煉化企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化的實(shí)踐

王國(guó)峰

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

近年來(lái)，石油石化行業(yè)經(jīng)營(yíng)環(huán)境變化很大，國(guó)際油價(jià)起伏不定，化工市場(chǎng)變幻莫測(cè)，對(duì)煉化企業(yè)而言，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)運(yùn)行壓力相當(dāng)大。中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海石化)是我國(guó)重要的成品油、中間石化產(chǎn)品、合成樹(shù)脂和合成纖維生產(chǎn)基地，原油綜合加工能力為16 Mt/a、乙烯產(chǎn)能為700 kt/a。對(duì)一個(gè)特大型企業(yè)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)計(jì)劃管理尤為重要，它是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的龍頭，要通過(guò)計(jì)劃優(yōu)化，合理制定生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃方案，達(dá)到企業(yè)降本提質(zhì)增效的目標(biāo)。如何在不同的市場(chǎng)環(huán)境下，充分發(fā)揮裝置潛力，優(yōu)化資源配置方案，安排好煉油和化工系統(tǒng)生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益是生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化重點(diǎn)研討的課題。上海石化近年來(lái)利用計(jì)劃優(yōu)化軟件進(jìn)行了大量的計(jì)劃優(yōu)化測(cè)算，文章從煉油加工路線、乙烯原料結(jié)構(gòu)及化工產(chǎn)品線優(yōu)化3個(gè)方面探討和分析近年來(lái)上海石化在生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化方面所做的工作以及今后的改進(jìn)方向。

1 煉油加工路線優(yōu)化

2012年底上海石化煉油改造項(xiàng)目投產(chǎn)后，徹底解決了原來(lái)煉油生產(chǎn)瓶頸：渣油加工能力不足，新建的渣油加氫裝置和催化裝置將劣質(zhì)的蠟渣油轉(zhuǎn)化成為高附加值的汽柴油，剩余渣油進(jìn)兩套延遲焦化裝置和溶劑脫瀝青裝置加工或者生產(chǎn)瀝青。在環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越嚴(yán)格的情況下，利用延遲焦化加工渣油必須要按照上海市《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》要求解決“儲(chǔ)罐存儲(chǔ)的原輔物料必須通過(guò)密閉管道輸送至生產(chǎn)裝置”問(wèn)題。因此，2016年上海石化利用流程工業(yè)經(jīng)濟(jì)規(guī)劃軟件(Process Industry Modeling System，Aspen PIMS)對(duì)方案進(jìn)行測(cè)算，評(píng)估了一套延遲焦化裝置停車(chē)改造期間的煉油生產(chǎn)方案[1]。

1.1 方案設(shè)置

考慮近兩年來(lái)高低硫價(jià)差變化情況，原油價(jià)格設(shè)置按照DTDBRENT和PLATTS(OMAN+DUBAI)/2，價(jià)差2美元/桶，其他原油考慮正常情況下貼水。

按照正常生產(chǎn)月30天、其他裝置均正常運(yùn)行、1#或2#焦化停車(chē)設(shè)置了7個(gè)方案，以期能夠全面考察焦化停車(chē)對(duì)煉油生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)的影響及可能的優(yōu)化方向。

方案中也考慮了原油資源結(jié)構(gòu)上的不同，兩套常減壓按目前情況使用共用油種(2#常減壓使用巴士拉∶阿曼6∶4或沙中∶阿曼7∶3，方案設(shè)置時(shí)固定2#常減壓用油)，或者兩套常減壓使用不同油種，也即分儲(chǔ)分煉(2#常減壓原油不固定)。另外正常情況下原油資源結(jié)構(gòu)按目前結(jié)構(gòu)，僅有一個(gè)方案考慮了原油輕質(zhì)化。

方案一：基礎(chǔ)方案，正常生產(chǎn)月2#常原油固定；

方案二：1#焦化不開(kāi)，2#常原油不固定；

方案三：1#焦化不開(kāi)，2#常原油固定；

方案四：2#焦化不開(kāi)，2#常原油不固定；

方案五：2#焦化不開(kāi)，2#常原油固定；

方案六：加工量開(kāi)足，1#焦化不開(kāi)，2#常原油固定；

方案七：1#焦化不開(kāi)，2#常原油固定，NAP外購(gòu)10 kt。

1.2 測(cè)算結(jié)果分析

各方案測(cè)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各方案測(cè)算結(jié)果

從表2可以看出：如1#焦化停車(chē)，原油加工量1 240 kt/a左右(方案三),如2#焦化停車(chē)，原油加工量1 180 kt/a左右(方案五),即1#焦化停車(chē)比2#焦化停車(chē)對(duì)原油加工量影響要小。從原油資源結(jié)構(gòu)來(lái)看，原油分儲(chǔ)分煉效益明顯比目前原油混配方案(僅能最多有3個(gè)油種混配，或者劣質(zhì)油在外港混配)要好。如能分儲(chǔ)分煉也即兩套常減壓無(wú)共用油種限制，則2#常減壓理想用油為常渣及渣油收率高的原油，3#常減壓理想用油為渣油收率低的原油，可明顯減輕渣油平衡的困難，加工量還可提高30～60 kt。通過(guò)本次測(cè)算，很好地為今后一套延遲焦化停車(chē)改造時(shí)提供了優(yōu)化的生產(chǎn)運(yùn)行方案。

2 乙烯原料結(jié)構(gòu)優(yōu)化

上海石化現(xiàn)有一套乙烯裝置，其設(shè)計(jì)產(chǎn)能為700 kt/a，包括400 kt/a的乙烯裝置(老區(qū))和300 kt/a的乙烯裝置(新區(qū))，新區(qū)和老區(qū)擁有不同的技術(shù)特點(diǎn)。老區(qū)共有10臺(tái)裂解爐，其中SRT-Ⅲ型爐3臺(tái)、GK-Ⅵ型爐6臺(tái)、GK-Ⅴ型爐1臺(tái)，新區(qū)共有4臺(tái)裂解爐，全部為CBL-Ⅲ型爐，各爐型可裂解原料各不相同。

上海石化是煉化一體化高度融合的企業(yè)，乙烯原料來(lái)源廣泛，按大類(lèi)可分為干氣、液化氣、輕石腦油、石腦油、煤柴油(AGO)和加氫裂化尾油6類(lèi)。每大類(lèi)原料按來(lái)源細(xì)分可分為63種，從輕到重，按碳數(shù)進(jìn)行排列，即：C2～C5、輕、重石腦油、尾油、AGO，進(jìn)行餾程和族組成分析，確定是否可用于乙烯裂解，然后逐一利用SPYRO軟件測(cè)算其裂解效益，對(duì)可用于裂解的物料進(jìn)行裂解效益排序，根據(jù)排序情況結(jié)合煉化一體化生產(chǎn)方案優(yōu)化乙烯裂解原料結(jié)構(gòu)。

近年來(lái)中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中石化)大力開(kāi)展煉化一體化內(nèi)部?jī)?yōu)化，以降低“噸乙烯原料成本”、降低“高價(jià)原料投入比例”為目標(biāo)開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)競(jìng)賽，目標(biāo)就是要提高資源利用效率和整體盈利水平。

一般乙烯裝置經(jīng)常關(guān)注的是乙烯和雙烯收率，專(zhuān)項(xiàng)競(jìng)賽拓展到要關(guān)注“乙烯”產(chǎn)品收率，從而達(dá)到降低“噸乙烯原料成本”目標(biāo)。

“乙烯”產(chǎn)品產(chǎn)量=乙烯產(chǎn)量+1.0×丙烯產(chǎn)量+1.3×氫氣產(chǎn)量+0.6×混合碳四產(chǎn)量+0.5×輕混合油產(chǎn)量，其中丙烯、氫氣、混合碳四和輕混合油折算因子根據(jù)《化工、化肥、化纖裝置產(chǎn)品成本核算標(biāo)準(zhǔn)》核定。

“噸乙烯原料成本”=∑原料投入量×原料價(jià)格/“乙烯”產(chǎn)品產(chǎn)量。

為了達(dá)到降低“噸乙烯原料成本”的目的，最重要的就是要根據(jù)裂解效益的排序優(yōu)化調(diào)整乙烯裂解原料結(jié)構(gòu)，同時(shí)要盡可能將不同性質(zhì)的原料分儲(chǔ)分裂。例如加氫裂化尾油，上海石化有兩套加氫裂化裝置，分別是中壓加氫裂化和高壓加氫裂化，兩套裝置所產(chǎn)加氫尾油均為良好的乙烯裂解原料，但性質(zhì)也有差異，高壓加氫裂化裝置所產(chǎn)加氫尾油鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在60%以上，相關(guān)指數(shù)(BMCI)一般在9左右，而中壓加氫裂化尾油性質(zhì)較差，鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在49%左右，BMCI一般12以上(見(jiàn)表2)。利用SPYRO軟件測(cè)算，在相同的裂解溫度(790 ℃)下，兩股原料裂解收率相差很大(見(jiàn)表3)。這兩股原料原來(lái)是進(jìn)入同一儲(chǔ)罐同時(shí)進(jìn)一臺(tái)裂解爐進(jìn)行裂解，裂解操作條件無(wú)法根據(jù)原料性質(zhì)有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整。為了降低噸乙烯原料成本，挖潛增效，經(jīng)過(guò)研究討論，進(jìn)行流程整改，將這兩股加氫尾油進(jìn)行分儲(chǔ)分裂，有效地提高了“乙烯”產(chǎn)品收率。

表2 加氫尾油性質(zhì)

表3 裂解產(chǎn)物收率比較 %

通過(guò)優(yōu)化調(diào)整乙烯原料結(jié)構(gòu)，同時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)操作優(yōu)化，上海石化在近年來(lái)中石化開(kāi)展的降低“噸乙烯原料成本”專(zhuān)項(xiàng)競(jìng)賽排名均名列前茅。

3 化工產(chǎn)品線優(yōu)化

上海石化化工產(chǎn)品豐富，以乙烯和對(duì)二甲苯裝置為龍頭，下游產(chǎn)品眾多，擁有有機(jī)化學(xué)品4 280 kt/a、合成樹(shù)脂1 000 kt/a、合纖原料1 090 kt/a、合纖聚合物590 kt/a、合成纖維280 kt/a生產(chǎn)能力。如何根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格變化、客戶需求優(yōu)化安排各產(chǎn)品線生產(chǎn)是計(jì)劃優(yōu)化難點(diǎn)之一。

在利用先進(jìn)計(jì)劃優(yōu)化軟件進(jìn)行優(yōu)化測(cè)算的同時(shí)，針對(duì)化工產(chǎn)品線優(yōu)化，上海石化開(kāi)發(fā)了裝置邊際貢獻(xiàn)日跟蹤系統(tǒng)。首先是建立價(jià)格預(yù)測(cè)機(jī)制，由銷(xiāo)售和采購(gòu)人員提供產(chǎn)品和原料每天的價(jià)格動(dòng)態(tài)，然后由計(jì)劃和財(cái)務(wù)人員建立裝置邊際貢獻(xiàn)測(cè)算模型，對(duì)裝置邊際貢獻(xiàn)按不同數(shù)值范圍建立預(yù)警區(qū)間，明確裝置負(fù)荷是否應(yīng)開(kāi)滿或降負(fù)荷及至停車(chē)。

利用此套系統(tǒng)，計(jì)劃人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控不同裝置的邊際貢獻(xiàn)變化趨勢(shì)，方便快捷地決定各生產(chǎn)線裝置開(kāi)工負(fù)荷。

4 結(jié)語(yǔ)

上海石化在生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化方面雖然做了很多工作，但在工作實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)一些困擾計(jì)劃優(yōu)化水平的難點(diǎn)問(wèn)題，如部分煉油、化工裝置機(jī)理數(shù)據(jù)與計(jì)劃優(yōu)化軟件結(jié)合不夠，優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)個(gè)人能力依賴程度較高。目前中國(guó)石化正在推進(jìn)6家企業(yè)的智能工廠建設(shè)，上海石化將建立煉化一體化優(yōu)化系統(tǒng)，以此為契機(jī)，利用KBC的PETRO SIM機(jī)理模型數(shù)據(jù)來(lái)完善提升煉化一體化計(jì)劃優(yōu)化軟件PIMS，在此基礎(chǔ)上，建立高水平、高效運(yùn)行的煉化一體化優(yōu)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采購(gòu)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售供應(yīng)鏈全過(guò)程的價(jià)值增值，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全過(guò)程效益最大化。