應用煉油全流程優(yōu)化技術降低柴汽比

簡建超，黃 麗

（中國石化青島煉油化工有限責任公司，山東 青島 266500）

應用煉油全流程優(yōu)化技術降低柴汽比

簡建超，黃 麗

（中國石化青島煉油化工有限責任公司，山東 青島 266500）

煉油全流程優(yōu)化技術以RSIM反應動力學模型為主要工具，通過對全廠物料和能量的平衡測算，物流組分性質(zhì)的預測、傳遞和調(diào)和，對煉油廠全流程進行模擬計算。應用煉油全流程優(yōu)化技術，通過RSIM模型測算，優(yōu)化裝置的原料構成和加工工藝，針對不同性質(zhì)的煉油組分采用最合適的加工路線和操作參數(shù)，從而達到降低煉廠柴汽比，增產(chǎn)汽油的目的。

RSIM；煉油企業(yè)；汽油；柴油；優(yōu)化

近年來，隨著國內(nèi)煉油能力的快速增長，成品油市場趨于過剩，但汽油消費仍然呈現(xiàn)較快增長，其表觀消費量年均增加約460萬t，增幅超過8%，消費柴汽比持續(xù)走低[1]。當前中國汽車千人保有量約為60輛，遠低于世界140輛的平均水平，預計相當長時期內(nèi)國內(nèi)汽油消費仍將持續(xù)增長。因此煉油企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)品結構，降低柴汽比，增產(chǎn)汽油滿足市場需求，是企業(yè)的社會職責，也是企業(yè)增效的重要手段。

通過提高裝置加工負荷來增產(chǎn)汽油是很容易理解的，但在當前煉油能力受限的情況下，要進一步增產(chǎn)汽油，就需要從更深層次分析，運用“分子煉油”的理念，通過優(yōu)化裝置原料構成和加工工藝，針對不同性質(zhì)的煉油組分采用最合適的加工路線和操作參數(shù)，達到優(yōu)化產(chǎn)品結構，增產(chǎn)汽油的目的。煉油全流程優(yōu)化軟件RSIM是實現(xiàn)此優(yōu)化的有效工具。中國石化青島煉油化工有限責任公司（簡稱青島煉化，下同）自2010年開始應用煉油全流程優(yōu)化技術，在降低柴汽比、增產(chǎn)汽油方面取得了顯著成效。

1 煉油全流程優(yōu)化技術

最近幾年，國內(nèi)煉油企業(yè)應用先進的信息化軟件技術進行生產(chǎn)優(yōu)化增產(chǎn)汽油，取得了不錯的效果。目前得到廣泛應用的煉油優(yōu)化軟件有2類，一類是基于線性規(guī)劃技術的線性模型，此類模型與實際煉油反應過程存在一定偏差；另一類是基于流程模擬技術的非線性模型，但目前這類模型大都只能模擬分餾過程或者單個裝置反應器，不能建立全煉廠模型，這種局部優(yōu)化不能整體評估對煉廠各方面影響，有時甚至和煉廠整體的利益是相矛盾的。

RSIM煉油全流程優(yōu)化模擬模型，是國際著名的英國KBC公司開展煉油優(yōu)化的主要工具。該模型建立在大型通用流程模擬軟件Hysys平臺上，融合了煉油反應動力學包Profimatics以及大量的經(jīng)驗公式，從而實現(xiàn)全煉廠物料和能量平衡測算、物流組分性質(zhì)預測、傳遞和調(diào)和，在全球范圍內(nèi)已經(jīng)有20多年、100多家煉廠的使用經(jīng)驗，無論是單裝置機理模型，還是煉油全流程模擬模型，均具有較高的準確度、較完備的信息和較高的實用性，能夠進行煉油廠全流程模擬計算。

RSIM模型針對煉油廠的各煉油過程單元，根據(jù)真實的物流上下游關系，在裝置原料和工藝操作參數(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量指標的約束下，模擬計算煉廠當前操作和生產(chǎn)經(jīng)營情況。模型應用過程中，結合市場價格體系，測算和評估煉廠決策層、執(zhí)行層和操作層提出的優(yōu)化方案，到達精細化、精確化生產(chǎn)管理的目的，為煉廠降本增效服務。RSIM模型分成3部分，分別是煉油單裝置詳細模型、煉油全流程模擬模型以及經(jīng)濟效益評估和結果展示平臺。

2 增產(chǎn)汽油優(yōu)化方案分析

煉油企業(yè)增產(chǎn)汽油最簡單有效的方法就是提高催化、重整等裝置的加工量，但在裝置加工負荷達到最大之后，要進一步提高汽油產(chǎn)量，就要從更深層次分析，結合煉油反應機理來優(yōu)化生產(chǎn)方案，RSIM模型是實現(xiàn)此優(yōu)化目標的有效工具，主要考慮從以下三個方面著手：一是優(yōu)化裝置原料組分，采用“宜芳則芳、宜烯乙烯、宜油則油”的原則，針對不同的裝置選擇最合適的原料組分；二是優(yōu)化組分的加工路線，由于原油性質(zhì)的不同，其石腦油餾分性質(zhì)不同，且不同二次加工裝置產(chǎn)出的石腦油組分性質(zhì)也不盡相同[2]，應針對不同性質(zhì)的組分選擇最合適的加工路線：低碳直鏈烷烴最適合作乙烯裂解原料，異構烷烴更適合作為汽油調(diào)和組分，而環(huán)烷烴則適合作催化重整的原料[3]；三是優(yōu)化裝置操作條件和產(chǎn)品結構，通過模型的模擬測算消除裝置的約束瓶頸，找出最優(yōu)化的操作參數(shù)，達到目標產(chǎn)品收率的最大化。

運用煉油全流程優(yōu)化技術的過程，簡單而言，首先是用RSIM軟件建立全廠反應動力學模型，然后對各種優(yōu)化方案進行模擬測算和對比分析，優(yōu)化方案經(jīng)過裝置專家聯(lián)合評估通過之后即可組織實施。另外，由于產(chǎn)品市場價格體系頻繁調(diào)整，同時裝置運行工況也不斷發(fā)生變化，因此最優(yōu)化的方案并不是固定不變的，優(yōu)化是一種持續(xù)動態(tài)調(diào)整的過程。

3 RSIM煉油全流程優(yōu)化技術的應用

3.1 煉油組分餾程范圍優(yōu)化

3.1.1 重整原料餾程范圍優(yōu)化

不同餾程范圍的石腦油由于其PONA組分含量的不同，經(jīng)過重整反應之后的產(chǎn)品結構也不同。降低重整原料的初餾點和終餾點，有利于增產(chǎn)高價值的苯，但導致汽油產(chǎn)量減少；提高原料的初餾點和終餾點，有利于增產(chǎn)汽油，但導致苯產(chǎn)量減少。因此需要以效益最大化為目標，選擇最合適的餾程范圍。

利用RSIM模型對重整原料組分進行逐段切割測算發(fā)現(xiàn)，餾程范圍在66～78℃的組分中，C5正異構烷烴占72.38%，C5環(huán)烷烴占4.69%，C6烷烴為占21.49%，C6環(huán)烷及苯僅占1.18%，此部分組分進重整反應后主要增加的是低辛烷值的輕石腦油和抽余油，不利于增產(chǎn)汽油；餾程范圍在78～84℃的組分中，C5正異構烷烴占5.47%，C5環(huán)烷烴占0.39%，C6烷烴為占87.18%，C6環(huán)烷及苯僅占6.94%，此部分組分進重整反應后有10.9%生成高價值的苯產(chǎn)品。因此，綜合優(yōu)化后，將常減壓石腦油終餾點由165℃提高到170℃，精制油初餾點由76℃提高到82℃，每月增產(chǎn)汽油3200t。

3.1.2 加氫裂化重石腦油餾程范圍優(yōu)化

加氫裂化重石腦油作為重整裝置原料，餾程控制在100～135℃之間，若進一步提高其初餾點和終餾點，維持重石腦油量不變，增加輕石腦油產(chǎn)量，可以在保持重整負荷不變情況下，達到增產(chǎn)汽油的目的，但汽油池RON降低，同時重石腦油初餾點提高到一定程度后，重整裝置混合二甲苯產(chǎn)量降低，導致效益損失，因此加氫裂化重石腦油餾程范圍具有一個最優(yōu)化點。

RSIM模型測算表明，隨著加氫裂化重石腦油初餾點和終餾點的提高，混合二甲苯產(chǎn)量呈“先增加后減少”的趨勢，如圖1所示，在重石腦油初餾點120℃、終餾點150℃時，混合二甲苯產(chǎn)量達到最大值，同時每月增產(chǎn)汽油3600t。

圖1 加裂重石初餾點對混合二甲苯產(chǎn)量的影響

3.1.3 直餾柴油和焦化柴油切割點優(yōu)化

在前期增產(chǎn)汽油過程中，為提高催化裝置加工量，將焦化裝置柴油終餾點控制在300℃左右，部分焦化柴油組分進入蠟油中作為催化裝置原料。通過RSIM模型模擬研究發(fā)現(xiàn)，如果用裂化性能更好的常壓直餾柴油代替焦化柴油作為催化原料，可以改善催化進料性質(zhì)，能夠提高催化汽油的收率，達到增產(chǎn)汽油的目的。

經(jīng)過RSIM模型測算，將焦化柴油終餾點由300℃提高到340℃，直餾常三線終餾點由369.5℃降低到362℃，此時催化裝置加工負荷維持不變，相當于用常三線362～369.5℃之間的重柴油組分來替換焦化柴油300～340℃之間輕柴油組分。根據(jù)催化裂化反應機理，同類烴其分子量越大，裂化反應速度越快，其中直鏈烷烴分子量與轉化率的對應關系如表1所示。因此重柴油組分裂化性能優(yōu)于輕柴油組分，在催化反應過程中更容易裂化為汽油組分，實施此優(yōu)化方案后，催化汽油收率提高了1.04%。

表1 直鏈烷烴分子量與轉化率的對應關系

3.2 煉油組分流向優(yōu)化

3.2.1 常一線油至催化提升管回煉

此公司航煤原料存在過剩的情況，多余的常一線進入柴油組分。另一方面，催化裂化裝置采用MIP-CGP工藝，提升管為兩段反應器串聯(lián)工藝，總長度達50 m。通過RSIM模型模擬分析發(fā)現(xiàn)，油氣在催化提升管中存在過度裂化傾向，若將常一線油改進催化回煉，作為急冷油注入提升管一反出口以抑制二次反應，可降低催化干氣及液化氣收率，提高催化汽油收率。實施此方案后，催化回煉10t·h-1常一線油時，增產(chǎn)汽油4.2t·h-1。

3.2.2 柴油加氫輕石腦油加工路線優(yōu)化

柴油加氫輕石腦油原設計和常減壓直餾石腦油一起作為重整裝置原料，在新建的200萬t·a-1加氫裂化裝置投產(chǎn)之后，重整裝置原料存在過剩的情況，需要解決過剩石腦油的后路問題。利用RSIM模型分別對幾種重整原料的加工方案進行對比測算，結果表明，直餾石腦油和加氫裂化重石腦油芳潛較高，適合在重整裝置加工；柴油加氫輕石腦油經(jīng)過汽提之后，硫含量和蒸汽壓降低，可以直接作為汽油調(diào)和組分，在控制合適的調(diào)和比例情況下，調(diào)和后的汽油辛烷值和硫含量等指標滿足成品汽油質(zhì)量標準要求。因此實施了工藝流程改造，將部分柴油加氫輕石腦油引至閑置的加氫處理側線汽提塔，經(jīng)過汽提后直接調(diào)和汽油，解決了重整原料過剩問題，同時每月增產(chǎn)汽油5000t。

3.2.3 柴油加氫裝置分餾塔抽出側線組分油

柴油加氫裝置原料為直餾柴油、焦化汽油、焦化柴油以及催化柴油，經(jīng)過加氫精制反應之后，從分餾塔頂部拔出＜170℃的石腦油組分作為重整裝置原料，分餾塔底部＞170℃的餾分作為精制柴油產(chǎn)品。利用RSIM模型測算表明，可以在分餾塔增加一條側線，抽出餾程范圍在170～205℃之間的組分油用于調(diào)和汽油，達到增產(chǎn)汽油的目的；在冬季，此部分組分油還可用于生產(chǎn)低凝柴油。

3.3 操作參數(shù)優(yōu)化

3.3.1 重整裝置反應溫度優(yōu)化

反應溫度是重整裝置重要的操作參數(shù)之一，各企業(yè)原料性質(zhì)、裝置構成以及產(chǎn)品結構的差異，決定了各重整裝置反應溫度的最優(yōu)化點也不相同。因此利用RSIM模型對青島煉化公司重整反應溫度進行優(yōu)化測算，以選擇最優(yōu)控制點。

圖2 重整反應溫度對效益的影響

RSIM模型測算結果如圖2所示，隨著反應溫度的提高，裝置效益增加，主要因為氫氣、芳烴產(chǎn)率增加，但增加的幅度逐漸減小，到一定程度之后開始下降，最優(yōu)反應溫度為523℃左右。

3.3.2 催化裝置反應溫度優(yōu)化

為達到催化汽油收率的最大化，不同的催化原料性質(zhì)應控制不同的反應溫度；同時反應溫度還應隨著丙烯、液化氣、汽油產(chǎn)品市場價格的調(diào)整而及時調(diào)整，以達到產(chǎn)品價值的最大化。由于催化反應過程的復雜性，很難憑借經(jīng)驗做出準確的判斷選擇最優(yōu)化的溫度，RSIM模型是實現(xiàn)以上目標的最有效工具之一。

RSIM模型測算表明，當催化提升管注入急冷油時，若維持反應溫度510℃不變，則干氣和生焦量將增加較多，此時應該適當降低反應溫度。反應溫度對全廠效益的影響如圖3所示，溫度由510℃降低至505℃時，汽柴油總量增加2.4 t·h-1，增效169萬元/月；繼續(xù)降溫則效益呈下降趨勢。因此最優(yōu)化反應溫度為505℃左右。

圖3 催化反應溫度對全廠效益的影響

3.3.3 催化汽油蒸汽壓優(yōu)化

冬季成品汽油蒸汽壓指標提高，在生產(chǎn)上一般采用大幅提高催化汽油蒸汽壓的方式來達到增產(chǎn)汽油的目的。但隨著催化汽油蒸汽壓的提高，進入催化汽油中的碳四組分增加，由于此部分碳四中含有35%左右的烯烴，導致MTBE產(chǎn)量減少，造成效益損失。通過RSIM模型測算，適當提高重整汽油蒸汽壓，同時降低催化汽油蒸汽壓，可以在滿足汽油產(chǎn)品蒸汽壓指標的情況下增產(chǎn)MTBE產(chǎn)品，每月增產(chǎn)汽油2000t左右。

3.3.4 減壓深拔操作優(yōu)化

利用RSIM模型對減壓爐管內(nèi)介質(zhì)流速、汽化點、油膜溫度、爐管管壁溫度、注汽量等參數(shù)進行計算，模擬出動態(tài)油品的結焦曲線，以選擇合適的操作參數(shù)，確保在保障裝置安全運行的情況下盡量提高減壓深拔程度。經(jīng)過RSIM測算，將減壓爐出口溫度提高至426℃，控制爐管內(nèi)介質(zhì)的最高油膜溫度不高于465℃；控制爐管注汽總量為1.5～2.0 t·h-1，以保證輻射室出口最后2根爐管內(nèi)介質(zhì)的停留時間均小于0.7s；控制減壓塔洗滌油最小流量不小于140t·h-1，以滿足洗滌段填料下表面的最小噴淋密度為0.5 m3·(m2·h)-1要求。RSIM模型模擬不同減壓爐出口溫度時結焦曲線如圖4所示。通過控制合適的減壓深拔操作參數(shù)，減壓渣油TBP切割點溫度達到572℃，渣油收率降低了3.31%[4]，每年增產(chǎn)汽油6萬t左右。

圖4 不同減壓爐出口溫度時結焦曲線

4 增產(chǎn)汽油的效果

青島煉化公司自2010年開始運用RSIM煉油全流程優(yōu)化技術，將增產(chǎn)汽油作為生產(chǎn)優(yōu)化工作的核心，取得了顯著成效，柴汽比呈逐年下降的趨勢，2013年柴汽比降低到1.18，與2009年相比下降了0.36。青島煉化公司原油加工能力為1200萬t·a-1，汽柴油總產(chǎn)能按600萬t·a-1計，相當于增產(chǎn)汽油27萬t·a-1，汽油與柴油之間凈價差按500元·t-1計算，每年增效13500萬元。

表2 2009～2013年“柴汽比”變化情況

5 結論

1）RSIM模型建立在大型通用流程模擬軟件Hysys平臺上，融合了煉油反應動力學包Profimatics以及大量的經(jīng)驗公式，具有較高的準確度、較完備的信息和較高的實用性，能夠進行煉油廠全流程的模擬計算。

2）利用RSIM煉油全流程優(yōu)化模型，結合煉油過程各環(huán)節(jié)反應機理，運用“分子煉油”的理念，通過優(yōu)化裝置原料組成和加工工藝，針對不同性質(zhì)的煉油組分采用最合適的加工路線和操作參數(shù)，可以達到最大量增產(chǎn)汽油的目的。

3）該公司運用RSIM煉油全流程優(yōu)化技術取得了較好的降低柴汽比、增產(chǎn)汽油的效果，與運用此技術之前相比，每年可增產(chǎn)汽油約27萬t，增效13500萬元。

[1] 田景惠.2012年中國成品油市場回顧與2013年展望[J].國際石油經(jīng)濟，2013(4) ：70-75.

[2] 汪麗娜，曹萃文.基于改進文化粒子群算法的多組分石腦油調(diào)和優(yōu)化問題研究[J].石油化工自動化，2012，48(1)：43-47.

[3] 李剛，董海芳，趙建煒.煉化一體化企業(yè)石腦油加工方案的優(yōu)化[J].煉油技術與工程，2012，42(7)：10-13.

[4] 雷平，鐘湘生，郭守學，等.減壓深拔技術在常減壓蒸餾裝置上的應用[J].石油煉制與化工，2010，41(7)：34-38.

Application of Refinery Process Optimization Technology in Reduce Ratio of Diesel to Gasoline

JIAN Jian-chao, HUANG Li
(Sinopec Qingdao Refining and Chemical Company, Qingdao 266500, China)

TE 09

B

1671-9905(2014)08-0069-04

簡建超，男，工程師，2005年畢業(yè)于西安交通大學，現(xiàn)主要從事煉油工藝技術和生產(chǎn)優(yōu)化管理工作，發(fā)表論文多篇

2014-06-10