倪衛(wèi)高

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司，200540)

SPYRO在烯烴原料生產(chǎn)方案測(cè)算中的應(yīng)用

倪衛(wèi)高

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司，200540)

文章對(duì)SPYRO裂解模擬軟件在石化企業(yè)烯烴生產(chǎn)原料優(yōu)化方案測(cè)算中的應(yīng)用進(jìn)行了比較深度的概括分析。結(jié)合該軟件在上海石化的實(shí)際應(yīng)用，認(rèn)為在劣質(zhì)化原油加工份額不斷增加的趨勢(shì)下，SPYRO裂解模擬軟件有助于石化企業(yè)在烯烴生產(chǎn)原料優(yōu)化選擇、生產(chǎn)計(jì)劃合理安排、原油加工生產(chǎn)效益比較等方面為企業(yè)相關(guān)決策者提供有效地幫助。

SPYRO軟件 烯烴 裂解 模擬計(jì)算 應(yīng)用

隨著近幾年來煉油企業(yè)加工重質(zhì)化、劣質(zhì)化原油的趨勢(shì)不斷加大，目前乙烯裂解原料(石腦油、煤柴油和加氫尾油等)的性質(zhì)也在逐漸變差。石腦油、煤柴油中鏈烷烴(P)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與劣質(zhì)化前的2005年上半年平均值相比呈逐年下降趨勢(shì)。加氫尾油的芳烴指數(shù)值(BMCI)逐年上升，加氫尾油(HVGO)裂解性能逐年下降［1］。故拓展裂解原料范圍，選擇優(yōu)質(zhì)的裂解原料，優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃和工藝參數(shù)，以獲得雙烯收率最大化是烯烴生產(chǎn)中的重要工作之一。

每個(gè)新的生產(chǎn)方案實(shí)施之前必須做好充分的可行性研究和效益的測(cè)算和比較，而生產(chǎn)方案財(cái)務(wù)測(cè)算和比較的前提主要是目標(biāo)原料所能提供的裂解產(chǎn)物分布情況。在生產(chǎn)裝置運(yùn)行條件變化不大的狀態(tài)下，裂解產(chǎn)物的分布情況將直接影響企業(yè)效益。在以往，方案比較中的裂解產(chǎn)物分布是由技術(shù)人員通過經(jīng)驗(yàn)估算而產(chǎn)生，由于同一名稱的原料可能來自不同產(chǎn)地或廠家，其組分不盡相同，因而估算出來的裂解產(chǎn)物往往與實(shí)際生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)偏離較大。

SPYRO軟件是一款乙烯裂解模擬計(jì)算軟件，是基于物理反應(yīng)的計(jì)算機(jī)模型，其中動(dòng)力學(xué)方程超過2000個(gè)反應(yīng)式(HVGO更是超過3000個(gè))，表達(dá)對(duì)到 C25(HVGO到 C42)的烴類熱分解的基本鏈反應(yīng)機(jī)理。該軟件適用于現(xiàn)有的所有操作和設(shè)計(jì)條件，原料包括了從乙烷到終餾點(diǎn)為350℃(ASTM D－86)的餾出物。另外，SPYRO還可對(duì)終餾點(diǎn)為550℃(ASTM D－86)的重柴油進(jìn)行模擬計(jì)算。SPYRO軟件有助于確定下列相關(guān)因素:一是原料選擇;二是爐子控制;三是生產(chǎn)計(jì)劃和優(yōu)化;四是裂解爐管的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

使用SPYRO軟件可以對(duì)乙烯裂解過程中許多復(fù)雜工藝參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，并且對(duì)于裂解工藝可以提供有價(jià)值的信息，從而可明顯地減少操作費(fèi)用，是適合烯烴裝置經(jīng)理、工程師和研發(fā)以及財(cái)務(wù)人員使用的實(shí)用工具。通過模擬爐管性能，SPYRO有助于對(duì)裂解爐的蒸汽裂解工藝進(jìn)行最大程度的控制，可以對(duì)任何裂解原料或混合原料(共裂解)提供裂解產(chǎn)物分布、爐子性能、結(jié)焦速率等準(zhǔn)確詳細(xì)的分析，彌補(bǔ)了經(jīng)驗(yàn)估算的不足。

1 SPYRO在烯烴生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.1 原料選擇中的應(yīng)用

以中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱:上海石化)為例，由于加工重質(zhì)化、劣質(zhì)化原油的趨勢(shì)不斷加大，石腦油中的鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)由69.38%下降到64.40%，煤柴油中的鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)由47.90%下降到43.28%，加氫尾油的芳烴指數(shù)值逐年上升，故乙烯裂解原料的性質(zhì)逐漸變差，雙烯收率也不高(2008年1#乙烯為44.778%，2#乙烯為45.276%)。因此，上海石化在2008年和2009年對(duì)乙烯裂解原料的選擇和拓展方面上做了大量的優(yōu)化工作，其中就充分利用了SPYRO軟件的功能。

1.1.1 外購(gòu)原料的選用

某公司是從事液化氣(LPG)進(jìn)口、國(guó)內(nèi)貿(mào)易、儲(chǔ)存、銷售的專業(yè)性公司，具有長(zhǎng)期供貨的能力，其提供給上海石化的LPG可以作為乙烯裂解的原料。但最終是否用作乙烯裂解原料，還要計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益。用SPYRO軟件即可進(jìn)行模擬計(jì)算。

以1 t LPG投入為核算基準(zhǔn)，根據(jù)2008年11月的產(chǎn)品價(jià)格體系(不含稅價(jià))計(jì)算，產(chǎn)品分布以SRT－III型爐(COT:855℃)進(jìn)行SPYRO模擬裂解分析，模擬結(jié)果見表1。

表1 LPG投入產(chǎn)出比較

表中產(chǎn)出(除乙烯部分)的單價(jià)與產(chǎn)值參照實(shí)際市場(chǎng)價(jià)格并計(jì)算而來，總投入成本在剔除這部分價(jià)值后的剩余，即為產(chǎn)出乙烯的總成本，并以此計(jì)算得出產(chǎn)出乙烯的單位成本。

從表中可看出，這種 LPG的雙烯收率為54.69%(數(shù)量即為模擬裂解的產(chǎn)品分布)，有利于裝置雙烯收率的提高。根據(jù)當(dāng)時(shí)的價(jià)格體系和加工成本可以得出，乙烯生產(chǎn)成本為4066.93元/t，如當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)乙烯銷售價(jià)格高于此值，則可以選用這種LPG作乙烯裂解原料，反之則不選。所以，SPYRO模擬裂解軟件不但提供了雙烯收率依據(jù)，還同時(shí)提供了產(chǎn)品性價(jià)比的參考，使得對(duì)原料的選擇可以更加的科學(xué)。

另一種計(jì)算方式，就是在一定的價(jià)格體系下，以LPG與石腦油為原料所產(chǎn)出的產(chǎn)品分別計(jì)算收入再扣除加工費(fèi)差異后倒推原料差價(jià)，進(jìn)行原料選擇，基礎(chǔ)也是SPYRO模擬裂解后的產(chǎn)品分布數(shù)據(jù)。

1.1.2 企業(yè)物料資源的合理利用

原煉化部2#芳烴干氣是并網(wǎng)進(jìn)入公司干氣管網(wǎng)作燃料氣用的，為了合理利用公司的物料資源，追求資源的最大回報(bào)率，計(jì)劃將其利用作為乙烯裂解原料。同樣首先利用SPYRO軟件對(duì)芳烴干氣進(jìn)行模擬分析以判斷是否采用。

采集該部分干氣的性質(zhì)數(shù)據(jù)，以SRT－III型爐為模擬爐型針對(duì)不同的爐子出口溫度(COT)條件進(jìn)行了模擬裂解后得到表2的結(jié)果。

表2 芳烴干氣不同條件模擬裂解產(chǎn)品分布 %

模擬結(jié)果表明，理論上芳烴干氣的雙烯收率很高，當(dāng)COT為855℃，雙烯收率最高為58.22%。

從2009年2月開始，烯烴部將2#芳烴干氣作為乙烯裂解原料，截止12月底共裂解芳烴干氣31829 t，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。所以SPYRO的模擬結(jié)果為領(lǐng)導(dǎo)決策提供了可信的依據(jù)，并對(duì)裝置實(shí)際操作起到了重要的指導(dǎo)作用，為2009年雙烯收率的提高作出了一定的貢獻(xiàn)。

1.1.3 物料替換的判斷

2009年9月，600 kt/a對(duì)二甲苯(PX)新芳烴裝置投料開車，產(chǎn)生了3.5 t/h的新芳烴裝置干氣，理論上烯烴生產(chǎn)又增加了一股優(yōu)質(zhì)裂解原料，但是否可行則需將此部分干氣與石腦油進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比。

根據(jù)這部分干氣的性質(zhì)，利用SPYRO模擬裂解并與石腦油(NAP)進(jìn)行了比較，以1 t原料投入為核算基準(zhǔn)，新芳烴干氣以SL－Ⅱ型爐(COT:855℃)、石腦油以SL－Ⅱ型爐(COT:838℃)進(jìn)行了模擬裂解，模擬產(chǎn)品分布結(jié)果見表3。

表3 新芳烴干氣與石腦油模擬裂解產(chǎn)品分布 %

從表中產(chǎn)品分布結(jié)果可見，新芳烴干氣的雙烯收率比石腦油要高10.39個(gè)百分點(diǎn)，如果投用則裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以得到一定的改善。

根據(jù)原料的產(chǎn)品分布，采用2009年9月內(nèi)部效益評(píng)價(jià)的價(jià)格進(jìn)行了比較(為銷售收入減去原料成本，沒有扣除變動(dòng)費(fèi)用和固定費(fèi)用)，其結(jié)果見表4。

表4 新芳烴干氣與石腦油模擬裂解效益比較

從上述計(jì)算結(jié)果可得:新芳烴干氣作裂解料時(shí)，產(chǎn)出減投入為1104.63元/t;石腦油作裂解料時(shí)，產(chǎn)出減投入為924.06元/t;扣除變動(dòng)能耗差異70元/t，則增加效益110.57元/t。2009年12月開始投用裂解新芳烴干氣，經(jīng)濟(jì)效益增加明顯。

由此可見，利用煉化一體化大企業(yè)的優(yōu)勢(shì)，合理利用公司的物料資源，做好物料平衡工作，不僅可以提高裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)水平，還可實(shí)現(xiàn)公司效益最大化。

1.2 生產(chǎn)計(jì)劃和優(yōu)化中的應(yīng)用

根據(jù)煉油化工總體物料平衡，每年多出200 kt的輕石腦油，這部分輕石腦油是一種含正構(gòu)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的原料，是優(yōu)質(zhì)的裂解原料。為此，考慮將這部分輕石腦油不再作為調(diào)和汽油組分，而直接供裂解爐進(jìn)行裂解。

由于上游裝置能夠穩(wěn)定供應(yīng)的輕石腦油量是20～25 t/h，2#烯烴裂解爐的原料裂解能力分別是:GK－V型為25 t/h;GK－VI型為29 t/h;SRT－III型為22 t/h;SL－II型為45 t/h。根據(jù)供應(yīng)量和裂解爐裂解能力，選擇了BA－103、104、107(SRT－III型)和BA－111(GK－V型)作為裂解輕石腦油量的裂解爐，主要以BA－103和BA－111為主。根據(jù)原料輕石腦油的性質(zhì)用SPYRO軟件在GK－V型裂解爐上進(jìn)行了模擬裂解，模擬產(chǎn)品分布結(jié)果見表5。

表5 輕石腦油不同條件模擬裂解產(chǎn)品分布 %

從模擬結(jié)果來看，當(dāng)裂解爐COT為860℃時(shí)可以達(dá)到最佳的雙烯收率48.42%。

2008年8月底裝置參考SPYRO軟件模擬裂解結(jié)果，增設(shè)了輕石腦油直送2#烯烴流程，使2#烯烴的一臺(tái)裂解爐能單獨(dú)裂解這部分輕石腦油。這樣，一方面可以對(duì)輕石腦油裂解進(jìn)行更為精確的深度控制，原料裂解更充分;另一方面可以根據(jù)下游裝置的需要，調(diào)整乙烯、丙烯的收率，爭(zhēng)取最大的經(jīng)濟(jì)效益，有利于生產(chǎn)計(jì)劃的安排和優(yōu)化。實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，裂解輕石腦油的雙烯收率比裂解石腦油增加0.52個(gè)百分點(diǎn)。2009年包括加氫C5在內(nèi)的輕石腦油投料量為155.195 kt，占總投料量的5.2%，有效地提高了雙烯收率。

2 綜合效益反映

以尋求提高雙烯收率為出發(fā)點(diǎn)，經(jīng)過大量的原料優(yōu)化工作，初步達(dá)到了多產(chǎn)高附加值產(chǎn)品、追求效益最大化的目的，從2009年與2008年數(shù)據(jù)對(duì)比(見表6)中可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化工作的重要性及SPYRO軟件在優(yōu)化工作中的作用。

表6 乙烯裂解分離裝置投入產(chǎn)出對(duì)比

前文所述原料均合并在上表原料項(xiàng)目中，計(jì)算時(shí)2008年價(jià)格參照采用2009年平均價(jià)格;產(chǎn)出產(chǎn)品總量中不包含自發(fā)蒸汽量、產(chǎn)出合計(jì)金額中已含自發(fā)蒸汽量金額、其他產(chǎn)品產(chǎn)出按各自單價(jià)計(jì)算后匯總列示;裝置毛利是綜合性指標(biāo)。從表中可以看出，原料投入中雙烯收率高的比重有較大幅度的增加，2009年度雙烯收率比2008年度有明顯提高的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益也大輻上升。

3 結(jié)束語

在烯烴裝置的原料選擇、生產(chǎn)計(jì)劃、裂解爐操作控制優(yōu)化中，SPYRO軟件的應(yīng)用可以起到很好的指導(dǎo)作用，即發(fā)揮煉化一體化大企業(yè)的優(yōu)勢(shì)，合理利用現(xiàn)有各種物料資源、做好物料優(yōu)化平衡，有效提高了企業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的水平。同時(shí)，該軟件系統(tǒng)可以為生產(chǎn)優(yōu)化方案的財(cái)務(wù)效益測(cè)算和比較提供數(shù)據(jù)支撐，避免了人為估算的誤差，緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際狀況，為決策層提供了準(zhǔn)確的信息。另外，該軟件的應(yīng)用有利于優(yōu)化工作的持續(xù)開展，不僅可以做好內(nèi)部資源優(yōu)化，也可以在外部市場(chǎng)上尋找資源提供支持，對(duì)企業(yè)追求經(jīng)濟(jì)效益最大化有著重大的指導(dǎo)意義。SPYRO軟件在今后的應(yīng)用中還需根據(jù)實(shí)際設(shè)備技術(shù)狀況(如技術(shù)升級(jí)等)進(jìn)行參數(shù)修正，不斷進(jìn)行完善，才能發(fā)揮應(yīng)有的作用。

1 張利軍.乙烯裝置運(yùn)行優(yōu)化對(duì)策［J］.石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，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。

倪衛(wèi)高，男，1965年出生，本科，會(huì)計(jì)師，從事煉化財(cái)務(wù)核算和財(cái)務(wù)管理工作。