乙烯裂解裝置加工富乙烷氣替代石腦油原料的經(jīng)濟(jì)效益分析

王清平

摘 要：在大型煉化一體化企業(yè)中，遵循“宜油則油、宜烯則烯”的原則，有效利用各類資源，是提高企業(yè)盈利能力的重要措施。近年來，研究將煉廠氣體經(jīng)過處理后用在乙烯裂解裝置上，逐漸成為煉化資源優(yōu)化利用的熱點(diǎn)。潛在的蒸汽裂解制乙烯原料逐一開展裂解性能評價，拓展和優(yōu)化蒸汽裂解原料，在提高原料輕質(zhì)化的前提下，優(yōu)化石腦油加氫裂化尾油的質(zhì)量資源，做到宜芳則芳宜烯則烯。

關(guān)鍵詞：乙烯裂解裝置;富乙烷氣;石腦油原料

乙烯是石油化工的基本有機(jī)原料，約有75%的石油化工產(chǎn)品由乙烯生產(chǎn)，乙烯產(chǎn)量已經(jīng)成為衡量一個國家石油化工工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。國內(nèi)的乙烯消費(fèi)主要體現(xiàn)在下游衍生物上，其中60%以上用于聚乙烯的生產(chǎn)，剩余部分用來生產(chǎn)聚氯乙烯、環(huán)氧乙烷/乙二醇、二氯乙烷、苯乙烯、聚苯乙烯、乙醇、醋酸乙烯等多種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品。

一、乙烯裂解裝置原料現(xiàn)狀

石腦油是傳統(tǒng)的乙烯裂解原料，長期來占據(jù)著主要位置。但隨著美國、加拿大及中東地區(qū)天然氣的大規(guī)模開采，尤其是美國近幾年的頁巖氣開發(fā)技術(shù)取得革命性突破之后，乙烷的供應(yīng)大幅增加，價格不斷下降，乙烷裂解制乙烯已成為極具競爭力的工藝路線。從世界范圍看，全球通過石腦油裂解制乙烯的產(chǎn)量達(dá)到乙烯總產(chǎn)量的55% 左右。北美頁巖氣革命帶動了乙烷裂解的快速發(fā)展，到2014 年石腦油裂解占比下滑到47%，乙烷裂解占比上升到35%，成為第二大乙烯原料來源。丙烷和丁烷裂解也發(fā)展迅速，占比達(dá)到13%。未來幾年，隨著北美新增產(chǎn)能的釋放，乙烷裂解占比將進(jìn)一步提升。到2020 年，在全球乙烯供應(yīng)中，石腦油和乙烷裂解路線，都將在40% 左右。反觀國內(nèi)，石腦油始終作為主要裂解原料，占據(jù)75%的份額，輕烴類僅占14%。中國油氣資源匱乏，乙烷供應(yīng)嚴(yán)重不足，短期內(nèi)大量進(jìn)口乙烷幾無可能，目前僅有中石油、中石化、中海油三家企業(yè)設(shè)立13 個LNG 接氣碼頭，年接氣能力40.00 Mt，2015 年實(shí)際進(jìn)口量不到20.00 Mt，其中只有2.00 Mt 的富乙烷氣，可提取乙烷200 kt。而國內(nèi)采用乙烷裂解制乙烯尚處于起步階段，項目投資主要集中在中石化和中石油，目前只有中石化具備60 kt 乙烷加工能力。在50美元/桶左右的的原油價格下，乙烷裂解裝置的盈利水平已經(jīng)趨近于石腦油裂解裝置，如何在當(dāng)前市場情況下充分利用這部分資源，更好地發(fā)揮其原料輕質(zhì)化優(yōu)勢，已經(jīng)成為不得不面對的問題。對加氫裂化和蠟油加氫精制裝置的原料進(jìn)行優(yōu)化，同時對加氫裂化裝置的產(chǎn)品方案進(jìn)行調(diào)整，加氫裂化裝置由中油型向輕油型轉(zhuǎn)化，使加氫裂化裝置重石腦油和尾油的產(chǎn)量明顯增加，尾油產(chǎn)量增加直接增加了優(yōu)質(zhì)裂解原料，而尾油的值仍然控制在不大于重石腦油的增加優(yōu)化和增加了重整原料資源，間接增加了裂解原料資源，輕石腦油的增加為優(yōu)化碳五原料創(chuàng)造了條件。

二、乙烯裂解裝置加工富乙烷氣替代石腦油原料的經(jīng)濟(jì)效益

1.乙烯裂解原料輕質(zhì)化是大勢所趨，化工行業(yè)應(yīng)加大這方面的研發(fā)和投資。單從乙烯收率來看，乙烷裂解制乙烯收率高達(dá)76%，輕烴裂解制乙烯為38%，均遠(yuǎn)高于石腦油的30%和尾油的29%。同時，國內(nèi)的煤化工路線，相比石腦油裂解也具有明顯的成本優(yōu)勢。未來5 年，煤化工乙烯總產(chǎn)能將超過9.00 Mt，產(chǎn)量將超過全國乙烯總量的25%，成為國內(nèi)重要的乙烯來源之一。今后幾年，隨著需求的恢復(fù)，預(yù)計原油價格逐步回升，而天然氣和煤由于供應(yīng)過剩，預(yù)計其價格仍將維持低位運(yùn)行，不同工藝的競爭將更加激烈，而原料輕質(zhì)化仍將是應(yīng)對乙烯巨大需求的有效途徑。因此，化工行業(yè)應(yīng)加大原料輕質(zhì)化裝置改造升級，探索不同工藝的加工路線，不斷提高國內(nèi)乙烯生產(chǎn)的市場競爭能力，以應(yīng)對國外低成本乙烯的沖擊。

2.綜合考慮乙烷裂解制乙烯。根據(jù)企業(yè)模型的設(shè)定條件，乙烯裝置加工富乙烷氣之后，原料總量和產(chǎn)出總量均會下降。因此，加工富乙烷氣后的經(jīng)濟(jì)效益判定方法是：節(jié)約的原料成本和減少的產(chǎn)品價值之間的比較。如原料成本的節(jié)約量大于產(chǎn)品價值的減少量，加工富乙烷氣有效益，否則對效益就是負(fù)貢獻(xiàn)。這是一個較直觀的判定方法，抓住了裂解原料變化前后的主要變量。這里沒有考慮裝置加工富乙烷氣后裝置燃動能耗的降低，原因：一是從總進(jìn)料量看，雖然增加了富乙烷氣減少了石腦油，但總體的原料結(jié)構(gòu)變化不大。以百萬噸乙烯裝置為例，裂解原料總量通常在330 ～ 350 萬噸之間，受裝置性質(zhì)和煉廠富乙烷資源的限制，富乙烷氣進(jìn)料量不會超過30 萬噸;二是裝置并未改造，主要用能設(shè)備未變。由于裂解富乙烷氣相比裂解石腦油會產(chǎn)生更多的以下輕組分，因此裂解裝置改變原料加工富乙烷氣后，為保持脫甲烷系統(tǒng)（處理以下輕組分的系統(tǒng)）的進(jìn)料量不變，必須減少相應(yīng)比例的石腦油加工量。整個裝置的產(chǎn)能會有所下降，脫甲烷系統(tǒng)是裝置的瓶頸，決定了裝置最大能力。石腦油、富乙烷氣的裂解產(chǎn)物分布和C2以下產(chǎn)物的對比。富乙烷氣價格和石腦油價格組成的點(diǎn)如果石腦油價格較低，富乙烷氣替代石腦油節(jié)約的原料成本有限，無法覆蓋裝置產(chǎn)出的減少量。因此在這個區(qū)域使用富乙烷氣替代石腦油經(jīng)濟(jì)效益上行不通。富乙烷氣價格和石腦油價格組成的點(diǎn)如果在石腦油價格高，富乙烷氣替代石腦油節(jié)約的原料成本高，能覆蓋裝置產(chǎn)出的減少量。因此在這個區(qū)域使用富乙烷氣替代石腦油經(jīng)濟(jì)效益可行。雖然乙烷是優(yōu)良的裂解原料，但石化企業(yè)在選擇裂解原料時，應(yīng)綜合考慮原料投入、產(chǎn)品產(chǎn)出、總邊際貢獻(xiàn)等方面因素。在裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)、乙烷加工能力受限的工況下，更應(yīng)統(tǒng)籌考慮投入乙烷和不投乙烷的總體效益水平，按照整體效益最大的原則，優(yōu)選適合自身工況的加工方案。同時，應(yīng)加快開展提高乙烷加工能力裝置改造的論證工作，盡早實(shí)現(xiàn)裂解原料輕質(zhì)化，最大限度的利用優(yōu)良資源，提高乙烯產(chǎn)能和企業(yè)效益。原油價格波動以及乙烷價格波動比必將直接影響乙烷裂解制乙烯的經(jīng)濟(jì)性。

3.乙烷替代石腦油制乙烯的經(jīng)濟(jì)性評價。乙烷裂解的乙烯收率遠(yuǎn)高于其他裂解原料，但同時丙烯、碳四收率也明顯遜于石腦油裂解。在乙烯裝置產(chǎn)能已達(dá)極限，乙烷加工量受限，裂解原料相對充足，碳二、碳三、碳四鏈產(chǎn)品均有邊際貢獻(xiàn)的情況下，需將投入乙烷與不投入乙烷產(chǎn)生的整體效益進(jìn)行對比，計算出乙烷作為替代裂解原料時的保本點(diǎn)價格，據(jù)此比選乙烷替代石腦油方案的可行性。根據(jù)不投入乙烷總邊際貢獻(xiàn)，計算投入乙烷總邊際貢獻(xiàn)與其相等時的乙烷價格。在保證裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)的情況下，加工石腦油的整體效益優(yōu)于加工乙烷。乙烯裂解裝置加工煉廠富乙烷氣，涉及全廠燃料平衡。因此應(yīng)用在實(shí)際中，需要收集的數(shù)據(jù)包括石腦油價格、東北亞乙烯價格、天然氣價格、淺冷油工藝消耗（包括燃動能耗、折舊、大修）。

結(jié)束語

隨著裂解原料向多樣化、輕質(zhì)化方向發(fā)展，裂解原料不可能同以往一樣以單一的品種為主。石化有限公司通過實(shí)施石腦油分儲分煉項目和富乙烷氣項目，拓寬了裂解原料來源，優(yōu)化了原料結(jié)構(gòu)，降低了乙烯生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了整體效益的最大化，乙烯裝置的高附加值產(chǎn)品收率得到了提高，為公司增產(chǎn)創(chuàng)效做出了貢獻(xiàn)。此外輕重石腦油單獨(dú)儲存、單獨(dú)裂解，能夠更好地控制不同原料的裂解深度，提高裂解爐的運(yùn)行周期，裂解原料多樣化，同時也降低了裝置運(yùn)行的風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)

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