利用PIMS模型優(yōu)化煉油廠裝置的柴汽比

陳志遠(yuǎn)

（福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州，362000）

受國(guó)際原油市場(chǎng)價(jià)格低位震蕩、國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)增速放緩、國(guó)內(nèi)柴油成品油市場(chǎng)日趨飽和、下游市場(chǎng)需求疲軟等因素影響，柴油市場(chǎng)的需求放緩。面對(duì)市場(chǎng)壓力，在加快供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的驅(qū)動(dòng)下，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低柴汽比，增產(chǎn)汽油滿足市場(chǎng)需求，是企業(yè)增效的重要手段［1]。石化企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)方案，才能順應(yīng)市場(chǎng)形勢(shì)，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 降低柴汽比潛力分析

柴汽比指的是煉油企業(yè)柴油產(chǎn)量和汽油產(chǎn)量的比值。降低柴汽比需要從增產(chǎn)汽油、航煤和化工原料入手，簡(jiǎn)單有效的方法就是提高催化、重整等裝置負(fù)荷，降低柴油加氫裝置負(fù)荷。但在裝置加工負(fù)荷受限后，要進(jìn)一步降低柴汽比，就要從更深層次分析，合理安排物料流程走向，結(jié)合原油餾程切割、煉油流程走向優(yōu)化生產(chǎn)方案。

PIMS（Process Industry Modeling System）模型是實(shí)現(xiàn)此優(yōu)化目標(biāo)的有效工具。主要優(yōu)化考慮從2 個(gè)方面著手：（1）優(yōu)化裝置原料組分切割，按照“宜芳則芳、宜烯乙烯、宜油則油”的原則，針對(duì)不同的裝置選擇最合適的原料餾程組分，減少組分重疊度，降低柴油組分原料量；（2）優(yōu)化組分的加工路線，由于原油性質(zhì)的不同，石腦油餾分性質(zhì)不同，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]。針對(duì)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(gòu)烷烴更適合作為汽油調(diào)和組分，而環(huán)烷烴則適合作催重整的原料［3]，合理安排石腦油流程走向，增產(chǎn)汽油。

1.1 降低柴油產(chǎn)能

煉化企業(yè)的柴油產(chǎn)品主要通過(guò)柴油加氫精制、加氫裂化、催化裂化等裝置的運(yùn)行獲得。降低柴油產(chǎn)量必須從減產(chǎn)柴油加氫原料、優(yōu)化加氫裂化原料結(jié)構(gòu)入手，從源頭上降低柴油精制裝置進(jìn)料量：降低柴油加氫裝置的運(yùn)行負(fù)荷，安排加氫裂化加工常三線、減一線，提高加氫裂化原料，增產(chǎn)化工原料，對(duì)加氫裂化裝置實(shí)施技術(shù)改造生產(chǎn)航煤，降低柴油產(chǎn)品收率。同時(shí)對(duì)催化裝置進(jìn)行原料優(yōu)化，催化裝置增產(chǎn)汽油，最低化催化柴油產(chǎn)量，達(dá)到降低柴油產(chǎn)量的目標(biāo)。

1.2 提高汽油產(chǎn)能

實(shí)施增產(chǎn)汽油的技術(shù)措施是降低柴油比的重要措施。催化汽油、半再生重整汽油占汽油調(diào)合組分的76.7%，其他調(diào)合組分（MTBE、芳烴汽油、甲苯、抽余油）約占23.3%。在裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下提高催化裝置汽油收率，提高汽油產(chǎn)量；通過(guò)優(yōu)化輕烴回收石腦油餾程范圍切割，增加連續(xù)重整、半再生重整原料的生產(chǎn)方案考慮，達(dá)到預(yù)期的汽油增產(chǎn)目標(biāo)。

2 降低柴汽比的技術(shù)措施

2.1 優(yōu)化輕烴回收石腦油切割范圍及加工方案

輕烴回收石腦油切割點(diǎn)的不同，PONA 組分和芳潛含量的不同，進(jìn)乙烯裂解和連續(xù)重整反應(yīng)后，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同，經(jīng)濟(jì)效益不同：降低重石腦油的初餾點(diǎn)和終餾點(diǎn)，有利于增產(chǎn)高價(jià)值苯，但導(dǎo)致汽油產(chǎn)量減少；輕石腦油終餾點(diǎn)降低，有利于提高乙烯收率；提高重石腦油初餾點(diǎn)和終餾點(diǎn)，有利于增產(chǎn)汽油，但導(dǎo)致苯產(chǎn)量減少，同時(shí)輕石腦油終餾點(diǎn)提高，乙烯收率降低。因此需要以效益最大化為目標(biāo)，選擇最合適的餾程范圍，石腦油切割做到“宜烯則烯、宜芳則芳、宜油則油”。

利用PIMS模型對(duì)輕烴石腦油組分進(jìn)行逐段切割測(cè)算發(fā)現(xiàn)，輕烴回收塔底重石腦油50%回收點(diǎn)高達(dá)160 ℃，干點(diǎn)185 ℃，作為連續(xù)重整原料，催化劑生焦率高，同時(shí)芳潛低，不適合產(chǎn)PX，不適合作為連續(xù)重整原料；作為乙烯原料，乙烯收率低，經(jīng)濟(jì)性差，適合半再生重整裝置生產(chǎn)高辛烷值汽油。PIMS 優(yōu)化測(cè)算后，原設(shè)計(jì)乙烯原料的塔底重石優(yōu)化為半再生重整原料，生產(chǎn)LPG、輕石腦油、高辛烷值重整汽油等組分，輕烴回收塔底重石作為半再生重整裝置原料的產(chǎn)品分布見(jiàn)表1。

表1 半再生重整裝置塔底重石原料產(chǎn)品分布

從表1 可以看出，重整汽油收率高達(dá)73.14%，預(yù)計(jì)全年可以增產(chǎn)汽油180 kt/a。

2.2 催化裂化裝置實(shí)施LTAG技術(shù)改造

受柴油出廠銷量限制，柴油升級(jí)到國(guó)Ⅵ，催化裂化裝置柴油由于十六烷值低無(wú)法滿足質(zhì)量升級(jí)要求，需尋找解決方案。經(jīng)PIMS模擬測(cè)算，催化實(shí)施采用LTAG 工藝技術(shù)改造，將催化裂化劣質(zhì)柴油轉(zhuǎn)化為高辛烷值汽油或輕質(zhì)芳烴的新技術(shù)，有效降低公司的柴汽比。采用石油化工科學(xué)研究院的LTAG 技術(shù)，將催化裝置催化輕柴送至加氫處理裝置，改質(zhì)后LCO 送至催化裂化裝置提升管反應(yīng)器底部柴油噴嘴，最小化催化裂化裝置柴油產(chǎn)量，裝置實(shí)施LTAG技術(shù)改造前后物料平衡見(jiàn)表2。

表2 催化裂化裝置實(shí)施LTAG技術(shù)改造前后物料平衡

由表2 可知，采用LTAG 技術(shù)后，催化裂化裝置汽油產(chǎn)率增幅7.83%，催化柴油收率降幅為12.57%，預(yù)計(jì)全年增產(chǎn)汽油27.5 kt/a，可以減產(chǎn)柴油44 kt/a，LTAG 可降低催化柴油產(chǎn)量，增加汽油產(chǎn)量，降低柴汽比，柴油品質(zhì)得到改善。其中催化LCO 多環(huán)芳烴含量由38.7%下降到7.5%，油品密度由943.1 kg/m3下降到896.6 kg/m3，十六烷指數(shù)提高7.7，改質(zhì)后的柴油通過(guò)催化裝置裂解后，催化汽油中的烯烴增加1.55，芳烴增加0.23，汽油的辛烷值增加0.6，產(chǎn)品附加值得到提高。

2.3 增產(chǎn)化工原料，降低柴油產(chǎn)量

2.3.1 常三線、減一柴油作原料該加氫裂化裝置原料為減壓輕蠟，實(shí)際生產(chǎn)中，由于柴油銷售約束，原油加工負(fù)荷偏低，長(zhǎng)期只有60%，使得加氫裂化裝置原料短缺，負(fù)荷較低。經(jīng)過(guò)PIMS測(cè)算，將常三線和減一線并入LVGO，增加加氫裂化原料，提高加氫裂化負(fù)荷，增產(chǎn)化工原料，對(duì)公司提高原油加工負(fù)荷，降低柴汽比作用效果非常明顯，2013年大修改造后，將常三線、減一線柴油經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后，引至常減壓裝置輕質(zhì)蠟油去加氫裂化管線上，作為加氫裂化裝置原料。既降低了柴油產(chǎn)量，又彌補(bǔ)了加氫裂化裝置原料的不足。常三線、減一線柴油作加氫裂化裝置原料后，主要轉(zhuǎn)化為干氣、液化氣、石腦油、航空煤油等組分，其中，液化氣、輕石腦油和尾油可作乙烯裂解原料，增加乙烯裝置負(fù)荷；重石腦油可作重整裝置原料，增產(chǎn)重整汽油及PX 產(chǎn)品，航空煤油可作為成品直接出廠。在反應(yīng)器床層溫度不變情況下，常三線、減一柴油作加氫裂化裝置原料的產(chǎn)品分布情況見(jiàn)表3。

表3 常三線、減一柴油作加氫裂化裝置原料的產(chǎn)品分布

由表3 可見(jiàn)，常三線柴油經(jīng)加氫裂化后，轉(zhuǎn)化為干氣、液化氣、石腦油和航空煤油的比重達(dá)62.51%，增加了石腦油和航空煤油產(chǎn)量。常三線、減一柴油進(jìn)加氫裂化裝置流量80 t/h，減產(chǎn)柴油438 kt/a，同時(shí)增產(chǎn)重整裝置原料182 kt/a。

2.3.2 催化重柴作加氫裂化裝置原料用PIMS 模型模擬測(cè)算，催化重柴改為加氫裂化原料，既提高催化裂化裝置負(fù)荷增產(chǎn)汽油，降低柴汽比，又提高加氫航煤芳烴含量。2015年檢修改造時(shí)，將催化裂化重柴引至加氫裂化裝置作原料。既解決加氫裂化裝置原料不足，又解決了催化重柴的去路。催化裂化柴油經(jīng)加氫裂化反應(yīng)的產(chǎn)品分布見(jiàn)表4。

表4 催化重柴作加氫裂化裝置原料的產(chǎn)品分布

由表4可見(jiàn)，柴油經(jīng)加氫裂化反應(yīng)后，干氣、液化氣、石腦油和航空煤油收率達(dá)53. 51%，減少柴油產(chǎn)量同時(shí)，增加了石腦油和航空煤油產(chǎn)量。催化裂化柴油進(jìn)加氫裂化裝置流量按20 t/h，可減產(chǎn)柴油93.7 kt/a，同時(shí)增產(chǎn)重整裝置原料45.6 kt/a。

2.4 柴油加氫實(shí)施MHUG改造，生產(chǎn)乙烯原料

800 kt/a柴油加氫精制裝置主要原料是催化柴油、直餾柴油。為減少柴油產(chǎn)量、增加化工料產(chǎn)率，經(jīng)PIMS 測(cè)算，2015年將原800 kt/a 柴油加氫精制裝置更換催化劑改造為多產(chǎn)化工原料的柴油加氫改質(zhì)MHUG 裝置，生產(chǎn)乙烯原料。改造后，裝置將加工低氮直餾柴油原料，生產(chǎn)部分石腦油以及加氫改質(zhì)柴油，以降低柴油產(chǎn)量、滿足重整裝置和乙烯裂解裝置對(duì)原料的需求，可以測(cè)算出加氫裂化柴油作乙烯裂解原料時(shí)，乙烯收率為23%～25%，丙烯收率為14%～16%，加工效益較好，同時(shí)又可大幅降低柴油產(chǎn)量，MHUG裝置產(chǎn)品分布見(jiàn)表5。

表5 MHUG裝置產(chǎn)品分布

由表5 可知，MHUG 裝置按照乙烯原料方案生產(chǎn)，負(fù)荷按照60 t/h 計(jì)算，可增產(chǎn)石腦油75 kt/a，減產(chǎn)柴油約395 kt/a。

3 結(jié)論

通過(guò)應(yīng)用PIMS 模型對(duì)裝置進(jìn)行測(cè)算，實(shí)施優(yōu)化石腦油加工流程，將輕烴回收塔底重石改做半再生重整原料，生產(chǎn)汽油；催化裂化裝置同時(shí)實(shí)施LTAG 技術(shù)改造，增產(chǎn)催化裂化裝置原料，增產(chǎn)汽油；再用常三、減一線柴油作為加氫裂化原料；柴油加氫實(shí)施MHUG 改造，生產(chǎn)乙烯原料，減產(chǎn)柴油等措施，有效地降低了柴汽比，在低原油加工負(fù)荷下，滿足乙烯、芳烴2 套化工裝置的高負(fù)荷運(yùn)行。截至2019年12月，在不增加和減少原油加工負(fù)荷的條件下，柴汽比由原來(lái)的2.3降至1.36，比設(shè)計(jì)值降低了50%，減產(chǎn)柴油約970.7 kt/a，同時(shí)增產(chǎn)汽油、石腦油、航空煤油及乙烯裂解原料約510 kt/a。