徐寶平

(中國石油化工股份有限公司金陵分公司，江蘇 南京 210033)

為了追求更高的生產(chǎn)效率，煉油技術(shù)管理水平也需要日臻完善。計(jì)量統(tǒng)計(jì)得到的生產(chǎn)裝置的物料平衡(即產(chǎn)品收率)數(shù)據(jù)是煉油廠進(jìn)行效益分析、市場(chǎng)測(cè)算和引導(dǎo)煉廠發(fā)展方向的重要依據(jù)。除了計(jì)量校驗(yàn)之外，煉油廠在長年累月的生產(chǎn)中，還采用日平衡、月平衡的方法對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證。但是，不可否認(rèn)的是，煉油廠物料品種多，品種差異大，計(jì)量器具型號(hào)種類紛繁復(fù)雜，因此建立可信的單裝置和煉廠全流程的物料平衡是一項(xiàng)艱巨的系統(tǒng)性工作。部分物料如催化裂化的燒焦量、延遲焦化的焦炭產(chǎn)量，都是用反推法進(jìn)行估算的，是煉油行業(yè)長期存在的計(jì)量管理薄弱環(huán)節(jié)，也是技術(shù)管理中久攻未克的難題。

在現(xiàn)有以標(biāo)準(zhǔn)器具校驗(yàn)計(jì)量儀表的基礎(chǔ)上，用油品的碳、氫數(shù)量加以校驗(yàn)，是對(duì)現(xiàn)有計(jì)量統(tǒng)計(jì)校驗(yàn)的重要補(bǔ)充，更是進(jìn)行煉油過程深度精算的重要手段。

1 分餾塔側(cè)線產(chǎn)品的規(guī)律

烴分子的主要成分是碳、氫，相對(duì)分子質(zhì)量是烴類物質(zhì)各原子量的總和。石油及石油煉制過程中的各物料，都是以碳原子為骨架的復(fù)雜烴類混合物，常用平均相對(duì)分子質(zhì)量來表征其組分的輕重。

石化產(chǎn)品中，平均相對(duì)分子質(zhì)量由小到大的烴類組分有干氣、液化氣、石腦油、汽油、柴油、蠟油和渣油。相對(duì)分子質(zhì)量最小的組分為常壓下的氣體類烴，如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和丙烯。理想的汽油組分是以7～10個(gè)碳原子為骨架的異構(gòu)烴類混合物；而理想的柴油則是以14～20個(gè)烷烴類碳原子為骨架的烷烴類混合物。蠟油、渣油的碳原子數(shù)則依次逐步增加，烴類組成也愈加復(fù)雜。

在煉油生產(chǎn)過程中，分餾塔是最為普遍采用的分離設(shè)備。分餾塔的原理是依據(jù)進(jìn)料中各組分沸點(diǎn)的不同，在分餾塔自上而下的側(cè)線中，分別得到相對(duì)分子質(zhì)量由小到大的不同組分。如在0.12 MPa、120 ℃的分餾塔塔頂，可以得到煉廠氣、液化氣和汽油組分；在0.13 MPa、240～340 ℃的分餾側(cè)線，可以得到柴油組分；在0.005 MPa、240 ℃的分餾塔中部可以得到蠟油組分；剩余的相對(duì)分子質(zhì)量最大、組分最重的渣油組分從分餾塔塔底抽出。常減壓蒸餾裝置的流程和產(chǎn)品如圖1所示。

圖1 煉油廠常減壓蒸餾裝置分餾塔側(cè)線產(chǎn)品示意

各裝置分餾塔側(cè)線產(chǎn)品具有如下規(guī)律。

(1)單分餾塔側(cè)線相對(duì)分子質(zhì)量、碳原子數(shù)和碳?xì)浔茸兓囊?guī)律

依據(jù)分餾原理，分餾塔自上而下，碳原子數(shù)、相對(duì)分子質(zhì)量和碳?xì)浔戎鸩皆黾樱沂芊逐s塔操作壓力和操作溫度限制，相對(duì)分子質(zhì)量、碳原子數(shù)和碳?xì)浔榷加邢拗浦怠?/p>

(2)常減壓蒸餾、延遲焦化和催化裂化分餾塔側(cè)線產(chǎn)品碳?xì)浔鹊淖兓?guī)律

常減壓干氣、液化氣中多是飽和烴，氫含量高；延遲焦化干氣、液化氣中富含烷烴和烯烴，氫含量居中;催化干氣、液化氣中富含烯烴，氫含量低。

常減壓直餾汽油中直鏈烷烴多，氫含量高；而延遲焦化汽油中直鏈烷烴和烯烴含量居中氫含量居中；催化汽油中異構(gòu)辛烷烴含量高，氫含量低。

常減壓直餾柴油中直鏈烷烴多，氫含量高；而延遲焦化柴油也是直鏈烷烴多，少含烯烴，氫含量居中；催化柴油中異構(gòu)烷烴、芳烴含量高，柴油密度大，氫含量低。

上述規(guī)律是在進(jìn)行碳?xì)浔日{(diào)整和物料平衡調(diào)整時(shí)必須嚴(yán)格遵從的重要規(guī)律。

2 由裝置產(chǎn)品收率測(cè)算石油產(chǎn)品碳?xì)浔鹊姆椒?/h2>

依據(jù)物料平衡計(jì)算產(chǎn)品碳?xì)浔鹊倪壿嬯P(guān)系如圖2所示，其中虛線部分為從收率測(cè)算產(chǎn)品碳?xì)浔鹊倪壿嬯P(guān)系，虛線外部為從碳?xì)浔扔?jì)算非典型工況物料平衡的邏輯關(guān)系。

圖2 測(cè)算邏輯關(guān)系

其測(cè)算原理是依據(jù)

“分餾塔側(cè)線產(chǎn)品物性規(guī)律”，即分餾塔自上而下的側(cè)線產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量、碳原子數(shù)、氫原子數(shù)逐漸增加。先起草一個(gè)初步的原料和產(chǎn)品的碳?xì)浔葦?shù)據(jù)表。然后再核算原料和產(chǎn)品的碳、氫是否平衡，如不平衡，則需要在“分餾塔側(cè)線產(chǎn)品物性規(guī)律”的基礎(chǔ)上，調(diào)整原料和產(chǎn)品的碳?xì)浔葦?shù)據(jù)。這種調(diào)整是極其細(xì)致的，不是個(gè)別數(shù)據(jù)的單獨(dú)調(diào)整，而是系列數(shù)據(jù)的整體的非線性調(diào)整。

關(guān)于非線性調(diào)整方法，因涉及復(fù)雜的計(jì)算公式，幾種調(diào)整方法如圖3所示，圖3中橫坐標(biāo)為分餾塔塔頂、側(cè)和底部產(chǎn)品按照10等份的分布；縱坐標(biāo)為分餾塔塔頂、側(cè)和底部產(chǎn)品的數(shù)量百分比。

(a)組分小幅向輕組分調(diào)整 (b)組分小幅向輕、重兩邊調(diào)整 (c)組分小幅向重組分調(diào)整

調(diào)整中不斷觀察原料與產(chǎn)品碳、氫平衡的差值是否越來越小，如果不是則需要改變調(diào)整的方向。具體的調(diào)整方法如表1所示。

表1 原料與產(chǎn)品碳、氫不平衡原因分析

選擇上述不同的調(diào)整方法的原則是：物料平衡表中碳、氫平衡的差異越小，則表示調(diào)整方向是正確的,最終將得到最接近正確的碳?xì)浔取?/p>

表2為基于某石化公司催化裂化裝置年度累計(jì)的物料平衡及計(jì)算所得的碳、氫、硫平衡計(jì)算。

依據(jù)表2催化裂化物料平衡及碳、氫平衡數(shù)據(jù)測(cè)算的產(chǎn)品物性數(shù)據(jù)如表3所示，其中液態(tài)烴的碳?xì)浔缺容^接近金惠蕓等對(duì)石腦油進(jìn)行測(cè)量的碳?xì)浔萚1]。

表2 催化裂化裝置物料平衡及碳、氫平衡 %

表3 催化裂化裝置分餾塔側(cè)線產(chǎn)品相對(duì)分子質(zhì)量及碳?xì)浔?/p>

3 由產(chǎn)品碳?xì)浔刃ｒ?yàn)產(chǎn)品收率的方法

3.1 典型工況

從某一產(chǎn)品收率數(shù)據(jù)表測(cè)算產(chǎn)品碳?xì)浔鹊倪^程中，若出現(xiàn)產(chǎn)品碳?xì)浔葒?yán)重不符合分餾塔上下產(chǎn)品的物性規(guī)律或不同裝置間類似物性規(guī)律的時(shí)候，就可以判斷該產(chǎn)品收率數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤。通過調(diào)整各產(chǎn)品的收率數(shù)據(jù)，可以得到更可信的產(chǎn)品收率數(shù)據(jù)。

面臨修正相對(duì)分子質(zhì)量、碳?xì)浔群褪章实倪x擇時(shí)，若分餾塔側(cè)線產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量、碳?xì)浔扰c上下游、分餾塔上下側(cè)線產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量、碳?xì)浔纫恢?，則收率也是可信的，不需要修改。若相對(duì)分子質(zhì)量和碳?xì)浔扰c上下游、分餾塔上下側(cè)線產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量、碳?xì)浔葒?yán)重不符時(shí)，則修正收率是唯一選擇。表4是催化裂化燒焦率調(diào)整后，才能達(dá)到碳、氫平衡的示例。

表4 催化裂化裝置物料平衡調(diào)整 %

3.2 非典型工況

在生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量不變的前提下，遵循上述分餾塔自上而下側(cè)線產(chǎn)品的物性規(guī)律，用可靠的產(chǎn)品碳?xì)浔?，可以測(cè)算出裝置非典型工況的產(chǎn)品收率。如催化裂化100%渣油條件下的生焦率可以達(dá)到28%；100%催化油漿條件下，延遲焦化的焦炭產(chǎn)率可以達(dá)到50%。這些都是裝置非典型工況，難以用裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)標(biāo)定，但是用碳、氫平衡的方法可以得到比較可信的測(cè)算結(jié)果，是進(jìn)行深入技術(shù)分析的重要參考依據(jù)。

4 結(jié)論

用產(chǎn)品特定的、較固定的碳?xì)浔葘?duì)計(jì)量統(tǒng)計(jì)的物料平衡進(jìn)行校核，是從原有的單因素校驗(yàn)到三因素校驗(yàn)的重大進(jìn)步，具有深遠(yuǎn)的積極意義。

(1)從可靠的單裝置物料平衡數(shù)據(jù)表可以測(cè)算出可靠的單裝置產(chǎn)品碳?xì)浔葦?shù)據(jù)。

(2)從可靠的多裝置物料平衡數(shù)據(jù)表可以測(cè)算出可靠的多裝置產(chǎn)品碳?xì)浔葦?shù)據(jù)。

(3)多裝置之間的物性差異能顯示出工藝原理差異和產(chǎn)品性能的差異。

(4)從可靠的單裝置產(chǎn)品碳?xì)浔葦?shù)據(jù)可以測(cè)算出非典型工況的單裝置物料平衡數(shù)據(jù)。

(5)單裝置碳、氫平衡法可以作為石化工藝模擬軟件的核心工具。