应用BCM模拟软件对石脑油裂解炉进行价值优化

杜志国，王国清，李 蔚，张永刚，张利军，周 丛

（中国石化 北京化工研究院，北京 100013）

应用BCM模拟软件对石脑油裂解炉进行价值优化

杜志国，王国清，李 蔚，张永刚，张利军，周 丛

（中国石化 北京化工研究院，北京 100013）

应用BCM模拟软件分析了SRT-Ⅳ（HS）型石脑油裂解炉的操作条件（炉管出口温度（COT）、进料量、稀释蒸汽与原料的质量比（稀释比））对裂解产物总价值的影响，同时研究了裂解产物价格波动对裂解产物总价值的影响。计算结果表明，石脑油裂解产物总价值分别随COT的升高和稀释比的增大出现局部极大值，并与进料量呈线性关系；当裂解产物价格发生变化时，裂解产物总价值及其达到最大时对应的COT也随之变化；当某一裂解产物的价格高于其他裂解产物价格两个数量级时，该裂解产物的收率与裂解产物总价值的变化规律相同。石脑油裂解炉的裂解产物总价值优化结果与裂解产物收率优化结果存在差异，应用BCM模拟软件对工业裂解炉实施价值优化，有利于提高工业裂解炉裂解产物的总价值。

BCM模拟软件；裂解炉；石脑油；产物价值；优化；乙烯

石油化工是我国国民经济支柱产业之一，对促进国民经济的发展具有重要作用。乙烯装置是石油化工的龙头装置，而管式裂解炉是乙烯装置的龙头设备，故优化管式裂解炉的生产操作、提高低碳烯烃的收率，是乙烯工业长期研究的课题［1-8］。我国乙烯装置的原料以石脑油为主，其次为加氢尾油和轻烃。因此，研究石脑油裂解炉的操作优化，对提高我国乙烯工业的竞争力具有重要意义。BCM模拟软件是中国石化北京化工研究院最新研发的、用于工业裂解炉操作优化的软件，具有裂解产物收率预测、裂解产物收率优化和价值优化等功能。受市场供需关系和国际原油价格波动的影响，管式裂解炉的裂解产物的价格不会恒定，而是随之波动，市场供应量少而需求量大的裂解产物价格较高，而市场供应量大而需求量小的裂解产物价格较低，从而造成裂解产物总价值发生变化。

本工作应用BCM模拟软件分析了SRT-Ⅳ（HS）型石脑油裂解炉的操作条件对裂解产物总价值的影响，同时研究了裂解产物的价格波动对裂解产物总价值的影响。

1 优化对象

以Lummus公司的SRT-Ⅳ（HS）型工业裂解炉为优化对象，该裂解炉采用8-1构型炉管，裂解原料为石脑油，设计进料量为19.341 t/h，稀释蒸汽与原料的质量比（稀释比）为0.5，炉管出口温度（COT）为843 ℃，乙烯生产能力达40 kt/a。原料石脑油的物性见表1。SRT-Ⅳ（HS）型石脑油裂解炉的实际操作条件为：进料量15 t/h、稀释比0.5、炉管出口压力（COP）0.17 MPa、COT为838 ℃。

表1 石脑油的物性Table 1 Properties of naphtha

2 价值优化

在工业裂解炉实际运行过程中，影响裂解产物收率分布的主要因素有进料量、稀释比、COT和COP。COP通常由压缩机入口压力控制，在乙烯装置正常生产操作中变化较小，通常可忽略它对裂解产物收率分布的影响。采用BCM模拟软件，根据裂解产物的价格和操作条件，可计算裂解产物总价值达到最大时的操作条件及总产值。依据表2所示的裂解产物价格，分别分析了进料量、稀释比和COT对裂解产物总价值的影响。

2.1 COT对裂解产物总价值的影响

利用BCM模拟软件计算COT对裂解产物总价值的影响，计算结果见图1。由图1可知，在石脑油物性、进料量和稀释比不变的条件下，裂解产物总价值随COT的升高出现了一个局部极大值。对于工业裂解炉的生产操作，选择合适的COT是提高裂解产物总价值的关键因素之一。

表2 裂解产物的价格Table 2 Prices of pyrolysis products

图1 COT对裂解产物总值的影响Fig.1 Effect of COT on the total value of the pyrolysis products.

2.2 进料量对裂解产物总价值的影响

利用BCM模拟软件计算进料量对裂解产物总价值的影响，计算结果见图2。由图2可知，进料量与裂解产物总价值呈线性关系。

图2 进料量对裂解产物总价值的影响Fig.2 Effect of feeding rate on the total value of the pyrolysis products.

2.3 稀释比对裂解产物总价值的影响

利用BCM模拟软件计算稀释比对裂解产物总价值的影响，计算结果见图3。由图3可见，随稀释比的增大，裂解产物总价值先增大后减小，出现局部极大值。因此，对于裂解产物总价值，工业裂解炉的稀释比并非越大越好，也并非越小越好，稀释比存在一个最佳值，使裂解产物的总价值达到最大。

图3 稀释比对裂解产物总价值的影响Fig.3 Effect of S/O on the total value of the pyrolysis products.

3 操作优化

3.1 裂解产物价格对操作的影响

为了研究裂解产物的价格波动对裂解炉操作的影响，分析了4种不同裂解产物价格（见表3）对裂解炉操作的影响，模拟计算结果见图4。

由图4可知：1）在价格1下，裂解产物总价值最大时的COT为828 ℃，裂解产物总价值变化范围为112 960.5～116 792.5 元/h；2）在价格2下，裂解产物总价值最大时的COT为857 ℃，裂解产物总价值的变化范围为51 710.2～52 814.8 元/h；3）在价格3下，裂解产物总价值最大时的COT为839 ℃，裂解产物总价值变化范围为84 465.2～86 741.0 元/h；4）在价格4下，裂解产物总价值最大时的COT为864 ℃，裂解产物总价值变化范围为62 684.6～64 525.3 元/h。

由图4还可看出，裂解产物价格的波动对石脑油裂解炉生产的裂解产物总价值造成较大的影响，即使裂解炉型、石脑油的性质、进料量、稀释比和COP完全相同，不同的裂解产物价格也会使裂解产物总价值存在较大的差异，裂解产物总价值最大可达116 792.5 元/h，最小为51 710.2 元/h；而裂解产物总价值达到最大时对应的COT也出现较大的差异，COT最高为864 ℃，最低为828 ℃。裂解产物的价格不但对石脑油裂解炉的操作优化影响较大，而且对生产企业经济效益的影响也较大，故裂解产物价格是影响石脑油裂解炉操作的重要因素之一。石脑油工业裂解炉的操作优化必须根据裂解产物市场价格的波动进行相应的调整，才会获得较高的经济效益。

表3 不同的裂解产物价格Table 3 Different prices of the pyrolysis products

图4 不同的裂解产物价格对裂解炉操作的影响Fig.4 Effects of the product prices on the operation of cracking furnace.

在裂解产物价格体系中，若某一裂解产物的价格逐渐升高，当其价格高于其他裂解产物价格两个数量级以上时，该裂解产物的收率与裂解产物总价值的变化规律相同（见图5，以丙烷为例）。但在实际生产操作过程中，这种现象并不存在。

图5 丙烷收率与裂解产物总价值的变化规律Fig.5 Changes of the propane yield and total product value with COT.

3.2 不同目标下的操作优化

利用BCM模拟软件同时计算产物收率和总价值最大时的COT，计算结果见表4。

表4 不同目标下的操作优化结果Table 4 Operation optimization results for different targets

由表4可见，以裂解产物收率最大为目标的操作优化方法与以裂解产物总价值最大为目标的操作优化方法存在一定的差异，采用裂解产物收率最大为目标的优化方法势必会降低裂解炉的总产值。

4 结论

1）在裂解炉型号、石脑油物性、裂解产物价格和其他操作条件保持不变的条件下，裂解产物总价值随COT的升高和稀释比的增大出现局部极大值，并与进料量呈线性关系。

2）应用BCM模拟软件对工业裂解炉的生产操作实施价值优化，为工业裂解炉的操作优化提供技术支持和指导，有利于提高工业裂解炉裂解产物的总价值。

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（编辑 王 萍）

Optimization of Naphtha Cracking Furnace Operation for High Product Values by BCM Software

Du Zhiguo，Wang Guoqing，Li Wei，Zhang Yonggang，Zhang Lijun，Zhou Cong
（SINOPEC Beijing Research Institute of Chemical Industry，Beijing 100013，China）

The effects of SRT-Ⅳ(HS) naphtha cracking furnace operation conditions，including coil outlet temperature(COT)，feeding rate and mass ratio of steam to oil(S/O)，on the total value of pyrolysis products were investigated by means of the BCM software. The effects of the fluctuations of the pyrolysis product prices on the total value were also studied. The results showed that the local maximum of the total value appeared when COT and S/O increased，and the total values varied linearly with the feeding rate. When the pyrolysis product prices change，their total value and COT at the local maximum also change. When the price of a pyrolysis product is two orders of magnitude more than the prices of the other products，the change regulation of the total value is the same as that of the yields of the pyrolysis products. There is significant difference between the value optimization result and the product yield optimization result.

BCM software；cracking furnace；naphtha；product value；optimization；ethylene

1000 - 8144（2014）03 - 0316 - 04

TQ 221.21

A

2013 - 07 - 16；［修改稿日期］2013 - 11 - 29。

杜志国（1975—），男，河北省沧县人，硕士，高级工程师，电话 010 - 59202763，电邮 duzg.bjhy@sinopec.com。