多廠MPIMS模型的建設及應用

孟凡輝

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

多廠MPIMS(Multi-PIMS)模型是指將兩個以上的煉油廠和化工廠的PIMS模型集成起來運行的多廠模型，能使用戶同時對原料的總量與單廠模型中的原料數量進行限定，從而實現對不同生產廠的資源分配進行優(yōu)化。多廠MPIMS模型包含煉油和化工的單廠PIMS模型，兩者既可以單獨運行，也可以聯合運行。在單獨運行時，能夠測算煉油或化工單廠的效益，聯合運行時可以測算煉油與化工一體化的效益，同時能夠根據使用人員的需求和水平采用不同的運行模式[1]。

對于化工廠來說，原料成本約占乙烯裝置生產成本的85%左右，不同原料的裂解性能和操作條件差異較大，積極推進煉化一體化原料，加大異構化干氣、煉廠干氣、加裂尾油等煉油副產資源利用，可以實現乙烯原料多樣化，降低原料成本，有效提高雙烯收率。對于煉油廠來說，油品效益空間日益壓縮，而互供化工廠的石腦油、苯、丙烷等物料可以提高煉油廠經濟效益，改善產品結構。

1 多廠MPIMS模型的特點

1.1 模型結構和案例設置

MPIMS模型使用其特定的表格來組織、控制和優(yōu)化全局操作，也采用了與單廠模型相同的基于基礎模型和Case文件的方法?；A模型包含所有需要的數據結構和輸入，基本不需要更改基礎模型。Case文件包括用于定義約束和裝置運行能力的所有數據文件，包含了模型方案運行所需的完整的數據表(所有行)。Case文件數據表的輸入將覆蓋基礎模型的輸入數據，當進行新的研究或操作計劃時，需要對MPIMS的Case文件的數據進行準備。將本地模型的Case數據加載到MPIMS中會耗費大量時間，必須細心管理以避免遺漏和錯誤。原來的“FrontEnd”工作簿檢查工作繁瑣，工作效率不高，在模型使用過程中簡化了MPIMS Case的制作，將MPIMS Case調整到與單廠Case一致，只需將單廠標準Case中的設定復制到MPIMS標準Case中去，并掛表運行MPIMS基礎方案，不需要將各個單表從單廠模型中逐一粘貼過來，避免了Case的行和列不一致。同時MPIMS增加了互供物料和公用工程的能力，用于跨越聯合裝置而不是僅在各單廠進行優(yōu)化，以對物料價值進行正確評估。

1.2 煉化一體化報表

多廠MPIMS模型運行結果客戶化輸出，使用VB程序開發(fā)。煉化一體化客戶化報表涵蓋了煉油和化工主要裝置的進料性質及工藝操作參數、煉油和化工主要裝置的負荷、中間物料、互供料及主要產品的性質和價格。客戶化報表將涉及到的煉化一體化模型結果中的關鍵數據都報告出來，實現模型與生產口徑的對應，有助于用戶快速找到模型結果數據，提高對結果解讀的效率，進而作出正確的生產優(yōu)化判斷。

1.3 多廠模型校核

MPIMS模型中各個單廠LP模型由各自單廠負責維護和使用，按統(tǒng)一規(guī)則集成到MPIMS以進行跨商務及財務的運營優(yōu)化。

2019年5月煉油廠、化工廠和服務商完成了煉化一體化的MPIMS準確性測試，包括干氣、石腦油、液化氣、煤油、柴油、尾油、裂解汽油、氫氣、丁辛醇等物料的互供案例測試。測試通過后，多廠MPIMS模型投入使用，在實際使用過程中進一步檢驗、調校模型和提升用戶對模型的熟悉程度。

為了保證模型的持續(xù)運行及優(yōu)化，保持可靠性、穩(wěn)定性和準確性，要定期進行模型校核。經過煉油廠和化工廠雙方的討論和協商，委托服務商每3個月對模型進行一次校核，包括單廠和多廠模型。校核數據采用每月加工原油的品種、數量以及評價數據；外購原料的量和主要性質；每套裝置的月度平衡數據、所有進出廠物料月度平均價格、公用工程價格及月度物料庫存變化數據等。校核后模型與生產實際匹配度得到了很大改進，使模型更加貼近生產實際[2]。

2 模型的應用實例

多廠MPIMS模型目前主要應用于煉油化工的互供物料測算，實現了較好的互供效益?；A方案以煉油化工企業(yè)某月實際發(fā)生數據為依據，給定原油品種數量、產品大類的數量約束；放開煉油化工之間的結構性物料如石腦油、抽余油、輕石腦油、裂解汽油等,放開化工單廠之間的可以互供的物料，如乙烯、丙烯等；然后制作對比方案，放開煉油化工之間的機會物料互供數量的約束，如催化干氣、丙烷、液化氣等，依次測算煉油與化工之間的機會物料互供價值[3]。

多廠模型采用的價格體系為：每月10日前，聯合優(yōu)化小組成員分別進行煉油原料及產品M+1/M+2/M+3的價格預測，形成統(tǒng)一版本用于MPIMS測算。

2.1 催化干氣互供

煉油催化干氣主要來源于催化(Ⅱ)裝置，催化(Ⅰ)干氣為未來潛在物料。催化干氣在煉油內部供燃料氣管網，若互供化工的干氣進分離單元，可分離出乙烷及更重的組分，供裂解爐以替換石腦油原料，輕組分返回煉油燃料氣管網。

(1)測算Case設定

Case 1：基礎Case，催化干氣不供化工；Case 3：修改基礎Case，將催化干氣互供化工的數量打開。

(2)測算結果

催化干氣互供化工2.134 kt，目標函數增加100.225萬元，詳細數據見表1。

表1 催化干氣互供化工效益對比

(3)測算結果分析

當前價格體系和運行條件下互供催化干氣是有經濟效益的，互供價值為469.71元/t。催化干氣的乙烯收率比石腦油高，互供催化干氣后，化工總乙烯增加0.629 kt。由于互供催化干氣，煉油燃料的缺少由天然氣補充，主要是因為當前價格體系下液化氣價格高于天然氣490元/t。

2.2 加氫尾油互供

加氫尾油作為蠟油加氫裂化裝置的產物，主要作為潤滑油加氫裝置的原料，其他流向可供化工裂解和蠟油加氫裂化裝置自身循環(huán)以及供催化裝置加工。隨著煉化一體化的發(fā)展，乙烯原料中石腦油的比例不斷下降，加氫尾油是一種較好的乙烯裂解原料，性質與加工原油的品種有關。

(1)測算Case設定

Case 1：基礎Case，加氫尾油不供化工裂解爐；Case 17：修改基礎Case，將加氫尾油互供化工的數量打開。

(2)測算結果

加氫尾油互供化工20 kt，目標函數降低922.700萬元，詳細數據見表2。

表2 加氫尾油互供化工效益對比

(3)測算結果分析

20 kt供化工的尾油主要是由蠟油加裂裝置降低轉化率和尾油供催化(Ⅰ)量降低實現的，案例中潤滑油加氫裝置的處理量不變，蠟油加裂裝置無尾油循環(huán)。在對比案例中尾油的流向優(yōu)先級為：去潤滑油加氫>去催化(Ⅰ)>去隔墻互供>自身循環(huán)。尾油互供化工后，總進料量增加0.72 kt，石腦油進料量減少19.40 kt，總乙烯產量增加0.19 kt。

加氫尾油互供化工后，石腦油的進料量相應就減少了，但是裂解的總進料量卻有所增加。主要原因是加氫尾油的乙烯收率低于石腦油，丙烯收率高于石腦油，當乙烯分離系統(tǒng)能力固定、尾油互供時，頂出部分石腦油，裂解總進料量能力會增加[4]。雖然尾油丙烯收率較高，但是由于丙烯產量已達到化工需求的上限，因此尾油丙烯產量高的優(yōu)勢未能得到很好地體現，互供尾油價值差為-461.35元/t。

加氫尾油互供不僅要考慮尾油與石腦油的價差走勢，還需要關注化工方面的實際工況。在化工缺丙烯的前提下，尾油價格較低時，互供尾油會有較好的經濟效益；另外考慮尾油和干氣等輕組分搭配互供，也可以得到較好的價值。

2.3 丙烷互供

煉油氣分(Ⅰ)和氣分(Ⅱ)裝置的丙烷匯流一起后送化工的循環(huán)爐。煉油氣分裝置丙烷還可作為液化氣組分調和液化氣產品。

(1)測算Case設定

Case 1：基礎Case，丙烷不供化工循環(huán)爐；Case 4：修改基礎Case，將丙烷互供化工的數量打開。

(2)測算結果

丙烷互供化工20 kt，目標函數增加196.350萬元，詳細數據見表3。

表3 互供丙烷效益對比

(3)測算結果分析

從方向上模型建議最大化互供丙烷，互供價值為303.01元/t。由于丙烷的乙烯收率比石腦油高[5]，互供丙烷后，化工總乙烯增加0.63 kt，總丙烯量保持不變。由于互供丙烷，煉油商品丙丁烷混合物(即液化氣)產量下降6.45 kt。

2.4 液化氣互供

煉油的液化氣分為加氫液化氣和飽和液化氣。加氫液化氣可以調和液化氣外賣，也可以和二期飽和液化氣混合送化工作為裂解爐的原料；飽和液化氣可以外賣到液化氣市場，也可以互供化工作為裂解爐的原料[6]。

(1)測算Case設定

Case 1：基礎Case，液化氣不供化工裂解爐；Case 6：修改基礎Case，將液化氣互供化工的數量打開。

(2)測算結果

液化氣互供化工22.32 kt，目標函數增加679.550萬元，詳細數據見表4。

表4 液化氣互供效益對比

(3)測算結果分析

液化氣互送主要看液化氣和石腦油的價格差異，某月液化氣與化工外購石腦油價差為243元/t，液化氣裂解窗口打開，互供液化氣有效益。從方向上模型建議互供液化氣，互供價值為304.46元/t。由于液化氣的丙烯收率比石腦油高，互供丙烷后，化工總乙烯減少0.16 kt，總丙烯量達到上限。由于互供丙烷，煉油商品丙丁烷混合物產量下降22.08 kt。

3 結論

煉油化工多廠模型的應用，不但拓寬了化工乙烯裂解原料，降低了原料成本，也促使煉油廠多產隔墻互供物料，降低成品油比重，有利于煉油廠今后的轉型升級。2021年上半年煉油化工之間的互供物料量較之上年同期有較大提升，互供物料價值達到新高。

(1)煉油廠和化工廠雙方通過MPIMS模型對互供物料進行測算，識別互供價值，實現了催化干氣、加氫尾油、丙烷及液化氣等的隔墻互供，取得了較好的經濟效益，為煉油廠由燃料型向化工型轉型做出了重要貢獻。

(2)在多廠MPIMS應用過程中開發(fā)了多廠Case制作模板及報表系統(tǒng)，提高了MPIMS的使用效率。

(3)多廠MPIMS模型應用和維護的難度比單廠模型更高，不僅需要有煉油廠和化工廠雙方認可的價格體系和高質量的基礎生產數據，還需要生產優(yōu)化人員充分了解多廠模型的結構和物料邏輯，進而在實踐過程中不斷總結和提高應用水平。