催化裂化回煉原料的優(yōu)化與實踐

周從雨

（中國石化滄州分公司，河北滄州 061000）

某單系列“燃料油型”煉廠主要裝置有350萬t/a常減壓、100萬t/a催化裂化、120萬t/a延遲焦化、160萬t/a柴油加氫、15萬t/a半再生重整、90萬t/a S Zorb吸附脫硫、5萬t/a聚丙烯、30萬t/a氣分、2萬m3/h制氫、5萬t/a MTBE及相應(yīng)配套設(shè)施。催化裂化裝置采用MIP工藝，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)為同軸式，設(shè)計原料為勝利和阿曼等原油的減壓蠟油、減壓渣油和焦化蠟油混合原料。2016年以來隨著劣質(zhì)原油加工方案的實施，催化裂化原料減少，煉廠嘗試采用分儲分煉的方式將石蠟基減壓渣油作為催化裂化原料進行回煉，并得到成功應(yīng)用；同時通過流程改造，實現(xiàn)了焦化石腦油進催化裂化裝置改質(zhì)。2017年以來由于柴油市場愈發(fā)低迷，車用普通柴油產(chǎn)品的市場需求明顯減少，造成常一線和加氫后的輕循環(huán)油（加氫LCO）等柴油組分成為了催化裂化回煉的備選原料。因此，在確保催化裂化裝置滿負荷運行的前提下，利用優(yōu)化軟件優(yōu)化催化裂化原料改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，達到全廠效益最大化具有重要的現(xiàn)實意義。目前煉油優(yōu)化軟件主要有兩類，一類是以PIMS為代表的基于線性規(guī)劃技術(shù)的模型；另一類是以RSIM為代表的基于流程模擬的非線性模型。文章在分析不同回煉原料對催化裂化產(chǎn)品收率和性質(zhì)影響的基礎(chǔ)上，研究利用RSIM軟件中的優(yōu)化器和PIMS軟件對催化裂化原料進行優(yōu)化，以期獲得全廠效益最大化。

1 回煉原料對催化裂化產(chǎn)品的影響分析

優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是優(yōu)選回煉原料的重要目的之一，從表1中給出的不同回煉原料的產(chǎn)品收率可以看出，按汽油＋液化氣總收率由高到低的順序為：常一線＞焦化石腦油＞加氫輕循環(huán)油＞分煉減渣。不同回煉原料對催化裂化產(chǎn)品質(zhì)量的影響及實際可回煉量是加工過程中需要考慮的重要因素。

1.1 石蠟基減渣

石蠟基減渣具有金屬含量高、密度大、殘?zhí)几摺⒃诖呋鸦磻?yīng)中未氣化重油分子比例大等特點[1]，摻渣比例高會造成催化劑中毒、燒焦量大、加工量降低以及產(chǎn)品收率變差等不良后果。通過實踐探索，按6%進行摻渣的催化裂化原料中鎳＋釩含量6.5 μg/g，殘?zhí)迹?%，對催化原料無明顯影響[2]，結(jié)合每月分煉原油量，石蠟基減渣原料量平均最大為6 000 t/m。因摻渣比低，催化裂化產(chǎn)品性質(zhì)無明顯變化。石蠟基減渣與催化裂化混合原料性質(zhì)見表2。

表1 不同催化原料回煉的產(chǎn)品收率 %（w）

表2 石蠟基減渣與催化裂化混合原料性質(zhì)

1.2 加氫輕循環(huán)油

加氫輕循環(huán)油是利用煉廠柴油加氫裝置在生產(chǎn)車用普通柴油的閑置時間，通過調(diào)整反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和空速等工藝參數(shù)選擇性地將LCO中的多環(huán)芳烴定向加氫，轉(zhuǎn)化為環(huán)烷基苯后送至特定儲罐進行儲存，擇機進催化裂化提升管底部LTAG專用噴嘴進行回煉，加氫LCO中的烷基苯進行開環(huán)裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為高辛烷值汽油[3]（見圖1）。由于加氫裝置采用間歇式生產(chǎn)加氫輕循環(huán)油，最大回煉量為6 000 t/m。

圖1 加氫循環(huán)油技術(shù)反應(yīng)路徑

1.3 常一線餾分油

常一線餾程一般為150～225℃（95%點），其中150～205℃的汽油餾分占80%，進催化裂化提升管回煉可增產(chǎn)汽油，但對汽油辛烷值影響較大。該煉廠常一線單獨或與加氫輕循環(huán)油混合進提升管底部LTAG專用噴嘴進行回煉，最大回煉量5 000 t/m。

1.4 焦化石腦油

焦化石腦油進催化裂化裝置改質(zhì)已在多家煉廠應(yīng)用，但回煉焦化汽油后催化汽油的辛烷值會明顯降低[4]，使焦化汽油的回煉量受到限制，進催化裂化重油進料噴嘴中最大量為2 200 t/m。

2 催化裂化回煉原料的優(yōu)化

2.1 催化裂化回煉原料效益計算方法

催化裂化裝置產(chǎn)品效益的最大化與煉廠整體效益增加存在著正向關(guān)系，因此可在以催化裂化產(chǎn)品效益為導(dǎo)向的基礎(chǔ)上測算煉廠整體效益。以催化裂化裝置產(chǎn)品為基準：

上述計算公式相當于多元函數(shù)求解最大值，手工計算很難得到最佳配比值。利用RSIM軟件內(nèi)嵌優(yōu)化器設(shè)置各回煉原料量的變化范圍、原料與產(chǎn)品價格，以催化裂化最大燒焦量為限制條件，回煉原料產(chǎn)生的效益為目標函數(shù)，可自動計算出對催化裂化裝置的局部最優(yōu)解。表3是常壓原油加工量為23萬t/m的情況下，按2018年4月產(chǎn)品價格體系結(jié)合主要裝置運行成本，利用優(yōu)化器進行優(yōu)化的結(jié)果。

表3 回煉原料優(yōu)化情況 萬 t/m

2.2 催化裂化回煉原料優(yōu)化

表4是利用PIMS軟件對表3中兩種方案進行測算的結(jié)果。由表4可以看出，方案優(yōu)化后高附加值產(chǎn)品丙烯增加0.05萬t/m，汽油增加0.13萬t/m，石腦油和柴油也有所增長，低附加值產(chǎn)品燃料油產(chǎn)量減少0.56萬t/m，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到改善，產(chǎn)品收入增加788萬元/月，噸油效益增加33.7元/t。

3 催化裂化原料優(yōu)化的實踐

因缺少航煤加氫及催化柴油改質(zhì)等裝置，隨著普通柴油配置計劃的不斷減少以及3#粗白油的停產(chǎn)，低十六烷值的常一線和輕循環(huán)油組分僅能以低附加值燃料油形式外銷。為改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，煉廠以效益最大化為目標，自2017年12月起根據(jù)產(chǎn)品配置計劃、催化裂化裝置加工負荷及產(chǎn)品價格變化等情況，利用RSIM和PIMS軟件及時進行測算，調(diào)整催化裂化回煉原料的種類及比例。2018年1季度與2017年同期相比，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到改善，液化氣、丙烯及汽油收率均增加，柴油產(chǎn)量下降，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化合計增加效益3 861萬元（見表5）。

表4 優(yōu)化前后主要外銷產(chǎn)品情況對比 萬t/m

4 結(jié)論

利用流程模擬軟件RSIM中的優(yōu)化器，將不同催化回煉原料量作為變量，每種原料最大可回煉量與催化燒焦負荷作為限制條件，效益為目標函數(shù)，可快速計算出催化回煉原料最佳組合方式。結(jié)合PIMS軟件對組合方式進行論證分析，可為煉廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化及效益提高提供依據(jù)。通過實踐，煉廠2018年一季度與2017年同期相比液化氣、丙烯及汽油收率增加，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化合計增加效益3 861萬元。

表5 2018年一季度與2017年同期效益對比

續(xù)表