液化石油气用作裂解原料的研究

张 燕

（中国石油化工股份有限公司 化工事业部，北京 100728）

研 究 与 开 发

液化石油气用作裂解原料的研究

张 燕

（中国石油化工股份有限公司 化工事业部，北京 100728）

研究了液化石油气在不同温度下的裂解性能，对比了以液化石油气和石脑油为裂解原料时乙烯装置的经济效益。研究结果表明，液化石油气是一种优质的裂解原料，氢气、丙烯和丁二烯等高附加值产物的收率相比石脑油为原料时显著提高。当这些高附加值产品的价格较高时，以液化石油气为原料时，乙烯装置可获得更高的经济效益。在乙烯和丙烯总产量不变的情况下，10 Mt的液化石油气大约可替代10 Mt的石脑油。乙烯企业应以整体效益最大化为目标，根据市场价格变化，开展常态化效益测算，适时采用液化石油气替代石脑油，优化蒸汽裂解原料、提高装置经济效益。

乙烯；液化石油汽；蒸汽裂解；裂解原料；石脑油

乙烯是石油化工的“龙头”，乙烯装置的生产成本在很大程度上决定了整个石油化工产业链的竞争力和抵御市场风险的能力。目前，我国乙烯原料以石脑油为主，另有柴油、轻烃和加氢尾油作为补充［1］。乙烯原料的费用占总生产成本的60%～80%［2］。2011—2014年上半年，原油价格持续高企，世界经济及我国经济增长放缓，传统的石油化工业务的生产经营遭遇前所未有的严峻挑战。面对北美页岩气乙烷原料路线和国内煤炭原料路线的竞争，乙烯装置需进一步挖掘和合理利用炼油、化工副产的各种干气、液化气和轻烃资源，做好现有装置的优化升级。

液化石油气（LPG）是由炼厂气或天然气经加压、降温、液化得到的挥发性气体。它的主要成分为丙烷、丙烯、丁烷和丁烯，同时含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物杂质［3］。LPG可作为民用和工业燃料，也可用作化工原料。我国LPG的主要市场仍是燃料消耗，化工利用率仅为13%，远低于美国、西欧、日本等发达国家的水平［3-4］。目前，在化工上LPG除用作裂解原料外，还包括液化气芳构化、催化裂解制丙烯、烷基化制汽油、生产聚丁烯作润滑油添加剂等［5-15］。这些利用途径需将LPG分离精制，利用路线较长。

本工作通过研究LPG的裂解性能，对比了以LPG和传统石脑油为原料的裂解装置的经济效益，探讨了LPG用作乙烯原料的可行性，并对LPG替代石脑油用作裂解原料的方案进行了探讨。

1 原料性质

选取4种炼厂混合LPG为原料研究其裂解性能，选用的LPG主要为焦化液化气，含有部分重整及常减压液化气，同时选用某企业的石脑油原料加以对比。4种LPG原料的组成见表1，石脑油原料的物性参数见表2。

表1 LPG的组成Table 1 Composition of liquef ed petroleum gas（LPG）

表2 石脑油的物性参数Table 2 Properties of naphtha（NAP）

2 裂解性能

选取裂解工艺条件为：停留时间0.4 s、水油质量比0.4、炉管出口压力0.2 MPa，考察不同炉管出口温度（COT）下LPG和石脑油的裂解产物分布，其中，乙烯、丙烯和丁二烯的收率随COT的变化见图1。

图1 烯烃收率随COT的变化Fig.1 Effects of coil outlet temperature（COT） on the olef n yields.

从图1可看出，LPG裂解所得乙烯、丙烯和丁二烯的收率随COT的变化规律与石脑油基本一致。在800～860 ℃的实验温度范围内，随COT的升高，乙烯收率不断增大，丙烯收率持续减小，而丁二烯收率则是先增大后减小。

裂解温度为860 ℃时的产物收率见表3。

表3 裂解产物收率Table 3 Yields of the cracking products

续表3

由表3可见，与石脑油原料相比，LPG原料进行裂解时，裂解燃料油收率较低，轻组分气相产物的总收率较高。在气相产物中，虽然LPG的乙烯收率低于石脑油，但氢气、丙烯和丁二烯等几种高附加值产物的收率均明显高于石脑油。

3 经济性评价

3.1 收益模型

在固定费用（含人工、折旧等费用）相对固定的前提下，乙烯生产过程的价值变化主要体现在产物收入和燃动费用的改变上。以单位原料为基准，收益（E）由式（1）计算：

式中，Ep为产品收益，元/t；CR为原料成本，元/t；CC为燃动费用，元/t。其中，

式中，Yi为裂解产物i的收率，%；Pi为相应原料下产物i的价格，元/t；CF为燃料费用，元/t；CS为分离单元动力费用，元/t；IS为蒸汽收入，元/t。其中，

式中，FF为单位原料的燃料量，t/t；PF为燃料价格，元/t；CB为单位原料的分离能耗（以标油计），kg/t；PB为标油价格，元/kg；FS为单位原料的蒸汽量，t/t；PS为蒸汽价格，元/t。

以Lummus 5-1型裂解炉为计算基础，燃料气消耗的计算采用表4所示燃料气的组成及低热值，燃料气量与COT的关系见图2。裂解产物在不同温度下的分离能耗见表5。

表4 燃料气的组成及低热值Table 4 Composition and low heat value of fuel gas

图2 燃料气量与COT的关系Fig.2 Relationship between fuel gas amount and COT.

表5 分离单元能耗与COT的关系Table 5 Relationship of the energy consumption of separation unit and COT

裂解炉产生的蒸汽量（温度520 ℃、压力11.9 MPa）与COT的关系见表6。表7为某乙烯企业不同时间的两套原料及产品的价格。通过裂解实验确定不同操作条件下的产物分布和过程能耗，进而计算收益情况。

表6 裂解炉产生的蒸汽量与COT的关系Table 6 Relationship of SS and COT

表7 价格体系Table 7 Price systems

3.2 收益结果

两种价格体系下，裂解温度为860 ℃时不同原料的总收益对比见表8。

表8 不同原料的总收益对比Table 8 Comparison of the total revenues using different feedstocks

由表8可见，在价格体系Ⅰ下，相同裂解温度下，4种LPG的裂解收益均高于石脑油。即使是对于乙烯收率较低的LPG3，其收益也明显高于石脑油。这是因为，一方面LPG的价格低于石脑油；另一方面LPG为原料时，高价值的氢气、丙烯和丁二烯收率较高，产品收益较高。但在价格体系Ⅱ下，由于丙烯和丁二烯产品以及LPG原料的价格没有明显优势，以LPG为裂解原料的收益基本与以石脑油为裂解原料的收益相当，特别是LPG3的收益较差。

4 原料替换方案

在保证乙烯和丙烯（双烯）的总产量不变，且不考虑对装置进行适应性改造的情况下，将LPG替换部分石脑油作为裂解原料，对过程进行物料衡算和经济核算，计算结果见表9和表10。由表9可见，在双烯产量不变的情况下，10 Mt的LPG可替代8.55～10.29 Mt的石脑油。即LPG和石脑油的双烯收率接近时，10 Mt的LPG大约能替代10 Mt的石脑油。由表10可见，将10 Mt的LPG替换同等双烯收率的石脑油后，在丙烯和丁二烯的价格较高时，装置的收益显著提高。

表9 物料衡算结果Table 9 Results of material balance

表10 经济核算结果Table 10 Cost accounting results

5 结论

1）LPG用作裂解原料时，乙烯收率略有下降，但氢气、丙烯和丁二烯等高附加值裂解产物的收率较以石脑油为裂解原料时显著提高。

2）在LPG价格较低，丙烯和丁二烯产品价格较高时，裂解装置可获得可观的经济效益。

3）在保证乙烯和丙烯总产量不变的情况下，10 Mt的LPG大约可替代10 Mt的石脑油。

4）LPG替代石脑油作为裂解原料是优化蒸汽裂解原料、提高装置经济效益的可行途径。

5）乙烯企业需以整体效益最大化为目标，根据原料的市场价格变化情况，开展常态化效益测算，及时调整原料结构。

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（编辑 王 萍）

Liquefied Petroleum Gas Used as Cracking Feedstock

Zhang Yan
（Chemical Department，SINOPEC，Beijing 100728，China）

The product distribution in the cracking of liquefied petroleum gas（LPG）at different temperature was studied and its economic eff ciency was compared with that in the cracking of naphtha. The results showed that，with the LPG feedstock，the yields of high value-added cracking products，such as hydrogen，propylene and butadiene，signif cantly increased and the ethylene units got higher economic eff ciency. When the total output of ethylene and propylene is unchanged，10 Mt of LPG can replace about 10 Mt of naphtha. Ethylene enterprises should maximize their economic eff ciency by the optimization of the feedstocks according to the market prices of these products.

ethylene；liquef ed petroleum gas；pyrolysis；cracking feedstock；naphtha

1000 - 8144（2015）07 - 0804 - 06

TQ 221.21

A

2015 - 01 - 08；［修改稿日期］ 2015 - 04 - 15。

张燕（1981—），女，山东省莱西市人，硕士，工程师，电话 010 - 59969556，电邮 yan.zhang@sinopec.com。