配方原油技術(shù)在煉油廠原油加工中的應(yīng)用

許育鵬，章群丹，房 ，時(shí)圣潔，李宏亮，李志松

(1.中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司，北京 100083；2.中國(guó)石化廣州分公司)

近年來(lái),我國(guó)原油進(jìn)口依存度逐年走高。2022年,我國(guó)進(jìn)口原油總量達(dá)0.51 Gt,進(jìn)口依存度高達(dá)71.2%[1]。一般而言,煉油企業(yè)的原油采購(gòu)費(fèi)用占煉油總成本的90%以上[2],國(guó)際知名石化公司,如Exxon-Mobil、BP等大多采取集約化、規(guī)?；?、一體化運(yùn)營(yíng),力求降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。由于歷史原因,這些公司對(duì)上游油氣資源有非常強(qiáng)的掌控能力,其在提高經(jīng)濟(jì)效益方面相對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)有著獨(dú)特的先天性優(yōu)勢(shì)。其原因主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn):一方面,在原油采購(gòu)環(huán)節(jié),不論是原油品種、原油數(shù)量、還是原油價(jià)格都能夠保障長(zhǎng)期穩(wěn)定性;另一方面,在原油加工環(huán)節(jié),基于原油來(lái)源穩(wěn)定,可以在整體上對(duì)原油資源進(jìn)行優(yōu)化分配,從而確保其煉油廠加工的原油品種相對(duì)固定,保障煉油廠總流程和裝置操作能夠得到深度優(yōu)化,充分提升企業(yè)效益。相比之下,國(guó)內(nèi)煉油企業(yè)的原油資源優(yōu)化經(jīng)常得不到保證,導(dǎo)致效益損失。

針對(duì)這一共性問(wèn)題,中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司(簡(jiǎn)稱石科院)將原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)、原油近紅外光譜庫(kù)、原油快速評(píng)價(jià)技術(shù)和先進(jìn)計(jì)算方法結(jié)合在一起,開(kāi)發(fā)出配方原油技術(shù)。其技術(shù)核心是利用先進(jìn)算法,將2～3種原油進(jìn)行組合,形成多種性質(zhì)與目標(biāo)原油相似的調(diào)合配方原油供煉油廠選擇利用。在煉油廠應(yīng)用配方原油技術(shù)時(shí),首先根據(jù)煉油廠裝置、工藝、催化劑等方面的特點(diǎn),提出適合其加工的目標(biāo)原油[3]。目標(biāo)原油可以是煉油廠設(shè)計(jì)時(shí)選定的原油,也可以是根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)選擇的最適合煉油廠加工的理想油種,還可以是通過(guò)流程優(yōu)化軟件模擬優(yōu)化出的原油,或者是各種性質(zhì)有一定變化區(qū)間的虛擬原油。配方原油技術(shù)建立了從目標(biāo)原油確定、配方計(jì)算、效益評(píng)估、全流程模擬以及原油評(píng)價(jià)驗(yàn)證等一系列流程規(guī)范。在煉油廠工業(yè)生產(chǎn)前,可利用配方原油技術(shù)基于流程優(yōu)化軟件進(jìn)行物料平衡和經(jīng)濟(jì)效益核算,從眾多配方中篩選出若干種進(jìn)行可加工性能評(píng)價(jià),優(yōu)選出合適的配方原油,由煉油廠安排原油采購(gòu)、原油調(diào)合和原油加工。

在配方原油技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究階段,石科院基于涵蓋中國(guó)石化主要采購(gòu)原油的配方組分原油數(shù)據(jù)庫(kù),分別針對(duì)阿曼原油[3]、大慶混合原油[4]等進(jìn)行配方設(shè)計(jì)及篩選、經(jīng)濟(jì)效益核算及可加工性能評(píng)估,并對(duì)一些配方混合原油進(jìn)行加工評(píng)價(jià),結(jié)果表明配方原油及其加工餾分油性質(zhì)與目標(biāo)原油及其加工產(chǎn)物性質(zhì)非常接近,可滿足加工要求?；趯?shí)驗(yàn)室階段的充分論證,在某煉油廠對(duì)配方原油技術(shù)進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用,下面總結(jié)歸納其應(yīng)用研究情況,為其工業(yè)應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 煉油廠原油加工概況

某煉油廠原油加工規(guī)模超過(guò)11 Mt/a,目前有兩套常減壓蒸餾裝置(簡(jiǎn)稱蒸餾裝置),分別為1號(hào)和3號(hào)蒸餾裝置。其中,1號(hào)蒸餾裝置加工低硫高酸類原油,加工規(guī)模超過(guò)4 Mt/a;3號(hào)蒸餾裝置加工高硫低酸類原油,加工規(guī)模超過(guò)7 Mt/a。

該煉油廠兩套蒸餾裝置每年加工的原油品種多達(dá)30余種,如卡賓達(dá)、帕茲夫羅、普魯托尼、桑格斯、達(dá)混、埃斯坡、沙巴瓦、莫斯塔爾、伊拉謝瑪、埃斯科拉沃斯和原油A等。

本研究設(shè)計(jì)配方原油和目標(biāo)原油的加工均在1號(hào)蒸餾裝置進(jìn)行。

2 原油配方計(jì)算及經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算

根據(jù)該煉油廠原油加工情況,經(jīng)測(cè)算選取卡賓達(dá)原油作為目標(biāo)原油?？ㄙe達(dá)原油[5-6]屬低硫石蠟基中質(zhì)原油,具有硫含量低、鹽含量低、酸值低、殘?zhí)扛摺⑾灪扛?、鎳含量高、輕質(zhì)油收率和總拔出率較高的特點(diǎn)。該煉油廠1號(hào)蒸餾裝置在僅加工卡賓達(dá)原油時(shí),按石腦油-噴氣燃料-柴油方案生產(chǎn),經(jīng)濟(jì)效益較好。對(duì)1號(hào)蒸餾裝置加工的卡賓達(dá)原油進(jìn)行采樣分析后,得到其原油性質(zhì)和近紅外光譜[7-9],作為目標(biāo)原油參考指標(biāo)進(jìn)行配方原油的配方計(jì)算。

由于企業(yè)原油采購(gòu)范圍受限,選擇1號(hào)蒸餾裝置經(jīng)常加工的幾十種原油作為配方原油的組分計(jì)算基礎(chǔ)?；跓捰蛷S調(diào)合設(shè)施的運(yùn)作方式,按兩種方式進(jìn)行配方原油的配方計(jì)算:其一,用2種原油調(diào)合配方原油,計(jì)算得到配方原油的組成、性質(zhì)及加工經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算結(jié)果,見(jiàn)表1;其二,用3種原油調(diào)合配方原油,計(jì)算得到配方原油的組成、性質(zhì)及加工經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算結(jié)果,見(jiàn)表2。其中,兩種方式的經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算均采用煉油廠裝置模型[10-11],原油價(jià)格選取當(dāng)月的原油月平均價(jià)格,產(chǎn)品價(jià)格按當(dāng)月計(jì)劃數(shù)據(jù),對(duì)2 d加工量進(jìn)行計(jì)算,裝置負(fù)荷和產(chǎn)品限量等均參照月計(jì)劃量按比例修改。進(jìn)而,用配方原油替代同樣數(shù)量的目標(biāo)原油,計(jì)算不同配方的加工效益并進(jìn)行比較。

表1 用2種原油調(diào)合配方原油的組成、性質(zhì)及加工經(jīng)濟(jì)效益

表2 用3種原油調(diào)合配方原油的組成、性質(zhì)及加工經(jīng)濟(jì)效益

由表1可知:用2種原油調(diào)合配方原油,效益最好的兩個(gè)配方分別為配方2(帕茲夫羅原油與桑格斯原油的質(zhì)量比為20∶80)和配方6(達(dá)混原油與原油A的質(zhì)量比為18∶82);與加工目標(biāo)原油相比,加工配方2和配方6原油每噸利潤(rùn)分別增加63元和61元。此外,配方原油的性質(zhì)雖與目標(biāo)原油略有差別,但都能滿足裝置設(shè)計(jì)值的要求。經(jīng)過(guò)分析討論后,該煉油廠決定按計(jì)劃采購(gòu)這兩個(gè)配方所涉及的原油,其中配方6的兩種原油先到港,因而決定選取配方6作為工業(yè)應(yīng)用配方原油進(jìn)行標(biāo)定。

由表2可知:用3種原油調(diào)合配方原油,效益最好的兩個(gè)配方原油分別為配方11(埃斯科拉沃斯原油、伊拉謝瑪原油和原油A的質(zhì)量比為16∶64∶20)和配方14(莫斯塔爾原油、原油A和伊拉謝瑪原油的質(zhì)量比為10∶43∶47);與加工目標(biāo)原油相比,加工配方11和配方14原油每噸利潤(rùn)分別增加58元和43元。此外,多數(shù)配方原油的密度、硫含量、金屬含量及柴油收率與目標(biāo)原油接近,而其加工產(chǎn)物石腦油餾分(15～180 ℃餾分)收率比目標(biāo)原油略高,從而可以滿足二次加工裝置的負(fù)荷,顯著降低柴汽比。經(jīng)過(guò)分析討論后,該煉油廠決定按計(jì)劃采購(gòu)這兩個(gè)配方所涉及的原油,然而在伊拉謝瑪原油和原油A到港后,埃斯科拉沃斯原油和莫斯塔爾原油未能如期到港,最終選用沙巴瓦原油替代這兩種原油,決定選取配方12原油(伊拉謝瑪原油、原油A和沙巴瓦原油的質(zhì)量比為50∶40∶10)作為工業(yè)應(yīng)用配方原油進(jìn)行標(biāo)定。

3 配方原油加工

3.1 2種原油調(diào)合配方原油的加工

根據(jù)煉油廠生產(chǎn)調(diào)度安排,利用1號(hào)蒸餾裝置加工目標(biāo)原油(卡賓達(dá)原油)。1號(hào)蒸餾裝置常壓蒸餾系統(tǒng)分為A區(qū)和B區(qū)兩部分:A區(qū)(煉油廠原常壓蒸餾裝置3 Mt/a)和B區(qū)(新建常壓蒸餾裝置2 Mt/a)。二者共用一套減壓系統(tǒng)(4 Mt/a)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),72 h內(nèi)A區(qū)原油處理量為7 583 t,B區(qū)原油處理量為6 624 t,共計(jì)14 207 t,對(duì)加工原油和相應(yīng)側(cè)線產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)定采樣。

按照配方6調(diào)合配方原油并利用1號(hào)蒸餾裝置進(jìn)行加工,并與目標(biāo)原油加工進(jìn)行72 h對(duì)比。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),A區(qū)原油處理量為7 876 t,B區(qū)原油處理量為6 960 t,共計(jì)14 836 t。這說(shuō)明加工配方原油時(shí)的原油處理量比加工目標(biāo)原油時(shí)增加了4.43%。

表3給出了卡賓達(dá)原油和配方6原油的性質(zhì)。從表3可以看出:配方6原油與卡賓達(dá)原油的密度、硫含量、殘?zhí)俊⒔饘俸康刃再|(zhì)相近,二者的相似度達(dá)95%;其酸值雖高于卡賓達(dá)原油,但能滿足裝置設(shè)計(jì)值要求。

表3 卡賓達(dá)原油和配方6原油性質(zhì)對(duì)比

1號(hào)蒸餾裝置分別加工卡賓達(dá)原油和配方6原油時(shí)物料平衡數(shù)據(jù)如表4所示。從表4可以看出,與加工卡賓達(dá)原油時(shí)相比,加工配方6原油時(shí)的石腦油收率基本一致,常一線餾分收率降低0.19百分點(diǎn),常二線餾分收率高1.61百分點(diǎn),常三線餾分收率低 0.29百分點(diǎn),二者的蠟油收率基本相當(dāng),減渣收率低1.8百分點(diǎn),總拔出率高1.8百分點(diǎn)。

表4 1號(hào)蒸餾裝置加工目標(biāo)原油和配方6原油時(shí)的物料平衡數(shù)據(jù)

表5為加工目標(biāo)原油和配方原油時(shí)產(chǎn)品的控制指標(biāo)。由表5可知:與加工目標(biāo)原油相比,加工配方6原油時(shí),A區(qū)和B區(qū)的常壓塔塔頂餾分終餾點(diǎn)、常一線餾分終餾點(diǎn)控制指標(biāo)、常三線餾分95%餾出溫度均高出4～5 ℃,而A區(qū)和B區(qū)常一線餾分的閃點(diǎn)控制指標(biāo)基本一致。

表5 加工卡賓達(dá)原油和配方6原油時(shí)的產(chǎn)品指標(biāo)

與加工目標(biāo)原油工況相比,在加工配方6原油工況下,1號(hào)裝置A區(qū)常壓塔進(jìn)料溫度高約5 ℃,塔底溫度低約3 ℃,塔頂壓力、塔底汽提蒸汽、常二線汽提蒸汽流量均略低,其余操作條件基本一致;1號(hào)裝置B區(qū)常壓塔進(jìn)料溫度高約3 ℃;塔底溫度低約4 ℃,塔頂壓力、塔底汽提蒸汽、常二線汽提蒸汽流量均略低,其他操作條件基本一致。

與加工目標(biāo)原油工況相比,在加工配方6原油時(shí),減壓塔塔頂溫度高約5 ℃;減一線中段抽出溫度和減二中段回流溫度均高約8 ℃。兩種工況下,減一線中段回流物料流量、減二線中段回流物料流量、減三線中段物料回流溫度和回流流量以及減壓塔塔頂真空度、塔頂溫度和塔底溫度均基本相同。

3.2 3種原油調(diào)合配方原油的加工

按照配方12調(diào)合配方原油,利用1號(hào)蒸餾裝置進(jìn)行72 h加工性能對(duì)比。根據(jù)計(jì)量數(shù)據(jù),72 h內(nèi)1號(hào)裝置A區(qū)原油處理量為7 109 t,B區(qū)原油處理量為5 757 t,共計(jì)12 866 t。與加工目標(biāo)原油相比,加工配方12原油時(shí)原油處理量降低9.44%。

表6為加工卡賓達(dá)原油和配方12原油的性質(zhì)對(duì)比。從表6可以看出,配方12原油與卡賓達(dá)原油的密度、酸值、硫含量和殘?zhí)康刃再|(zhì)相近,二者相似度為94%。

表6 目標(biāo)原油和配方12原油性質(zhì)對(duì)比

表7為1號(hào)蒸餾裝置分別加工目標(biāo)原油和配方12原油時(shí)的物料平衡數(shù)據(jù)。從表7可以看出,與加工目標(biāo)原油時(shí)相比,加工配方12原油時(shí)的石腦油收率提高2.49百分點(diǎn);常一線餾分收率降低0.91百分點(diǎn),常二線餾分收率提高3.25百分點(diǎn),常三線餾分收率提高0.38百分點(diǎn),蠟油收率降低3.04百分點(diǎn),減渣收率降低1.73百分點(diǎn),總拔出率高1.73百分點(diǎn)。

表7 1號(hào)蒸餾裝置加工目標(biāo)原油和配方12原油時(shí)的物料平衡數(shù)據(jù)

表8為加工目標(biāo)原油和配方12原油時(shí)產(chǎn)品的控制指標(biāo)。由表8可知,與加工目標(biāo)原油工況時(shí)相比,加工配方12原油時(shí),1號(hào)裝置A區(qū)和B區(qū)的常壓塔塔頂餾分和常一線餾分的終餾點(diǎn)降低5～10 ℃,常三線餾分95%餾出溫度提高10 ℃,而常一線餾分的閃點(diǎn)基本一致。

表8 加工目標(biāo)原油和配方12原油時(shí)的產(chǎn)品控制指標(biāo)

與加工目標(biāo)原油工況相比,在加工配方12原油時(shí),A區(qū)常壓塔進(jìn)料溫度降低約6 ℃,塔底溫度降低約6 ℃,塔頂壓力稍有降低,塔底汽提蒸汽流量和常二線汽提蒸汽流量均有所提高,其余操作條件基本相同;B區(qū)常壓塔進(jìn)料溫度降低約10 ℃;塔底溫度降低約5 ℃,塔頂壓力稍有降低,塔底汽提蒸汽流量和常二線汽提蒸汽流量均有所提高,其余操作條件基本相同。

與加工目標(biāo)原油工況相比,在加工配方12原油時(shí)減壓塔塔頂溫度提高約3 ℃,減一線中段抽出溫度和減二中段回流溫度均高約4 ℃。兩種工況下,減一線中段回流物料流量、減二線中段回流物料流量、減三線中段物料回流溫度和回流流量以及減壓塔塔頂真空度、塔頂溫度和塔底溫度均基本相同。

4 配方原油技術(shù)應(yīng)用于新油種選擇

在工業(yè)應(yīng)用配方原油配方的計(jì)算過(guò)程中,原油A作為組分原油多次出現(xiàn)在配方中,在煉油廠原油加工中,該原油可以單獨(dú)或與其他原油按一定比例調(diào)合作為催化裂化摻渣原料[12]。隨后該煉油廠開(kāi)始多次購(gòu)買和加工原油A,主要用于1號(hào)蒸餾裝置摻渣原料的加工,并取得了很好的效益。自2020年初開(kāi)始,鑒于生產(chǎn)船用燃料油具有很好的經(jīng)濟(jì)效益,中國(guó)石油化工股份有限公司總部每月都部署安排船用燃料油生產(chǎn)[13]。船用燃料油產(chǎn)品由渣油和柴油調(diào)合生產(chǎn)[14],由于船用燃料油性質(zhì)指標(biāo)要求,需選擇低硫渣油進(jìn)行調(diào)合生產(chǎn),經(jīng)論證確定采用1號(hào)蒸餾裝置渣油作為調(diào)合原料。由于原油儲(chǔ)運(yùn)及生產(chǎn)條件的限制,需要選擇既可以作為船用燃料油原料又符合催化裂化摻渣要求的原油,才可滿足原油生產(chǎn)調(diào)度的需要。在對(duì)多個(gè)原油加工方案對(duì)比后發(fā)現(xiàn),對(duì)含有原油A的混合原油進(jìn)行加工,不但能同時(shí)滿足生產(chǎn)催化裂化原料和船用燃料油的需要,而且能夠保證船用燃料油產(chǎn)品的產(chǎn)量。隨后該煉油廠生產(chǎn)中主要采用原油A的混合原油作為1號(hào)蒸餾生產(chǎn)催化裂化摻渣料和船用燃料油原料的原油。據(jù)統(tǒng)計(jì),該煉油廠年累計(jì)采購(gòu)、加工原油A近百萬(wàn)噸,目前,原油A已成為其常規(guī)采購(gòu)主力油種。

5 結(jié) 論

(1)基于煉油廠原油采購(gòu)、原油加工和調(diào)合現(xiàn)狀,以煉油廠加工的卡賓達(dá)原油為目標(biāo)原油,將配方原油技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)裝置進(jìn)行了配方設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算及配方篩選。

(2)對(duì)目標(biāo)原油和2種配方原油的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行試驗(yàn)標(biāo)定,2種配方原油與目標(biāo)原油相似度均超過(guò)90%,餾分收率和性質(zhì)也相近,不僅完全能滿足裝置對(duì)原油穩(wěn)定的加工要求,且比目標(biāo)原油具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)在工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,基于配方原油技術(shù)對(duì)新油種原油A可加工性及經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià),煉油廠開(kāi)始采購(gòu)該原油進(jìn)行加工,主要用于催化裂化摻渣原料和船用燃料油生產(chǎn),年采購(gòu)量近百萬(wàn)噸,原油A已成為其常規(guī)采購(gòu)主力油種。