技術領域

本發明涉及石油化工生產裝置中裂解爐操作的優化方法，更具體的，涉及一種工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法。

背景技術

管式裂解爐簡稱裂解爐，是生產乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴(苯、甲苯、二甲苯)等基礎有機化工原料的主要裝置，其中世界98％的乙烯是由裂解爐以蒸汽裂解方式生產的。乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯是最重要基礎有機化工原料，由它們生產的產品和衍生品被廣泛應用于國民經濟各個領域，對促進國民經濟的發展具有非常重要的作用。

蒸汽裂解技術始于二十世紀二十年代，經過多年的持續發展，蒸汽裂解技術發展日趨完善，近年新增的乙烯產能主要是由裂解爐以蒸汽裂解方式來生產的。自從改革開發以來，隨著我國國民經濟的快速發展，對乙烯、丙烯等基礎有機化工原料需求急劇增加，國內乙烯工業的生產能力不能滿足市場需求，為此每年進口大量的乙烯等基礎有機化工原料及衍生品。為了解決國內乙烯等基礎有機化工原料的市場供需矛盾，乙烯工業連續實施第二、三輪改擴建，盡管乙烯工業的生產能力得到顯著提高，但裂解爐的裂解原料的來源——煉油裝置生產能力卻沒有得到相應增加。隨著國際原油價格的步步攀高，煉油企業為了降低生產成本，盡量購買相對比較廉價的原油，因此原油品質下降且產地分布廣泛，導致煉油裝置生產的裂解原料物性變化頻繁，有時甚至導致石腦油等傳統裂解原料的供應不足，被迫補充其他煉廠油品作為裂解原料，如加氫裂化柴油等。因此，如何優化裂解爐操作，提高企業的經濟效益，成為乙烯生產企業的面臨的難題。

烴類蒸汽裂解反應是在高溫(820-870℃)條件下進行，蒸汽裂解過程是強吸熱過程，因此裂解爐運行需要消耗大量的熱量，裂解爐的能耗約占到乙烯裝置能耗的70％左右。因此，優化裂解爐生產操作，降低生產成本，提高生產企業的經濟效益，是裂解爐專利商、生產企業、科學院所長期以來嘗試解決的難題。

在裂解爐技術發展過程中，裂解爐專利商扮演非常重要的角色。裂解爐專利商經過重組合并，目前形成六大裂解爐專利商，即LUMMUS、S&M、KBR、TECKNIP、LINDE、SINOPEC。烴類蒸汽裂解反應機理和過程非常復雜，裂解產物達到上百種，因此蒸汽裂解技術是裂解爐技術的核心，蒸汽裂解反應過程是裂解爐專利商和科學院所研究的重點。通過多年蒸汽裂解反應過程研究，形成三種蒸汽裂解模型，即經驗模型、半經驗半理論模型、機理模型。基于蒸汽裂解反應模型，開發的裂解爐模擬軟件可模擬計算裂解產物收率、運行周期等，用于裂解爐設計和改造，如SPYRO(TECHNIP)、PYPS(LUMMUS)、CRACKER、CRACKSIM、FIHR等。對于裂解爐的操作優化，僅有ASPEN和TECHNIP提出了雙烯(乙烯+丙烯)收率的優化方案，利用SPYRO軟件以及APSEN公司的分離裝置模擬技術及先進控制技術，優化裂解爐生產操作，試圖通過提高雙烯的收率的方式提高生產企業的經濟效益。

在裂解產物中，乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯具有較高的經濟附加值，氫氣、碳四餾分、裂解汽油(不含苯、甲苯、二甲苯)、裂解柴油、裂解燃料油都具有一定的經濟價值。而這些裂解產品或裂解產物組份的價格受原料價格和市場供需關系而發生波動，市場需求量大而供應量的產品價格高，市場需求量小而供應大的產品價格較低。對于烯烴廠而言，盡管雙烯(乙烯+丙烯)重量收率范圍為40-60％，受市場需求的影響，收率高的裂解產品價格未必高，收率地的產品價格未必低。因此。對于裂解爐操作優化而言，需要考慮所有裂解產品或裂解產物組份的市場價格，而不是僅僅考慮雙烯的收率。

不同裂解原料COT的操作范圍不同，如石腦油的通常為810-845℃，輕烴為840-870℃，加氫尾油或柴油的為780-820℃。在裂解爐裂解產物價值最大化的優化過程中，裂解原料、進料量、稀釋比保持不變，優化僅僅調整爐管出口溫度(COT)，而COT的調整不會超過裂解原料的正常操作范圍內。因此，通過計算表明，在裂解爐COT正常操作范圍內，COT變化最大不超過40℃，相對正常操作的COT溫度非常小，COT的調整對裂解爐的燃料消耗以及分離裝置的能量消耗的影響可以忽略。因此，通過優化裂解爐操作，使烯烴廠每臺裂解爐生產的裂解產品或裂解產物組份總價格達到最大，而乙烯裝置的生產成本卻基本不變，這樣才能最大程度上提高乙烯生產企業的經濟效益。

發明內容