乙烯裂解装置加工富乙烷气替代石脑油原料的经济效益分析

2018-08-02王子宗

当代石油石化 2018年7期

孙川，王子宗

(1.中国石油化工集团公司发展计划部，北京 100728；2.中国石油化工集团公司办公厅，北京 100728)

在大型炼化一体化企业中，遵循“宜油则油、宜烯则烯[1]”的原则，有效利用各类资源，是提高企业盈利能力的重要措施。近年来，研究将炼厂气体经过处理后用在乙烯裂解装置上，逐渐成为炼化资源优化利用的热点。本文根据国内多数大型炼化一体化的企业实际情况，探索提出分析炼厂气用在乙烯裂解装置效益变化的方法，供读者参考。

1 本文研究的企业模型[2-3]

1)炼化一体化企业内已建成的大型乙烯装置，设计原料是以石脑油为主的混合进料。

2)乙烯装置满负荷开工。即装置在加工富乙烷气之前，不存在原料不足的情况；加工富乙烷气之后，装置也是满负荷运行。

3)裂解装置的主要产品，氢气、甲烷、乙烯、丙烯、混合碳四、裂解汽油、裂解燃料油，根据长期的市场价格有一定的比价关系，即采用乙烯价格为1，其余裂解产品的价格采用相对乙烯的值标记。

2 分析乙烯裂解装置加工富乙烷气后的经济效益变化的方法

根据企业模型的设定条件，乙烯装置加工富乙烷气之后，原料总量和产出总量均会下降。因此，加工富乙烷气后的经济效益判定方法是:

节约的原料成本和减少的产品价值之间的比较。如原料成本的节约量大于产品价值的减少量，加工富乙烷气有效益，否则对效益就是负贡献。

这是一个较直观的判定方法，抓住了裂解原料变化前后的主要变量。这里没有考虑装置加工富乙烷气后装置燃动能耗的降低，原因:一是从总进料量看，虽然增加了富乙烷气减少了石脑油，但总体的原料结构变化不大。以百万吨乙烯装置为例，裂解原料总量通常在330～350万吨之间，受装置性质和炼厂富乙烷资源的限制，富乙烷气进料量不会超过30万吨；二是装置并未改造，主要用能设备未变。因此，本研究不考虑原料改变后的吨乙烯产品燃动能耗的变化。

3 主要数据和经济效益变化的公式、图形表达

1)根据长期的市场价格，设定氢气、甲烷、乙烯、丙烯、混合碳四、裂解汽油、裂解燃料油之间的比价关系见表1[4]。

表1 各种裂解产物的比价关系

2)富乙烷气体的相关数据。炼厂各类加氢、焦化等装置，产生的气体中乙烷含量在10%～20%之间，经变压吸附[5]或浅冷油吸收工艺处理[6]，生产富乙烷气体。本文以浅冷油吸收工艺生产的富乙烷气体作为研究，通常富乙烷气的各主要组分的含量是:甲烷氢2%、乙烷57%、丙烷39%、丁烷及以上约2%。

3)由于裂解富乙烷气相比裂解石脑油会产生更多的C2以下轻组分，因此裂解装置改变原料加工富乙烷气后，为保持脱甲烷系统(处理C2以下轻组分的系统)的进料量不变，必须减少相应比例的石脑油加工量。整个装置的产能会有所下降，脱甲烷系统是装置的瓶颈，决定了装置最大能力。表2是石脑油、富乙烷气的裂解产物分布[7]和C2以下产物的对比。

按照表2数据，裂解装置每加工1吨富乙烷气产生的C2以下轻组分体积和裂解2.2吨石脑油产生的一样多(1 442.3/642.3=2.2)，由于脱甲烷系统的处理能力保持不变，因此装置每加工1吨富乙烷气，必须减少2.2吨石脑油的处理量，否则裂解气中的C2以下轻组分将无法处理。

表2 石脑油、富乙烷气的裂解产物分布和C2以下产物的对比吨

综合表2，在原料端，装置每加工1吨富乙烷气体，必须减少2.2吨石脑油加工量；在产出端，加工1吨富乙烷气产生约0.82吨乙烯的价值，减少的2.2吨石脑油相应减少了1.5吨乙烯的产出价值，产出净减少量是约0.7吨乙烯价值。

4)经济效益分析的公式表达

如果裂解装置加工富乙烷气替代石脑油有增量效益，下面的公式必须成立，加工富乙烷气节约的成本＞裂解装置减少的产出，即:

如果公式不成立，就说明裂解装置加工富乙烷气替代石脑油对效益是负贡献。

5)采用较直观的图表形式

按照上述公式，以石脑油单价为Y轴，富乙烷气单价为X轴，分别取乙烯单价6 000元/吨、7 000元/吨、8 000元/吨，可很直观的表达出装置加工富乙烷气后的经济效益情况，见图1。

图1 裂解装置加工富乙烷气替代石脑油的经济效益对比

富乙烷气价格(X)和石脑油价格(Y)组成的点如果在区域1内，说明石脑油价格较低，富乙烷气替代石脑油节约的原料成本有限，无法覆盖装置产出的减少量。因此在这个区域使用富乙烷气替代石脑油经济效益上行不通。

富乙烷气价格(X)和石脑油价格(Y)组成的点如果在区域2内，说明石脑油价格高，富乙烷气替代石脑油节约的原料成本高，能覆盖装置产出的减少量。因此在这个区域使用富乙烷气替代石脑油经济效益可行。

4 采用本文的分析方法应用于2010–2016年实际的市场情况

乙烯裂解装置加工炼厂富乙烷气，涉及全厂燃料平衡。因此，上述方法应用在实际中，需要收集的数据包括石脑油价格、东北亚乙烯价格、天然气价格、浅冷油工艺消耗(包括燃动能耗、折旧、大修)。

加工饱和干气50万吨/年的浅冷油装置[5]，富乙烷气产量约18万吨/年、氢气2万吨/年。装置的燃动能耗、折旧、大修三项合计约300元/吨，此外还需要补充全厂天然气约20万吨/年(也就是富乙烷气产量的1.1倍)。

因此，可将补充天然气的单价乘以1.1，再加上300元/吨的浅冷油装置消耗，作为富乙烷气的成本(单价)，和同期的石脑油价格、乙烯价格，确定出X、Y点在上图中的位置。表3是2010–2016年的相关数据。

表3 2010－2016年相关数据元/吨

从表3数据，可以在图1中以富乙烷成本、石脑油均价位为X、Y点，标记出相应的位置，可以非常直观地看出，在不同价格体系下乙烯裂解装置加工富乙烷气替代石脑油的经济效益变化情况。

从图2可以看出，2010–2014年，石脑油价格在5 500元/吨左右，根据天然气价格计算的富乙烷气成本约在3 400元/吨，图中的相关点在乙烯价格斜线的上方，裂解装置加工富乙烷气替代石脑油是增加效益的；2015–2016年，石脑油价格下跌到3 000元/吨以下，同期天然气价格基本保持不变或略有上涨，计算后的富乙烷气成本有时甚至超过了石脑油，图中相关点在乙烯价格斜线的下方，这种情况下裂解装置加工富乙烷气替代石脑油是减少经济效益的。

图2 表3数据在图中的相对位置

此外，按照石脑油和乙烯的市场价格，通过“式(1)”可计算出能够替代石脑油的富乙烷气最高单价；按照补充天然气价格和浅冷油工艺消耗，可计算出富乙烷气的成本价格。这两个价格曲线的差值就是裂解装置加工富乙烷气替代石脑油的盈利空间。图3中两条曲线之间的差值是2010–2016年裂解装置加工富乙烷气替代石脑油的盈利空间变化情况。可以看出，2010年2月–2014年10月，两条曲线的差值是正数；此后到2016年12月，两条曲线的差值是负数。