置综合能耗的主要因素，原料性质的不同还会影响生产装置的稳定操作。裂解原料主要有石脑油、轻石脑油、加氢尾油、LPG(饱和液化石油气)、乙烷等。目前，裂解原料朝着多样化和轻质化方向发展，同一套裂解装置对不同原料的适应性也是企业竞争力强弱的重要体现。根据原料市场价格的变化不断优化生产方案成为国内乙烯企业的提高装置效益的首选方法，但这对裂解装置的适应性和工艺条件的选择提出了很大的挑战。

　　3.1试验原料的盈利能力分析

　　表5裂解原料经济性评估对比表

　　综合小试的分析数据，用2020年3月份实际化工产品价格倒推各裂解原料的加工价值和边际成本，可以计算出各常规原料的裂解产物毛利，见表5。从毛利数据来看，煤油组分做裂解原料的产物价值低于石脑油，但成本较低，也有较好的经济性，毛利水平与石脑油相差不大，明显好于同期的石油液化气、AGO、焦化加氢汽油等原料。三种含煤油物料相比，调和比例为7%的混合原料性价比最好，加裂航煤其次。按7%的调和比例，刚好可以消化一套处理石蜡基、偏石蜡基原油常减压装置的常一线，流程改造相对简单易行。

　　3.2潜在风险分析

　　按历史经验分析，煤油组份单独或者混合石脑油做裂解原料，存在一定的风险。一是族组成问题。相对于石脑油，航煤的异构烷烃、环烷烃含量偏高，正构烷烃含量偏低，甲烷和裂解汽油收率高，裂解装置存在“一头一尾”处理瓶颈的问题。二是馏程问题。航煤馏程通常为160～255℃，介于石脑油和柴油之间，进入石脑油炉终馏点太高，进入尾油炉则初馏点太低。现有的裂解炉没有煤油设计工况，航煤进入裂解炉，会导致对流段汽化不完全，对流段易结焦，最终引起堵管缩短裂解炉运行周期。三是芳烃含量的问题。芳烃含量偏高也会导致裂解炉易出现堵管问题。根据SPYRO软件模拟的结果，煤油当裂解料后，裂解炉的运行周期将比目前的缩短16天，比正常运行周期(70天)缩短23%，运行周期缩短会严重影响生产的优化安排，影响产量和综合收益。

　　4、结论

　　(1)在航空煤油需求受限，外销价格偏低的情况下，煤油馏分做乙烯裂解原料，既有效解决产品出路，有较好的经济效益，又可拓展裂解原料来源，对炼化一体化企业来说是较为可行的优化方向。

　　(2)煤油馏分要选择偏石蜡基、芳烃含量低的组份作为裂解原料，其裂解产物价值更高，效益更优、风险更低。

　　(3)煤油馏分裂解会导致裂解炉管易结焦等问题，需加强操作优化和设备特护，避免出现非计划停工等问题。

　　参考文献：

　　[1]郝昭,雷伟伟,段巍卓等.航煤作为乙烯裂解原料的应用[J].化工设计,2018,28(6):10-12.

　　[2]吴剑.镇海乙烯裂解炉柴油裂解性能及影响评述[J].乙烯工业,2018,30(2):39-43.

　　[3]张延顺,扬子石化全方位优化实现新突破[J].中国石化,2016,02:41-42.

　　[4]中国石化属下的扬子石化优化利用直馏柴油资源的做法是什么情况?[EB/OL].(2015-07-24)[2020-07-10].

　　[5]福建联合石化优化乙烯裂解原料创效益[EB/OL].(2020-04-23)[2020-07-10].

　　[6]魏然波,乙烯裂解原料组成的选择与优化[J].中外能源,2013,18(11):63.

　　[7]杨贵君.乙烯裂解装置达标运行分析[J].炼油与化工,2016,27(6):20-22.

　　[8]韩晓宏,炼化一体化乙烯裂解原料的多元化配置[J].石化技术与应用,2016,34(9):391-394.

　　[9]表观消费量-成品油数据统计[EB/OL].https://oil.chem99.com/news.

　　[10]王伟.催化柴油加氢——催化裂化组合LTAG工艺工业应用[J].齐鲁石油化工,2017,45(4):265-270.

　　[11]高辉.SPYRO软件在乙烯原料优化中的应用[J].齐鲁石油化工,2014,42(1):259-262.