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

王清平

摘 要：在大型炼化一体化企业中，遵循“宜油则油、宜烯则烯”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。潜在的蒸汽裂解制乙烯原料逐一开展裂解性能评价，拓展和优化蒸汽裂解原料，在提高原料轻质化的前提下，优化石脑油加氢裂化尾油的质量资源，做到宜芳则芳宜烯则烯。

关键词：乙烯裂解装置;富乙烷气;石脑油原料

乙烯是石油化工的基本有机原料，约有75%的石油化工产品由乙烯生产，乙烯产量已经成为衡量一个国家石油化工工业发展水平的标志。国内的乙烯消费主要体现在下游衍生物上，其中60%以上用于聚乙烯的生产，剩余部分用来生产聚氯乙烯、环氧乙烷/乙二醇、二氯乙烷、苯乙烯、聚苯乙烯、乙醇、醋酸乙烯等多种重要的有机化工产品。

一、乙烯裂解装置原料现状

石脑油是传统的乙烯裂解原料，长期来占据着主要位置。但随着美国、加拿大及中东地区天然气的大规模开采，尤其是美国近几年的页岩气开发技术取得革命性突破之后，乙烷的供应大幅增加，价格不断下降，乙烷裂解制乙烯已成为极具竞争力的工艺路线。从世界范围看，全球通过石脑油裂解制乙烯的产量达到乙烯总产量的55% 左右。北美页岩气革命带动了乙烷裂解的快速发展，到2014 年石脑油裂解占比下滑到47%，乙烷裂解占比上升到35%，成为第二大乙烯原料来源。丙烷和丁烷裂解也发展迅速，占比达到13%。未来几年，随着北美新增产能的释放，乙烷裂解占比将进一步提升。到2020 年，在全球乙烯供应中，石脑油和乙烷裂解路线，都将在40% 左右。反观国内，石脑油始终作为主要裂解原料，占据75%的份额，轻烃类仅占14%。中国油气资源匮乏，乙烷供应严重不足，短期内大量进口乙烷几无可能，目前仅有中石油、中石化、中海油三家企业设立13 个LNG 接气码头，年接气能力40.00 Mt，2015 年实际进口量不到20.00 Mt，其中只有2.00 Mt 的富乙烷气，可提取乙烷200 kt。而国内采用乙烷裂解制乙烯尚处于起步阶段，项目投资主要集中在中石化和中石油，目前只有中石化具备60 kt 乙烷加工能力。在50美元/桶左右的的原油价格下，乙烷裂解装置的盈利水平已经趋近于石脑油裂解装置，如何在当前市场情况下充分利用这部分资源，更好地发挥其原料轻质化优势，已经成为不得不面对的问题。对加氢裂化和蜡油加氢精制装置的原料进行优化，同时对加氢裂化装置的产品方案进行调整，加氢裂化装置由中油型向轻油型转化，使加氢裂化装置重石脑油和尾油的产量明显增加，尾油产量增加直接增加了优质裂解原料，而尾油的值仍然控制在不大于重石脑油的增加优化和增加了重整原料资源，间接增加了裂解原料资源，轻石脑油的增加为优化碳五原料创造了条件。

二、乙烯裂解装置加工富乙烷气替代石脑油原料的经济效益

1.乙烯裂解原料轻质化是大势所趋，化工行业应加大这方面的研发和投资。单从乙烯收率来看，乙烷裂解制乙烯收率高达76%，轻烃裂解制乙烯为38%，均远高于石脑油的30%和尾油的29%。同时，国内的煤化工路线，相比石脑油裂解也具有明显的成本优势。未来5 年，煤化工乙烯总产能将超过9.00 Mt，产量将超过全国乙烯总量的25%，成为国内重要的乙烯来源之一。今后几年，随着需求的恢复，预计原油价格逐步回升，而天然气和煤由于供应过剩，预计其价格仍将维持低位运行，不同工艺的竞争将更加激烈，而原料轻质化仍将是应对乙烯巨大需求的有效途径。因此，化工行业应加大原料轻质化装置改造升级，探索不同工艺的加工路线，不断提高国内乙烯生产的市场竞争能力，以应对国外低成本乙烯的冲击。

2.综合考虑乙烷裂解制乙烯。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。由于裂解富乙烷气相比裂解石脑油会产生更多的以下轻组分，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。石脑油、富乙烷气的裂解产物分布和C2以下产物的对比。富乙烷气价格和石脑油价格组成的点如果石脑油价格较低，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。富乙烷气价格和石脑油价格组成的点如果在石脑油价格高，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。虽然乙烷是优良的裂解原料，但石化企业在选择裂解原料时，应综合考虑原料投入、产品产出、总边际贡献等方面因素。在装置满负荷生产、乙烷加工能力受限的工况下，更应统籌考虑投入乙烷和不投乙烷的总体效益水平，按照整体效益最大的原则，优选适合自身工况的加工方案。同时，应加快开展提高乙烷加工能力装置改造的论证工作，尽早实现裂解原料轻质化，最大限度的利用优良资源，提高乙烯产能和企业效益。原油价格波动以及乙烷价格波动比必将直接影响乙烷裂解制乙烯的经济性。

3.乙烷替代石脑油制乙烯的经济性评价。乙烷裂解的乙烯收率远高于其他裂解原料，但同时丙烯、碳四收率也明显逊于石脑油裂解。在乙烯装置产能已达极限，乙烷加工量受限，裂解原料相对充足，碳二、碳三、碳四链产品均有边际贡献的情况下，需将投入乙烷与不投入乙烷产生的整体效益进行对比，计算出乙烷作为替代裂解原料时的保本点价格，据此比选乙烷替代石脑油方案的可行性。根据不投入乙烷总边际贡献，计算投入乙烷总边际贡献与其相等时的乙烷价格。在保证装置满负荷生产的情况下，加工石脑油的整体效益优于加工乙烷。乙烯裂解装置加工炼厂富乙烷气，涉及全厂燃料平衡。因此应用在实际中，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）。

结束语

随着裂解原料向多样化、轻质化方向发展，裂解原料不可能同以往一样以单一的品种为主。石化有限公司通过实施石脑油分储分炼项目和富乙烷气项目，拓宽了裂解原料来源，优化了原料结构，降低了乙烯生产成本，实现了整体效益的最大化，乙烯装置的高附加值产品收率得到了提高，为公司增产创效做出了贡献。此外轻重石脑油单独储存、单独裂解，能够更好地控制不同原料的裂解深度，提高裂解炉的运行周期，裂解原料多样化，同时也降低了装置运行的风险。

参考文献

[1]徐海丰.2015 年世界乙烯行业发展状况与趋势[J].国际石油经济，2016，24（5）：60 - 65.

[2]张汉.乙烯工艺与技术[M].北京：中国石化出版社，2017