SPYRO在烯烃原料生产方案测算中的应用

倪卫高

(中国石化上海石油化工股份有限公司，200540)

SPYRO在烯烃原料生产方案测算中的应用

倪卫高

(中国石化上海石油化工股份有限公司，200540)

文章对SPYRO裂解模拟软件在石化企业烯烃生产原料优化方案测算中的应用进行了比较深度的概括分析。结合该软件在上海石化的实际应用，认为在劣质化原油加工份额不断增加的趋势下，SPYRO裂解模拟软件有助于石化企业在烯烃生产原料优化选择、生产计划合理安排、原油加工生产效益比较等方面为企业相关决策者提供有效地帮助。

SPYRO软件 烯烃 裂解 模拟计算 应用

随着近几年来炼油企业加工重质化、劣质化原油的趋势不断加大，目前乙烯裂解原料(石脑油、煤柴油和加氢尾油等)的性质也在逐渐变差。石脑油、煤柴油中链烷烃(P)质量分数与劣质化前的2005年上半年平均值相比呈逐年下降趋势。加氢尾油的芳烃指数值(BMCI)逐年上升，加氢尾油(HVGO)裂解性能逐年下降［1］。故拓展裂解原料范围，选择优质的裂解原料，优化生产计划和工艺参数，以获得双烯收率最大化是烯烃生产中的重要工作之一。

每个新的生产方案实施之前必须做好充分的可行性研究和效益的测算和比较，而生产方案财务测算和比较的前提主要是目标原料所能提供的裂解产物分布情况。在生产装置运行条件变化不大的状态下，裂解产物的分布情况将直接影响企业效益。在以往，方案比较中的裂解产物分布是由技术人员通过经验估算而产生，由于同一名称的原料可能来自不同产地或厂家，其组分不尽相同，因而估算出来的裂解产物往往与实际生产中的数据偏离较大。

SPYRO软件是一款乙烯裂解模拟计算软件，是基于物理反应的计算机模型，其中动力学方程超过2000个反应式(HVGO更是超过3000个)，表达对到 C25(HVGO到 C42)的烃类热分解的基本链反应机理。该软件适用于现有的所有操作和设计条件，原料包括了从乙烷到终馏点为350℃(ASTM D－86)的馏出物。另外，SPYRO还可对终馏点为550℃(ASTM D－86)的重柴油进行模拟计算。SPYRO软件有助于确定下列相关因素:一是原料选择;二是炉子控制;三是生产计划和优化;四是裂解炉管的设计和改进。

使用SPYRO软件可以对乙烯裂解过程中许多复杂工艺参数进行评估，并且对于裂解工艺可以提供有价值的信息，从而可明显地减少操作费用，是适合烯烃装置经理、工程师和研发以及财务人员使用的实用工具。通过模拟炉管性能，SPYRO有助于对裂解炉的蒸汽裂解工艺进行最大程度的控制，可以对任何裂解原料或混合原料(共裂解)提供裂解产物分布、炉子性能、结焦速率等准确详细的分析，弥补了经验估算的不足。

1 SPYRO在烯烃生产中的应用

1.1 原料选择中的应用

以中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称:上海石化)为例，由于加工重质化、劣质化原油的趋势不断加大，石脑油中的链烷烃质量分数由69.38%下降到64.40%，煤柴油中的链烷烃质量分数由47.90%下降到43.28%，加氢尾油的芳烃指数值逐年上升，故乙烯裂解原料的性质逐渐变差，双烯收率也不高(2008年1#乙烯为44.778%，2#乙烯为45.276%)。因此，上海石化在2008年和2009年对乙烯裂解原料的选择和拓展方面上做了大量的优化工作，其中就充分利用了SPYRO软件的功能。

1.1.1 外购原料的选用

某公司是从事液化气(LPG)进口、国内贸易、储存、销售的专业性公司，具有长期供货的能力，其提供给上海石化的LPG可以作为乙烯裂解的原料。但最终是否用作乙烯裂解原料，还要计算经济效益。用SPYRO软件即可进行模拟计算。

以1 t LPG投入为核算基准，根据2008年11月的产品价格体系(不含税价)计算，产品分布以SRT－III型炉(COT:855℃)进行SPYRO模拟裂解分析，模拟结果见表1。

表1 LPG投入产出比较

表中产出(除乙烯部分)的单价与产值参照实际市场价格并计算而来，总投入成本在剔除这部分价值后的剩余，即为产出乙烯的总成本，并以此计算得出产出乙烯的单位成本。

从表中可看出，这种 LPG的双烯收率为54.69%(数量即为模拟裂解的产品分布)，有利于装置双烯收率的提高。根据当时的价格体系和加工成本可以得出，乙烯生产成本为4066.93元/t，如当时的市场乙烯销售价格高于此值，则可以选用这种LPG作乙烯裂解原料，反之则不选。所以，SPYRO模拟裂解软件不但提供了双烯收率依据，还同时提供了产品性价比的参考，使得对原料的选择可以更加的科学。

另一种计算方式，就是在一定的价格体系下，以LPG与石脑油为原料所产出的产品分别计算收入再扣除加工费差异后倒推原料差价，进行原料选择，基础也是SPYRO模拟裂解后的产品分布数据。

1.1.2 企业物料资源的合理利用

原炼化部2#芳烃干气是并网进入公司干气管网作燃料气用的，为了合理利用公司的物料资源，追求资源的最大回报率，计划将其利用作为乙烯裂解原料。同样首先利用SPYRO软件对芳烃干气进行模拟分析以判断是否采用。

采集该部分干气的性质数据，以SRT－III型炉为模拟炉型针对不同的炉子出口温度(COT)条件进行了模拟裂解后得到表2的结果。

表2 芳烃干气不同条件模拟裂解产品分布 %

模拟结果表明，理论上芳烃干气的双烯收率很高，当COT为855℃，双烯收率最高为58.22%。

从2009年2月开始，烯烃部将2#芳烃干气作为乙烯裂解原料，截止12月底共裂解芳烃干气31829 t，取得了很好的经济效益。所以SPYRO的模拟结果为领导决策提供了可信的依据，并对装置实际操作起到了重要的指导作用，为2009年双烯收率的提高作出了一定的贡献。

1.1.3 物料替换的判断

2009年9月，600 kt/a对二甲苯(PX)新芳烃装置投料开车，产生了3.5 t/h的新芳烃装置干气，理论上烯烃生产又增加了一股优质裂解原料，但是否可行则需将此部分干气与石脑油进行技术经济分析对比。

根据这部分干气的性质，利用SPYRO模拟裂解并与石脑油(NAP)进行了比较，以1 t原料投入为核算基准，新芳烃干气以SL－Ⅱ型炉(COT:855℃)、石脑油以SL－Ⅱ型炉(COT:838℃)进行了模拟裂解，模拟产品分布结果见表3。

表3 新芳烃干气与石脑油模拟裂解产品分布 %

从表中产品分布结果可见，新芳烃干气的双烯收率比石脑油要高10.39个百分点，如果投用则装置的技术经济指标可以得到一定的改善。

根据原料的产品分布，采用2009年9月内部效益评价的价格进行了比较(为销售收入减去原料成本，没有扣除变动费用和固定费用)，其结果见表4。

表4 新芳烃干气与石脑油模拟裂解效益比较

从上述计算结果可得:新芳烃干气作裂解料时，产出减投入为1104.63元/t;石脑油作裂解料时，产出减投入为924.06元/t;扣除变动能耗差异70元/t，则增加效益110.57元/t。2009年12月开始投用裂解新芳烃干气，经济效益增加明显。

由此可见，利用炼化一体化大企业的优势，合理利用公司的物料资源，做好物料平衡工作，不仅可以提高装置的技术经济指标水平，还可实现公司效益最大化。

1.2 生产计划和优化中的应用

根据炼油化工总体物料平衡，每年多出200 kt的轻石脑油，这部分轻石脑油是一种含正构烷烃质量分数较高的原料，是优质的裂解原料。为此，考虑将这部分轻石脑油不再作为调和汽油组分，而直接供裂解炉进行裂解。

由于上游装置能够稳定供应的轻石脑油量是20～25 t/h，2#烯烃裂解炉的原料裂解能力分别是:GK－V型为25 t/h;GK－VI型为29 t/h;SRT－III型为22 t/h;SL－II型为45 t/h。根据供应量和裂解炉裂解能力，选择了BA－103、104、107(SRT－III型)和BA－111(GK－V型)作为裂解轻石脑油量的裂解炉，主要以BA－103和BA－111为主。根据原料轻石脑油的性质用SPYRO软件在GK－V型裂解炉上进行了模拟裂解，模拟产品分布结果见表5。

表5 轻石脑油不同条件模拟裂解产品分布 %

从模拟结果来看，当裂解炉COT为860℃时可以达到最佳的双烯收率48.42%。

2008年8月底装置参考SPYRO软件模拟裂解结果，增设了轻石脑油直送2#烯烃流程，使2#烯烃的一台裂解炉能单独裂解这部分轻石脑油。这样，一方面可以对轻石脑油裂解进行更为精确的深度控制，原料裂解更充分;另一方面可以根据下游装置的需要，调整乙烯、丙烯的收率，争取最大的经济效益，有利于生产计划的安排和优化。实际生产数据表明，裂解轻石脑油的双烯收率比裂解石脑油增加0.52个百分点。2009年包括加氢C5在内的轻石脑油投料量为155.195 kt，占总投料量的5.2%，有效地提高了双烯收率。

2 综合效益反映

以寻求提高双烯收率为出发点，经过大量的原料优化工作，初步达到了多产高附加值产品、追求效益最大化的目的，从2009年与2008年数据对比(见表6)中可以发现，优化工作的重要性及SPYRO软件在优化工作中的作用。

表6 乙烯裂解分离装置投入产出对比

前文所述原料均合并在上表原料项目中，计算时2008年价格参照采用2009年平均价格;产出产品总量中不包含自发蒸汽量、产出合计金额中已含自发蒸汽量金额、其他产品产出按各自单价计算后汇总列示;装置毛利是综合性指标。从表中可以看出，原料投入中双烯收率高的比重有较大幅度的增加，2009年度双烯收率比2008年度有明显提高的同时，经济效益也大辐上升。

3 结束语

在烯烃装置的原料选择、生产计划、裂解炉操作控制优化中，SPYRO软件的应用可以起到很好的指导作用，即发挥炼化一体化大企业的优势，合理利用现有各种物料资源、做好物料优化平衡，有效提高了企业技术经济指标的水平。同时，该软件系统可以为生产优化方案的财务效益测算和比较提供数据支撑，避免了人为估算的误差，紧密结合生产实际状况，为决策层提供了准确的信息。另外，该软件的应用有利于优化工作的持续开展，不仅可以做好内部资源优化，也可以在外部市场上寻找资源提供支持，对企业追求经济效益最大化有着重大的指导意义。SPYRO软件在今后的应用中还需根据实际设备技术状况(如技术升级等)进行参数修正，不断进行完善，才能发挥应有的作用。

1 张利军.乙烯装置运行优化对策［J］.石油化工技术与经济，2008，24(6):1 －4.

Application of SPYRO in Evaluation of Olefin Material Production Scheme

Ni Weigao
(SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.，Ltd.200540)

In－depth analysis was made on the application of SPYRO cracking analogue software in evaluation of olefin production material optimized scheme for petrochemical enterprises.Connecting with the practical application of this software in Shanghai Petrochemical Company Limited，it holds that under the condition that the processing proportion of inferior crude oil is continuing increased，SPYRO software is helpful for decision －makers of petrochemical enterprises in optimal selection of olefin production materials，rational arrangement of production plan，and comparison of production effects of crude oil processing.

SPYRO，software，olefin，cracking，analogue calculation，application

1674－1099 (2011)01－0019－05

TQ203.8

A

2010-12-04。

倪卫高，男，1965年出生，本科，会计师，从事炼化财务核算和财务管理工作。