簡建超，黃 麗

（中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東 青島 266500）

應(yīng)用煉油全流程優(yōu)化技術(shù)降低柴汽比

簡建超，黃 麗

（中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東 青島 266500）

煉油全流程優(yōu)化技術(shù)以RSIM反應(yīng)動力學(xué)模型為主要工具，通過對全廠物料和能量的平衡測算，物流組分性質(zhì)的預(yù)測、傳遞和調(diào)和，對煉油廠全流程進(jìn)行模擬計算。應(yīng)用煉油全流程優(yōu)化技術(shù)，通過RSIM模型測算，優(yōu)化裝置的原料構(gòu)成和加工工藝，針對不同性質(zhì)的煉油組分采用最合適的加工路線和操作參數(shù)，從而達(dá)到降低煉廠柴汽比，增產(chǎn)汽油的目的。

RSIM；煉油企業(yè)；汽油；柴油；優(yōu)化

近年來，隨著國內(nèi)煉油能力的快速增長，成品油市場趨于過剩，但汽油消費仍然呈現(xiàn)較快增長，其表觀消費量年均增加約460萬t，增幅超過8%，消費柴汽比持續(xù)走低[1]。當(dāng)前中國汽車千人保有量約為60輛，遠(yuǎn)低于世界140輛的平均水平，預(yù)計相當(dāng)長時期內(nèi)國內(nèi)汽油消費仍將持續(xù)增長。因此煉油企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低柴汽比，增產(chǎn)汽油滿足市場需求，是企業(yè)的社會職責(zé)，也是企業(yè)增效的重要手段。

通過提高裝置加工負(fù)荷來增產(chǎn)汽油是很容易理解的，但在當(dāng)前煉油能力受限的情況下，要進(jìn)一步增產(chǎn)汽油，就需要從更深層次分析，運用“分子煉油”的理念，通過優(yōu)化裝置原料構(gòu)成和加工工藝，針對不同性質(zhì)的煉油組分采用最合適的加工路線和操作參數(shù)，達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增產(chǎn)汽油的目的。煉油全流程優(yōu)化軟件RSIM是實現(xiàn)此優(yōu)化的有效工具。中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司（簡稱青島煉化，下同）自2010年開始應(yīng)用煉油全流程優(yōu)化技術(shù)，在降低柴汽比、增產(chǎn)汽油方面取得了顯著成效。

1 煉油全流程優(yōu)化技術(shù)

最近幾年，國內(nèi)煉油企業(yè)應(yīng)用先進(jìn)的信息化軟件技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化增產(chǎn)汽油，取得了不錯的效果。目前得到廣泛應(yīng)用的煉油優(yōu)化軟件有2類，一類是基于線性規(guī)劃技術(shù)的線性模型，此類模型與實際煉油反應(yīng)過程存在一定偏差；另一類是基于流程模擬技術(shù)的非線性模型，但目前這類模型大都只能模擬分餾過程或者單個裝置反應(yīng)器，不能建立全煉廠模型，這種局部優(yōu)化不能整體評估對煉廠各方面影響，有時甚至和煉廠整體的利益是相矛盾的。

RSIM煉油全流程優(yōu)化模擬模型，是國際著名的英國KBC公司開展煉油優(yōu)化的主要工具。該模型建立在大型通用流程模擬軟件Hysys平臺上，融合了煉油反應(yīng)動力學(xué)包Profimatics以及大量的經(jīng)驗公式，從而實現(xiàn)全煉廠物料和能量平衡測算、物流組分性質(zhì)預(yù)測、傳遞和調(diào)和，在全球范圍內(nèi)已經(jīng)有20多年、100多家煉廠的使用經(jīng)驗，無論是單裝置機(jī)理模型，還是煉油全流程模擬模型，均具有較高的準(zhǔn)確度、較完備的信息和較高的實用性，能夠進(jìn)行煉油廠全流程模擬計算。

RSIM模型針對煉油廠的各煉油過程單元，根據(jù)真實的物流上下游關(guān)系，在裝置原料和工藝操作參數(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的約束下，模擬計算煉廠當(dāng)前操作和生產(chǎn)經(jīng)營情況。模型應(yīng)用過程中，結(jié)合市場價格體系，測算和評估煉廠決策層、執(zhí)行層和操作層提出的優(yōu)化方案，到達(dá)精細(xì)化、精確化生產(chǎn)管理的目的，為煉廠降本增效服務(wù)。RSIM模型分成3部分，分別是煉油單裝置詳細(xì)模型、煉油全流程模擬模型以及經(jīng)濟(jì)效益評估和結(jié)果展示平臺。

2 增產(chǎn)汽油優(yōu)化方案分析

煉油企業(yè)增產(chǎn)汽油最簡單有效的方法就是提高催化、重整等裝置的加工量，但在裝置加工負(fù)荷達(dá)到最大之后，要進(jìn)一步提高汽油產(chǎn)量，就要從更深層次分析，結(jié)合煉油反應(yīng)機(jī)理來優(yōu)化生產(chǎn)方案，RSIM模型是實現(xiàn)此優(yōu)化目標(biāo)的有效工具，主要考慮從以下三個方面著手：一是優(yōu)化裝置原料組分，采用“宜芳則芳、宜烯乙烯、宜油則油”的原則，針對不同的裝置選擇最合適的原料組分；二是優(yōu)化組分的加工路線，由于原油性質(zhì)的不同，其石腦油餾分性質(zhì)不同，且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]，應(yīng)針對不同性質(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)烷烴則適合作催化重整的原料[3]；三是優(yōu)化裝置操作條件和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，通過模型的模擬測算消除裝置的約束瓶頸，找出最優(yōu)化的操作參數(shù)，達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)品收率的最大化。

運用煉油全流程優(yōu)化技術(shù)的過程，簡單而言，首先是用RSIM軟件建立全廠反應(yīng)動力學(xué)模型，然后對各種優(yōu)化方案進(jìn)行模擬測算和對比分析，優(yōu)化方案經(jīng)過裝置專家聯(lián)合評估通過之后即可組織實施。另外，由于產(chǎn)品市場價格體系頻繁調(diào)整，同時裝置運行工況也不斷發(fā)生變化，因此最優(yōu)化的方案并不是固定不變的，優(yōu)化是一種持續(xù)動態(tài)調(diào)整的過程。

3 RSIM煉油全流程優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 煉油組分餾程范圍優(yōu)化

3.1.1 重整原料餾程范圍優(yōu)化

不同餾程范圍的石腦油由于其PONA組分含量的不同，經(jīng)過重整反應(yīng)之后的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也不同。降低重整原料的初餾點和終餾點，有利于增產(chǎn)高價值的苯，但導(dǎo)致汽油產(chǎn)量減少；提高原料的初餾點和終餾點，有利于增產(chǎn)汽油，但導(dǎo)致苯產(chǎn)量減少。因此需要以效益最大化為目標(biāo)，選擇最合適的餾程范圍。

利用RSIM模型對重整原料組分進(jìn)行逐段切割測算發(fā)現(xiàn)，餾程范圍在66～78℃的組分中，C5正異構(gòu)烷烴占72.38%，C5環(huán)烷烴占4.69%，C6烷烴為占21.49%，C6環(huán)烷及苯僅占1.18%，此部分組分進(jìn)重整反應(yīng)后主要增加的是低辛烷值的輕石腦油和抽余油，不利于增產(chǎn)汽油；餾程范圍在78～84℃的組分中，C5正異構(gòu)烷烴占5.47%，C5環(huán)烷烴占0.39%，C6烷烴為占87.18%，C6環(huán)烷及苯僅占6.94%，此部分組分進(jìn)重整反應(yīng)后有10.9%生成高價值的苯產(chǎn)品。因此，綜合優(yōu)化后，將常減壓石腦油終餾點由165℃提高到170℃，精制油初餾點由76℃提高到82℃，每月增產(chǎn)汽油3200t。

3.1.2 加氫裂化重石腦油餾程范圍優(yōu)化

加氫裂化重石腦油作為重整裝置原料，餾程控制在100～135℃之間，若進(jìn)一步提高其初餾點和終餾點，維持重石腦油量不變，增加輕石腦油產(chǎn)量，可以在保持重整負(fù)荷不變情況下，達(dá)到增產(chǎn)汽油的目的，但汽油池RON降低，同時重石腦油初餾點提高到一定程度后，重整裝置混合二甲苯產(chǎn)量降低，導(dǎo)致效益損失，因此加氫裂化重石腦油餾程范圍具有一個最優(yōu)化點。

RSIM模型測算表明，隨著加氫裂化重石腦油初餾點和終餾點的提高，混合二甲苯產(chǎn)量呈“先增加后減少”的趨勢，如圖1所示，在重石腦油初餾點120℃、終餾點150℃時，混合二甲苯產(chǎn)量達(dá)到最大值，同時每月增產(chǎn)汽油3600t。

圖1 加裂重石初餾點對混合二甲苯產(chǎn)量的影響

3.1.3 直餾柴油和焦化柴油切割點優(yōu)化

在前期增產(chǎn)汽油過程中，為提高催化裝置加工量，將焦化裝置柴油終餾點控制在300℃左右，部分焦化柴油組分進(jìn)入蠟油中作為催化裝置原料。通過RSIM模型模擬研究發(fā)現(xiàn)，如果用裂化性能更好的常壓直餾柴油代替焦化柴油作為催化原料，可以改善催化進(jìn)料性質(zhì)，能夠提高催化汽油的收率，達(dá)到增產(chǎn)汽油的目的。

經(jīng)過RSIM模型測算，將焦化柴油終餾點由300℃提高到340℃，直餾常三線終餾點由369.5℃降低到362℃，此時催化裝置加工負(fù)荷維持不變，相當(dāng)于用常三線362～369.5℃之間的重柴油組分來替換焦化柴油300～340℃之間輕柴油組分。根據(jù)催化裂化反應(yīng)機(jī)理，同類烴其分子量越大，裂化反應(yīng)速度越快，其中直鏈烷烴分子量與轉(zhuǎn)化率的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。因此重柴油組分裂化性能優(yōu)于輕柴油組分，在催化反應(yīng)過程中更容易裂化為汽油組分，實施此優(yōu)化方案后，催化汽油收率提高了1.04%。

表1 直鏈烷烴分子量與轉(zhuǎn)化率的對應(yīng)關(guān)系

3.2 煉油組分流向優(yōu)化

3.2.1 常一線油至催化提升管回?zé)?/p>

此公司航煤原料存在過剩的情況，多余的常一線進(jìn)入柴油組分。另一方面，催化裂化裝置采用MIP-CGP工藝，提升管為兩段反應(yīng)器串聯(lián)工藝，總長度達(dá)50 m。通過RSIM模型模擬分析發(fā)現(xiàn)，油氣在催化提升管中存在過度裂化傾向，若將常一線油改進(jìn)催化回?zé)?，作為急冷油注入提升管一反出口以抑制二次反?yīng)，可降低催化干氣及液化氣收率，提高催化汽油收率。實施此方案后，催化回?zé)?0t·h-1常一線油時，增產(chǎn)汽油4.2t·h-1。

3.2.2 柴油加氫輕石腦油加工路線優(yōu)化

柴油加氫輕石腦油原設(shè)計和常減壓直餾石腦油一起作為重整裝置原料，在新建的200萬t·a-1加氫裂化裝置投產(chǎn)之后，重整裝置原料存在過剩的情況，需要解決過剩石腦油的后路問題。利用RSIM模型分別對幾種重整原料的加工方案進(jìn)行對比測算，結(jié)果表明，直餾石腦油和加氫裂化重石腦油芳潛較高，適合在重整裝置加工；柴油加氫輕石腦油經(jīng)過汽提之后，硫含量和蒸汽壓降低，可以直接作為汽油調(diào)和組分，在控制合適的調(diào)和比例情況下，調(diào)和后的汽油辛烷值和硫含量等指標(biāo)滿足成品汽油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。因此實施了工藝流程改造，將部分柴油加氫輕石腦油引至閑置的加氫處理側(cè)線汽提塔，經(jīng)過汽提后直接調(diào)和汽油，解決了重整原料過剩問題，同時每月增產(chǎn)汽油5000t。

3.2.3 柴油加氫裝置分餾塔抽出側(cè)線組分油

柴油加氫裝置原料為直餾柴油、焦化汽油、焦化柴油以及催化柴油，經(jīng)過加氫精制反應(yīng)之后，從分餾塔頂部拔出＜170℃的石腦油組分作為重整裝置原料，分餾塔底部＞170℃的餾分作為精制柴油產(chǎn)品。利用RSIM模型測算表明，可以在分餾塔增加一條側(cè)線，抽出餾程范圍在170～205℃之間的組分油用于調(diào)和汽油，達(dá)到增產(chǎn)汽油的目的；在冬季，此部分組分油還可用于生產(chǎn)低凝柴油。

3.3 操作參數(shù)優(yōu)化

3.3.1 重整裝置反應(yīng)溫度優(yōu)化

反應(yīng)溫度是重整裝置重要的操作參數(shù)之一，各企業(yè)原料性質(zhì)、裝置構(gòu)成以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的差異，決定了各重整裝置反應(yīng)溫度的最優(yōu)化點也不相同。因此利用RSIM模型對青島煉化公司重整反應(yīng)溫度進(jìn)行優(yōu)化測算，以選擇最優(yōu)控制點。

圖2 重整反應(yīng)溫度對效益的影響

RSIM模型測算結(jié)果如圖2所示，隨著反應(yīng)溫度的提高，裝置效益增加，主要因為氫氣、芳烴產(chǎn)率增加，但增加的幅度逐漸減小，到一定程度之后開始下降，最優(yōu)反應(yīng)溫度為523℃左右。

3.3.2 催化裝置反應(yīng)溫度優(yōu)化

為達(dá)到催化汽油收率的最大化，不同的催化原料性質(zhì)應(yīng)控制不同的反應(yīng)溫度；同時反應(yīng)溫度還應(yīng)隨著丙烯、液化氣、汽油產(chǎn)品市場價格的調(diào)整而及時調(diào)整，以達(dá)到產(chǎn)品價值的最大化。由于催化反應(yīng)過程的復(fù)雜性，很難憑借經(jīng)驗做出準(zhǔn)確的判斷選擇最優(yōu)化的溫度，RSIM模型是實現(xiàn)以上目標(biāo)的最有效工具之一。

RSIM模型測算表明，當(dāng)催化提升管注入急冷油時，若維持反應(yīng)溫度510℃不變，則干氣和生焦量將增加較多，此時應(yīng)該適當(dāng)降低反應(yīng)溫度。反應(yīng)溫度對全廠效益的影響如圖3所示，溫度由510℃降低至505℃時，汽柴油總量增加2.4 t·h-1，增效169萬元/月；繼續(xù)降溫則效益呈下降趨勢。因此最優(yōu)化反應(yīng)溫度為505℃左右。

圖3 催化反應(yīng)溫度對全廠效益的影響

3.3.3 催化汽油蒸汽壓優(yōu)化

冬季成品汽油蒸汽壓指標(biāo)提高，在生產(chǎn)上一般采用大幅提高催化汽油蒸汽壓的方式來達(dá)到增產(chǎn)汽油的目的。但隨著催化汽油蒸汽壓的提高，進(jìn)入催化汽油中的碳四組分增加，由于此部分碳四中含有35%左右的烯烴，導(dǎo)致MTBE產(chǎn)量減少，造成效益損失。通過RSIM模型測算，適當(dāng)提高重整汽油蒸汽壓，同時降低催化汽油蒸汽壓，可以在滿足汽油產(chǎn)品蒸汽壓指標(biāo)的情況下增產(chǎn)MTBE產(chǎn)品，每月增產(chǎn)汽油2000t左右。

3.3.4 減壓深拔操作優(yōu)化

利用RSIM模型對減壓爐管內(nèi)介質(zhì)流速、汽化點、油膜溫度、爐管管壁溫度、注汽量等參數(shù)進(jìn)行計算，模擬出動態(tài)油品的結(jié)焦曲線，以選擇合適的操作參數(shù)，確保在保障裝置安全運行的情況下盡量提高減壓深拔程度。經(jīng)過RSIM測算，將減壓爐出口溫度提高至426℃，控制爐管內(nèi)介質(zhì)的最高油膜溫度不高于465℃；控制爐管注汽總量為1.5～2.0 t·h-1，以保證輻射室出口最后2根爐管內(nèi)介質(zhì)的停留時間均小于0.7s；控制減壓塔洗滌油最小流量不小于140t·h-1，以滿足洗滌段填料下表面的最小噴淋密度為0.5 m3·(m2·h)-1要求。RSIM模型模擬不同減壓爐出口溫度時結(jié)焦曲線如圖4所示。通過控制合適的減壓深拔操作參數(shù)，減壓渣油TBP切割點溫度達(dá)到572℃，渣油收率降低了3.31%[4]，每年增產(chǎn)汽油6萬t左右。

圖4 不同減壓爐出口溫度時結(jié)焦曲線

4 增產(chǎn)汽油的效果

青島煉化公司自2010年開始運用RSIM煉油全流程優(yōu)化技術(shù)，將增產(chǎn)汽油作為生產(chǎn)優(yōu)化工作的核心，取得了顯著成效，柴汽比呈逐年下降的趨勢，2013年柴汽比降低到1.18，與2009年相比下降了0.36。青島煉化公司原油加工能力為1200萬t·a-1，汽柴油總產(chǎn)能按600萬t·a-1計，相當(dāng)于增產(chǎn)汽油27萬t·a-1，汽油與柴油之間凈價差按500元·t-1計算，每年增效13500萬元。

表2 2009～2013年“柴汽比”變化情況

5 結(jié)論

1）RSIM模型建立在大型通用流程模擬軟件Hysys平臺上，融合了煉油反應(yīng)動力學(xué)包Profimatics以及大量的經(jīng)驗公式，具有較高的準(zhǔn)確度、較完備的信息和較高的實用性，能夠進(jìn)行煉油廠全流程的模擬計算。

2）利用RSIM煉油全流程優(yōu)化模型，結(jié)合煉油過程各環(huán)節(jié)反應(yīng)機(jī)理，運用“分子煉油”的理念，通過優(yōu)化裝置原料組成和加工工藝，針對不同性質(zhì)的煉油組分采用最合適的加工路線和操作參數(shù)，可以達(dá)到最大量增產(chǎn)汽油的目的。

3）該公司運用RSIM煉油全流程優(yōu)化技術(shù)取得了較好的降低柴汽比、增產(chǎn)汽油的效果，與運用此技術(shù)之前相比，每年可增產(chǎn)汽油約27萬t，增效13500萬元。

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[2] 汪麗娜，曹萃文.基于改進(jìn)文化粒子群算法的多組分石腦油調(diào)和優(yōu)化問題研究[J].石油化工自動化，2012，48(1)：43-47.

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Application of Refinery Process Optimization Technology in Reduce Ratio of Diesel to Gasoline

JIAN Jian-chao, HUANG Li
(Sinopec Qingdao Refining and Chemical Company, Qingdao 266500, China)

TE 09

B

1671-9905(2014)08-0069-04

簡建超，男，工程師，2005年畢業(yè)于西安交通大學(xué)，現(xiàn)主要從事煉油工藝技術(shù)和生產(chǎn)優(yōu)化管理工作，發(fā)表論文多篇

2014-06-10