煉化一體化乙烯原料的優化與探索

薛海鋒

（中國石化鎮海煉化分公司，浙江寧波315207）

近年來，頁巖氣制烯烴表現出強勁的市場競爭力，同時煤制烯烴、原油為原料直接制烯烴等顛覆性技術也對傳統乙烯產業結構和形態造成沖擊。如何通過內部資源整合提升競爭力，是煉化一體化企業面臨的首要任務。

中國石化鎮海煉化分公司（簡稱鎮海煉化）擁有2 300萬t/a原油綜合處理能力與100萬t/a乙烯生產能力，是國內投入運行的最大的煉化一體化企業。企業按照“宜油則油、宜烯則烯、宜芳則芳”的原則，走出了一條獨具特色的乙烯原料優化路線。

1 乙烯裂解原料

鎮海煉化100萬t/a乙烯裂解裝置裂解爐共有12臺，均采用中國石化科技開發公司與魯姆斯合作開發的SL-I、SL-IV 型裂解爐。該裝置原設計以石腦油原料為主，占比87.3%，投產后通過不斷提高原料多元化水平，目前原料種類包含石腦油、加裂尾油、碳五、液化氣、富乙烷氣、催化干氣等。

2 不同原料的產品分布

借助SPYRO 模擬軟件測算不同原料的產品分布如表1所示。

由表1 可看出，原料由輕到重，雙烯收率呈現下降趨勢，裂解反應中低價值的副產品增多，因此乙烯原料優化的方向還是輕質化和優質化。

表1 不同乙烯原料的產品分布 %（φ）

3 原料資源的優化

3.1 富烯氣體的綜合利用

鎮海煉化富烯氣體來源有2 個，一是來自兩套催化裂解富含乙烯的催化干氣；二是來自聚烯烴裝置的外排尾氣，具體組成見表2。

表2 富烯氣體的組成 %（φ）

3.1.1 催化干氣的優化利用

鎮海煉化擁有兩套催化裂化裝置，催化干氣中乙烷與乙烯的體積分數達20%以上。為有效利用這部分干氣，乙烯裂解同步配套建設干氣預精制單元，對干氣中的有效組分進行回收，現每年可回收C2+目標產品6萬t以上。

3.1.2 聚烯烴尾氣的優化利用

鎮海煉化聚烯烴裝置低壓尾氣因含有雜質不能直接回用。為了回收這部分尾氣中的富烯氣體，通過流程優化將其管輸至乙烯裂解氣壓縮機GB201入口重新提純回收。該項措施實現年回收雙烯目標產品1 000 t以上。

3.2 富乙烷氣的優化利用

乙烯開工初期，富乙烷氣的主要來源是歧化裝置汽提塔頂不凝氣與重整PSA單元的解析氣，正常情況下可向乙烯提供9.6萬t/a的原料。2014年在建設Ⅲ焦化裝置的同時，建設投用了氣體中心單元，成功實現對焦化干氣中的C2的回收，年產富乙烷氣6.4 萬t 以上，年增加效益1 億元以上。全廠富乙烷氣資源統計如表3 所示，目前Ⅰ輕烴不凝氣、Ⅲ常常頂氣的C2、C3 含量在30%以上，建議下一步也將作為富乙烷氣深化開發對象。

表3 富乙烷氣的組成 %（φ）

3.3 飽和液化氣的優化利用

鎮海煉化液化氣組分分析見表4。Ⅰ輕烴液化氣的丙烷與正丁烷含量在70%以上，是優質的乙烯裂解原料。Ⅱ催化新脫液化氣中的丙烷與正丁烷含量也在70%以上，且烯烴含量也比較低，該物料部分外供周邊化工廠江寧化工，部分作生產乙烯原料。三套氣分裝置的丙烷是理想的乙烯原料，但是冬季為了提高民用液化氣的燃燒性能，需季節性的用于調和民用液化氣。加氫裂化與重整液化氣異丁烷含量較高均在30%以上，不考慮作生產乙烯原料。焦化液化氣由于富含烯烴不能直接作為乙烯原料，2014年公司新上焦汽回收單元，精制后的焦化液化氣丙烷與正丁烷的含量高達90%，是極其優良的乙烯原料。

目前醚后C4 產量約52 萬t/a，約18 萬t/a 作為專用料出廠，剩余約34萬t/a作為民用液化氣出廠，產品附加值低，且隨著民用天然氣的廣泛使用，可銷售市場逐步減小，而這部分醚后C4 餾分是理想的烷基化裝置原料。2019年公司投產運行的烷基化裝置以該組分為原料生產優良的汽油調和組分，同時副產品正丁烷年產量在3.2萬t以上，進一步拓寬了飽和液化氣作為乙烯原料的來源。

表4 液化氣的組成 %（φ）

3.4 輕C5 資源的優化利用

通過SPYRO軟件進行模擬，正構C5作為裂解原料雙烯收率在70%以上，異構C5 的雙烯收率僅為30%。各裝置輕C5原料的組分分析見表5，由表5可以看出，常減壓的直餾C5的正構C5含量在35%左右，是優質的乙烯原料。重整預加氫分餾塔的C5含量也在30%左右，盡可能用作乙烯裂解原料。重整脫戊烷塔異構烷烴高且苯的含量在15%以上，不適合作乙烯原料。加氫裂化汽油的異構C5 含量更是高達近54%，一般用作汽油調和組分。裂解C5原料不足時，可通過提高Ⅲ常凝析油的摻煉比例增產部分輕石腦油；或對重整料的初餾點進行合理切割，努力提高預加氫裝置分餾塔C5的外排量。

鎮海煉化裂解C5 是管輸至周邊化工園區專門回收C5、二烯烴的金海晨光公司綜合利用，剩余C5抽余油返回鎮海煉化Ⅱ加氫裝置單烯烴飽和后重新用作乙烯裂解的原料。該措施年回用C5資源0.25萬t以上，也是對C5資源的補充。

表5 輕C5 原料的組成分析 %（φ）

3.5 石腦油資源的優化利用

乙烯裂解裝置原設計石腦油主要來源為直餾石腦油與焦化石腦油，但缺口仍然較大，只能通過外購進行補充。因此石腦油原料價格與品質對市場依賴度較高，嚴重制約了裝置的市場競爭能力。石腦油資源優化工作的重點一是通過干點調整提高石腦油的產量；二是通過物料流向管理，提高石腦油原料的品質。優化后石腦油的產量能夠滿足原料需求，同時石腦油中烷烴（Paraffin）、烯烴（Olefins）、環烷烴（Naphthenes）、烴（Aromatics）（PONA）含量大幅提高。

3.5.1 直餾石腦油的優化

通過對不同原油的直餾石腦油PONA分析，石蠟基原油的石腦油烷烴含量都在60%以上，其中正構烷烴更是高達42%，非常適合作乙烯原料。中間基原油的石腦油烷烴含量也較高，可以根據實際情況在乙烯料與重整料之間切換。環烷基原油不是公司主煉油種，可根據考察情況安排石腦油加工方案。在正常生產時，原油采取分儲分煉，根據原油數據庫建立的PONA信息，固化石腦油的流向，同時通過動態調整石腦油的干點切割，平衡控制石腦油庫存。

3.5.2 焦化石腦油的優化

焦化石腦油鏈式烷烴在70%以上，但烯烴含量較高，必須經過加氫精制才能作為乙烯原料。2014年老區裝置提質升級，新建Ⅲ焦化裝置，同步停運Ⅰ焦化裝置，同步配套建設焦汽回收單元，該單元將焦化汽油與焦化液化氣混合加氫處理，精制石腦油作為乙烯原料。

3.5.3 柴油加氫裝置石腦油的優化利用

Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ柴油加氫石腦油原流程僅產乙烯裂解原料，通過RSIM 等優化軟件對3 套柴油加氫裝置副產石腦油進行跟蹤評價后，發現這幾股物料芳潛遠高于常減壓裝置產出的石腦油。2019年進行流程改造，將此股物料改進重整裝置用于生產芳烴，置換出的低芳潛石腦油用于生產乙烯，該石腦油年產量在16.8萬t以上，具有較好的經濟效益。

另外乙烯裂解抽余油的C6、C7 環烷烴含量在50%以上，是非常好的重整原料，該股物料年產石腦油8.4萬t以上，正常直供重整裝置。加裂重石腦油的性質穩定，C6以上環烷烴含量在40%以上，是優質的重整原料，正常直供重整裝置，不考慮作生產乙烯料。各裝置石腦油性質評價見表6。

表6 各裝置石腦油性質評價

3.6 加氫裂化尾油的優化利用

根據表7 SPYRO 模擬的結果，尾油芳烴指數（BMCI）上升，雙烯收率有所降低。鎮海煉化正常投運2 臺尾油裂解爐，通過測算Ⅰ、Ⅱ加氫裂化尾油的BMCI按≤16.5控制，尾油餾程按260～530℃控制，恰好滿足尾油原料的需求，且經濟效益較高；如果進一步提高BMCI 指標，富含石腦油組分的尾油將間斷壓入催化原料中，造成資源的浪費。建議今后結合新建120萬t/a乙烯與Ⅲ加氫裂化投產情況，如果尾油存在缺口情況下，可適當提高尾油的BMCI指標增加尾油產量，充分挖掘尾油產量潛能。

表7 加氫裂化尾油SPYRO 模擬結果

4 乙烯原料優化利用的效果

按照目前每桶原油65美元價格體系，鎮海煉化乙烯的噸原料成本為4 782元（人民幣），低于同類裝置。石腦油的依賴度從設計的87.3%下降至目前的45%以下，見表8，實現了原料的多元化和輕質化。乙烯裂解裝置雙烯收率51.04%，高附加值產品收率62.71%，優化效果顯著。

5 原料輕質化對乙烯裂解裝置的影響及對策

1）裂解爐

原料優化后氣體及輕烴原料的占比高達40%左右，較原設計3.2%偏差較大，必須對裂解爐進行適應性改造，才能滿足處理乙烷、丙烷、液化氣及輕碳五原料需求。BA-104設計只能裂解石腦油，改造后可裂解LPG氣相原料，同時新增1臺產能15萬t/a的裂解爐BA-112，該爐可裂解C5、LPG、富乙烷和循環乙烷、丙烷。

表8 近年來乙烯原料分布

2）甲烷氫產量

原料輕質化后另一個較為突出問題是甲烷氫產量增加，特別是在夏季裂解燃料氣消耗減少的情況下，出現燃料氣富裕，部分甲烷氫排放火炬，造成資源的浪費。為了回收這部分資源，專門鋪設乙烯裂解至煉油芳烴PX 裝置管線，將2 t/h 左右的高壓甲烷氫輸送至煉油管網作為燃料氣。同時受低壓甲烷壓縮機負荷限制，部分低壓甲烷氫無法有效利用，通過技措從低壓甲烷氫壓縮機入口鋪設專線至火炬氣壓縮機GB951入口回收，借助GB951升壓將低壓甲烷氫打入煉油燃料氣管網。

3）急冷油塔

原料輕質化對急冷油塔DA151 的影響也比較顯著，直接表現為裂解汽油中重組分占比減少，輕組分占比增加，熱分布上移，該塔原有的熱平衡被打破。另一方面，粗裂解汽油收率減少，為了滿足急冷水塔DA152 粗裂解汽油的采出量，將急冷油塔的塔頂溫度由設計的103℃提高至目前操作溫度107℃，但溫度升高也會加速DA151聚合物的生成。同時DA152汽油采出減少，大量粗裂解汽油在急冷油塔DA151與急冷水塔DA152系統中循環，加速急冷油塔塔頂回流的粗汽油中苯乙烯、茚、膠質等易聚物質累積，分析發現裂解汽油膠質含量超過0.3 mg/mL，初期表現為該塔汽油段的壓差上升。該問題在裝置第一周期出現后通過在線清洗解決。第三周期運行一年后再次出現塔壓上升趨勢，汽油段的壓差已經由開工時的5.6 kPa上升至目前的6.9 kPa。

針對以上問題，現已采取的措施有：①確保急冷油塔阻聚劑注入量；②監控塔盤壓差，裂解爐投退料計劃安排合理，防止長期大幅波動導致焦粉剝落堵塞塔盤底隙；③關注排查系統帶入氧的可能情況；④密切監控粗汽油中的苯乙烯、二乙烯基苯、茚、膠質等指標，必要時引C9+資源對粗汽油系統進行定期置換。

4）雙烯精餾塔

原料輕質化后雙烯收率升高，加大了雙烯精餾塔的負荷，兩套塔頂冷卻能力不足，出現乙烯精餾塔、丙烯精餾塔塔壓偏高現象。利用第一周期停工大修機會，分別在乙烯精餾塔與丙烯精餾塔塔頂增設一組冷卻器，確保雙塔控制參數符合設計指標。

5）丙烯壓縮機

丙烯壓縮機的制冷量也是制約裝置輕質化的一個因素，特別是夏季高溫時，丙烯機冷卻器EA-501換熱效果不佳，影響GB-501出口壓力。現采取①嚴格控制循環水溫度，確保不超工藝卡片；②提前做好預調節，平衡各段間負荷；③必要時降負荷的措施。同時，建議今后積極拓寬氣相乙烯產品銷路，也是降低丙烯機負荷的一種思路。

6 結論

鎮海煉化通過對乙烯原料優化，整合煉化一體化資源優勢，實現了低附加值氣體及輕烴原料的高效利用，石腦油依賴度降低至50%以下，2018 年更是低至39.3%，有效降低了乙烯原料的成本，提升了市場競爭力。乙烯原料輕質化后帶來的制約因素，通過專題攻關，實施相應措施后，均得到了有效地解決，可保證裝置長周期運行。