PIMS軟件在煉油廠總加工流程優化階段進行原油優選的應用

龐新迎，王業華，辛若凱，張香玲

(中國石油工程建設公司華東設計分公司，山東 青島 266071)

PIMS軟件在煉油廠總加工流程優化階段進行原油優選的應用

龐新迎，王業華，辛若凱，張香玲

(中國石油工程建設公司華東設計分公司，山東 青島 266071)

以某新建千萬噸級煉油廠總流程優化為例，通過建立PIMS模型，分別考察了采用沙特重質原油(簡稱沙重原油)和沙特中質原油(簡稱沙中原油)作為設計原油時對總加工流程和經濟效益的影響。結果表明：沙中原油密度小、質量好，作為加工的原油時，一方面可改善渣油加氫裝置原料性質，重金屬和瀝青質含量相對較低，另一方面可獲得較高的輕油收率(79.81%)和綜合商品率(91.80%)；但由于沙中原油采購成本較高，導致煉油利潤較加工沙重原油時低53.50元t。綜合考慮，以沙重原油作為設計原油時既能獲得較高的經濟效益，也能適應加工沙中原油等中質原油的生產操作，同時考慮未來原油煉制的發展趨勢，建議選擇高硫劣質的沙重原油作為設計原油。

PIMS 總流程 優化 原油優選

受原油配置方案、加工規模、加工流程、工藝技術、投資及經濟評價等諸多不確定因素的影響，傳統的總工藝加工流程設計方式已難以滿足現代煉油廠規劃的要求，隨著PIMS(Process Industry Modeling System)軟件在工廠設計領域的廣泛應用，煉油廠流程優化的工作效率和準確性得到了顯著提高。本課題以某新建千萬噸級煉油廠總工藝加工流程方案優化為例，重點介紹利用PIMS軟件進行原油配置方案的優化研究，旨在為全廠總工藝加工流程的優化提供工作思路。

1 項目概述

某千萬噸級煉油廠設計加工原油擬為基礎原油與沙特原油[1]的混合原油，在保持原油加工量和混合比例不變的前提下，考察分別采用沙特重質原油(簡稱沙重原油，對應混合原油A)和沙特中質原油(簡稱沙中原油，對應混合原油B)對全廠總工藝加工流程和經濟效益的影響。

1.1 原油性質

表1為設計加工原油的主要性質。從表1可以看出：按關鍵餾分特性分類，沙重原油和沙中原油同屬高硫中間基原油，但沙重原油較沙中原油密度大，殘炭高，硫、氮、重金屬(鎳+釩)等雜質含量較高，渣油收率高，相應地，與混合原油A相比，混合原油B的密度、殘炭以及雜質(硫、氮、重金屬等)含量等性質均有所改善，其中重金屬含量變化尤為明顯，同時渣油收率降低。

1.2 總工藝加工流程

成熟的重油輕質化工藝包括加氫和脫碳兩種，對比脫碳工藝方案，加氫工藝方案可顯著提高輕質餾分油收率，顯著降低黑色產品出廠量，同時還可為提高油品質量和保護環境創造良好的基礎，因此，在高油價的市場環境下，該項目重油加工方案推薦選用渣油加氫-催化裂化-加氫裂化的核心流程。總加工流程示意見圖1。

2 總工藝加工流程分析

2.1 原油切割餾分

加工2種原料工況下的原油切割各餾分收率、產量及主要性質對比見表2。從表2可以看出：混合原油B比混合原油A輕，石腦油、煤油、柴油等輕質油品產量增加，而渣油產量減少。對比渣油性質可以看出，混合原油B的常壓渣油和減壓渣油的性質較好，密度，殘炭，硫、氮、重金屬以及瀝青質含量等均較低，氫含量較高。

2.2 工藝裝置加工負荷

加工2種原油工況下的二次加工工藝裝置加工負荷對比見表3。從表3可以看出：加工混合原油B工況下，渣油加氫脫硫、重油催化裂化等裝置加工負荷低，重油加工裝置負荷降低引起后續柴油加氫改質、催化裂化汽油加氫、氣體分餾、MTBE等裝置負荷減小；而輕烴回收、石腦油加氫、連續重整、芳烴聯合、異構化、柴油加氫精制等輕油加工裝置負荷增加，但變化均在裝置的操作彈性(一般為60%～110%)范圍內。

2.3 渣油加氫脫硫裝置

2.3.1 進料性質 根據總流程安排，減壓渣油和部分常壓渣油作為渣油加氫脫硫裝置原料。渣油中富集了原油中大部分的硫、氮，以及絕大部分的1) 單位為×104m3h(標準狀況)。

重金屬，加工2種原料工況下渣油加氫脫硫裝置原料性質對比見表4。從表4可以看出，除氮含量變化不明顯外，加工混合原油B時的渣油加氫裝置原料中的殘炭，硫、重金屬以及瀝青質含量等性質均有所改善，其中以瀝青質含量和殘炭變化最為顯著。

研究[2-4]表明，積炭和金屬沉積是導致渣油加氫催化劑失活從而影響催化劑使用壽命的主要原因。其中瀝青質可造成催化劑的結焦失活，而金屬沉積可造成催化劑活性位損失而永久性失活。

催化劑的使用壽命與原料中的重金屬(Ni+V)含量成反比對數關系，隨著進料中金屬雜質含量增加，催化劑壽命迅速縮短[5]。金屬經加氫反應脫除后會沉積在催化劑表面，堵塞催化劑孔道；此外，沉積的金屬也會與催化劑活性相反應生成低活性相金屬硫化物，導致催化劑活性下降[6]。對比國內已開工的渣油加氫裝置的原料性質，重金屬質量分數基本在80～110 μgg范圍內，上述2種混合原油重金屬質量分數分別為117.05 μgg和80.95 μgg，前者屬于較高水平，后者則相對較低。但根據實際運行經驗，通過優選國內外先進的渣油加氫工藝及催化劑技術，加工2種原油工況下均可保證渣油加氫裝置長周期運行的目標。

瀝青質是渣油中平均相對分子質量最大、化學結構最復雜的組分[7]。瀝青質對裝置操作的影響主要體現在：首先部分瀝青質以積炭的形式沉積于催化劑上，影響催化劑的活性和穩定性；另外瀝青質還會在設備內生成沉積物，造成管道堵塞和降低換熱器的傳熱效果，縮短裝置的運轉周期。

研究[8-10]發現，與瀝青質的含量相比，在催化劑的結焦失活過程中，瀝青質的性質影響更大。表5為國內幾套渣油加氫裝置的原料瀝青質含量。從表5可以看出，四川石化瀝青質含量是所列幾套裝置中最低的，卻曾經因為瀝青質的原因出現過操作問題，而瀝青質含量較高的金陵石化和大連石化卻平穩運行多年。這可能與四川石化渣油中甲苯不溶物的含量較高有關。

本項目加工2種原油工況下渣油加氫原料瀝青質質量分數分別為6.00%和3.52%，與金陵石化和大連石化相當，且本項目加工的原油均為常規原油，在國內已有多年加工經驗，均能滿足渣油加氫裝置的進料要求。

2.3.2 操作條件 表6為渣油加氫裝置尾油的質量指標要求。加工2種原油工況下要達到同樣的產品要求，渣油加氫裝置操作條件略有差異。在加工混合原油A工況下，渣油加氫原料的殘炭和瀝青質含量較高，脫炭較困難，要求較高的反應溫度、較低的空速以及較高的氫分壓；另外，由于金屬含量較高，脫金屬催化劑裝填量需要適當增加。而在加工混合原油B工況下，渣油加氫原料殘炭低，金屬含量低，預計黏度也會較低，相應地反應溫度較低，空速適當提高，運轉壽命較長。

2.4 原料及產品結構

加工2種原料工況下的原料及產品結構對比見表7。從表7可以看出：與加工混合原油A工況相比，加工混合原油B工況下汽油產量減少98.0 kta，本項目汽油池調合組分包括脫硫催化裂化汽油、異構化汽油、重整汽油以及MTBE等，其中脫硫催化裂化汽油占比60%左右。由于重油催化裂化規模減小，催化裂化汽油、丙烯、液化氣等產品產量隨之降低，因而脫硫催化裂化汽油、MTBE產量相應減少，最終導致全廠汽油產量降低。此外，加工混合原油B工況下，連續重整、芳烴聯合裝置加工負荷大，對二甲苯和苯的產量分別增加110.8 kta和53.1 kta，煤油、柴油產量也小幅增加；全廠輕油收率、煉油綜合商品率小幅增加，柴油與汽油質量比由2.07增至2.14。

2.5 經濟性評價

表8為主要技術經濟指標。從表8可以看出，雖然加工混合原油B工況下銷售收入較高，但加工混合原油A具有顯著的成本優勢，相應的煉油利潤為793.5元t，較加工混合原油B工況下提高53.50元t。

表8 主要技術經濟指標 元t

項 目混合原油A混合原油B銷售收入(不含稅)610520614013原料油成本513859521961變動加工成本1731118052煉油利潤7935074000

3 結 論

(1) 混合原油B質量較好，密度、重金屬等雜質含量低，作為加工原油時，渣油加氫裝置進料性質優于加工混合原油A原料工況，建議在確定裝置設計條件時充分考慮混合原油A較高的重金屬和瀝青質含量工況對渣油加氫裝置操作的影響，以增強全廠對加工劣質原油的適應性。

(2) 加工2種原料對全廠主要加工裝置負荷的影響均可控制在設計的操作彈性范圍內，對生產計劃的安排不會造成影響。

(3) 加工混合原油B工況下具有較高的輕油收率和煉油綜合商品率，銷售收入較高，但在高油價的市場環境下，由于原料成本也較高，從而導致噸油利潤較加工混合原油A工況時低。

綜上所述，在高油價的市場環境下，選擇沙重原油作為設計加工原油的煉化企業，通過優化渣油加氫設計條件，可顯著增強全廠對加工劣質原油的適應性，降低經營風險。

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APPLICATION OF PIMS ON CRUDE SELECTION DURING OVERALL CONFIGURATION OPTIMIZATION OF REFINERY

Pang Xinying， Wang Yehua， Xin Ruokai， Zhang Xiangling

(PetroChinaCPECCEast-ChinaDesignBranch，BeijingEngineeringBranch，Qingdao，Shandong266071)

The configuration optimization of a grassroots 10 Mta refinery is selected as a case study. Saudi Arabian heavy crude oil (hereinafter referred to as AHC) and Saudi Arabian medium crude oil (hereinafter referred to as AMC) are studied respectively through setting up PIMS model， assessing the influence of crude on overall configuration and economic benefit. The result shows that AMC， which has lower density and better properties， not only improves the feed properties of RDS unit， e.g. lower content of heavy metals and asphaltene，but also achieves higher light oil yield (91.80%) and general commodity rate (79.81%). However， the refining margin of AMC is 53.5 Yuan per ton crude lower than AHC oil due to higher purchase cost. Considering the development tendency of crude refining， AHC is recommended to be the design crude， which can achieve better economic benefit and compatibility with AMC.

PIMS； overall configuration； optimization； crude selection

2015-12-08； 修改稿收到日期： 2016-03-25。

龐新迎，工程師，從事煉油設計工作。

龐新迎，E-mail：pangxinying@cnpccei.cn。