利用PIMS模型優化煉油廠裝置的柴汽比

陳志遠

（福建聯合石油化工有限公司，福建泉州，362000）

受國際原油市場價格低位震蕩、國內外經濟增速放緩、國內柴油成品油市場日趨飽和、下游市場需求疲軟等因素影響，柴油市場的需求放緩。面對市場壓力，在加快供給側結構性改革的驅動下，優化產品結構，降低柴汽比，增產汽油滿足市場需求，是企業增效的重要手段［1]。石化企業根據市場需求結構的發展趨勢及時調整生產方案，才能順應市場形勢，獲得最大的經濟效益。

1 降低柴汽比潛力分析

柴汽比指的是煉油企業柴油產量和汽油產量的比值。降低柴汽比需要從增產汽油、航煤和化工原料入手，簡單有效的方法就是提高催化、重整等裝置負荷，降低柴油加氫裝置負荷。但在裝置加工負荷受限后，要進一步降低柴汽比，就要從更深層次分析，合理安排物料流程走向，結合原油餾程切割、煉油流程走向優化生產方案。

PIMS（Process Industry Modeling System）模型是實現此優化目標的有效工具。主要優化考慮從2 個方面著手：（1）優化裝置原料組分切割，按照“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餾程組分，減少組分重疊度，降低柴油組分原料量；（2）優化組分的加工路線，由于原油性質的不同，石腦油餾分性質不同，不同二次加工裝置產出的石腦油組分性質也不盡相同［2]。針對不同性質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，異構烷烴更適合作為汽油調和組分，而環烷烴則適合作催重整的原料［3]，合理安排石腦油流程走向，增產汽油。

1.1 降低柴油產能

煉化企業的柴油產品主要通過柴油加氫精制、加氫裂化、催化裂化等裝置的運行獲得。降低柴油產量必須從減產柴油加氫原料、優化加氫裂化原料結構入手，從源頭上降低柴油精制裝置進料量：降低柴油加氫裝置的運行負荷，安排加氫裂化加工常三線、減一線，提高加氫裂化原料，增產化工原料，對加氫裂化裝置實施技術改造生產航煤，降低柴油產品收率。同時對催化裝置進行原料優化，催化裝置增產汽油，最低化催化柴油產量，達到降低柴油產量的目標。

1.2 提高汽油產能

實施增產汽油的技術措施是降低柴油比的重要措施。催化汽油、半再生重整汽油占汽油調合組分的76.7%，其他調合組分（MTBE、芳烴汽油、甲苯、抽余油）約占23.3%。在裝置安全平穩運行、產品質量合格的前提下提高催化裝置汽油收率，提高汽油產量；通過優化輕烴回收石腦油餾程范圍切割，增加連續重整、半再生重整原料的生產方案考慮，達到預期的汽油增產目標。

2 降低柴汽比的技術措施

2.1 優化輕烴回收石腦油切割范圍及加工方案

輕烴回收石腦油切割點的不同，PONA 組分和芳潛含量的不同，進乙烯裂解和連續重整反應后，產品結構不同，經濟效益不同：降低重石腦油的初餾點和終餾點，有利于增產高價值苯，但導致汽油產量減少；輕石腦油終餾點降低，有利于提高乙烯收率；提高重石腦油初餾點和終餾點，有利于增產汽油，但導致苯產量減少，同時輕石腦油終餾點提高，乙烯收率降低。因此需要以效益最大化為目標，選擇最合適的餾程范圍，石腦油切割做到“宜烯則烯、宜芳則芳、宜油則油”。

利用PIMS模型對輕烴石腦油組分進行逐段切割測算發現，輕烴回收塔底重石腦油50%回收點高達160 ℃，干點185 ℃，作為連續重整原料，催化劑生焦率高，同時芳潛低，不適合產PX，不適合作為連續重整原料；作為乙烯原料，乙烯收率低，經濟性差，適合半再生重整裝置生產高辛烷值汽油。PIMS 優化測算后，原設計乙烯原料的塔底重石優化為半再生重整原料，生產LPG、輕石腦油、高辛烷值重整汽油等組分，輕烴回收塔底重石作為半再生重整裝置原料的產品分布見表1。

表1 半再生重整裝置塔底重石原料產品分布

從表1 可以看出，重整汽油收率高達73.14%，預計全年可以增產汽油180 kt/a。

2.2 催化裂化裝置實施LTAG技術改造

受柴油出廠銷量限制，柴油升級到國Ⅵ，催化裂化裝置柴油由于十六烷值低無法滿足質量升級要求，需尋找解決方案。經PIMS模擬測算，催化實施采用LTAG 工藝技術改造，將催化裂化劣質柴油轉化為高辛烷值汽油或輕質芳烴的新技術，有效降低公司的柴汽比。采用石油化工科學研究院的LTAG 技術，將催化裝置催化輕柴送至加氫處理裝置，改質后LCO 送至催化裂化裝置提升管反應器底部柴油噴嘴，最小化催化裂化裝置柴油產量，裝置實施LTAG技術改造前后物料平衡見表2。

表2 催化裂化裝置實施LTAG技術改造前后物料平衡

由表2 可知，采用LTAG 技術后，催化裂化裝置汽油產率增幅7.83%，催化柴油收率降幅為12.57%，預計全年增產汽油27.5 kt/a，可以減產柴油44 kt/a，LTAG 可降低催化柴油產量，增加汽油產量，降低柴汽比，柴油品質得到改善。其中催化LCO 多環芳烴含量由38.7%下降到7.5%，油品密度由943.1 kg/m3下降到896.6 kg/m3，十六烷指數提高7.7，改質后的柴油通過催化裝置裂解后，催化汽油中的烯烴增加1.55，芳烴增加0.23，汽油的辛烷值增加0.6，產品附加值得到提高。

2.3 增產化工原料，降低柴油產量

2.3.1 常三線、減一柴油作原料該加氫裂化裝置原料為減壓輕蠟，實際生產中，由于柴油銷售約束，原油加工負荷偏低，長期只有60%，使得加氫裂化裝置原料短缺，負荷較低。經過PIMS測算，將常三線和減一線并入LVGO，增加加氫裂化原料，提高加氫裂化負荷，增產化工原料，對公司提高原油加工負荷，降低柴汽比作用效果非常明顯，2013年大修改造后，將常三線、減一線柴油經流量計計量后，引至常減壓裝置輕質蠟油去加氫裂化管線上，作為加氫裂化裝置原料。既降低了柴油產量，又彌補了加氫裂化裝置原料的不足。常三線、減一線柴油作加氫裂化裝置原料后，主要轉化為干氣、液化氣、石腦油、航空煤油等組分，其中，液化氣、輕石腦油和尾油可作乙烯裂解原料，增加乙烯裝置負荷；重石腦油可作重整裝置原料，增產重整汽油及PX 產品，航空煤油可作為成品直接出廠。在反應器床層溫度不變情況下，常三線、減一柴油作加氫裂化裝置原料的產品分布情況見表3。

表3 常三線、減一柴油作加氫裂化裝置原料的產品分布

由表3 可見，常三線柴油經加氫裂化后，轉化為干氣、液化氣、石腦油和航空煤油的比重達62.51%，增加了石腦油和航空煤油產量。常三線、減一柴油進加氫裂化裝置流量80 t/h，減產柴油438 kt/a，同時增產重整裝置原料182 kt/a。

2.3.2 催化重柴作加氫裂化裝置原料用PIMS 模型模擬測算，催化重柴改為加氫裂化原料，既提高催化裂化裝置負荷增產汽油，降低柴汽比，又提高加氫航煤芳烴含量。2015年檢修改造時，將催化裂化重柴引至加氫裂化裝置作原料。既解決加氫裂化裝置原料不足，又解決了催化重柴的去路。催化裂化柴油經加氫裂化反應的產品分布見表4。

表4 催化重柴作加氫裂化裝置原料的產品分布

由表4可見，柴油經加氫裂化反應后，干氣、液化氣、石腦油和航空煤油收率達53. 51%，減少柴油產量同時，增加了石腦油和航空煤油產量。催化裂化柴油進加氫裂化裝置流量按20 t/h，可減產柴油93.7 kt/a，同時增產重整裝置原料45.6 kt/a。

2.4 柴油加氫實施MHUG改造，生產乙烯原料

800 kt/a柴油加氫精制裝置主要原料是催化柴油、直餾柴油。為減少柴油產量、增加化工料產率，經PIMS 測算，2015年將原800 kt/a 柴油加氫精制裝置更換催化劑改造為多產化工原料的柴油加氫改質MHUG 裝置，生產乙烯原料。改造后，裝置將加工低氮直餾柴油原料，生產部分石腦油以及加氫改質柴油，以降低柴油產量、滿足重整裝置和乙烯裂解裝置對原料的需求，可以測算出加氫裂化柴油作乙烯裂解原料時，乙烯收率為23%～25%，丙烯收率為14%～16%，加工效益較好，同時又可大幅降低柴油產量，MHUG裝置產品分布見表5。

表5 MHUG裝置產品分布

由表5 可知，MHUG 裝置按照乙烯原料方案生產，負荷按照60 t/h 計算，可增產石腦油75 kt/a，減產柴油約395 kt/a。

3 結論

通過應用PIMS 模型對裝置進行測算，實施優化石腦油加工流程，將輕烴回收塔底重石改做半再生重整原料，生產汽油；催化裂化裝置同時實施LTAG 技術改造，增產催化裂化裝置原料，增產汽油；再用常三、減一線柴油作為加氫裂化原料；柴油加氫實施MHUG 改造，生產乙烯原料，減產柴油等措施，有效地降低了柴汽比，在低原油加工負荷下，滿足乙烯、芳烴2 套化工裝置的高負荷運行。截至2019年12月，在不增加和減少原油加工負荷的條件下，柴汽比由原來的2.3降至1.36，比設計值降低了50%，減產柴油約970.7 kt/a，同時增產汽油、石腦油、航空煤油及乙烯裂解原料約510 kt/a。