乙烯裝置原料輕質(zhì)化的綜合評(píng)述

【摘 要】乙烯生產(chǎn)原料對(duì)乙烯生產(chǎn)成本的高低起到了決定性的作用，在乙烯裝置中最為核心的原料是石腦油與柴油，整個(gè)成本中有大約百分之七十到百分之七十五的原料成本，乙烯不僅屬于下游產(chǎn)品范圍內(nèi)的原料，而且還直接的決定了下游產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。由此可見(jiàn)，科學(xué)合理的配置與優(yōu)化乙烯生產(chǎn)原料對(duì)于乙烯生產(chǎn)成本的減少、乙烯裝置競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的增強(qiáng)以及促進(jìn)石油化工產(chǎn)品在市場(chǎng)上高效運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，我們對(duì)整個(gè)變化趨勢(shì)進(jìn)行一番細(xì)致分析后得出，全世界的乙烯原料輕質(zhì)化、優(yōu)質(zhì)化現(xiàn)象較以往有了不小的改善，由于輕烴類型的原料存在資源問(wèn)題，所以在整體乙烯原料在所占比例不大。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的乙烯原料已經(jīng)朝著輕質(zhì)化、優(yōu)質(zhì)化的方向不斷邁進(jìn)，進(jìn)一步促進(jìn)了乙烯收率的提升。

【關(guān)鍵詞】乙烯裝置；原料輕質(zhì)化；評(píng)述

一、乙烯原料輕質(zhì)化現(xiàn)狀分析

目前，全球乙烯生產(chǎn)裝置所用原料主要分為兩類：一是以中東天然氣和美國(guó)頁(yè)巖氣等為代表的輕質(zhì)原料；二是以石腦油和加氫裂化尾油為主的中/重質(zhì)原料。以輕質(zhì)原料生產(chǎn)乙烯時(shí)，產(chǎn)品主要為乙烯（收率在70%以上）及少量丙烯，基本無(wú)其他副產(chǎn)，主要下游產(chǎn)品為聚乙烯和聚丙烯；以中/重質(zhì)料生產(chǎn)乙烯（收率約在35%左右）時(shí)，副產(chǎn)大量的碳四、碳五、碳六、碳八、碳九等組分，主要下游產(chǎn)品為聚乙烯、聚丙烯、ABS、合成橡膠、石油樹脂及苯酚/丙酮等其他基礎(chǔ)化學(xué)品。

受資源稟賦影響，目前利用天然氣等輕質(zhì)原料生產(chǎn)乙烯主要集中在中東地區(qū)，利用頁(yè)巖氣生產(chǎn)乙烯主要集中在北美地區(qū)，而利用石腦油和加氫裂化尾油生產(chǎn)乙烯主要集中在亞洲、歐洲等地區(qū)。由于資源相對(duì)豐富，獲取和工業(yè)化應(yīng)用技術(shù)成熟可靠、對(duì)下游產(chǎn)業(yè)的輻射和帶動(dòng)作用大，石腦油和加氫裂化尾油等中/重質(zhì)原料目前在乙烯生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位。

但由于石腦油、加氫裂化尾油均以原油為原料，是原油經(jīng)過(guò)常減壓、加氫裂化后的產(chǎn)物，用作乙烯生產(chǎn)原料時(shí)，不僅原料加工流程長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高，而且對(duì)原油的依賴度高。在全球原油資源日益緊缺、價(jià)格高位運(yùn)行、乙烯及其下游產(chǎn)品產(chǎn)能過(guò)剩趨勢(shì)明顯的情況下，成本和競(jìng)爭(zhēng)壓力日益增大。

近年來(lái)，頁(yè)巖氣在美國(guó)工業(yè)化應(yīng)用后帶來(lái)的示范作用，用輕質(zhì)化原料生產(chǎn)乙烯為以石油為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)石化行業(yè)注入新的活力，成為全球乙烯行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。預(yù)計(jì)2020年石腦油在全球乙烯裝置中的進(jìn)料比例將從2012年的47%左右下降到42%。以石腦油為主要乙烯進(jìn)料的亞洲地區(qū)，石腦油的進(jìn)料比例已從2010年的86.7%下降到2012年的80.3%，預(yù)計(jì)隨著乙烯原料輕質(zhì)化的持續(xù)推進(jìn)這一比例還會(huì)下降。

2012年我國(guó)乙烯生產(chǎn)能力1670萬(wàn)噸/年，僅次于美國(guó)，位居世界第二。我國(guó)約有75%以上的乙烯生產(chǎn)原料為石腦油和加氫裂化尾油，形成了相對(duì)完整、多元化的下游產(chǎn)品鏈（見(jiàn)表1）。但這種模式受到原油資源日趨減少、價(jià)格持續(xù)攀升、重質(zhì)化程度加劇、獲取難度加大、對(duì)外依存度逐年上升等不利因素的制約，生產(chǎn)成本和可持續(xù)發(fā)展壓力越來(lái)越大。

表1 我國(guó)現(xiàn)有乙烯行業(yè)主要產(chǎn)品鏈

為解決我國(guó)乙烯行業(yè)存在的上述問(wèn)題，適應(yīng)全球性乙烯原料輕質(zhì)化以及我國(guó)富煤缺油少氣的資源稟賦特點(diǎn)，我國(guó)乙烯行業(yè)正在積極對(duì)乙烯原料進(jìn)行輕質(zhì)化調(diào)整，包括利用煉廠輕烴、油氣田伴生氣和煤基原料（煤制烯烴、甲醇制烯烴）等生產(chǎn)乙烯。其中煤制烯烴是國(guó)家層面比較認(rèn)可的新型煤化工路徑，目前已形成實(shí)際生產(chǎn)能力170萬(wàn)噸/年，在建、擬建的合計(jì)產(chǎn)能接近2800萬(wàn)噸/年。頁(yè)巖氣作為新興的非常規(guī)化石資源，在我國(guó)儲(chǔ)量豐富，目前已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性開發(fā)階段。根據(jù)權(quán)威部門的統(tǒng)計(jì)，截至目前，我國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)鉆井?dāng)?shù)已超過(guò)140口。國(guó)家擬將頁(yè)巖氣開發(fā)利用納入國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，加大財(cái)政扶持力度，這將有利于促進(jìn)我國(guó)乙烯原料的輕

質(zhì)化。

乙烯原料輕質(zhì)化在應(yīng)對(duì)原油資源短缺、實(shí)現(xiàn)乙烯原料多元化、改善傳統(tǒng)石化行業(yè)高碳化發(fā)展模式及可持續(xù)性等方面具有積極意義，有利于我國(guó)乙烯行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但乙烯原料輕質(zhì)化產(chǎn)品僅限于乙烯、丙烯、聚乙烯和聚丙烯，在產(chǎn)品多元化和產(chǎn)業(yè)輻射拉動(dòng)上存在局限性，難以完全替代中/重質(zhì)原料。所以，在乙烯生產(chǎn)極有可能形成輕、中/重質(zhì)原料共存的格局，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，中/重質(zhì)原料的主體地位不會(huì)根本改變，但總量會(huì)趨于減少。

二、工程案例

某企業(yè)乙烯裝置采用法國(guó)石油研究院（IFP）石腦油裂解工藝，于1979年建成投產(chǎn)，年產(chǎn)聚合級(jí)乙烯72.8kt，聚合級(jí)丙烯43.7kt。由于裝置引進(jìn)較早，工藝技術(shù)水平落后，先后進(jìn)行了幾次較大規(guī)模的改造，到2007年底，乙烯產(chǎn)能提高至200kt/a。裝置主要以約50%的加氫精制石腦油和50%左右的加氫裂化尾油為原料，隨著遼陽(yáng)石化1400kt/a重整裝置的開車，重整拔頭油成為裂解的主要原料之一。重整拔頭油組分輕、直鏈烷烴含量高，是優(yōu)質(zhì)的裂解原料，但由于原料的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)發(fā)生改變，帶來(lái)了一系列制約裝置生產(chǎn)的問(wèn)題。

三、原料輕質(zhì)化對(duì)系統(tǒng)的影響

（一）對(duì)爐區(qū)及乙烯收率的影響

由于石腦油的組分變輕，導(dǎo)致石腦油泵（P101）經(jīng)常發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，影響進(jìn)料的穩(wěn)定。為解決這一問(wèn)題，將石腦油儲(chǔ)罐的液位控制在較高位置，通過(guò)液位差來(lái)滿足現(xiàn)有石腦油泵的汽蝕余量。

該石化裂解爐設(shè)計(jì)為液體進(jìn)料。裂解重整拔頭油后，由于擔(dān)心原料預(yù)熱汽化會(huì)導(dǎo)致在原料預(yù)熱段形成氣阻并影響裂解爐的穩(wěn)定運(yùn)行，故一直未對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱后再裂解。裂解爐的進(jìn)料溫度在夏季時(shí)最高達(dá)40℃左右，冬季則可低至-24℃左右。裂解爐的排煙溫度也隨季節(jié)而變化，高時(shí)達(dá)120℃左右，低時(shí)則不足90℃。由于時(shí)間較短，還無(wú)法驗(yàn)證對(duì)流段管束的露點(diǎn)腐蝕情況。

（二）對(duì)急冷系統(tǒng)的影響

由于原料的輕質(zhì)化，裂解氣中重組分少，汽油分餾塔（D104）焦油餾分產(chǎn)量少，且熱量上移，破壞了該塔的熱量平衡。滿負(fù)荷狀態(tài)下，D104塔頂溫度過(guò)高，設(shè)計(jì)塔頂溫度為108℃，而目前實(shí)際控制超過(guò)110℃，最高曾達(dá)到115℃。D104塔頂溫度超標(biāo)造成的直接影響是裂解汽油干點(diǎn)過(guò)高。根據(jù)分析，現(xiàn)汽油干點(diǎn)多在200℃左右，最高達(dá)205℃，超過(guò)裂解汽油干點(diǎn)指標(biāo)上限5℃，硫含量及膠質(zhì)含量指標(biāo)也明顯變差。

（三）對(duì)壓縮及分離系統(tǒng)的影響

原料輕質(zhì)化后，在追求乙烯收率最大化的同時(shí)，裂解產(chǎn)物的組成也發(fā)生了巨大的變化。

四、改進(jìn)措施

（一）對(duì)急冷系統(tǒng)的改進(jìn)措施

原料輕質(zhì)化對(duì)急冷系統(tǒng)的主要影響是低溫位熱能隨流程后移，主要表現(xiàn)為熱量集中在汽油分餾塔的中部，且這些低溫位熱能不能有效回收利用。目前主要采取的手段是嚴(yán)格控制裂解爐的稀釋比，防止過(guò)多的稀釋蒸汽隨裂解氣進(jìn)入D104塔，限制熱量輸入，控制塔溫，防止熱量和重組分后移，同時(shí)利用中段盤油代替低壓蒸汽給脫乙烷汽提塔作為塔底加熱熱源，取得較好效果，每小時(shí)可節(jié)省2t低壓蒸汽，并且D104塔塔底和塔頂溫度降增加2℃，為D104塔的優(yōu)化運(yùn)行提供了條件。另外針對(duì)急冷水出現(xiàn)乳化的情況，適時(shí)調(diào)整急冷水的冷卻方式，采用低溫冷卻水為冷卻介質(zhì)，使急冷水溫度得到控制，急冷水乳化情況得以消除。

（二）壓縮系統(tǒng)的改進(jìn)措施

隨著原料的輕質(zhì)化，壓縮系統(tǒng)的處理量提高，D101塔塔頂溫度的增高，客觀上導(dǎo)致機(jī)組效率的降低。為保證壓縮機(jī)能夠滿足原料輕質(zhì)化后大體積流量的裂解氣的順利通過(guò)，主要從以下三方面提出改進(jìn)措施：第一，從優(yōu)化D101塔塔頂溫度及堿洗塔操作等方面著手，使重組分在急冷工序得以最大程度的分離，減輕壓縮機(jī)負(fù)荷；第二，優(yōu)化壓縮系統(tǒng)的蒸汽平衡，嚴(yán)格控制鍋爐水水質(zhì)及蒸汽品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)裂解氣壓縮機(jī)透平抽汽，保證透平的高效運(yùn)行；第三，優(yōu)化機(jī)組級(jí)間注水工藝，利用壓縮機(jī)注水系統(tǒng)向壓縮機(jī)各段注入阻聚劑以防止壓縮機(jī)內(nèi)部和段間換熱器結(jié)焦。從目前的運(yùn)行效果看，這些措施的實(shí)施效果較為理想。

（三）分離系統(tǒng)的改進(jìn)措施

隨著原料輕質(zhì)化，分離系統(tǒng)的主要問(wèn)題是甲烷氫產(chǎn)量提高，造成深冷系統(tǒng)負(fù)荷增加，壓差增大，裂解氣壓縮機(jī)的效率降低，裝置能耗增加。

另一個(gè)較為突出的問(wèn)題是由于裂解氣中甲烷氫的量大幅增加，導(dǎo)致乙烯制冷壓縮機(jī)能力不足，一段溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)值-96℃（目前溫度約在-88℃），二段溫度約在-65℃，接近-67℃的設(shè)計(jì)值。解決問(wèn)題主要采取的手段是在保證裝置主要產(chǎn)品乙烯產(chǎn)量的情況下，優(yōu)化甲烷物料平衡；同時(shí)一方面盡可能回收甲烷中的冷量，另一方面降低甲烷在系統(tǒng)中的循環(huán)量，避免不必要的能源浪費(fèi)。優(yōu)化裂解氣壓縮機(jī)、乙烯制冷壓縮機(jī)及甲烷壓縮機(jī)的能量平衡，使裝置能耗降到最低。

由于體積流量增大，深冷分離系統(tǒng)壓降大，為了改善系統(tǒng)壓降，利用2011年窗口檢修的機(jī)會(huì)拆除23臺(tái)冷箱過(guò)濾器，以降低壓降。經(jīng)過(guò)對(duì)比，過(guò)濾器拆除后阻力降由原約0.7MPa降至0.55MPa。但該措施是無(wú)奈之舉。除非裝置已運(yùn)行多年，而且系統(tǒng)要求相對(duì)比較潔凈，不建議在新建裝置和剛進(jìn)行改造的裝置采用此方法。

五、存在的問(wèn)題

（1）由于重整拔頭油組分太輕，沒(méi)有很好的方法測(cè)定原料中的硫含量，故裂解進(jìn)料的注硫控制一直是個(gè)難題。正在采購(gòu)熒光定硫儀的氣體進(jìn)樣系統(tǒng)并建立相應(yīng)的分析方法來(lái)尋求問(wèn)題的解決，以保護(hù)裂解爐管。（2）壓縮及深冷系統(tǒng)壓降依然偏大，這將直接制約裝置的生產(chǎn)負(fù)荷。（3）乙烯制冷壓縮機(jī)能力嚴(yán)重不足問(wèn)題只有通過(guò)改造進(jìn)行更換才能從根本上適應(yīng)目前的原料輕質(zhì)化工況。

結(jié)語(yǔ)

該石化乙烯裝置原料輕質(zhì)化已對(duì)裝置的影響也較大，主要表現(xiàn)為：裂解深度及不同的裂解爐需要根據(jù)原料情況加以調(diào)整、急冷系統(tǒng)熱量平衡破壞嚴(yán)重、壓縮系統(tǒng)和深冷分離系統(tǒng)瓶頸矛盾凸顯等；針對(duì)原料輕質(zhì)化問(wèn)題，該石化乙烯裝置采取了將石腦油罐控制高液位、不同裂解爐裂解不同原料、優(yōu)化調(diào)整裂解深度、重新調(diào)整急冷系統(tǒng)熱量平衡、向壓縮系統(tǒng)注入阻聚劑防止結(jié)焦、優(yōu)化冷量利用、拆除深冷分離系統(tǒng)23個(gè)過(guò)濾器以減少阻力降、優(yōu)化碳二加氫系統(tǒng)操作等措施，取得了較好的效果。原料輕質(zhì)化后，該石化乙烯裝置仍然面臨著裂解爐注硫、急冷系統(tǒng)熱平衡問(wèn)題未根本解決、壓縮及深冷系統(tǒng)壓降大、乙烯制冷壓縮機(jī)提供冷量不足等問(wèn)題，這些問(wèn)題制約著裝置的生產(chǎn)能力和穩(wěn)定運(yùn)行。

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