Petro-SIM在海南煉化RFCC裝置的應(yīng)用

李昊 汪加民 李寧（中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

Petro-SIM在海南煉化RFCC裝置的應(yīng)用

李昊 汪加民 李寧（中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

介紹了煉油全流程優(yōu)化軟件Petro-SIM模型的基本特點(diǎn)、建模步驟及在中國(guó)石化海南煉油化工有限公司重油催化裂化裝置的工業(yè)應(yīng)用情況。應(yīng)用結(jié)果表明：該軟件能夠較為準(zhǔn)確地模擬催化裂化裝置的生產(chǎn)狀況，可有效提升裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果，提高企業(yè)精細(xì)管理、實(shí)現(xiàn)降本增效。

Petro-SIM；催化裂化；優(yōu)化；流程模擬；建模

催化裂化裝置是最重要的原油二次加工裝置之一，在平衡煉廠重油資源、提高輕質(zhì)油收率和高附加值產(chǎn)品產(chǎn)率等起著至關(guān)重要的作用，也是煉油裝置中操控最復(fù)雜的裝置。重油催化裂化裝置的優(yōu)化運(yùn)行對(duì)煉油技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和全廠效益的提升起著關(guān)鍵作用。Petro-SIM是由英國(guó)KBC公司開(kāi)發(fā)出的一款穩(wěn)態(tài)流程模擬軟件，既可以做單裝置模型也可以借助自帶的原油合成功能和煉油反應(yīng)器模型做精細(xì)的全廠流程模型，在中石化內(nèi)部已經(jīng)普遍應(yīng)用，為煉廠裝置操作優(yōu)化、節(jié)能降效發(fā)面提供數(shù)據(jù)支撐。

1 Petro-SIM軟件模型簡(jiǎn)介

該模型以Hysys Refinery界面為基礎(chǔ)，將圖形化過(guò)程模擬器與Profimatics動(dòng)力學(xué)包技術(shù)結(jié)合，包含了全套煉油反應(yīng)模型。可以模擬單體設(shè)備、單裝置模型或者全廠模型，借助多種狀態(tài)方程，將物料性質(zhì)進(jìn)行傳遞，利用豐富的因子參數(shù)模擬出實(shí)際結(jié)果，比較真實(shí)地模擬整個(gè)煉廠實(shí)際運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)全煉廠物料和能量平衡測(cè)算、物流組分性質(zhì)預(yù)測(cè)、傳遞和調(diào)和[3]。RFCC單裝置模型主要功能如下：1）軟件內(nèi)嵌功能強(qiáng)大的原油合成模塊，可根據(jù)煉廠所加工原油品種的原油評(píng)價(jià)報(bào)告在模型中合成原油數(shù)據(jù)文件或者根據(jù)裝置餾分反擬合出原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)；2）可以對(duì)RFCC裝置反再、分餾、吸收穩(wěn)定單元進(jìn)行模擬優(yōu)化，改變?cè)闲再|(zhì)和操作條件預(yù)測(cè)產(chǎn)品收率和性質(zhì)及硫、氮分布；3）模擬優(yōu)化裝置換熱網(wǎng)絡(luò)，找到換熱夾點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗；4）改變裝置操作條件，找出最佳生產(chǎn)方案，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理；5）使用模擬軟件可以找出裝置的生產(chǎn)瓶頸，為裝置的技術(shù)改造提供技術(shù)支撐。

2 重油催化裂化裝置工藝模型的建立

中國(guó)石化海南煉油化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱海南煉化）280×104t/a重油催化裂化裝置由SEI設(shè)計(jì)，提升管部分采用石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的多產(chǎn)異構(gòu)烷烴和丙烯的Maximizing Iso-Paraffins with Cleaner Gasoline and Propylene工藝（簡(jiǎn)稱MIPCGP），再生器采用重疊式兩段再生型式。加工的混合原料由常壓渣油、減壓渣油、加氫渣油、部分加氫蠟油組成。

2.1 FCC-SIM單裝置模型的建立

在FCC-SIM單裝置模型中設(shè)置好工程單位和時(shí)間單位，選擇與本裝置反再形式相匹配的再生器型式和分餾塔測(cè)線抽出物流，輸入設(shè)計(jì)條件：提升管、沉降器及再生器的設(shè)備尺寸，主要包括再生器稀相/密相直徑及體積；沉降器稀相/密相直徑及體積；提升管長(zhǎng)度和直徑；旋分器入口面積；還要輸入各自的熱損失等。

2.2 粗物料平衡轉(zhuǎn)換為細(xì)物料平衡

在MBP Input工作表中依次輸入液體進(jìn)料流量、性質(zhì)；氣體進(jìn)料流量、性質(zhì)和組成；各產(chǎn)品（干氣、液化氣、汽油、柴油、油漿）流量、性質(zhì)和組成數(shù)據(jù)；主風(fēng)量和煙氣組成。運(yùn)行程序，模型會(huì)將輸入的粗物料平衡計(jì)算轉(zhuǎn)換為凈收率。在MBP Result中檢查輸出的細(xì)物料平衡是否在合理范圍內(nèi)，合理性主要從反應(yīng)熱表現(xiàn)出來(lái)，若在一般常識(shí)范圍內(nèi)，即可認(rèn)為合理。關(guān)鍵是檢查再生煙氣組成分析計(jì)算得到的焦中氫在合理范圍內(nèi)，可基本上認(rèn)為是合理的。焦中氫量一般應(yīng)在6%wt～9%wt之間，不完全再生時(shí)再生煙氣中CO+CO2+O2之值應(yīng)在20%左右。

2.3 模型的標(biāo)定

將合理的細(xì)物料平衡結(jié)果復(fù)制到Calibration Input工作表中進(jìn)行模型的標(biāo)定，需要輸入原料和產(chǎn)品的性質(zhì)、產(chǎn)品收率、反再系統(tǒng)操作參數(shù)及收斂目標(biāo)、平衡催化劑和新鮮劑的分析數(shù)據(jù)、調(diào)節(jié)因子等。完成模型所需基本參數(shù)后即可運(yùn)行程序，自動(dòng)計(jì)算生成標(biāo)定結(jié)果。在Calibration Result中檢查標(biāo)定結(jié)果是否吻合裝置實(shí)際工況，如果偏差較大，可以調(diào)整調(diào)節(jié)因子得到合理、準(zhǔn)確的模型。

2.4 催化反再、分餾、穩(wěn)定Petro-SIM建模

完成FCC-SIM模型的標(biāo)定后，將標(biāo)定因子導(dǎo)入Petro-SIM模型中，選擇組分包和Peng-Robinson方程即可建立RFCC反再系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)模型并將各模型串聯(lián)起來(lái)完成全裝置建模。在Petro-SIM模型中可以對(duì)換熱器、塔、罐、泵、壓縮機(jī)等單設(shè)備進(jìn)行計(jì)算和全流程優(yōu)化測(cè)算，為生產(chǎn)優(yōu)化操作提供明確的指導(dǎo)。

3 重油催化裂化工藝模型的應(yīng)用

3.1 優(yōu)化RFCC反應(yīng)溫度

利用上述建立的催化裂化全路程模擬模型可以對(duì)催化裂化裝置的操作狀況進(jìn)行模擬，從而優(yōu)化裝置操作參數(shù)。反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)速率、產(chǎn)品分布和質(zhì)量、再生燒焦率和設(shè)備結(jié)焦都有很大影響，它是日常生產(chǎn)中調(diào)節(jié)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和改變生產(chǎn)方案的最主要的調(diào)節(jié)參數(shù)之一。在不改變?cè)狭髁俊⑿再|(zhì)和其他操作條件的情況下，每次改變提升管出口溫度1℃，使提升管出口溫度由500逐步提高到510℃，分析反應(yīng)溫度對(duì)裝置產(chǎn)品分布、性質(zhì)和轉(zhuǎn)化率的影響。見(jiàn)下表1。

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從上表1中可以看出，隨著提高反應(yīng)提升管出口溫度，反應(yīng)深度提高，干氣、液化氣收率逐步提高，生焦量也有所提高；柴油和油漿收率下降；汽油收率隨反應(yīng)溫度提高而提高，在506℃時(shí)達(dá)到峰值，隨后提高反應(yīng)溫度，汽油收率出現(xiàn)拐點(diǎn)逐步下降。

3.2 利用R-SIM校核PIMS催化裂化DB

表2

在現(xiàn)有的PIMS催化裂化裝置子模型Submodel中，僅將原料的物理性質(zhì)（密度、殘?zhí)俊⒘颉㈡嚒⑩C）與產(chǎn)品收率關(guān)聯(lián)，主要產(chǎn)品性質(zhì)在雜表中人為定義。原油性質(zhì)對(duì)全加氫型煉廠催化裂化原料影響程度非常大，為能真實(shí)反映催化裂化實(shí)際加工時(shí)的裝置負(fù)荷率、產(chǎn)品分布及性質(zhì)，2016年3月使用R-SIM重新標(biāo)定催化裂化DB，結(jié)果見(jiàn)下表2。

通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，使用R-SIM校核催化裂化DB后，原料密度增加0.01g/cm3，海南煉化DB變化趨勢(shì)及程度基本與三個(gè)案例相同，汽柴油趨勢(shì)有些不同主要可能體現(xiàn)在工藝類型的差別上。殘?zhí)吭黾?wt%，海南煉化、某企業(yè)2和某企業(yè)3的DB基本接近，與某企業(yè)1的變化趨勢(shì)有不同，可以認(rèn)為標(biāo)定生成的DB具有實(shí)用性。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）Petro-SIM全流程優(yōu)化軟件建立在Hysys基礎(chǔ)上并結(jié)合Profimatics動(dòng)力學(xué)包技術(shù)，具有較高準(zhǔn)確度。改變?cè)械膽{經(jīng)驗(yàn)管理的粗放模式，運(yùn)用“分子煉油”理念，模擬裝置實(shí)際工況，優(yōu)化操作參數(shù)，挖掘裝置潛力實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

（2）利用Petro-SIM校正催化裂化DB，使得生產(chǎn)計(jì)劃特別是催化裂化的排產(chǎn)更具科學(xué)和指導(dǎo)性，原油性質(zhì)在催化裝置進(jìn)料性質(zhì)及加工的傳遞更具真實(shí)性，雖然不能直接帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，但實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃排產(chǎn)上的管理創(chuàng)效，在后續(xù)原油采購(gòu)選擇及生產(chǎn)計(jì)劃安排上提高了準(zhǔn)確度。

[1]趙新強(qiáng).催化裂化裝置模擬與優(yōu)化[D].天津：天津大學(xué)化工學(xué)院，2012.

[2]鄒圣武.RSIM模型在煉油廠的應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2012，19(3)：25-29.

李昊（1985-），助理工程師，碩士，2012年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，從事催化裂化生產(chǎn)。