某煉油廠大慶混合油替代原油的加工性能研究

曾宿主，解增忠，田松柏，龍 軍

（中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京100083）

某煉油廠大慶混合油替代原油的加工性能研究

曾宿主，解增忠，田松柏，龍 軍

（中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京100083）

為解決國內(nèi)某大型燃料－潤滑油型煉油廠加工的大慶混合油即將斷供的問題，將煉油廠線性規(guī)劃模型與配方原油技術(shù)相結(jié)合，提出了針對該煉油廠生產(chǎn)現(xiàn)狀尋找大慶混合油替代原油的方法。利用該方法，分別在該廠有、無潤滑油基礎(chǔ)油兩種規(guī)劃思路下，尋找利用合適的進口原油來替代現(xiàn)有的大慶混合油，并利用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型針對所選替代原油進行全廠模擬測算，評估其加工性能與經(jīng)濟效益。結(jié)果表明，采用替代原油選擇方法確定的替代原油，不僅適合該廠加工流程特點和原油輸送限制條件，而且原油資源有保障，可以降低原油采購成本，提升全廠經(jīng)濟效益，加工替代原油可為企業(yè)多盈利25.99～137.44元?t，具有可實施性。

大慶混合油 替代原油 加工性能 原油配方 線性規(guī)劃

近年來，我國石油消費需求快速增長，但國內(nèi)石油產(chǎn)量增幅有限，致使我國原油對外依存度逐年提高，2014年我國石油對外依存度高達62.5%［1］，因此目前我國許多煉油廠都面臨著用進口原油替代國產(chǎn)原油的問題。但對現(xiàn)有煉油廠而言，由于裝置結(jié)構(gòu)已經(jīng)定型，加工原油性質(zhì)的變化必然會對煉油廠的生產(chǎn)和效益帶來波動或變化，因此在確定替代原油時，必須充分了解替代原油的加工性能，以確保替代原油能夠適應(yīng)煉油廠已有的裝置結(jié)構(gòu)，本研究針對國內(nèi)10Mt?a級某煉油廠，確定其大慶混合油的不同替代方案，研究不同方案下替代原油的加工性能，從而為該廠替代原油的選擇提供輔助決策依據(jù)。

1 煉油廠現(xiàn)狀

該煉油廠目前實際原油加工量約為10Mt?a，主要裝置有常減壓蒸餾裝置、催化重整裝置、催化裂化裝置、加氫裂化裝置、延遲焦化裝置、溶劑脫瀝青裝置、“老三套”基礎(chǔ)油生產(chǎn)裝置、產(chǎn)品精制裝置、烷基化裝置等，詳見表1。其中1號常減壓蒸餾裝置加工大慶混合油與進口低硫石蠟基原油，只開常壓蒸餾單元，常壓渣油直接作催化裂化原料。2號常減壓蒸餾裝置加工大慶混合油，其減壓蠟油除少量作催化裂化原料外主要作潤滑油料，減壓渣油作為催化裂化原料摻渣。4號常減壓蒸餾裝置加工進口含硫原油，其輕減壓蠟油作為加氫裂化原料，重減壓蠟油經(jīng)加氫后作為催化裂化原料，減壓渣油主要作為延遲焦化裝置和溶劑脫瀝青裝置的原料，溶劑脫瀝青裝置的脫瀝青油直接作為催化裂化原料，脫油瀝青除少部分作為硬瀝青銷售外均作為延遲焦化原料。

表1 某煉油廠現(xiàn)有流程主要裝置

該煉油廠生產(chǎn)的汽油產(chǎn)品主要是滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的車用汽油，并生產(chǎn)部分滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的車用汽油（其中93號、97號汽油產(chǎn)量分別為480kt?a和60kt?a）；柴油產(chǎn)品主要是滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的車用柴油，并生產(chǎn)少量滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的車用柴油（約40kt?a）。為優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高效益，該廠實施增產(chǎn)噴氣燃料、減產(chǎn)柴油方案。

2 替代大慶原油的選擇

該廠以往加工低硫石蠟基原油4.4Mt?a，由于國內(nèi)原油市場發(fā)生變化，自2016年起，大慶混合油將全部由進口原油替代。為了根據(jù)實際裝置結(jié)構(gòu)選擇適合該廠加工的替代原油，本研究將煉油廠線性規(guī)劃模型與配方原油技術(shù)相結(jié)合，提出一種行之有效的替代原油選擇方法，該方法主要流程如圖1所示。該方法首先根據(jù)該廠原油輸送、裝置結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品生產(chǎn)、工藝設(shè)備設(shè)計瓶頸等實際情況確定原油選擇考慮因素，利用線性規(guī)劃軟件進行全廠模擬計算，得到替代原油的主要要求；然后，利用配方原油技術(shù)根據(jù)替代原油要求計算替代原油配方；再次利用線性規(guī)劃軟件用替代原油進行全程模擬計算，得到替代原油的加工性能，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、裝置匹配情況以及輕油收率、效益等主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)等；最后，判斷替代原油的加工性能是否滿足要求，如果不滿足要求，則繼續(xù)利用配方原油技術(shù)尋找新的替代原油，如果滿足要求，則替代原油確定，工作結(jié)束。

配方原油技術(shù)是在原油分子評價與光譜信息數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，采用布谷鳥搜索算法尋找滿足指定目標(biāo)原油的原油配方的一種技術(shù)。其中目標(biāo)原油根據(jù)企業(yè)加工流程確定，可以是一種明確的原油，也可以是有詳細限制條件的虛擬原油。配方原油選擇的原油種類根據(jù)企業(yè)罐區(qū)實施調(diào)合的限制條件來確定，可以是兩種或者多種原油混合。原油數(shù)據(jù)庫包含超過2 000種原油評價數(shù)據(jù)與光譜指紋數(shù)據(jù)，可以涵蓋絕大多數(shù)正在或者將來準(zhǔn)備采購加工的原油種類。采用配方原油技術(shù)可以尋找到高精度滿足要求的原油配方，但該配方對具體企業(yè)其加工性能與經(jīng)濟效益需要通過全流程模擬計算來驗證。單元裝置模擬的準(zhǔn)確性是全流程模擬計算準(zhǔn)確的前提條件，對于任一給定的配方原油，各二次加工裝置的產(chǎn)品分布與產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測都需要根據(jù)相應(yīng)的原料性質(zhì)進行模擬計算；單元裝置模擬計算、配方原油技術(shù)以及全流程模擬計算三者有機結(jié)合才能更好地完成替代原油的選擇優(yōu)化工作。

2.1 替代原油選擇的考慮因素

（1）按照有、無潤滑油產(chǎn)品兩種情況分別考慮。大慶原油是極具代表性的石蠟基原油，具有蠟含量高、硫含量低的特點，是生產(chǎn)潤滑油與石蠟的優(yōu)質(zhì)原料［2］，而且大慶原油是國產(chǎn)原油，具有價格優(yōu)勢，因此該廠目前利用大慶原油生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的流程能夠充分發(fā)揮大慶原油的資源優(yōu)勢［3］。但大慶原油停供后，由于進口低硫石蠟基原油一般價格較貴，該廠就是否保留目前的基礎(chǔ)油產(chǎn)品存在分歧，為此，在選擇大慶替代原油時，按照有、無潤滑油兩種情況予以分別考慮，兩種情況下常減壓蒸餾裝置負(fù)荷按照表2限定。

（2）4號常減壓蒸餾裝置加工原油結(jié)構(gòu)維持現(xiàn)狀。4號常減壓蒸餾裝置主要加工進口含硫原油，在選擇大慶替代原油時，該裝置加工原油維持現(xiàn)狀不變。

（3）替代原油最多采用3種原油調(diào)合。根據(jù)目前該廠廠區(qū)、碼頭罐區(qū)原油調(diào)合能力以及管線輸送能力，該廠替代原油選擇時最多考慮3種原油調(diào)合的情況。

（4）根據(jù)主要裝置工藝邊界條件倒推替代原油性質(zhì)限定條件。目前該煉油廠大慶混合油生產(chǎn)的減壓渣油全部直接用于催化裂化摻渣，因此，替代原油減壓渣油收率和性質(zhì)直接影響催化裂化裝置的負(fù)荷和進料性質(zhì)，選擇替代原油時重點考慮主要裝置設(shè)備材質(zhì)、催化燒焦負(fù)荷、潤滑油產(chǎn)品質(zhì)量、汽油產(chǎn)品質(zhì)量、乙烯料與噴氣燃料保供、增產(chǎn)汽油等因素，確定替代原油主要要求，如表3所示。

（5）噴氣燃料產(chǎn)量。為優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高煉油效益，該煉油廠目前正在實行增產(chǎn)噴氣燃料減產(chǎn)柴油的生產(chǎn)方案，因此要求替代原油的噴氣燃料收率高于大慶混合油的噴氣燃料收率（6%），而柴油收率不要有顯著提高。

（6）基礎(chǔ)油牌號及產(chǎn)量。根據(jù)該廠目前基礎(chǔ)油實際生產(chǎn)情況，替代原油生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油時，減二線基礎(chǔ)油的牌號至少滿足生產(chǎn)HVIⅠa要求，潤滑油總產(chǎn)量不小于180kt?a。

表2 有、無潤滑油時常減壓蒸餾裝置加工負(fù)荷及開工方式

表3 有、無潤滑油時替代原油的主要要求

2.2 替代原油選擇

替代原油選擇范圍根據(jù)2015年度國際原油市場具有一定資源量的可供該廠采購的原油確定，如卡賓達、可可、卡倫、南巴等52種原油。根據(jù)上述替代原油選擇時所考慮的各種因素以及由此確定的替代原油的主要要求，采用配方原油技術(shù)，針對有、無潤滑油產(chǎn)品時分別模擬計算2種替代原油配方，各替代原油配方及對應(yīng)的主要性質(zhì)如表4和表5所示。

表4 有潤滑油時替代原油配方及主要性質(zhì)

表5 無潤滑油時替代原油配方及主要性質(zhì)

3 替代原油加工性能研究

為考察各替代方案下選擇原油的加工性能，利用PIMS軟件建立該廠的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，并針對不同替代原油分別進行全廠模擬測算。

3.1測算方案設(shè)計

根據(jù)有、無潤滑油2種測算背景下的2種替代原油配方，分別設(shè)計測算方案。同時，為便于比較，針對加工大慶混合油時也分別設(shè)計2種相應(yīng)的測算方案，作為對比的基礎(chǔ)。故共設(shè)計如下6個測算方案：

方案一：產(chǎn)潤滑油－大慶混合油。1號、2號常減壓蒸餾裝置加工大慶混合油，4號常減壓蒸餾裝置加工進口含硫油，3套常減壓蒸餾裝置加工量分別為1.40，3.00，5.68Mt?a，2號常減壓蒸餾裝置減壓蠟油主要用于生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油，潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)量為180kt?a，該方案是對該煉油廠目前生產(chǎn)現(xiàn)狀的模擬，作為產(chǎn)潤滑油方案的基礎(chǔ)方案。

方案二：產(chǎn)潤滑油－替代原油1。在方案一基礎(chǔ)上，將1號、2號常減壓蒸餾裝置加工的大慶混合油用“有潤滑油替代原油1”替代，考察該替代原油加工性能與經(jīng)濟效益。

方案三：產(chǎn)潤滑油－替代原油2。在方案一基礎(chǔ)上，將1號、2號常減壓蒸餾裝置加工的大慶混合油用“有潤滑油替代原油2”替代，考察該替代原油加工性能與經(jīng)濟效益。

方案四：不產(chǎn)潤滑油－大慶混合油。在方案一基礎(chǔ)上，1號常減壓蒸餾裝置停工，2號、4號常減壓蒸餾裝置加工量分別為3.12Mt?a和6.96Mt?a，2號常減壓蒸餾裝置加工大慶混合油，其減壓蠟油不生產(chǎn)基礎(chǔ)油，而是全部作為催化裂化原料，4號常減壓蒸餾裝置加工原油結(jié)構(gòu)同方案一，該方案作為不產(chǎn)潤滑油方案的基礎(chǔ)方案。

方案五：不產(chǎn)潤滑油－替代原油1。在方案四基礎(chǔ)上，將2號常減壓蒸餾裝置加工的大慶混合油用“無潤滑油替代原油1”替代，考察該替代原油加工性能與經(jīng)濟效益。

方案六：不產(chǎn)潤滑油－替代原油2。在方案四基礎(chǔ)上，將2號常減壓蒸餾裝置加工的大慶混合油用“無潤滑油替代原油2”替代，考察該替代原油加工性能與經(jīng)濟效益。

3.2測算結(jié)果

利用該廠線性規(guī)劃模型，針對上述6個方案分別進行模擬計算，各方案下產(chǎn)品產(chǎn)出情況如表6所示。對比方案一～方案三可以看出：生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油時，低硫管輸油用進口原油替代大慶混合油后，汽油產(chǎn)量有所下降；噴氣燃料、柴油產(chǎn)量有所增加，基礎(chǔ)油產(chǎn)量能夠滿足180kt?a的產(chǎn)量要求，但由于進口原油石蠟含量不如大慶原油高，石蠟產(chǎn)量下降。對比方案四～方案六可以看出：不生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油時，低硫管輸油用進口原油替代大慶混合油后，汽油產(chǎn)量略有下降；噴氣燃料、柴油產(chǎn)量有所增加；乙烯原料可滿足生產(chǎn)要求。

各方案下原油的主要性質(zhì)及與基準(zhǔn)原油平均價格差對比如表7所示，其中原油價格采用60美元?bbl（1bbl≈159L）國際油價工程核算標(biāo)準(zhǔn)價格，大慶原油價格參比米納斯原油價格。由表7可以看出，采用進口原油替代大慶混油后，低硫管輸油的°API降低，酸值和硫含量略有增加，替代原油的價格較大慶混合油低64.93～180.39元?t，原油成本下降明顯。各方案下主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比如表8所示。由表8可以看出，在有、無潤滑油基

礎(chǔ)油兩種情況下，利用所選的進口原油替代大慶管混原油時，輕質(zhì)油收率有所提高，高附加值產(chǎn)品收率變化不大，而且由于原油成本下降明顯，加工替代原油比加工大慶混合油具有一定的增效空間，替代原油可為企業(yè)多盈利25.99～137.44元?t，其中無潤滑油替代原油方案的經(jīng)濟效益優(yōu)勢更大。

表6 各測算方案下產(chǎn)品結(jié)構(gòu)Mt?a

表7 各測算方案下原油的主要性質(zhì)及價格差對比

表8 各測算方案下主要性質(zhì)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比

4 結(jié) 論

根據(jù)煉油廠實際情況進行全廠模擬計算，確定替代原油主要要求，通過配方原油技術(shù)模擬尋找替代原油配方后，同樣采用全廠模擬計算的方法對選擇的替代原油進行技術(shù)驗證和經(jīng)濟評估，這是一種完整的行之有效的尋找替代原油的方法。

利用上述方法針對10Mt?a級煉油廠有、無潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品兩種測算情景下大慶混合油替代原油進行研究，結(jié)果表明，所選擇的2種替代原油能取得比大慶混合原油更好的經(jīng)濟效益，替代原油可為企業(yè)多盈利25.99～137.44元?t，與采購類大慶的進口原油（如米納斯、韋杜里等）相比，所選原油價格更有優(yōu)勢，且替代原油資源可獲得性更好，還可以根據(jù)市場情況優(yōu)選更多配方原油以進一步提升經(jīng)濟效益。

［1］ 田春榮.2014年中國石油和天然氣進出口狀況分析［J］.國際石油經(jīng)濟，2015（3）：57－66

［2］ 秦鶴年，朱衍東.大慶石蠟基原油的特點及應(yīng)用［C］??2009大連潤滑油技術(shù)經(jīng)濟論壇論文集，2009：15－19

［3］ 楊寶康，李奎武.燕化公司加工進口原油、蠟油及常壓渣油的可行性［J］.石化技術(shù)，2000，7（2）：69－73

PROCESSING PERFORMANCE OF ALTERNATIVE CRUDE OF DAQING MIXED CRUDE

Zeng Suzhu，Xie Zengzhong，Tian Songbai，Long Jun
（SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing，Beijing100083）

A method for selecting alternative crude oils to replace original crude feedstock was suggested by combing linear programming and the formula crude oil technology for a large fuel－lube based refinery that is lack of supply of Daqing mixed crudes.Two cases with or without base oil production for the plant were considered.The results of the corresponding simulation calculation and processing performance evaluation show that on the premise of considering two cases，the recipe of import crude oil selected by the method is not only suitable for the refinery processing and the constraints of crude oil transmission，the supply of crude oil is also guaranteed，and the crude cost is reduced.The selected formula crudes can significantly improve the economic benefit for 25.99—137.44Yuan?t.

Daqing mixed crude；substituting crude；processing performance；crude oil formula；linear programming

2015－09－21；修改稿收到日期：2015－12－22。

曾宿主，碩士，高級工程師，主要從事煉油廠流程優(yōu)化與工藝評估工作，公開發(fā)表論文3篇。

龍軍，E－mail：longjun.ripp＠sinopec.com。

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