汽油調(diào)和組分油性質(zhì)及優(yōu)化分析

閆少恒

中國石油廣西石化石油天然氣分公司 廣西 欽州 535000

汽油調(diào)和是利用各種優(yōu)化方法，改善油品質(zhì)量的工藝，實(shí)現(xiàn)在達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)的基礎(chǔ)上，盡可能降低經(jīng)濟(jì)成本。過去我國大部分煉油企業(yè)選擇以人工為主的調(diào)和方法，這就要求工作人員熟知生產(chǎn)步驟，并擁有較為豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以迅速確認(rèn)調(diào)和方案，傳達(dá)給現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行調(diào)和操作。

1 汽油調(diào)和組分油性質(zhì)

當(dāng)前，國內(nèi)汽油生產(chǎn)中，通常會(huì)配備催化裂化設(shè)備、烷基化設(shè)備、MTBE設(shè)備等。而汽油調(diào)和組分也有不同類型，如烷基化油與MTBE等。具體的組分油性質(zhì)有以下幾種情況：

一是烷基化油，其應(yīng)當(dāng)是目前最優(yōu)的調(diào)和組分，以支鏈烷烴為主，沒有烯烴、芳烴及硫，屬于清潔類的汽油調(diào)和組分。在環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高中，對于這三種組分的控制程度也隨之加強(qiáng)，促使烷基化油的價(jià)值不斷上升。實(shí)際生產(chǎn)中，烷基化油原料主要是異丁烷與烯烴，借助酸催化劑，實(shí)現(xiàn)烷基化反應(yīng)，得到異構(gòu)烷烴混合物。二是MTBE，屬于高辛烷值油品，主要可用在加工高標(biāo)號油品的生產(chǎn)任務(wù)中。通過氣體分餾系統(tǒng)，獲得混合C4餾分里的異丁烯，搭配購入的甲醇，借助反應(yīng)催化劑（大孔徑、強(qiáng)酸性的陽離子交換樹脂），由此產(chǎn)出MTBE。三是醚化輕汽油與精制重汽油，二者在汽油組分體系中，占比較高。通過催化裂化設(shè)備，產(chǎn)出全餾分催化汽油，與氫氣受到催化劑的影響，在完成選擇性加氫后，將輕重汽油分開，其中輕汽油需經(jīng)過醚化處理，而重汽油要完成深度脫硫[1]。四是重整抽余油，其也是非常關(guān)鍵的組分。在直餾石腦油與加氫石腦油通過技術(shù)處理后，所料混合后，進(jìn)入重整設(shè)備。該設(shè)備依靠超低連續(xù)重整與R-334催化劑完成生產(chǎn)，得到高辛烷值的汽油調(diào)和組分與戊烷油等，并能產(chǎn)出抽提原料，借助芳烴抽提蒸餾設(shè)備，由相應(yīng)工藝把抽提原料內(nèi)的C6與C7芳烴、非芳烴分開，抽余油視作汽油調(diào)和組分。在苯與甲苯的分離模塊中，將甲苯徹底分離出來。五是加氫裂化輕石腦油。在加氫裂化設(shè)備中，放進(jìn)蠟油，經(jīng)過裂化與分餾等處理環(huán)節(jié)后，獲得優(yōu)質(zhì)組分的油品。

2 基于調(diào)和配方優(yōu)化汽油調(diào)和組分油性質(zhì)的思路分析

汽油調(diào)和實(shí)質(zhì)上是把多個(gè)組分油以特定比例添加，混合成新的油品，不僅要滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)與市場消費(fèi)需求，還應(yīng)通過優(yōu)化調(diào)和過程，避免組分過度浪費(fèi)，在有效他調(diào)控成本的基礎(chǔ)上，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)增長。汽油包含多項(xiàng)調(diào)控組分指標(biāo)，如烯烴與芳烴、硫含量、辛烷值等。為有效改善調(diào)和油品，在確保其質(zhì)量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低高附加值材料的運(yùn)用。以92#與95#汽油為例，簡單闡述優(yōu)化思路。

2.1 92#汽油

在92#汽油中組分表現(xiàn)和指標(biāo)差值之間存在明顯差距，比較來看，芳烴含量與指標(biāo)數(shù)值差距相對更大，結(jié)合進(jìn)一步分析來看。在烯烴與辛烷值不變的情況下，提高精制重汽油以及抽余油添加量，可以縮小差距。也可以弱化精制重汽油加工苛刻程度，適當(dāng)增加其的芳烴含量，也能收獲改善汽油調(diào)和的效果。另外，終餾點(diǎn)的差距次之，對此在生產(chǎn)中可略微提升催化汽油干點(diǎn)的溫度參數(shù)，促使汽油調(diào)和更加接近指標(biāo)?；蚴钦{(diào)高精制重汽油占比，這種調(diào)整方式也能達(dá)到優(yōu)化目的。此外，油品樣本烯烴含量也和指標(biāo)有明顯差值，優(yōu)化處理中可考慮在確保辛烷值符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用增加精制重汽油以及醚化輕汽油混合比例的方法，達(dá)到調(diào)節(jié)的效果。也可以減小加氫設(shè)備反應(yīng)深度，實(shí)現(xiàn)提升辛烷值與烯烴含量。對于硫含量與規(guī)范指標(biāo)差值較大的問題，可以在保障辛烷值符合要求的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)精制重汽油與醚化輕汽油、MTBE的應(yīng)用量，合理優(yōu)化汽油調(diào)和組分。

2.2 95#汽油

該類汽油樣本的組分中，和指標(biāo)差距相對較大的有烯烴、終餾點(diǎn)、辛烷值與飽和蒸汽壓。面對烯烴含量偏大的情況，應(yīng)結(jié)合分析情況，確保辛烷值符合要求的前提下，提高醚化輕質(zhì)油與精制重汽油添加量，就能達(dá)到優(yōu)化的目的。終餾點(diǎn)的調(diào)節(jié)優(yōu)化方式與92#油品相同。另外，如果辛烷值本身和指標(biāo)要求之間存在明顯差距，就應(yīng)在維持所有生產(chǎn)設(shè)備處于平穩(wěn)工況狀態(tài)的基礎(chǔ)上，按照不同組分中的實(shí)際辛烷值，精準(zhǔn)變更不同組分配比參數(shù)，使辛烷值維持在95.2～95.5區(qū)間內(nèi)[2]。此外，在飽和蒸汽壓與標(biāo)準(zhǔn)要求有偏差的情況下，應(yīng)借助調(diào)節(jié)醚化輕汽油與重整戊烷油、輕石腦油的方式，促使飽和蒸汽壓能更加靠近指標(biāo)。

3 基于在線技術(shù)優(yōu)化汽油調(diào)和組分油性質(zhì)的實(shí)現(xiàn)建議

汽油在線調(diào)和工藝依靠在線采集與傳輸數(shù)據(jù)，借助終端設(shè)備，結(jié)合組分油與具體指標(biāo)，利用在線控制閥門，改變相應(yīng)調(diào)和量素質(zhì)，最后由一系列在線設(shè)備完成各組分的混合處理，來到成品罐區(qū)進(jìn)行調(diào)和作業(yè)。該過程的運(yùn)行核心體現(xiàn)在調(diào)和優(yōu)化程序、在線分析模塊、DCS控制系統(tǒng)等如圖1所示。

圖1 在線調(diào)和流程圖

3.1 工藝優(yōu)勢

在優(yōu)化汽油調(diào)和中，既要求處理根據(jù)原有組分油品生產(chǎn)的成品油達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，尤其是烯烴、辛烷值等關(guān)鍵性指標(biāo)，又需要盡量控制調(diào)和環(huán)節(jié)中的經(jīng)濟(jì)投入。按照我國在汽油牌號指標(biāo)規(guī)范，辛烷值、烯烴、苯含量、抗爆指數(shù)等均值衡量油品質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，也就是優(yōu)化汽油調(diào)和的根本目標(biāo)。

在線調(diào)和工藝是基于DCS控制系統(tǒng)以及分析儀，通過操作調(diào)和達(dá)到優(yōu)化目的。在實(shí)際的組分油調(diào)和中，鑒于在線分析儀有可能會(huì)有一些輸出上的滯后問題，再加上企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境及性質(zhì)本身有較大的變量，引入質(zhì)量預(yù)估控制程序，也就是借助近紅外分析儀器采集到組分汽油與成品油相關(guān)參數(shù)，構(gòu)成預(yù)估模型，由此實(shí)現(xiàn)預(yù)測品質(zhì)，事先優(yōu)化組分汽油比重，改變常規(guī)操作流程的滯后性問題。同時(shí)，質(zhì)量預(yù)估控制程序還支持不間斷評價(jià)成品罐質(zhì)量水平。通過預(yù)估控制和優(yōu)化調(diào)整同步推進(jìn)，有效提升油品質(zhì)量與降低生產(chǎn)成本。

3.2 工藝功能

在線調(diào)和技術(shù)運(yùn)用的軟件系統(tǒng)，主要涵蓋配方優(yōu)化、產(chǎn)品罐數(shù)據(jù)的計(jì)算器、多變量預(yù)估控制模塊、調(diào)和頭瞬時(shí)的品質(zhì)控制模塊。該軟件系統(tǒng)的運(yùn)行功能有：一是調(diào)和合同控制，其用在創(chuàng)建與刪除調(diào)和配方，具有“執(zhí)行/暫停”“完成/退出”幾項(xiàng)操作，均可手動(dòng)控制，同時(shí)還能直接變更調(diào)和配方。系統(tǒng)中擁有配方信息庫，方便創(chuàng)建新的配方，支持自動(dòng)生成新的汽油調(diào)和配方合同。二是優(yōu)化調(diào)和模型數(shù)據(jù)。在確認(rèn)控制指標(biāo)（比如成本最低）的基礎(chǔ)上，動(dòng)態(tài)化處理調(diào)和頭數(shù)值，以及不同組分比率。相應(yīng)OPM直接在設(shè)置好的約束范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。三是比率調(diào)和模塊管控。根據(jù)調(diào)和頭的流量增減要求，維持或改變相應(yīng)組分流量，這項(xiàng)控制功能依靠DCS達(dá)成。四是順序功能以及邏輯控制。在調(diào)和數(shù)據(jù)由BOM轉(zhuǎn)移至DCS后，而在合同期內(nèi)，該軟件程序會(huì)自動(dòng)運(yùn)行順序功能以及邏輯控制。具體操作功能有選定路徑與啟動(dòng)裝置。五是儲罐質(zhì)量參數(shù)集約化處理，包括成品罐儲量、室內(nèi)化驗(yàn)信息、預(yù)測結(jié)果等。

3.3 使用目的

汽油生產(chǎn)中，為控制整體能耗、優(yōu)化油品質(zhì)量、降低對環(huán)境的威脅程度，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化儲運(yùn)過程的自動(dòng)化程度[3]。而在線優(yōu)化調(diào)和，實(shí)質(zhì)上是通過專業(yè)軟件程序得出相對合理的配方參數(shù)，由系統(tǒng)對組分油比例進(jìn)行調(diào)和，最終通過靜態(tài)混合器完成生產(chǎn)。假設(shè)在調(diào)和期間發(fā)生明顯的質(zhì)量起伏，能借助在線分析儀采集到變化數(shù)據(jù)，隨即完成自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證本批次測油品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

總體來看，因?yàn)閮?yōu)化了汽油調(diào)和，降低油品質(zhì)量過剩，并使調(diào)和一次性完成概率更高，減少調(diào)和過程的能耗。同時(shí)，通過改善調(diào)和組分的配置，實(shí)現(xiàn)控制組分整體成本。另外，由于是在線自動(dòng)優(yōu)化，合理縮短調(diào)和過程消耗的時(shí)間，加快油罐應(yīng)用速度。而且該項(xiàng)技術(shù)具備預(yù)估功能與連續(xù)性，切實(shí)縮短了檢驗(yàn)新添加劑運(yùn)用效果與新標(biāo)準(zhǔn)油品調(diào)和環(huán)節(jié)的運(yùn)行周期，并控制了添加劑的浪費(fèi)量。比如，在減少高辛烷值的組分后，其他此類組分油就能用在調(diào)和生產(chǎn)其他標(biāo)號油品的活動(dòng)中，保持總體的經(jīng)濟(jì)效益。

4 在線優(yōu)化汽油調(diào)和組分油性質(zhì)的實(shí)踐運(yùn)用

某煉化企業(yè)汽油調(diào)和灌區(qū)有四種，分別是汽油組分灌區(qū)、MTBE灌區(qū)、成品罐區(qū)以及乙醇汽油組分灌區(qū)。過去的調(diào)和運(yùn)行設(shè)施主要有汽油直接與間接兩種生產(chǎn)線，各自設(shè)置一個(gè)直接/間接的調(diào)和頭，支持同時(shí)處理相同或不同質(zhì)量的產(chǎn)品，并且能直接由產(chǎn)品線運(yùn)送到相應(yīng)罐區(qū)。

4.1 引入在線調(diào)和技術(shù)

一方面，技術(shù)運(yùn)行程序。汽油調(diào)和包含直接與間接兩類，通過在線調(diào)和軟件程序支持全部保留，可結(jié)合具體的生產(chǎn)安排，靈活調(diào)整。其中直接調(diào)和，根據(jù)設(shè)置比例參數(shù)調(diào)節(jié)相應(yīng)流量，剩下組分可送回原本的組分罐內(nèi)，并且利用機(jī)泵根據(jù)比例，將MTBE運(yùn)送到調(diào)和區(qū)，通過靜態(tài)混合裝置處理后，最終運(yùn)到設(shè)定的成品罐中。間接調(diào)和則是機(jī)泵根據(jù)設(shè)置好的比例參數(shù)，從罐區(qū)把不同組分送到調(diào)和區(qū)，由靜態(tài)混合器送到成品區(qū)。尚未設(shè)置在線分析儀的情況下，直接調(diào)和運(yùn)行節(jié)點(diǎn)少，利于節(jié)省能量，但因?yàn)樵O(shè)備操作變化頻率高，不同組分油性質(zhì)與流量均會(huì)隨之變化，提高了調(diào)控的難度，會(huì)消耗掉更多的勞動(dòng)力。同時(shí)在此種生產(chǎn)狀態(tài)下，油品質(zhì)量起伏較大，這導(dǎo)致為了確保油品質(zhì)量，不得不產(chǎn)生較多偏差，抑制組分運(yùn)用效果。反觀間接調(diào)和，其能避免組分油性質(zhì)與流量等的波動(dòng)，但會(huì)耗費(fèi)更多的電力。在現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入在線分析儀，支持實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變更所有組分比例，解決了直接調(diào)和的缺陷，還能節(jié)省需要生產(chǎn)能源消耗，保持油品質(zhì)量的穩(wěn)定。在運(yùn)用分析儀后，實(shí)際生產(chǎn)模式應(yīng)當(dāng)盡量選擇直接調(diào)和。

另一方面，強(qiáng)化對添加劑的控制。通過在線調(diào)和系統(tǒng)開關(guān)添加劑泵，并結(jié)合調(diào)和設(shè)置比例，隨時(shí)改變添加劑的使用量。為保障調(diào)節(jié)精度，此處選用高精密度的計(jì)量泵，用DCS把握該計(jì)量泵行程以及馬達(dá)轉(zhuǎn)速，盡可能降低流量偏差[4]。另外利用在線調(diào)和，有利于降低抗拔指數(shù)的超出量，同樣可起到控制添加劑使用量的作用。

4.2 構(gòu)建在線優(yōu)化調(diào)和系統(tǒng)

調(diào)和控制程序把配方視為可實(shí)施的優(yōu)化比例與不同組分需求量等參數(shù)，計(jì)算結(jié)果在通過驗(yàn)證后，可傳輸至DCS系統(tǒng)，隨后由DCS把各類參數(shù)信號上傳到優(yōu)化調(diào)和模塊。而該模塊會(huì)不斷監(jiān)測生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)，通過對比相應(yīng)參數(shù)與具體指標(biāo)，鎖定需要調(diào)整的組分，在線完成修正處理。針對全部組分油的每項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際偏差進(jìn)行分類處理，結(jié)合偏差方向采取動(dòng)態(tài)化監(jiān)控。另外，在線跟蹤組分油性質(zhì)調(diào)整，尤其在性質(zhì)與流量起伏過大的情況下，通過前饋處理方法，維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

在該系統(tǒng)運(yùn)行中，可以對組分油性質(zhì)及流量處于調(diào)和狀態(tài)下發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)校正實(shí)際配方，確保調(diào)和過程不間斷。另外，在汽油調(diào)和期間，假設(shè)某個(gè)中間組分無原料供應(yīng)，系統(tǒng)會(huì)直接調(diào)整配方，使用剩下組分繼續(xù)調(diào)和。并且還支持檢測生產(chǎn)現(xiàn)場儀表運(yùn)行狀態(tài)，如調(diào)節(jié)閥、探頭與壓力變送器等，倘若檢測到異常情況，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，并指出異常位置，這樣利于維持系統(tǒng)長期平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，利用DCS系統(tǒng)可集中化操控在線調(diào)和軟件以及操作面板等。

5 結(jié)束語

汽油調(diào)和生產(chǎn)中，通過利用相應(yīng)的在線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)和組分油流量及性質(zhì)。同時(shí)在調(diào)和期間，相關(guān)人員需在保證達(dá)標(biāo)的同時(shí)，提高低造價(jià)組分油的添加量，以此達(dá)到減少單位成本的目的。