PIMS軟件在煉油廠總加工流程優(yōu)化階段進(jìn)行原油優(yōu)選的應(yīng)用

龐新迎，王業(yè)華，辛若凱，張香玲

(中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司，山東 青島 266071)

PIMS軟件在煉油廠總加工流程優(yōu)化階段進(jìn)行原油優(yōu)選的應(yīng)用

龐新迎，王業(yè)華，辛若凱，張香玲

(中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司，山東 青島 266071)

以某新建千萬噸級(jí)煉油廠總流程優(yōu)化為例，通過建立PIMS模型，分別考察了采用沙特重質(zhì)原油(簡(jiǎn)稱沙重原油)和沙特中質(zhì)原油(簡(jiǎn)稱沙中原油)作為設(shè)計(jì)原油時(shí)對(duì)總加工流程和經(jīng)濟(jì)效益的影響。結(jié)果表明：沙中原油密度小、質(zhì)量好，作為加工的原油時(shí)，一方面可改善渣油加氫裝置原料性質(zhì)，重金屬和瀝青質(zhì)含量相對(duì)較低，另一方面可獲得較高的輕油收率(79.81%)和綜合商品率(91.80%)；但由于沙中原油采購(gòu)成本較高，導(dǎo)致煉油利潤(rùn)較加工沙重原油時(shí)低53.50元t。綜合考慮，以沙重原油作為設(shè)計(jì)原油時(shí)既能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，也能適應(yīng)加工沙中原油等中質(zhì)原油的生產(chǎn)操作，同時(shí)考慮未來原油煉制的發(fā)展趨勢(shì)，建議選擇高硫劣質(zhì)的沙重原油作為設(shè)計(jì)原油。

PIMS 總流程 優(yōu)化 原油優(yōu)選

受原油配置方案、加工規(guī)模、加工流程、工藝技術(shù)、投資及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等諸多不確定因素的影響，傳統(tǒng)的總工藝加工流程設(shè)計(jì)方式已難以滿足現(xiàn)代煉油廠規(guī)劃的要求，隨著PIMS(Process Industry Modeling System)軟件在工廠設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，煉油廠流程優(yōu)化的工作效率和準(zhǔn)確性得到了顯著提高。本課題以某新建千萬噸級(jí)煉油廠總工藝加工流程方案優(yōu)化為例，重點(diǎn)介紹利用PIMS軟件進(jìn)行原油配置方案的優(yōu)化研究，旨在為全廠總工藝加工流程的優(yōu)化提供工作思路。

1 項(xiàng)目概述

某千萬噸級(jí)煉油廠設(shè)計(jì)加工原油擬為基礎(chǔ)原油與沙特原油[1]的混合原油，在保持原油加工量和混合比例不變的前提下，考察分別采用沙特重質(zhì)原油(簡(jiǎn)稱沙重原油，對(duì)應(yīng)混合原油A)和沙特中質(zhì)原油(簡(jiǎn)稱沙中原油，對(duì)應(yīng)混合原油B)對(duì)全廠總工藝加工流程和經(jīng)濟(jì)效益的影響。

1.1 原油性質(zhì)

表1為設(shè)計(jì)加工原油的主要性質(zhì)。從表1可以看出：按關(guān)鍵餾分特性分類，沙重原油和沙中原油同屬高硫中間基原油，但沙重原油較沙中原油密度大，殘?zhí)扛?，硫、氮、重金?鎳+釩)等雜質(zhì)含量較高，渣油收率高，相應(yīng)地，與混合原油A相比，混合原油B的密度、殘?zhí)恳约半s質(zhì)(硫、氮、重金屬等)含量等性質(zhì)均有所改善，其中重金屬含量變化尤為明顯，同時(shí)渣油收率降低。

1.2 總工藝加工流程

成熟的重油輕質(zhì)化工藝包括加氫和脫碳兩種，對(duì)比脫碳工藝方案，加氫工藝方案可顯著提高輕質(zhì)餾分油收率，顯著降低黑色產(chǎn)品出廠量，同時(shí)還可為提高油品質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)，因此，在高油價(jià)的市場(chǎng)環(huán)境下，該項(xiàng)目重油加工方案推薦選用渣油加氫-催化裂化-加氫裂化的核心流程。總加工流程示意見圖1。

2 總工藝加工流程分析

2.1 原油切割餾分

加工2種原料工況下的原油切割各餾分收率、產(chǎn)量及主要性質(zhì)對(duì)比見表2。從表2可以看出：混合原油B比混合原油A輕，石腦油、煤油、柴油等輕質(zhì)油品產(chǎn)量增加，而渣油產(chǎn)量減少。對(duì)比渣油性質(zhì)可以看出，混合原油B的常壓渣油和減壓渣油的性質(zhì)較好，密度，殘?zhí)?，硫、氮、重金屬以及瀝青質(zhì)含量等均較低，氫含量較高。

2.2 工藝裝置加工負(fù)荷

加工2種原油工況下的二次加工工藝裝置加工負(fù)荷對(duì)比見表3。從表3可以看出：加工混合原油B工況下，渣油加氫脫硫、重油催化裂化等裝置加工負(fù)荷低，重油加工裝置負(fù)荷降低引起后續(xù)柴油加氫改質(zhì)、催化裂化汽油加氫、氣體分餾、MTBE等裝置負(fù)荷減?。欢p烴回收、石腦油加氫、連續(xù)重整、芳烴聯(lián)合、異構(gòu)化、柴油加氫精制等輕油加工裝置負(fù)荷增加，但變化均在裝置的操作彈性(一般為60%～110%)范圍內(nèi)。

2.3 渣油加氫脫硫裝置

2.3.1 進(jìn)料性質(zhì) 根據(jù)總流程安排，減壓渣油和部分常壓渣油作為渣油加氫脫硫裝置原料。渣油中富集了原油中大部分的硫、氮，以及絕大部分的1) 單位為×104m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。

重金屬，加工2種原料工況下渣油加氫脫硫裝置原料性質(zhì)對(duì)比見表4。從表4可以看出，除氮含量變化不明顯外，加工混合原油B時(shí)的渣油加氫裝置原料中的殘?zhí)浚?、重金屬以及瀝青質(zhì)含量等性質(zhì)均有所改善，其中以瀝青質(zhì)含量和殘?zhí)孔兓顬轱@著。

研究[2-4]表明，積炭和金屬沉積是導(dǎo)致渣油加氫催化劑失活從而影響催化劑使用壽命的主要原因。其中瀝青質(zhì)可造成催化劑的結(jié)焦失活，而金屬沉積可造成催化劑活性位損失而永久性失活。

催化劑的使用壽命與原料中的重金屬(Ni+V)含量成反比對(duì)數(shù)關(guān)系，隨著進(jìn)料中金屬雜質(zhì)含量增加，催化劑壽命迅速縮短[5]。金屬經(jīng)加氫反應(yīng)脫除后會(huì)沉積在催化劑表面，堵塞催化劑孔道；此外，沉積的金屬也會(huì)與催化劑活性相反應(yīng)生成低活性相金屬硫化物，導(dǎo)致催化劑活性下降[6]。對(duì)比國(guó)內(nèi)已開工的渣油加氫裝置的原料性質(zhì)，重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本在80～110 μgg范圍內(nèi)，上述2種混合原油重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為117.05 μgg和80.95 μgg，前者屬于較高水平，后者則相對(duì)較低。但根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過優(yōu)選國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的渣油加氫工藝及催化劑技術(shù)，加工2種原油工況下均可保證渣油加氫裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的目標(biāo)。

瀝青質(zhì)是渣油中平均相對(duì)分子質(zhì)量最大、化學(xué)結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的組分[7]。瀝青質(zhì)對(duì)裝置操作的影響主要體現(xiàn)在：首先部分瀝青質(zhì)以積炭的形式沉積于催化劑上，影響催化劑的活性和穩(wěn)定性；另外瀝青質(zhì)還會(huì)在設(shè)備內(nèi)生成沉積物，造成管道堵塞和降低換熱器的傳熱效果，縮短裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期。

研究[8-10]發(fā)現(xiàn)，與瀝青質(zhì)的含量相比，在催化劑的結(jié)焦失活過程中，瀝青質(zhì)的性質(zhì)影響更大。表5為國(guó)內(nèi)幾套渣油加氫裝置的原料瀝青質(zhì)含量。從表5可以看出，四川石化瀝青質(zhì)含量是所列幾套裝置中最低的，卻曾經(jīng)因?yàn)闉r青質(zhì)的原因出現(xiàn)過操作問題，而瀝青質(zhì)含量較高的金陵石化和大連石化卻平穩(wěn)運(yùn)行多年。這可能與四川石化渣油中甲苯不溶物的含量較高有關(guān)。

本項(xiàng)目加工2種原油工況下渣油加氫原料瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6.00%和3.52%，與金陵石化和大連石化相當(dāng)，且本項(xiàng)目加工的原油均為常規(guī)原油，在國(guó)內(nèi)已有多年加工經(jīng)驗(yàn)，均能滿足渣油加氫裝置的進(jìn)料要求。

2.3.2 操作條件 表6為渣油加氫裝置尾油的質(zhì)量指標(biāo)要求。加工2種原油工況下要達(dá)到同樣的產(chǎn)品要求，渣油加氫裝置操作條件略有差異。在加工混合原油A工況下，渣油加氫原料的殘?zhí)亢蜑r青質(zhì)含量較高，脫炭較困難，要求較高的反應(yīng)溫度、較低的空速以及較高的氫分壓；另外，由于金屬含量較高，脫金屬催化劑裝填量需要適當(dāng)增加。而在加工混合原油B工況下，渣油加氫原料殘?zhí)康?，金屬含量低，預(yù)計(jì)黏度也會(huì)較低，相應(yīng)地反應(yīng)溫度較低，空速適當(dāng)提高，運(yùn)轉(zhuǎn)壽命較長(zhǎng)。

2.4 原料及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

加工2種原料工況下的原料及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對(duì)比見表7。從表7可以看出：與加工混合原油A工況相比，加工混合原油B工況下汽油產(chǎn)量減少98.0 kta，本項(xiàng)目汽油池調(diào)合組分包括脫硫催化裂化汽油、異構(gòu)化汽油、重整汽油以及MTBE等，其中脫硫催化裂化汽油占比60%左右。由于重油催化裂化規(guī)模減小，催化裂化汽油、丙烯、液化氣等產(chǎn)品產(chǎn)量隨之降低，因而脫硫催化裂化汽油、MTBE產(chǎn)量相應(yīng)減少，最終導(dǎo)致全廠汽油產(chǎn)量降低。此外，加工混合原油B工況下，連續(xù)重整、芳烴聯(lián)合裝置加工負(fù)荷大，對(duì)二甲苯和苯的產(chǎn)量分別增加110.8 kta和53.1 kta，煤油、柴油產(chǎn)量也小幅增加；全廠輕油收率、煉油綜合商品率小幅增加，柴油與汽油質(zhì)量比由2.07增至2.14。

2.5 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

表8為主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。從表8可以看出，雖然加工混合原油B工況下銷售收入較高，但加工混合原油A具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)，相應(yīng)的煉油利潤(rùn)為793.5元t，較加工混合原油B工況下提高53.50元t。

表8 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 元t

項(xiàng) 目混合原油A混合原油B銷售收入(不含稅)610520614013原料油成本513859521961變動(dòng)加工成本1731118052煉油利潤(rùn)7935074000

3 結(jié) 論

(1) 混合原油B質(zhì)量較好，密度、重金屬等雜質(zhì)含量低，作為加工原油時(shí)，渣油加氫裝置進(jìn)料性質(zhì)優(yōu)于加工混合原油A原料工況，建議在確定裝置設(shè)計(jì)條件時(shí)充分考慮混合原油A較高的重金屬和瀝青質(zhì)含量工況對(duì)渣油加氫裝置操作的影響，以增強(qiáng)全廠對(duì)加工劣質(zhì)原油的適應(yīng)性。

(2) 加工2種原料對(duì)全廠主要加工裝置負(fù)荷的影響均可控制在設(shè)計(jì)的操作彈性范圍內(nèi)，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的安排不會(huì)造成影響。

(3) 加工混合原油B工況下具有較高的輕油收率和煉油綜合商品率，銷售收入較高，但在高油價(jià)的市場(chǎng)環(huán)境下，由于原料成本也較高，從而導(dǎo)致噸油利潤(rùn)較加工混合原油A工況時(shí)低。

綜上所述，在高油價(jià)的市場(chǎng)環(huán)境下，選擇沙重原油作為設(shè)計(jì)加工原油的煉化企業(yè)，通過優(yōu)化渣油加氫設(shè)計(jì)條件，可顯著增強(qiáng)全廠對(duì)加工劣質(zhì)原油的適應(yīng)性，降低經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

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APPLICATION OF PIMS ON CRUDE SELECTION DURING OVERALL CONFIGURATION OPTIMIZATION OF REFINERY

Pang Xinying， Wang Yehua， Xin Ruokai， Zhang Xiangling

(PetroChinaCPECCEast-ChinaDesignBranch，BeijingEngineeringBranch，Qingdao，Shandong266071)

The configuration optimization of a grassroots 10 Mta refinery is selected as a case study. Saudi Arabian heavy crude oil (hereinafter referred to as AHC) and Saudi Arabian medium crude oil (hereinafter referred to as AMC) are studied respectively through setting up PIMS model， assessing the influence of crude on overall configuration and economic benefit. The result shows that AMC， which has lower density and better properties， not only improves the feed properties of RDS unit， e.g. lower content of heavy metals and asphaltene，but also achieves higher light oil yield (91.80%) and general commodity rate (79.81%). However， the refining margin of AMC is 53.5 Yuan per ton crude lower than AHC oil due to higher purchase cost. Considering the development tendency of crude refining， AHC is recommended to be the design crude， which can achieve better economic benefit and compatibility with AMC.

PIMS； overall configuration； optimization； crude selection

2015-12-08； 修改稿收到日期： 2016-03-25。

龐新迎，工程師，從事煉油設(shè)計(jì)工作。

龐新迎，E-mail：pangxinying@cnpccei.cn。