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蒸汽裂解生產乙烯的原料優化選擇與配置

文檔作者：王小強蔡小霞景媛媛楊淑萍文檔來源：中國石油石油化工研究院蘭州化工研究中心		更新日期： 2026年06月13日	點擊數：
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蒸汽裂解生產乙烯的原料優化選擇與配置
王小強 蔡小霞 景媛媛 楊淑萍
中國石油石油化工研究院蘭州化工研究中心
摘要:目的對國內乙烯裂解原料的優化配置問題進行分析,為煉化企業提質增效提供相關信息和技術參考。方法對乙烷裂
解制乙烯投資熱進行理性分析后,指出國內蒸汽裂解生產乙烯的原料來源廣泛,以石腦油為主,兼及少量低碳烴和低辛烷值油品。
闡述了石腦油的分離技術及裂解評價試驗對乙烯裂解原料優化的重要作用。對煤基石腦油與石油基裂解原料的物性和裂解性能
進行對比分析。結果煤基石腦油中正構烷烴質量分數達到72.83%,其裂解乙烯、丙烯、雙烯(乙烯+丙烯)及三烯(雙烯+1,3-丁
二烯)的收率分別比石油基石腦油高出18.33%~26.27%、5.92%~12.34%、16.50%~21.41%、12.66%~17.53%。煤基石腦油
裂解乙烯收率分別比拔頭油和油田輕烴高出10.95%和10.74%,雙烯收率分別比拔頭油和油田輕烴高出4.28%和4.09%,三烯收
率分別比拔頭油和油田輕烴高出6.89%和6.22%,裂解性能優異。結論立足于國內“富煤、貧油、少氣”的能源結構實際,充分發揮
煉化一體化優勢,積極盤活石油基乙烯裂解原料,對煉油廠副產低碳烴和低辛烷值油品等適合做乙烯裂解原料的烴類,應該合理利
用。以煤基石腦油為突破口拓展新的裂解原料來源,是解決國內乙烯裂解原料短缺問題、實現煉化裝置提質增效、推動煉化行業高
質量發展,保障能源安全和實現乙烯工業可持續發展的有效途徑。
關鍵詞:乙烯;低碳烯烴;蒸汽裂解;煤基石腦油
DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2024.01.008
引用格式:王小強,蔡小霞,景媛媛,等.蒸汽裂解生產乙烯的原料優化選擇與配置[J].石油與天然氣化工,2024,53(1):47-53. WANGXQ,
CAIXX,JINGYY,etal.Optimalselectionandconfigurationoffeedstockforethylenebysteamcracking[J].ChemicalEngineeringofOil&amp;amp; Gas,
2024,53(1):47-53.
Optimalselectionandconfigurationoffeedstockforethylenebysteamcracking
WANGXiaoqiang,CAIXiaoxia,JINGYuanyuan,YANGShuping
LanzhouPetrochemicalResearchCenter,PetrochemicalResearchInstitute,PetroChina,Lanzhou,Gansu,China
Abstract:Objective Theaimistoanalyzetheoptimalallocationofdomesticethylenecrackingfeedstock,andproviderelevant
informationandtechnicalreferenceforrefiningandchemicalenterprises.Methods Afterrationalanalysisoftheinvestmentheatof
ethyleneproductionfromethanecracking,itwaspointedoutthatthefeedstockofethyleneproductionfromsteamcrackinginChina
wasstillmainlynaphtha withasmallamountoflow-carbonhydrocarbonandlow-octaneoil.Theimportantrolesofnaphtha
separationtechnologyandcrackingevaluationtestintheoptimizationofethylenefeedstockweredescribed.Thephysicalproperties
andcrackingpropertiesofcoal-basednaphthaandpetroleum-basedcrackingfeedstockwerecomparedandanalyzed.ResultsThehot
investmentofthecrackingofethanetoethyleneshouldbecautiousandrational,whileactivelyactivatingnaphtharesources,the
by-productssuchaslow-carbonhydrocarbonsandlow-octaneoilproducts,which weresuitableforethylenecrackingfeedstock,
shouldbeselectedandusedreasonably.ThemassfractionofN-alkanesincoal-basednaphthawas72.83%,andtheyieldsof
ethylene,propylene,dieneandtrienewere18.33%-26.27%,5.92%-12.34%,16.50%-21.41%,12.66%-17.53% higher
thanthoseofpetroleum-basednaphtha,respectively.Theethyleneyieldofcoal-basednaphthawas10.95%and10.74%higherthan
thatoftoppedoilandlighthydrocarbonofoilfield,respectively.Theyieldofdienewas4.28% and4.09% higherthanthatof
toppedoilandlighthydrocarbonofoilfieldrespectively.Theyieldoftrienewas6.89% higherthanthatoftoppedoiland6.22%
higherthanthatoflighthydrocarbon.ConclusionsBasedontheactualdomesticenergystructureofrichcoal,pooroilandlackgas,
thesuperiorityofrefiningandchemicalintegrationtobebroughtintofullplay,andthecrackingfeedstockofpetroleum-based
ethylenetobebroughtintoactiveplay,takingcoal-basednaphthaasabreakthroughtodevelopnewsourcesofcrackingfeedstock
wasaneffectivewaytosolvetheproblemofshortageofdomesticethylenecrackingfeedstock,toimprovethequalityandefficiency
ofrefiningandchemicalplants,topromotethehigh-qualitydevelopmentofrefiningandchemicalindustry,andtoensureenergy
securityandrealizethesustainabledevelopmentofethyleneindustry.
Keywords:ethylene;lightolefins;steamcracking;coal-basednaphtha
47
石油與天然氣化工
第53卷 第1期 CHEMICALENGINEERINGOFOIL &amp;amp; GAS
基金項目:中國石油天然氣股份有限公司科技管理部項目“大型乙烯基地設計技術升級與優化增效技術開發應用課題二:適應
多種原料的(超)大型乙烯成套技術開發與應用”(2017E-09(GF))
作者簡介:王小強,1975年生,工程碩士,高級工程師,畢業于西北大學化工工藝專業,主要從事煉化工藝研究工作,已發表論
文17篇。E-mail:wxq123321wxq@163.com
以乙烯、丙烯、1,3-丁二烯為代表的三烯及三苯
(苯、甲苯、二甲苯)是生產其他有機化工產品的基礎原
料。乙烯裝置是上述有機化工基礎原料的主要生產裝
置。作為石化行業的龍頭裝置,乙烯裝置規模大小及
技術水平先進程度,成為衡量和評價一個國家石化工
業發展水平的重要標志[1-4]。進入21 世紀,我國乙烯
工業在生產技術、裝置規模和單爐產能方面都有了很
大發展,至2021 年,乙烯生產能力突破
4000×104t/a,占世界總產能的17.6%,產能僅次于
美國,居世界第二位,當量消費量穩居全球第一。丙烯
產能達4339×104t/a,占世界總產能的29.7%,居世
界第一位[5-6]。目前,乙烯制備技術仍以石油基原料為
主線,非石油基原料逐步得到應用[7]。國內最主要的
乙烯生產工藝仍為石油烴蒸汽裂解工藝[8],約占國內
乙烯總產能的80%。限制我國乙烯工業競爭力進一
步提升的關鍵因素之一是優質乙烯生產原料的短缺。
雖然國內煉化企業通過挖潛和合理外購原料,在一定
程度上緩解了乙烯生產原料需求矛盾,但其供應依舊
存在巨大的缺口。
在蒸汽裂解生產乙烯工藝技術中,裂解原料成本
占總生產成本的70%~80%,乙烯原料的選擇和優化
配置直接影響乙烯裝置的經濟效益。隨著甲醇制烯烴
(methanoltoolefins,MTO)等技術的逐漸成熟和規
模化應用,與蒸汽裂解生產乙烯技術形成市場競爭態
勢,這使得裂解原料成本對乙烯裂解裝置乃至整個煉
化企業的總體經濟效益的影響更加凸顯[9]。立足我國
乙烯裂解原料供需實際和煉化企業乙烯裂解裝置的生
產實際,對蒸汽裂解制乙烯裂解原料進行優化選擇和
科學合理的配置,更為重要和迫切。從研究和生產實
踐來看,對乙烯裂解原料的優化配置,也是降低乙烯生
產成本、提高裝置競爭力的最直接有效的措施,具有良
好的可行性和操作性[8,10-12]。
本研究從石油基乙烯裂解原料和煤基乙烯原料兩
方面進行乙烯原料的優化選擇與配置的闡述。
1 石油基乙烯裂解原料
1.1 乙烷裂解制乙烯投資熱的理性評估
石油基乙烯裂解原料包括來自油氣田及煉油廠的
乙烷、丙烷、正丁烷、以C4 為主的液化氣、C5 輕烴及石
腦油、加氫裂化尾油、柴油、減壓渣油等石油烴類,目前
仍是蒸汽熱裂解生產乙烯最主要的原料來源。上述典
型石油基裂解原料主要裂解目的產物收率(質量分數,
下同)如表1所列。
表1 石油基乙烯裂解原料主要裂解目的產物收率
w/%
裂解原料乙烯丙烯1,3-丁二烯
雙烯
(乙烯+丙烯)
三烯(雙烯+
1,3-丁二烯)
乙烷77.65 2.84 1.78 80.49 82.27
丙烷44.82 16.54 2.98 61.36 64.34
正丁烷40.02 16.18 3.78 56.20 59.98
液化氣34.82 15.68 3.31 50.50 53.81
C5 輕烴33.71 15.76 3.86 49.47 53.33
重整拔頭油34.66 15.82 3.91 50.48 54.39
石腦油32.47 15.68 4.88 48.15 53.03
重整抽余油32.02 15.21 4.37 47.23 51.60
加氫裂化尾油31.62 16.53 6.05 48.15 54.20
柴油26.18 16.48 5.14 42.66 47.80
減壓渣油21.03 14.12 5.32 35.15 40.47
注:表中乙烷、丙烷、正丁烷的質量分數不低于99.50%。
從表1可以看出,隨著裂解原料由輕質到重質,主
要裂解目的產物乙烯收率逐步降低,乙烷裂解制乙烯
的收率最高,達到77.65%,遠高于石腦油等其他裂解
原料的乙烯收率,如側重于乙烯收率,無疑乙烷是最為
理想的乙烯裂解原料。雙烯收率和三烯收率總體趨勢
也隨著裂解原料由輕質到重質逐步降低。因而在乙烯
裂解裝置一次性投資中,隨著裂解原料由重質到輕質,
后續分離系統的處理量、負荷相應降低,裝置固定資產
投資和運行能耗得到降低。以產能為50×104t/a的
乙烯裂解裝置為基準,幾種不同裂解原料的裝置投資
和能耗對比情況如表2所列。
表2 不同石油基裂解原料裝置投資和能耗對比
裂解原料
投資額/
百萬美元
相對投資① 相對物耗
能耗②
乙烷413.5 74.6 100
丙烷508.5 91.8 144
丁烷516.2 93.2 150
輕石腦油554.1 100.0 153
輕柴油644.4 116.3 172
減壓柴油668.1 120.6 204
注:①以輕石腦油裂解路線的投資為基數(100.0),乙烷裂
解等其他路線相對于石腦油裂解路線的投資比較值。
②以乙烷裂解路線物耗能耗為基數(100),其他路線相
對于乙烷裂解路線的物耗能耗比較值。
48 王小強 等 蒸汽裂解生產乙烯的原料優化選擇與配置 2024
從表2可知,在同等產能規模下,乙烷作乙烯裂解
原料具有投資小、物耗能耗低等顯著優勢。以乙烷作
乙烯裂解原料的國家和地區主要為乙烷等輕烴資源豐
富的美國、中東及西歐等地。近年來,隨著乙烯產能的
擴張,乙烷裂解制乙烯項目受到國內石化企業的高度
關注,引起投資熱。據統計,國內在建設和規劃的乙
烷,裂解制乙烯項目達15 個,產能總計達
1980×104t/a,其中,除中國石油新疆巴州和陜西榆
林2個項目采用國產乙烷外,其他均全部或部分依賴
進口乙烷[13-14,5]。預計總產能超過2000×104t/a,對
應乙烷需求量超過2200×104t/a,遠超當前美國乙
烷商業化可出口能力,明顯投資過熱[5]。針對進口乙
烷來源的穩定性,專業分析認為,盡管美國乙烷資源充
足,但從遠期來看對中國的出口量有限,預計到
2030年美國乙烷出口量只有1000×104t/a左右,即
使全部出口到中國,也只能滿足約800×104t/a乙烯
產能的原料需求,遠低于國內乙烷裂解制乙烯總計產
能1980×104t/a的需求量。另外,乙烷作為輕質烴,
其對于出口海運、接卸存儲都有著極高的要求和標準,
國內尚無乙烷碼頭建設標準及乙烷碼頭裝卸工藝設計
要求細則等,要建設規模相當、能夠大批量接卸乙烷的
碼頭并非易事。對進口乙烷裂解制乙烯進行綜合經濟
分析并與石腦油裂解制乙烯對比后,顯示其成本增加、
風險增大,經濟優勢明顯減弱。此外,與常規石腦油蒸
汽裂解制乙烯裝置相比,乙烷裂解制乙烯裝置的燃料
供應、冷量利用、氫氣利用及對其他裂解原料的適應性
差等均存在潛在不確定因素,仍需要逐項細化落實應
對方案[15]。采用何種石油基乙烯裂解原料能收取更
大生產效益,不能只單純考慮目的裂解產物收率高低,
更應立足于國內的資源條件,充分發揮煉化一體化優
勢,在積極推進乙烯裂解原料的輕質化、優質化的同
時,需要結合不同煉廠裝置和所處地域的實際,擴大原
料來源、優化原料結構,走切實可行的原料多樣化路線。
1.2 石腦油及其他副產乙烯裂解原料的優化配置
我國油氣資源的分布及性質與美歐、中東等不同,
特點是總量大、地理分布不均和成分多變。在熱裂解
制乙烯原料上,表現為來源廣泛并以石腦油為主。21
世紀以來的近20年,石腦油占乙烯裂解原料總量的
50%以上,同時兼及輕柴油、抽余油、輕烴、加氫裂化尾
油及C3~C5 烴等[16]。隨著煉化一體化發展格局的推
進,輕烴、加氫裂化尾油等輕質裂解原料的占比逐年提
升,石腦油占比有所下降,但仍是乙烯裂解原料的主要
來源。至2017年,乙烯裂解原料占比依次為石腦油
46%,輕烴16%、液化石油氣(liquefiedpetroleumgas,
LPG)9%、輕柴油8%,另尚有8%源于煤制烯烴、7%
源于甲烷制烯烴及6%的其他途徑[17]。由于石腦油來
源廣泛、組成復雜多變,立足于我國蒸汽熱裂解原料仍
以石腦油為主的實際情況,對不同來源石腦油進行持
續深入的實驗室裂解性能評價和模擬計算優化研究,
推廣應用得到的研究成果,進行石腦油資源的優化配
置,對于乙烯裂解裝置整體社會經濟效益的提升具有
重要的現實意義。
石腦油中正構烷烴含量高對乙烯收率貢獻大,異
構烷烴裂解制乙烯收率相對較低,環烷烴裂解制乙烯
收率居中,不帶側鏈的芳香烴裂解不生成烯烴,相反會
加劇爐管結焦,作為裂解原料的石腦油要求芳香烴質
量分數≤10.00%。據此,可以通過以下技術途徑對石
腦油進行優化,為乙烯裂解裝置提供適宜的裂解原料。
1.2.1 石腦油的分離、切割及芳烴分離技術
采用5A 分子篩吸附分離工藝,對直餾石腦油中
的正異構烷烴組分進行分離。美國UOP 公司的
MaxEne技術可在模擬逆流移動床中,采用選擇性吸
附劑將全餾分石腦油中的正構烷烴與異構烷烴、環烷
烴和芳烴進行吸附分離,正構烷烴作為優質乙烯裂解
原料,異構烷烴、環烷烴及芳烴等作為辛烷值較高的催
化重整原料或汽油調和組分。MaxEne技術工業應用
表明,裂解裝置乙烯質量收率提高了9.5%,催化重整
裝置C5 及以上液體質量收率增加7.0%。MaxEne技
術對優化乙烯裂解裝置和緩解重整裝置原料供需矛
盾,顯示了突出的應用效果。
石腦油不同餾分段的組分和物性的差異可導致裂
解性能優劣不同,因此,需對不同產地和來源的石腦油
各餾分段進行切割和分析,將切割分離出的適合的餾
分段作為乙烯裂解原料,從而達到優化乙烯裂解原料
的目的。對芳烴含量較高的石腦油,工業上通過芳烴
抽提、離心萃取等工藝分離出芳烴組分后的抽余石腦
油、低芳烴石腦油作為乙烯裂解原料,可以有效提高乙
烯收率,降低結焦速率和裝置能耗,延長裝置運行周
49
石油與天然氣化工
第53卷 第1期 CHEMICALENGINEERINGOFOIL &amp;amp; GAS
期[18-22]。成熟的技術有美國GTC公司的GT-BTX工
藝、乙烯咨詢公司的NAPEX 工藝及國內北京金偉暉
工程技術有限公司的SUPER-SAE-Ⅱ工藝、石油化工
科學研究院的SED-Ⅱ工藝等。
1.2.2 石腦油的裂解試驗評價
應用如圖1所示的BSPA 乙烯裂解原料性能評價
試驗裝置,對不同石腦油進行裂解性能評價試驗,為煉
廠乙烯裂解原料采購和優化提供技術支持。對我國西
北不同地域石腦油進行物性分析及相同裂解工藝條件
(裂解溫度900 ℃,停留時間100 ms、進口壓力
0.1MPa和水油質量比0.60)下裂解性能評價,結果
如表3所列。從表3可見,同為西北地區來自不同地
域的石腦油,由于其物性和組成的差異,在相同的裂解
工藝條件下,主要裂解目的產物收率仍有較大差別。
以乙烯收率為例,南疆石腦油與北疆石腦油相比,增幅
達到19.65%。可見,即使同為石腦油,對其進行裂解
性能評價研究,及時為乙烯裂解裝置原料采購和工藝
優化提供技術支持,具有重要意義。
表3 我國西北不同地域石腦油物性分析及裂解性能評價
項目南疆石腦油吐哈石腦油長慶石腦油北疆石腦油青海石腦油庫西石腦油
物性分析
密度(20℃)/(g·cm-3) 0.7214 0.7283 0.7298 0.7355 0.7291 0.7249
平均相對分子質量106.41 106.63 107.02 111.32 106.83 106.52
w(H)/% 14.89 14.90 15.04 15.08 14.97 14.95
w(C)/% 85.11 85.09 84.96 84.91 85.03 85.13
體積平均沸點/℃ 120.30 119.98 118.72 127.98 119.35 120.14
特性因數K 12.38 12.25 12.19 12.23 12.48 12.32
恩氏餾程/℃ 37.80~171.80 42.10~184.30 35.60~182.40 32.80~190.50 38.90~183.40 39.95~178.10
族組成,w/%
nP(正構烷烴) 33.86 29.95 25.13 22.09 27.54 31.91
iP(異構烷烴) 32.45 29.94 26.89 37.31 28.41 31.20
N(環烷烴) 26.05 30.97 42.82 34.87 36.90 28.51
A(芳烴) 7.64 9.14 5.16 5.73 7.15 8.38
主要裂解目的產物收率,w/%
乙烯33.73 30.12 28.93 28.19 29.28 31.48
丙烯13.22 13.24 14.31 13.57 14.06 15.96
1,3-丁二烯5.43 5.99 6.87 6.24 5.77 5.85
我國蒸汽熱裂解原料除以石腦油為主外,兼及
煉油廠副產的低碳烴和低辛烷值油品,如表4、表5
所列。
對應上述適合做乙烯裂解原料的部分煉油化工裝
置副產物,應用BSPA 乙烯裂解原料性能評價試驗裝
置進行裂解性能評價對比,結果見表6。
從表6可知,上述煉油化工裝置副產的適宜做乙
烯裂解原料的低碳烯烴和低辛烷值油品均有比較理想
的乙烯和丙烯收率,煉油廠可根據乙烯裂解裝置實際
工況,將其合理配置,用作乙烯裂解原料。
50 王小強 等 蒸汽裂解生產乙烯的原料優化選擇與配置 2024
表4 煉化裝置副產低碳烴主要性質
項目丙烷正丁烷輕C4 重C4
平均相對分子質量44.05 58.04 56.50 57.08
w(H)/% 18.16 17.34 15.03 16.02
w(C)/% 81.84 82.66 84.97 83.98
組成,w/%
C2H4 0.34 0 0 0.04
C3H6 2.37 0.34 0.27 0.05
C3H8 97.11 0.30 0.42 0.03
C4H8 0.13 0.05 43.41 77.28
C4H10 0.05 99.31 55.46 22.51
C5H12 0 0 0.33 0
C8+ 0 0 0.11 0.09
表5 煉化裝置副產低辛烷值油品主要性質
項目重整拔頭油重整抽余油
焦化加氫
石腦油
焦化加氫柴油
密度(20℃)/
(g·cm-3) 0.6264 0.6674 0.7182 0.8481
平均相對分子質量70.18 87.66 105.58 229.12
w(H)/% 16.64 16.03 15.09 14.12
特性因數13.12 12.76 12.32 11.85
ρ(S)/
(μg·g-1) <10.0 758.2
恩氏餾程/℃ 20.1~62.3 35.8~149.958.2~159.8 189.1~378.9
族組成,w/%
nP(正構烷烴) 55.16 26.78 36.45
iP(異構烷烴) 40.85 66.45 30.47
N(環烷烴) 2.95 2.87 25.86
A(芳烴) 1.04 3.88 7.21
表6 部分煉化裝置副產物裂解目的產物收率對比
項目丙烷正丁烷
重整
拔頭油
重整
抽余油
焦化
加氫柴油
裂解條件
水油比0.50 0.50 0.60 0.60 0.60
裂解溫度/℃ 900 900 890 890 890
主要目的產物收率,w/%
乙烯38.12 37.79 32.72 31.01 31.69
丙烯11.07 12.24 16.53 14.72 13.22
1,3-丁二烯2.78 3.13 4.02 4.29 5.46
雙烯49.19 50.03 49.25 45.73 44.91
三烯51.97 53.16 53.27 50.02 50.37
2 煤基乙烯裂解原料
我國乙烯、丙烯等基礎化工原料市場需求旺盛,自
給率低,生產以乙烯和丙烯為代表的低碳烯烴的原料
供應問題突出。我國的能源結構特點是“富煤、貧油、
少氣”,石油資源嚴重緊缺,為原油凈進口國,石油對
外依存度常年居高不下,2010年為61.0%,到2020年
達到76.9%,而且仍有上升趨勢。從長遠需求和發展
看,僅靠石油資源,難以滿足乙烯裂解原料和與乙烯相
關下游化工產品的旺盛需求,也將影響到乙烯工業的
進一步良性發展。與此同時,近些年我國煤化工石腦
油產量逐年上升,至2021年3月已形成煤制油產能
931×104t/a,總規劃產能達到1716 ×104t/a[23-24]。
立足我國能源結構的特點和實際,充分利用煤炭資源
優勢,以煤基乙烯裂解原料補充石油基乙烯裂解原料
的短缺和不足,對突破僅靠石油烴類作為乙烯裂解原
料困境、降低我國石油對外依存度、保障國家能源安全
和滿足持續增長的低碳烯烴市場需求,具有重要
意義[25]。
以煤為原料制低碳烯烴的路線之一是通過“煤制
油”生產石油替代品,再以得到的石油替代品為原料,
通過蒸汽熱裂解或催化裂解等工藝技術生產低碳烯
烴。煤生產石油替代品有直接液化和間接液化兩種方
法。直接液化是在400℃以上高溫、10~30MPa高壓
條件下,在催化劑和溶劑作用下,將碳分子裂解加氫轉
化為液體油品。間接液化是將煤氣化制成合成氣后,
再經費托(Fischer-Tropsch,F-T)合成工藝制成合成
油。煤間接液化技術具有煤適應性寬、工藝條件緩和
以及可靈活調整產品結構的優勢,是未來煤制油技術
的主要途徑。國外典型成熟工業化煤間接液化技術為
南非SASOL公司的F-T合成技術。我國煤間接液化
技術多采用中科合成油公司煤制油技術,其中內蒙古
伊泰集團16×104t/a裝置、山西潞安集團21×104t/a
裝置以及神華鄂爾多斯18×104t/a裝置均已建成投
產。神華寧煤400×104t/a煤炭間接液化項目、伊泰
集團3個煤制油項目(伊犁100×108t/a、烏魯木齊
200×104t/a、鄂爾多斯準格爾旗200×104t/a)等均已
于2017年建成投產運行。山西潞安集團180×104t/a
煤制油項目、兗礦集團自主研發的低溫費托合成油技
術與油品加工技術的100×104t/a煤制油項目,于
2015年先后建成投產。總體來看,間接液化煤制油已
具備實現大規模工業生產的條件,為用煤基乙烯裂解
原料補充石油基乙烯裂解原料的不足奠定了基礎。
51
石油與天然氣化工
第53卷 第1期 CHEMICALENGINEERINGOFOIL &amp;amp; GAS
對F-T合成產物中間產品(C2~C20)加氫精制后
得到的煤基石腦油,與3種石油基石腦油、2種輕質石
油基裂解原料拔頭油和油田輕烴的物性組成分析,以
及在相同裂解工藝條件(裂解溫度895 ℃、停留時間
100ms、進口壓力0.1MPa和水油質量比0.60)下的
裂解產物收率結果列于表7。
表7 煤基石腦油與石油基石腦油物性組成及主要裂解產物對比
項目煤基石腦油吐哈石腦油北疆石腦油長慶石腦油拔頭油油田輕烴
密度(20℃)/(g·cm-3) 0.6721 0.7273 0.7352 0.7294 0.6575 0.6584
平均相對分子質量102.45 104.63 111.38 105.21 75.33 73.75
w(C)/% 85.29 85.14 84.92 84.76 83.48 83.57
w(H)/% 14.71 14.86 15.08 15.24 16.52 16.43
餾程/℃ 38.3~122.5 42.3~182.5 39.4~191.5 38.9~181.7 24.2~68.3 29.8~75.9
族組成,w/%
nP(正構烷烴) 72.83 30.07 22.09 25.09 46.28 47.64
iP(異構烷烴) 26.31 29.12 37.36 26.93 47.16 39.19
N(環烷烴) 0.86 30.87 34.91 42.82 4.21 10.73
O(烯烴) 0 0.82 0.03 0.01 0.71 0.45
A(芳烴) 0 9.12 5.61 5.15 1.64 1.99
主要裂解產物收率,w/%
乙烯35.57 30.06 28.17 28.82 32.06 32.12
丙烯14.84 13.21 13.35 14.01 16.28 16.31
1,3-丁二烯5.58 5.62 6.12 6.87 4.04 4.28
雙烯50.41 43.27 41.52 42.83 48.34 48.43
三烯55.99 48.89 47.64 49.70 52.38 52.71
由表7可知,與石油基石腦油對比,煤基石腦油密
度低、平均相對分子質量小,初餾點和終餾點均較低。
從族組成看,煤基石腦油總鏈烷烴質量分數達
99.14%,尤其是裂解對乙烯收率貢獻大的正構烷烴質
量分數達到72.83%。異構烷烴和環烷烴質量分數
低,不含芳烴和烯烴。從主要裂解產物收率看,與石油
基石腦油對比,煤基石腦油裂解乙烯收率、丙烯收率、
雙烯收率及三烯收率分別比石油基石腦油高出
18.33%~26.27%、5.92% ~12.34%、16.50% ~
21.41%、12.66%~17.53%。
與兩種輕質石油基裂解原料拔頭油和油田輕烴對
比,煤基石腦油密度稍高、餾程范圍寬。從族組成看,
煤基石腦油中對乙烯收率貢獻較大的直鏈烷烴質量分
數分別高出拔頭油和油田輕烴對應質量分數57.37%
和52.88%。煤基石腦油裂解乙烯收率分別比拔頭油
和油田輕烴高出10.95%和10.74%,雙烯收率分別比
拔頭油和油田輕烴高出4.28%和4.09%,三烯收率分
別比拔頭油和油田輕烴高出6.89%和6.22%。由此
可見,煤基石腦油具有優異的裂解性能。
基于煤基石腦油表現出理想的裂解性能,研究設
定以400×104t/a煤制油過程副產的98.3×104t/a
煤基石腦油作裂解原料替代等量的石油基石腦油進行
蒸汽裂解,生成的乙烷和丙烷循環裂解,并設定煤基石
腦油與石油基石腦油同價,以90美元/桶原油價格體
系進行煤基石腦油與石油基石腦油蒸汽熱裂解生產低
碳烯烴技術經濟分析對比,結果表明,由于煤基石腦油
裂解目的產物低碳烯烴收率高、裂解爐消耗燃料少,與
石油基石腦油對比,可實現年增收3.87億元,經濟效
益顯著[26]。
3 結語
(1)預計到2025 年國內乙烯當量缺口將達到
1600×104t以上[14]。我國蒸汽裂解工藝約占乙烯總
產能的80%。蒸汽裂解生產乙烯技術中裂解原料成
本占比高達70%~80%,我國優質乙烯生產原料短缺
更是限制提升我國乙烯工業綜合競爭力的瓶頸之一。
立足于我國油氣資源短缺和煤炭資源相對豐富的實際
情況,在油氣和煤炭資源之間進行蒸汽熱裂解生產乙
烯的原料選擇與優化合理配置,對于滿足低碳烯烴旺
52 王小強 等 蒸汽裂解生產乙烯的原料優化選擇與配置 2024
盛的市場需求、兼顧社會效益與經濟效益、實現煉化裝
置提質增效、緩解油氣資源短缺、推動煉化行業高質量
發展,具有較強的可操作性和重要的現實意義。
(2)結合國內蒸汽熱裂解生產乙烯的原料仍以石
腦油為主和國際乙烷供需實際情況,應審慎面對乙烷
裂解制乙烯投資熱,注重深挖石腦油優化利用的同時,
兼顧適宜做乙烯裂解原料的低碳烴和低辛烷值油品,
并充分利用乙烯裂解原料評價試驗手段及SPYRO、
ECSOS等智能化數字化乙烯裂解模擬計算平臺,為煉
油廠乙烯裝置的原料配置和運行工藝的優化提供及時
可靠的技術支持。
(3)立足我國能源“富煤、貧油、少氣”的特點和現
代煤化工產業已成為石油化工業的重要補充的現實,
以煤基石腦油拓展新的裂解原料來源,是解決我國乙
烯裂解原料短缺問題、突破僅靠石油烴類作為乙烯裂
解原料困境、適應我國能源國情的生產低碳烯烴的有
效途徑,也是減少對進口石油的依賴,保證我國能源安
全和實現經濟可持續發展的有益探索。
(4)國家宏觀政策鼓勵以煤為原料發展石油和天
然氣替代產品,石化企業應注重與現代煤化工積極對
接、有機結合,實現優勢互補、互利共贏,在以煤基石腦
油作蒸汽熱裂解制低碳烯烴的原料方面開辟新的途
徑,找到新的經濟增長點。
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收稿日期:2023-09-15;編輯:康莉
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石油與天然氣化工
第53卷 第1期 CHEMICALENGINEERINGOFOIL &amp;amp; GAS

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