黃 偉
(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部,上海200540)
乙烯行業(yè)在歷經(jīng)10年快速發(fā)展后,裝置規(guī)模趨向大型化,裝置原料呈現(xiàn)輕質(zhì)化和多樣化的趨勢。隨著國內(nèi)乙烷裂解和甲醇制烯烴(MTO)等裝置逐步進(jìn)入投產(chǎn)期,傳統(tǒng)石腦油蒸汽裂解生產(chǎn)乙烯裝置的績效優(yōu)勢逐漸減弱。因此,傳統(tǒng)乙烯行業(yè)面臨著更為嚴(yán)峻的考驗,提高裝置競爭力已迫在眉睫[1]。由于乙烯原料成本占裝置總成本的比例高達(dá)80%以上,因此乙烯原料成本的高低將直接影響到整個石化企業(yè)的總體經(jīng)濟(jì)效益,降低乙烯原料成本已成為提升裝置競爭力的最有效措施。
目前中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)煉油加工能力為16 Mt/a,乙烯生產(chǎn)能力為700 kt/a,實際消耗2 200 kt/a裂解原料。2#乙烯裝置原設(shè)計以液相原料為主,經(jīng)兩次改造后具備400~500 kt/a氣相原料加工能力,其中加工自產(chǎn)循環(huán)乙烷約150 kt/a。
上海石化乙烯原料的選擇以“宜烯則烯、宜芳則芳、宜油則油”為宗旨,逐步擺脫原油采購的限制性,進(jìn)一步降低原油采購成本。上海石化區(qū)域內(nèi)尋找到的乙烯適用原料見表1。
表1 上海石化乙烯裂解原料來源
續(xù)表1
2012年12月,隨著16 Mt/a煉油改造項目投產(chǎn),上海石化形成了“大煉油、小乙烯”的格局,乙烯裂解原料趨于多元化、輕質(zhì)化。雖然乙烯原料總量上升不多,但常壓輕石腦油全部為85 ℃以下的C5組分,鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過85%,對提升乙烯高附加值極為有益;同時加氫尾油增加140 kt/a,給乙烯原料結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了更大空間,為乙烯原料優(yōu)化工作創(chuàng)造了有利條件。
上海石化乙烯原料結(jié)構(gòu)調(diào)整以降低成本為目的,充分發(fā)揮煉油化工一體化優(yōu)勢,合理利用市場的資源,為下游石化產(chǎn)品提供低成本原料。近年來上海石化利用“噸乙烯產(chǎn)品原料成本”為目標(biāo)的效益核算方法,大力開展煉化一體化內(nèi)部優(yōu)化,充分發(fā)揮上中下游一體化優(yōu)勢,提高資源利用率和整體盈利水平。通過實驗或借助模擬軟件對多種常用乙烯裂解原料的裂解特性進(jìn)行研究,并及時跟蹤市場原料、產(chǎn)品的供需、價格等情況,對多種原料裂解制乙烯的經(jīng)濟(jì)性開展評價工作,優(yōu)化原料結(jié)構(gòu),保證整體效益最大化,提升裝置的競爭力。
2.1.1 執(zhí)行參數(shù)調(diào)整機(jī)制,實現(xiàn)產(chǎn)物價值最大化
裂解爐爐膛出口溫度(COT)是影響產(chǎn)品分布的最重要參數(shù)之一。應(yīng)用SPYRO軟件定期測算裂解爐不同COT條件下的產(chǎn)品分布,結(jié)合產(chǎn)品市場價格得出裂解產(chǎn)物價值,再對測算的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理,找出效益最大點,指導(dǎo)裝置調(diào)整操作參數(shù),最終實現(xiàn)裂解產(chǎn)物價值最大化[2-3]。
通過裂解原料與產(chǎn)物分析、裂解爐裂解產(chǎn)物收率標(biāo)定、裂解爐生產(chǎn)操作條件優(yōu)化等方面開展工作,對裂解爐生產(chǎn)操作進(jìn)行優(yōu)化,提高高附加值產(chǎn)品收率,進(jìn)而提升上海石化乙烯裝置的競爭能力。
通過原料性質(zhì)分析和模擬裂解評價試驗以及裂解爐裂解產(chǎn)物標(biāo)定數(shù)據(jù),對裂解原料的裂解性能進(jìn)行評價,并給出該裂解原料的推薦操作條件以指導(dǎo)工廠進(jìn)行生產(chǎn)。通過這些數(shù)據(jù)分析,可以對裂解爐的熱電偶儀表系統(tǒng)進(jìn)行誤差校正,從而達(dá)到精確控制裂解爐的目的;同時可以配合原料性質(zhì)進(jìn)行裂解深度分析,從而優(yōu)化裂解爐的操作條件。
在獲取乙烯裂解原料在裂解爐上的深度分析數(shù)據(jù)后,對裂解原料的深度進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整,通過對各種原料效益估算后,在確保石腦油鏈烷烴含量情況下,減少石腦油進(jìn)料量,利用輕烴、輕石腦油和加氫尾油補(bǔ)充,較大幅度提高高附產(chǎn)品的收率。
積極利用信息化自控手段來實現(xiàn)裂解價值的最優(yōu)化。裝置裂解爐全面投用裂解深度控制系統(tǒng),以裂解深度為裂解爐的主要控制指標(biāo)來調(diào)整COT,做到不同爐況下最佳的丙烯/乙烯收率比。
2.1.2 建立原料價值評估機(jī)制,達(dá)到原料品質(zhì)最優(yōu)化
借鑒國內(nèi)同類裝置的 “分子管理”理論,進(jìn)一步做細(xì)原料優(yōu)化工作,讓“每一個分子價值最大化”[4]。乙烯裂解料眾多,經(jīng)過梳理,細(xì)化各種原料的物料組成和來源,并利用SPYRO軟件分別進(jìn)行產(chǎn)品收率分布和效益測算,按雙烯收率、高附收率、經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行排序。結(jié)合效益分布,統(tǒng)一協(xié)調(diào)乙烯裂解物料,確保裂解物料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,以實現(xiàn)按不同的分子結(jié)構(gòu)決定物料的流程流向。
2.1.3 形成優(yōu)質(zhì)物料探索機(jī)制,挖掘上游裝置優(yōu)質(zhì)物料
通過了解上游煉油和芳烴裝置流程,探尋其他優(yōu)質(zhì)裂解原料的來源。使用SPYRO軟件進(jìn)行模擬測算,發(fā)現(xiàn)多股用作低價值燃料氣的芳烴干氣具有作為裂解原料的潛在價值。芳烴部1#重整脫戊烷塔塔頂氣相流量1 200 m3/h,經(jīng)堿洗塔脫氯后并進(jìn)燃料氣管網(wǎng);高壓加氫脫戊烷塔塔頂氣相流量約800 m3/h,與重整預(yù)加氫高分、蒸發(fā)塔回流罐兩股排放氣并送DA-950Z脫硫后作為燃料氣。從物料價值最大化出發(fā),將兩股芳烴干氣并入液化氣蒸發(fā)系統(tǒng)用作乙烯裂解原料,取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
富乙烯氣作為優(yōu)質(zhì)原料,具有極高的雙烯收率和經(jīng)濟(jì)效益。其流程不經(jīng)過裂解氣壓縮機(jī),一定程度上節(jié)省壓縮機(jī)負(fù)荷,也利于乙烯裝置負(fù)荷的提升。上海石化16 Mt/a煉油改造新建C2回收裝置,于2012年12月30日投料開車,裝置分離出的氣體中富含乙烯和乙烷,可作為優(yōu)質(zhì)乙烯原料。裝置按照正常負(fù)荷生產(chǎn),以7~8 t/h的流量回收富乙烯氣,可以提高乙烯收率0.51個百分點、丙烯收率0.29個百分點、雙烯收率0.8個百分點。每噸乙烯降低能耗2.98 kg標(biāo)油,降低物耗15.67 kg標(biāo)油。
上海石化16 Mt/a煉油改造建成投產(chǎn)后,重整能力進(jìn)一步擴(kuò)大,輕石腦油大幅增加,烯烴部盡可能提高輕石腦油投料比例,減少高價石腦油投料量,以減少乙烯原料成本。
此外,烯烴部先后組織2#烯烴裝置新區(qū)2臺輕石腦油爐和老區(qū)NO.1區(qū)3臺加氫尾油爐+1臺輕石腦油爐+1臺氣相爐運行模式試驗,嘗試消化更多輕石腦油的裂解爐投料模式,克服原料輕質(zhì)化帶來的運行困難。試驗中不僅通過優(yōu)化工藝操作解決了急冷油塔塔頂溫度波動的問題,同時優(yōu)化加氫汽油補(bǔ)裂解汽油流程。
原先急冷系統(tǒng)補(bǔ)入加氫汽油為加氫汽油產(chǎn)品流量計管線引出,現(xiàn)改為在脫C10塔塔頂回流罐出料泵后引出C6~C8組分,與急冷油塔補(bǔ)汽油管線連接,通過已有管線并入急冷系統(tǒng)。一方面可在裂解汽油不足的情況下維持急冷區(qū)域的正常生產(chǎn)操作,另一方面也節(jié)約了2#汽油加氫裝置能耗。
結(jié)合爐區(qū)和分離系統(tǒng)的運行特點,按照老區(qū)兩個區(qū)域、新區(qū)一個區(qū)域來平衡原料,基本實現(xiàn)老區(qū)NO.1區(qū)域3臺加氫尾油爐+1臺輕石腦油爐,老區(qū)NO.2區(qū)域1臺加氫尾油爐+2臺液化石油氣爐+1臺輕石腦油爐,新區(qū)1.5臺液化石油氣爐+0.5臺石腦油爐+1臺輕石腦油爐的最佳工況。
上海石化有高壓加氫裂化和中壓加氫裂化兩套裝置,高壓加氫尾油質(zhì)量較好。但是由于高壓加氫尾油與中壓加氫尾油是在儲罐中進(jìn)行混合后送至爐前進(jìn)行裂解反應(yīng),裂解深度不能同時顧及,不但影響了裝置的高負(fù)荷運行和雙烯收率,還影響了裂解爐的運行周期。
2017年10月,上海石化將FB-1301和FB-1322兩個尾油罐的進(jìn)料流程進(jìn)行改造,煉油部3#煉油中壓加氫尾油可以直送FB-1301罐,芳烴部2#芳烴高壓加氫尾油經(jīng)儲運部送FB-1322罐,實現(xiàn)了高壓和中壓加氫尾油分儲分煉。從收率情況來看,加氫尾油分儲分煉后,可以發(fā)揮高壓加氫尾油收率的優(yōu)勢(見表2)。
表2 不同加氫尾油的收率
通過實施優(yōu)化裂解原料,降低噸“乙烯”原料成本的創(chuàng)效管理,經(jīng)過多年的原料優(yōu)化摸索,近3年上海石化乙烯原料結(jié)構(gòu)見表3。
表3 乙烯裂解原料用量
從原料的投料比例上來看,2016年與2017年基本持平,沒有出現(xiàn)大的波動,原料來源相對穩(wěn)定。2017年中壓加氫尾油和高壓加氫尾油在的投料量明顯降低,主要是2017年4—5月裝置老區(qū)大修,但是比例基本持平,中壓加氫尾油和高壓加氫尾油的配比2016年為58∶42,2017年為62∶38。
從2015年開始至今,上海石化的高附收率基本都保持在62%以上(見表4),名列集團(tuán)公司前茅,主要是對原料進(jìn)行合理的調(diào)配,通過盡可能多投入高附加值高的加氫尾油等原料,確保高附加值產(chǎn)品穩(wěn)步提升。
表4 2#乙烯聯(lián)合裝置主要指標(biāo)
通過原料的優(yōu)化配置和挖潛利用,上海石化充分利用現(xiàn)有的資源、信息化和標(biāo)準(zhǔn)化手段,對分散的乙烯裂解原料進(jìn)行充分利用,取得了較好的效果。在目前乙烯大型化的市場形勢下,對于上海石化這樣規(guī)模相對較小的裝置來說,原料配置、深度優(yōu)化等精細(xì)化操作方面還有較大的潛力。如通過原料實時在線分析系統(tǒng),結(jié)合深度控制器,可以進(jìn)一步將原料的變化情況反饋出來,達(dá)到實時優(yōu)化;同時結(jié)合PIMS等系統(tǒng),對乙烯裂解原料類型的總量合理配置,達(dá)到上下游協(xié)同優(yōu)化,進(jìn)一步提升上海石化的精細(xì)化管理效益。