煉化線性規(guī)劃通用模型的建設與應用

【摘要】煉化線性規(guī)劃通用模型包含著煉廠全部的煉化裝置，并可以根據(jù)加工需要進行生產(chǎn)路線的自動最優(yōu)化選擇。在新煉廠建設規(guī)劃當中可以根據(jù)所加工原油等約束條件快速選擇出加工最優(yōu)化方案所需的裝置配比；在現(xiàn)有煉廠生產(chǎn)優(yōu)化過程中可以快速自主選擇裝置最優(yōu)加工能力、生產(chǎn)流程、產(chǎn)品結構等，最大化的提高企業(yè)效益。

【關鍵詞】線性規(guī)劃；模型；最優(yōu)化；應用

由于煉化企業(yè)具有生產(chǎn)規(guī)模龐大、工藝結構復雜、產(chǎn)品品種繁多、市場變化快等特點，所以制定生產(chǎn)計劃時要考慮的因素很多，人腦很難考慮周全。如果采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗和方法，就難以對企業(yè)擁有的各種資源的作用、產(chǎn)品價格的突然變化以及市場對企業(yè)的需求等進行綜合分析的處理，當企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營過程突然遇到問題時，很難及時而準確地提出解決方案，從而嚴重影響企業(yè)經(jīng)濟效益的提高。而在新煉化企業(yè)建立過程當中，規(guī)劃環(huán)節(jié)起著非常重要的作用。而傳統(tǒng)的規(guī)劃方法不僅需要長時間的現(xiàn)場數(shù)據(jù)調(diào)研，耗費大量的人力資源，面對生產(chǎn)條件臨時改變的應對也顯得十分不靈活，計劃加工原油品種的改變，加工量的變化以及產(chǎn)品結構的調(diào)整，都會使得之前進行的規(guī)劃變成無用功。煉化線性規(guī)劃通用模型（以下簡稱通用模型）是以煉廠計劃優(yōu)化軟件為基礎，利用線性優(yōu)化原理對煉廠生產(chǎn)流程進行模擬，同時可以根據(jù)不同約束條件自動選擇最優(yōu)生產(chǎn)方案的一種線性規(guī)劃模型。

1.通用模型的建設

原油數(shù)據(jù)采用2012年11月份最新的原油評價數(shù)據(jù)，切割溫度按照通常的原油切割溫度，原油切割方案中包含原油各餾分的收率信息及各側線的主要物性信息，如石腦油餾分的芳潛，渣油的殘?zhí)?、金屬含量等?/p>

模型為煉化一體化模型，煉油部分涵蓋目前所用主流加工裝置及采用的技術手段，C1-C2組分加工裝置有制氫及PSA裝置，C3組分主要加工裝置有聚丙烯，C4組分主要加工裝置有MTBE及烷基化，石腦油組分、汽油組分加工裝置主要為重整裝置、汽油加氫、醚化裝置，航煤組分加工裝置為航煤加氫，柴油組分加工裝置主要有柴油加氫及柴油改質(zhì)；蠟油加工裝置有蠟油加氫、加氫裂化及催化裂化裝置，減渣加工裝置有延遲焦化、渣油加氫、溶劑脫瀝青、瀝青氧化及催化裂化（部分摻煉）；廢氣、廢水回收裝置主要為硫磺回收裝置；另外煉油部分還有汽油調(diào)和池，柴油調(diào)和池及其他相關組分的調(diào)和匯流裝置。

潤滑油部分涵蓋酮苯脫蠟、糠醛精制、白土精制、石蠟白土、石蠟加氫及潤滑油加氫整套潤滑油及石蠟生產(chǎn)路線。

化工部分涵蓋乙烯裂解及芳烴聯(lián)合，其中乙烯加工路線中C2線主要加工裝置為聚乙烯及乙二醇，C3加工路線主要為聚丙烯及丙烯腈，C4加工路線主要有丁二烯抽提，化工MTBE及順丁橡膠，C5-C10加工路線主要為裂解汽油加氫，芳烴抽提。芳烴聯(lián)合裝置主要有重整、芳烴抽提、PX、PTA以及后續(xù)的順丁橡膠及ABS裝置。

綜合考慮裝置對進料物性的要求、同一裝置不同進料性質(zhì)對應的產(chǎn)品收率的差異，以及同一裝置不同進料同一產(chǎn)品物性的不同，建立各加工裝置的裝置模型，以催化重整、催化裂化、加氫裂化及乙烯裂解為例進行相關模型結構的介紹。

模型中重整料主要包括直餾石腦油、加裂石腦油及各類加氫裝置產(chǎn)生的加氫石腦油。產(chǎn)品分布是與進料的芳潛含量相關的，芳潛越高，三苯收率越高，進料的芳潛含量依據(jù)進料的物性及所占的比例計算而來。該模型會通過進料的芳潛含量自動計算出相應的產(chǎn)品分布。

在催化裂化不同加工工藝中，一為普通的催化裂化工藝技術，一為采用MIP的催化裂化工藝技術，一為采用ARGG的催化裂化工藝技術。不同工藝技術反映在模型中的區(qū)別主要是產(chǎn)品分布及產(chǎn)品性質(zhì)不同，以普通的催化裂化技術與ARGG技術為例列舉各工藝的收率相關數(shù)據(jù)。表1所示為兩種催化裂化汽油性質(zhì)對比。

采用不同的催化裂化技術生產(chǎn)的汽油性質(zhì)不同，主要體現(xiàn)在辛烷值、硫含量、烯烴含量及芳烴含量方面。

加氫裂化裝置建立了三套生產(chǎn)方案，分別為航煤方案、柴油方案及石腦油方案，不同方案下石腦油、航煤及柴油的收率不同，模型可以優(yōu)化計算出不同條件下，何種方案最優(yōu)。

此外，為了方便前臺展示，通用模型還開發(fā)了報表展示系統(tǒng)，通過后臺的數(shù)據(jù)選取自動生成所需報表。

2.通用模型的應用

模型建立之后，對各裝置進行約束條件控制，包括生產(chǎn)能力，加工天數(shù)等，并在原料購入表及產(chǎn)品銷售表中進行定量定價，選擇不同的原油及裝置路線，就可以計算出加工不同原油的不同的最優(yōu)加工方案及加工某一種原油的最優(yōu)加工路線及裝置開停方案。

下面首先以A煉廠加工某兩種原油1、2為例。

A煉廠加工某種原油1的流程如下：

將通用模型中裝置與該煉廠匹配后，進行優(yōu)化運算得出該原油最優(yōu)加工路線：常減壓+渣油加氫+催化裂化+加氫裂化+大重整+小乙烯，走多產(chǎn)芳烴加工路線。

最優(yōu)路線配套流程為：常壓蒸餾加工量1000萬噸，減壓蒸餾457萬噸，渣油加氫192萬噸，催化裂化165萬噸，加氫裂化303萬噸，乙二醇乙烯處理量15萬噸，連續(xù)重整151萬噸，柴油加氫精制加工量147萬噸，航煤加氫加工量52萬噸，汽油加氫加工量34萬噸，氣體分離加工量30萬噸，MTBE3萬噸，烷基化加工量15萬噸，制氫加工量10萬噸，硫磺回收4萬噸，PSA加工量5萬噸，乙烯裂解加工量56萬噸，聚乙烯加工量39萬噸，苯乙烯加工量8萬噸，丙烯腈加工量24萬噸，丁二烯抽提加工量12萬噸，丁苯橡膠加工量29萬噸，丁苯3000線加工量29萬噸，裂解汽油加氫加工量37萬噸，化工MTBE6萬噸，聚丙烯能力8萬噸。

A煉廠加工某種原油2的流程如下：

原油2最優(yōu)加工路線：常減壓+潤滑油+催化裂化+加氫裂化+重整+乙烯。

最優(yōu)路線配套流程為：常壓蒸餾加工量1000萬噸，減壓蒸餾688萬噸，催化裂化471萬噸，加氫裂化161萬噸，乙二醇乙烯處理量15萬噸，連續(xù)重整加工量84萬噸，柴油加氫精制127萬噸，汽油加氫加工量96萬噸，氣體分離加工量86萬噸，MTBE加工量10萬噸，烷基化加工量43萬噸，制氫加工量6萬噸，硫磺回收1萬噸，PSA加工量3萬噸，潤滑油高壓加氫加工量100萬噸，乙烯裂解加工量21萬噸，聚乙烯加工量5萬噸，苯乙烯裝置加工量3萬噸，丙烯腈加工量9萬噸，丁二烯抽提加工量5萬噸，丁苯橡膠加工量11萬噸，丁苯3000線加工量11萬噸，PX裝置能力12萬噸，裂解汽油加氫加工量14萬噸，化工MTBE加工量2萬噸，聚丙烯能力24萬噸。

表2 最優(yōu)加工路線邊際貢獻對比情況： 單位：元/噸

項目原油1原油2差異

噸油邊際貢獻205538-333

原油成本52935021272

原油運費1050105

綜商93.6%92.3%1.3%

成品油收率62.0%67.3%-5.3%

芳烴收率7.9%1.2%6.7%

由此看出，該企業(yè)加工原油2的效益要遠遠大于加工原油1，從而可以為其生產(chǎn)計劃提供參考。

其次，以A、B、C三家煉廠同時加工原油1為例：

A煉廠原油1最優(yōu)路線：

常壓蒸餾加工量1000萬噸，減壓蒸餾457萬噸，渣油加氫192萬噸，催化裂化182萬噸，加氫裂化231萬噸，連續(xù)重整248萬噸，柴油加氫精制加工量224萬噸，汽油加氫加工量37萬噸，氣分加工量33萬噸，MTBE4萬噸，烷基化加工量17萬噸，制氫加工量5萬噸，硫磺回收加工量4萬噸，PSA加工量8萬噸，聚丙烯能力9萬噸。

B煉廠原油1最優(yōu)路線：

常壓蒸餾加工量850萬噸，減壓蒸餾加工量388萬噸，渣油加氫加工量163萬噸，催化裂化加工量140萬噸，加氫裂化加工量196萬噸，連續(xù)重整加工量164萬噸，柴油加氫精制加工量186萬噸，汽油加氫加工量29萬噸，醚化裝置加工量9萬噸，氣分加工量25萬噸，MTBE3萬噸，烷基化加工量13萬噸，制氫加工量6萬噸，硫磺回收加工量4萬噸，PSA加工量6萬噸，乙烯裂解加工量20萬噸，聚乙烯加工量6萬噸，乙二醇乙烯處理量13萬噸，化工聚丙烯加工量10萬噸，PX能力35萬噸，裂解汽油加氫加工量13萬噸，煉油聚丙烯能力7萬噸。

C煉廠原油1最優(yōu)路線：

常壓蒸餾加工量850萬噸，減壓蒸餾加工量388萬噸，渣油加氫加工量163萬噸，催化裂化加工量140萬噸，加氫裂化加工量203萬噸，連續(xù)重整加工量60萬噸，柴油加氫精制加工量38萬噸，汽油加氫加工量29萬噸，醚化裝置加工量12萬噸，氣分加工量25萬噸，烷基化加工量15萬噸，制氫加工量7萬噸，硫磺回收加工量4萬噸，PSA裝置加工量2萬噸，乙烯裂解加工量85萬噸，聚乙烯加工量70萬噸，乙二醇乙烯處理量10萬噸，苯乙烯處理量16萬噸，化工聚丙烯加工量35萬噸，丙烯腈能力4萬噸，丁二烯抽提加工量16萬噸，丁苯橡膠加工量15萬噸，ABS加工量18萬噸，裂解汽油加氫加工量53萬噸，芳烴抽提加工量25萬噸，化工MTBE加工量8萬噸，煉油聚丙烯能力7萬噸。

表3 現(xiàn)有加工路線優(yōu)化后邊際貢獻對比情況：

單位：元/噸

項目A煉廠B煉廠C煉廠

現(xiàn)狀-64-123-153

優(yōu)化后48915

差異68212168

可以看出，優(yōu)化之后的生產(chǎn)路線與原生產(chǎn)路線相比，效益都有了大幅提升，而A煉廠加工此種原油效益最高，因此可以考慮減少B、C兩煉廠此種原油加工量，增加A煉廠加工量。

3.通用模型的意義

研究通用模型主要有以下意義：

（1）新煉廠的建立流程在其規(guī)劃環(huán)節(jié)缺少模型支持，規(guī)劃時間長，不利于快速決策，而通用模型可以在輸入原油配比之后快速給出最優(yōu)產(chǎn)品結構及裝置配比；在老煉廠的改擴建過程中，通用模型可以在原有裝置基礎上快速計算出新裝置的最優(yōu)加工能力及進出料情況，從而能大大節(jié)省時間與人力。

（2）近些年來，原油資源日益緊缺，原油種類更加復雜，現(xiàn)存的適用于單個油種的煉化模型很難適應更多種類油品的優(yōu)化方案，通用模型可以分析單油種在不同企業(yè)的最優(yōu)加工情況，來確定哪家企業(yè)更適合加工；同時可以分析不同原油在同一企業(yè)的加工情況，為企業(yè)加工何種原油提供優(yōu)化指導。

參考文獻

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