乙烯裂解裝置加工富乙烷氣替代石腦油原料的經濟效益分析

王清平

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

關鍵詞：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原料，約有75%的石油化工產品由乙烯生產，乙烯產量已經成為衡量一個國家石油化工工業發展水平的標志。國內的乙烯消費主要體現在下游衍生物上，其中60%以上用于聚乙烯的生產，剩余部分用來生產聚氯乙烯、環氧乙烷/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化工產品。

一、乙烯裂解裝置原料現狀

石腦油是傳統的乙烯裂解原料，長期來占據著主要位置。但隨著美國、加拿大及中東地區天然氣的大規模開采，尤其是美國近幾年的頁巖氣開發技術取得革命性突破之后，乙烷的供應大幅增加，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量達到乙烯總產量的55% 左右。北美頁巖氣革命帶動了乙烷裂解的快速發展，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展迅速，占比達到13%。未來幾年，隨著北美新增產能的釋放，乙烷裂解占比將進一步提升。到2020 年，在全球乙烯供應中，石腦油和乙烷裂解路線，都將在40% 左右。反觀國內，石腦油始終作為主要裂解原料，占據75%的份額，輕烴類僅占14%。中國油氣資源匱乏，乙烷供應嚴重不足，短期內大量進口乙烷幾無可能，目前僅有中石油、中石化、中海油三家企業設立13 個LNG 接氣碼頭，年接氣能力40.00 Mt，2015 年實際進口量不到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趨近于石腦油裂解裝置，如何在當前市場情況下充分利用這部分資源，更好地發揮其原料輕質化優勢，已經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行優化，同時對加氫裂化裝置的產品方案進行調整，加氫裂化裝置由中油型向輕油型轉化，使加氫裂化裝置重石腦油和尾油的產量明顯增加，尾油產量增加直接增加了優質裂解原料，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化碳五原料創造了條件。

二、乙烯裂解裝置加工富乙烷氣替代石腦油原料的經濟效益

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

2.綜合考慮乙烷裂解制乙烯。根據企業模型的設定條件，乙烯裝置加工富乙烷氣之后，原料總量和產出總量均會下降。因此，加工富乙烷氣后的經濟效益判定方法是：節約的原料成本和減少的產品價值之間的比較。如原料成本的節約量大于產品價值的減少量，加工富乙烷氣有效益，否則對效益就是負貢獻。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，但總體的原料結構變化不大。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，受裝置性質和煉廠富乙烷資源的限制，富乙烷氣進料量不會超過30 萬噸;二是裝置并未改造，主要用能設備未變。由于裂解富乙烷氣相比裂解石腦油會產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（處理以下輕組分的系統）的進料量不變，必須減少相應比例的石腦油加工量。整個裝置的產能會有所下降，脫甲烷系統是裝置的瓶頸，決定了裝置最大能力。石腦油、富乙烷氣的裂解產物分布和C2以下產物的對比。富乙烷氣價格和石腦油價格組成的點如果石腦油價格較低，富乙烷氣替代石腦油節約的原料成本有限，無法覆蓋裝置產出的減少量。因此在這個區域使用富乙烷氣替代石腦油經濟效益上行不通。富乙烷氣價格和石腦油價格組成的點如果在石腦油價格高，富乙烷氣替代石腦油節約的原料成本高，能覆蓋裝置產出的減少量。因此在這個區域使用富乙烷氣替代石腦油經濟效益可行。雖然乙烷是優良的裂解原料，但石化企業在選擇裂解原料時，應綜合考慮原料投入、產品產出、總邊際貢獻等方面因素。在裝置滿負荷生產、乙烷加工能力受限的工況下，更應統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，優選適合自身工況的加工方案。同時，應加快開展提高乙烷加工能力裝置改造的論證工作，盡早實現裂解原料輕質化，最大限度的利用優良資源，提高乙烯產能和企業效益。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濟性。

3.乙烷替代石腦油制乙烯的經濟性評價。乙烷裂解的乙烯收率遠高于其他裂解原料，但同時丙烯、碳四收率也明顯遜于石腦油裂解。在乙烯裝置產能已達極限，乙烷加工量受限，裂解原料相對充足，碳二、碳三、碳四鏈產品均有邊際貢獻的情況下，需將投入乙烷與不投入乙烷產生的整體效益進行對比，計算出乙烷作為替代裂解原料時的保本點價格，據此比選乙烷替代石腦油方案的可行性。根據不投入乙烷總邊際貢獻，計算投入乙烷總邊際貢獻與其相等時的乙烷價格。在保證裝置滿負荷生產的情況下，加工石腦油的整體效益優于加工乙烷。乙烯裂解裝置加工煉廠富乙烷氣，涉及全廠燃料平衡。因此應用在實際中，需要收集的數據包括石腦油價格、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）。

結束語

隨著裂解原料向多樣化、輕質化方向發展，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，優化了原料結構，降低了乙烯生產成本，實現了整體效益的最大化，乙烯裝置的高附加值產品收率得到了提高，為公司增產創效做出了貢獻。此外輕重石腦油單獨儲存、單獨裂解，能夠更好地控制不同原料的裂解深度，提高裂解爐的運行周期，裂解原料多樣化，同時也降低了裝置運行的風險。

參考文獻

[1]徐海豐.2015 年世界乙烯行業發展狀況與趨勢[J].國際石油經濟，2016，24（5）：60 - 65.

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