薛海鋒

（中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江寧波315207）

近年來，頁巖氣制烯烴表現(xiàn)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(tǒng)乙烯產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和形態(tài)造成沖擊。如何通過內(nèi)部資源整合提升競爭力，是煉化一體化企業(yè)面臨的首要任務。

中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司（簡稱鎮(zhèn)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(chǎn)能力，是國內(nèi)投入運行的最大的煉化一體化企業(yè)。企業(yè)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(yōu)化路線。

1 乙烯裂解原料

鎮(zhèn)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(fā)公司與魯姆斯合作開發(fā)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(chǎn)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(chǎn)品分布

借助SPYRO 模擬軟件測算不同原料的產(chǎn)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(xiàn)下降趨勢，裂解反應中低價值的副產(chǎn)品增多，因此乙烯原料優(yōu)化的方向還是輕質(zhì)化和優(yōu)質(zhì)化。

表1 不同乙烯原料的產(chǎn)品分布 %（φ）

3 原料資源的優(yōu)化

3.1 富烯氣體的綜合利用

鎮(zhèn)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(yōu)化利用

鎮(zhèn)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(shù)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(xiàn)每年可回收C2+目標產(chǎn)品6萬t以上。

3.1.2 聚烯烴尾氣的優(yōu)化利用

鎮(zhèn)海煉化聚烯烴裝置低壓尾氣因含有雜質(zhì)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(yōu)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(xiàn)年回收雙烯目標產(chǎn)品1 000 t以上。

3.2 富乙烷氣的優(yōu)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(xiàn)對焦化干氣中的C2的回收，年產(chǎn)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(tǒng)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(fā)對象。

表3 富乙烷氣的組成 %（φ）

3.3 飽和液化氣的優(yōu)化利用

鎮(zhèn)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(yōu)質(zhì)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(chǎn)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(jié)性的用于調(diào)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(chǎn)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(yōu)良的乙烯原料。

目前醚后C4 產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)運行的烷基化裝置以該組分為原料生產(chǎn)優(yōu)良的汽油調(diào)和組分，同時副產(chǎn)品正丁烷年產(chǎn)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(yōu)化利用

通過SPYRO軟件進行模擬，正構(gòu)C5作為裂解原料雙烯收率在70%以上，異構(gòu)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(gòu)C5含量在35%左右，是優(yōu)質(zhì)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(gòu)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(gòu)C5 含量更是高達近54%，一般用作汽油調(diào)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(chǎn)部分輕石腦油；或?qū)χ卣系某躔s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(zhèn)海煉化裂解C5 是管輸至周邊化工園區(qū)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(zhèn)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(yōu)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(zhì)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(yōu)化工作的重點一是通過干點調(diào)整提高石腦油的產(chǎn)量；二是通過物料流向管理，提高石腦油原料的品質(zhì)。優(yōu)化后石腦油的產(chǎn)量能夠滿足原料需求，同時石腦油中烷烴（Paraffin）、烯烴（Olefins）、環(huán)烷烴（Naphthenes）、烴（Aromatics）（PONA）含量大幅提高。

3.5.1 直餾石腦油的優(yōu)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(gòu)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(jù)實際情況在乙烯料與重整料之間切換。環(huán)烷基原油不是公司主煉油種，可根據(jù)考察情況安排石腦油加工方案。在正常生產(chǎn)時，原油采取分儲分煉，根據(jù)原油數(shù)據(jù)庫建立的PONA信息，固化石腦油的流向，同時通過動態(tài)調(diào)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(yōu)化

焦化石腦油鏈式烷烴在70%以上，但烯烴含量較高，必須經(jīng)過加氫精制才能作為乙烯原料。2014年老區(qū)裝置提質(zhì)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(yōu)化利用

Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ柴油加氫石腦油原流程僅產(chǎn)乙烯裂解原料，通過RSIM 等優(yōu)化軟件對3 套柴油加氫裝置副產(chǎn)石腦油進行跟蹤評價后，發(fā)現(xiàn)這幾股物料芳潛遠高于常減壓裝置產(chǎn)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(chǎn)芳烴，置換出的低芳潛石腦油用于生產(chǎn)乙烯，該石腦油年產(chǎn)量在16.8萬t以上，具有較好的經(jīng)濟效益。

另外乙烯裂解抽余油的C6、C7 環(huán)烷烴含量在50%以上，是非常好的重整原料，該股物料年產(chǎn)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(zhì)穩(wěn)定，C6以上環(huán)烷烴含量在40%以上，是優(yōu)質(zhì)的重整原料，正常直供重整裝置，不考慮作生產(chǎn)乙烯料。各裝置石腦油性質(zhì)評價見表6。

表6 各裝置石腦油性質(zhì)評價

3.6 加氫裂化尾油的優(yōu)化利用

根據(jù)表7 SPYRO 模擬的結(jié)果，尾油芳烴指數(shù)（BMCI）上升，雙烯收率有所降低。鎮(zhèn)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(jīng)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(jié)合新建120萬t/a乙烯與Ⅲ加氫裂化投產(chǎn)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(chǎn)量，充分挖掘尾油產(chǎn)量潛能。

表7 加氫裂化尾油SPYRO 模擬結(jié)果

4 乙烯原料優(yōu)化利用的效果

按照目前每桶原油65美元價格體系，鎮(zhèn)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(xiàn)了原料的多元化和輕質(zhì)化。乙烯裂解裝置雙烯收率51.04%，高附加值產(chǎn)品收率62.71%，優(yōu)化效果顯著。

5 原料輕質(zhì)化對乙烯裂解裝置的影響及對策

1）裂解爐

原料優(yōu)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(chǎn)能15萬t/a的裂解爐BA-112，該爐可裂解C5、LPG、富乙烷和循環(huán)乙烷、丙烷。

表8 近年來乙烯原料分布

2）甲烷氫產(chǎn)量

原料輕質(zhì)化后另一個較為突出問題是甲烷氫產(chǎn)量增加，特別是在夏季裂解燃料氣消耗減少的情況下，出現(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)。

3）急冷油塔

原料輕質(zhì)化對急冷油塔DA151 的影響也比較顯著，直接表現(xiàn)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(tǒng)中循環(huán)，加速急冷油塔塔頂回流的粗汽油中苯乙烯、茚、膠質(zhì)等易聚物質(zhì)累積，分析發(fā)現(xiàn)裂解汽油膠質(zhì)含量超過0.3 mg/mL，初期表現(xiàn)為該塔汽油段的壓差上升。該問題在裝置第一周期出現(xiàn)后通過在線清洗解決。第三周期運行一年后再次出現(xiàn)塔壓上升趨勢，汽油段的壓差已經(jīng)由開工時的5.6 kPa上升至目前的6.9 kPa。

針對以上問題，現(xiàn)已采取的措施有：①確保急冷油塔阻聚劑注入量；②監(jiān)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(tǒng)帶入氧的可能情況；④密切監(jiān)控粗汽油中的苯乙烯、二乙烯基苯、茚、膠質(zhì)等指標，必要時引C9+資源對粗汽油系統(tǒng)進行定期置換。

4）雙烯精餾塔

原料輕質(zhì)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(xiàn)乙烯精餾塔、丙烯精餾塔塔壓偏高現(xiàn)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(shù)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(zhì)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?，F(xiàn)采取①嚴格控制循環(huán)水溫度，確保不超工藝卡片；②提前做好預調(diào)節(jié)，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(chǎn)品銷路，也是降低丙烯機負荷的一種思路。

6 結(jié)論

鎮(zhèn)海煉化通過對乙烯原料優(yōu)化，整合煉化一體化資源優(yōu)勢，實現(xiàn)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(zhì)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。