基于rsim模型的原油加工工藝優(yōu)化研究

基于rsim模型的原油加工工藝優(yōu)化研究

1重油加工裝置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化目前，原油資源的全球變化趨勢(shì)是混合和重質(zhì)化，對(duì)原油的需求呈現(xiàn)出一種平等和清潔的發(fā)展趨勢(shì)。因而,重油加工路線優(yōu)化成為煉油企業(yè)的重要課題。而煉廠重油加工裝置涉及到催化裂化裝置、延遲焦化裝置、溶劑脫瀝青裝置等,在這些現(xiàn)有重油加工裝置結(jié)構(gòu)中,如何借助有效模擬軟件,定量地優(yōu)化匹配重油物料加工流向,是煉廠實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的根本。RSIM模型軟件是目前唯一能進(jìn)行煉油全流程模擬的軟件,本文主要通過煉油技術(shù)分析并運(yùn)用RSIM模型,開展重油加工路線優(yōu)化與實(shí)踐。2治理正常值的裝置中國(guó)石化系統(tǒng)某煉化公司是一家具有500×104t/a原油綜合加工能力的燃料型煉油廠,主要包括常減壓、催化裂化、延遲焦化、溶劑脫瀝青、連續(xù)重整、汽油加氫、航煤加氫、柴油加氫、油漿拔頭等煉油裝置(見表1)。其中,常減壓裝置全部加工儀長(zhǎng)管輸原油,初常頂油作為重整裝置原料,常一線作為航煤加氫裝置原料,減壓蠟油進(jìn)催化裂化裝置,減壓渣油進(jìn)延遲焦化裝置和溶劑脫瀝青裝置加工。2.2原油的供給情況該公司加工的儀長(zhǎng)管輸原油為30%勝利原油和70%進(jìn)口原油的混合原油,原油殘?zhí)恐翟?%~8%,硫含量在0.75%~1.0%,API度在24~27,原油總體偏重、偏劣質(zhì)。由表1和表2可知,按照常減壓裝置1.45×104t/d的加工能力,渣油主要通過焦化裝置和溶劑脫瀝青裝置(溶脫裝置)加工,減壓蠟油、焦化蠟油和溶脫蠟油(脫瀝青油)等蠟油組分全部進(jìn)入兩套催化裝置加工,裝置處理能力仍有部分裕量。溶脫裝置的脫油瀝青原作為化肥合成氣化原料,現(xiàn)與重油漿調(diào)合生產(chǎn)普通瀝青出廠。3裝置工藝選擇對(duì)照裝置加工結(jié)構(gòu),蠟油和渣油可選擇的加工路線主要有三條:①減壓渣油和部分催化油漿進(jìn)焦化裝置,即焦化路線。②催化裝置在加工全部蠟油的情況下,摻煉部分渣油,即催化路線。③在提高溶脫裝置處理量的前提下,有兩種選擇路線:(a)脫油瀝青與重油漿調(diào)合生產(chǎn)瀝青,即瀝青路線;(b)降低焦化裝置渣油加工量,摻煉部分脫油瀝青,即脫油瀝青進(jìn)焦化路線。3.2重油催化劑的性質(zhì)結(jié)合圖1中不同的重油加工裝置特點(diǎn),以及表3中的不同重質(zhì)組分性質(zhì),對(duì)不同的加工路線作如下技術(shù)分析:重油在熱轉(zhuǎn)化過程中,飽和分和芳香分最不穩(wěn)定,飽和分主要發(fā)生裂解反應(yīng),芳香分和膠質(zhì)既發(fā)生裂解反應(yīng)又發(fā)生縮合反應(yīng),瀝青質(zhì)則具有強(qiáng)烈的縮合傾向。芳香分和膠質(zhì)在熱轉(zhuǎn)化過程中可能產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的二次瀝青質(zhì)。輕質(zhì)產(chǎn)物主要來自于飽和分和芳香分的裂解反應(yīng),膠質(zhì)也占一定的比例。焦炭大都來自于膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的縮聚。因此,如何優(yōu)化重質(zhì)油中的芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)化方向,是改善產(chǎn)品分布的主要途徑。①重油加工裝置中,相對(duì)焦化裝置和溶脫裝置,催化裝置對(duì)原料性質(zhì)要求苛刻,要求殘?zhí)恐怠?%,(Ni+V)含量≯25mg/kg。根據(jù)表3可知,渣油的殘?zhí)恐岛椭亟饘俸慷驾^高,因此催化原料需以減壓蠟油為主。而Ⅰ套重油催化裝置在消化焦化蠟油和溶脫蠟油后,也只能部分摻煉渣油。②焦化裝置對(duì)原料適應(yīng)范圍寬,但產(chǎn)品分布不理想,應(yīng)以原料劣質(zhì)化為主,加工減壓渣油、脫油瀝青。同時(shí)摻煉部分催化油漿的做法,主要基于重油膠體結(jié)構(gòu)理論。該理論認(rèn)為,其分散相為瀝青質(zhì)分散介質(zhì)為膠質(zhì)和芳香分及飽和分的混合物;且在體系中,瀝青質(zhì)、膠質(zhì)和油分、芳香度要連續(xù)分布形成一個(gè)梯度,否則易發(fā)生瀝青質(zhì)聚沉現(xiàn)象,產(chǎn)生焦的前身物;而重油熱轉(zhuǎn)化時(shí)膠體分散狀態(tài)將被破壞。因此,為了緩和打破這一分散狀態(tài),摻煉部分芳烴含量高、且組成介于減壓渣油和脫油瀝青的催化油漿,可減少瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化為焦的傾向,一定程度上緩解石油焦的產(chǎn)生。③溶劑脫瀝青裝置是重油的非化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化加工裝置。該裝置具備渣油脫金屬、脫硫和脫瀝青的功能。由表3可以看出,溶脫蠟油的殘?zhí)恐?、四組分和重金屬性質(zhì)顯著改善,且該工藝過程沒有化學(xué)反應(yīng),僅有物理分離,不改變分子結(jié)構(gòu)。溶脫蠟油中飽和烴是長(zhǎng)鏈的芳烴組分,是僅次于減壓蠟油的裂化性能較好組分。脫油瀝青的組成主要是芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì),其飽和烴含量很低,可裂化性極差。因其瀝青質(zhì)含量高,是有效改善道路瀝青高溫性能的重要組分,是調(diào)合生產(chǎn)道路瀝青的硬組分。同時(shí),因其裂化性能差,熱加工時(shí)只能進(jìn)入焦化裝置,且提高了焦化原料劣質(zhì)化程度。因此,通過溶劑脫瀝青裝置溶劑物理分離的原料,能較好地滿足催化和焦化裝置不同反應(yīng)特點(diǎn)需求,并最大限度增加輕質(zhì)油產(chǎn)品。④從催化油漿性質(zhì)看,其可裂化性能差,但經(jīng)過油漿拔頭裝置分離后,輕油漿基本是柴油組分,進(jìn)入催化分餾系統(tǒng)直接得到輕油產(chǎn)品。而重油漿組分,其初餾點(diǎn)高,四組分中飽和烴低,芳烴含量高,易滿足道路瀝青的蠟含量、閃點(diǎn)和軟化點(diǎn)等指標(biāo)要求,是調(diào)合瀝青的較好軟組分。因此,部分油漿經(jīng)過油漿拔頭裝置處理,可以增加其附加值。因兩套催化裝置原料不同,催化油漿的性質(zhì)差異較大。Ⅱ套催化油漿相對(duì)Ⅰ套催化油漿而言,飽和烴含量較高,瀝青質(zhì)含量低,裂化性能較好,因此優(yōu)先滿足焦化裝置摻煉量,余量進(jìn)入油漿拔頭裝置。3.3催化劑的重油加工工藝優(yōu)化結(jié)果通過上述的技術(shù)分析,并結(jié)合裝置加工能力,確定5種加工方案進(jìn)行定量比較?；緱l件:原油加工量為1.45×104t/d,每月外購(gòu)料為1.5×104t,溶脫拔出率為50%,重油漿與脫油瀝青調(diào)合比例為3∶7;97號(hào)汽油、航煤和二甲苯等高價(jià)值產(chǎn)品產(chǎn)量固定。方案1:焦化路線,作為基準(zhǔn)方案。焦化裝置以最大負(fù)荷生產(chǎn),其余渣油進(jìn)溶脫裝置,生產(chǎn)的脫油瀝青與重油漿調(diào)合道路瀝青。方案2:脫油瀝青調(diào)合道路瀝青路線。相對(duì)方案1而言,增加瀝青產(chǎn)品4000t/月,催化裝置不摻煉渣油,多余渣油進(jìn)焦化裝置。方案3:脫油瀝青進(jìn)焦化路線。焦化裝置摻煉脫油瀝青18t/h,摻煉催化油漿4t/h。方案4:催化路線。Ⅰ套催化裝置在加工蠟油的情況下,摻煉渣油10t/h,溶脫裝置負(fù)荷及瀝青產(chǎn)量與方案1相同,多余渣油進(jìn)焦化裝置。方案5:組合工藝路線。Ⅰ套催化裝置摻煉渣油10t/h,焦化裝置摻煉溶脫瀝青18t/h,降低焦化渣油處理量和瀝青產(chǎn)量。運(yùn)用煉油全流程優(yōu)化軟件RSIM模型,測(cè)算出上述5個(gè)方案的產(chǎn)品產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益,以及方案與方案5的產(chǎn)品收率,和優(yōu)化后的蠟油、渣油物料平衡(見表4~表6)。由表5可以得出以下幾個(gè)觀點(diǎn):①方案2~方案4分別采取不同的調(diào)整措施,與基準(zhǔn)方案1相比都有提升效益的空間。從方案4可知,單位渣油進(jìn)催化裝置加工增效顯著。方案5是組合了方案2~方案4的各項(xiàng)措施,其增效最大。②在兩種價(jià)格體系下,2014年1月的價(jià)格體系與2011年1月相比,液體產(chǎn)品價(jià)格提高,而石油焦和瀝青產(chǎn)品價(jià)格反而下跌,所以將重油轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品是增效的主方向;另外,從價(jià)格體系變化可知,同樣是液體產(chǎn)品,汽油相對(duì)柴油價(jià)格增幅更大即降低柴汽比更有利于增效。說明優(yōu)化重油加工路線、擴(kuò)大催化裝置處理量,發(fā)揮溶脫裝置效能,降低焦化負(fù)荷,可以最大限度增加液體產(chǎn)品,是提高經(jīng)濟(jì)效益的根本手段。③由表4可知,優(yōu)化后方案5的輕質(zhì)油收率比優(yōu)化前方案1上升0.99個(gè)百分點(diǎn),石油焦和瀝青產(chǎn)率分別下降0.71和1.29個(gè)百分點(diǎn),目的產(chǎn)品分布得到顯著改善。且結(jié)合表2與表6可知,在原油處理量相同情況下,經(jīng)重油加工路線優(yōu)化后,焦化裝置處理量由119×104t/a降到103×104t/a,催化裝置處理量由206×104t/a升到223×104t/a;溶脫裝置處理量由24×104t/a升到42×104t/a。上述技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析,論證了方案5,即:“催化裂化-溶劑脫瀝青-延遲焦化-油漿拔頭”組合路線為最優(yōu)的重油加工路線。在催化裝置消化全部蠟油有能力富余的前提下,渣油優(yōu)先進(jìn)入催化裝置加工;其后渣油進(jìn)入溶脫裝置加工,做大溶脫裝置處理量;在焦化裝置操作許可條件下,盡可能多地?fù)綗捗撚蜑r青,剩余脫油瀝青與油漿拔頭裝置的重油漿調(diào)合道路瀝青,最后考慮渣油進(jìn)焦化裝置加工。某公司實(shí)施“催化裂化-溶劑脫瀝青-延遲焦化-油漿拔頭”重油組合工藝以來,焦化裝置摻煉脫油瀝青控制在15~19t/h范圍,催化裝置摻煉渣油在7~10t/h以內(nèi)。為此,以該運(yùn)行期數(shù)據(jù)與上年同期數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。4.1催化裝置與焦化裝置原料介質(zhì)化的差異按照組合工藝要求,通過做大溶脫裝置負(fù)荷,將Ⅰ套催化裝置和焦化裝置原料劣質(zhì)化,兩套裝置的密度、殘?zhí)?、金屬含量都有較大幅度增加,四組分中的芳烴、膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量增加,見表7。4.2原料品質(zhì)下的性能隨著原料的劣質(zhì)化,Ⅰ套催化裝置和焦化裝置產(chǎn)品分布變差,液體產(chǎn)品收率下降,干氣和生焦量加大,與原料劣質(zhì)化的趨勢(shì)相一致,見表8。4.3石油組合工藝減少了0.11個(gè)點(diǎn),柴汽比下降了2.10個(gè)點(diǎn)從表9可知,實(shí)施組合工藝后,汽油、煤油、柴油合計(jì)收率上升1.42個(gè)百分點(diǎn),同時(shí)柴汽比下降了0.11,也進(jìn)一步證明了重油組合工藝有助于改善液體產(chǎn)品中汽油、柴油比例。另外,石油焦+瀝青收率下降了2.27個(gè)百分點(diǎn),好于模型模擬數(shù)據(jù)。按2014年價(jià)格測(cè)算,加工每噸原油增加效益63元。5投料方案調(diào)整①提高瀝青產(chǎn)品等級(jí)。目前,該工藝在實(shí)際應(yīng)用中不能生產(chǎn)如AH-70等型號(hào)的高等級(jí)道路瀝青,只能生產(chǎn)普通的60號(hào)道路瀝青,主要是針入度比和實(shí)驗(yàn)后延度兩指標(biāo)控制不穩(wěn)定,見表10。由于該公司原油完全來自儀長(zhǎng)管輸油,實(shí)行原油品種優(yōu)化配伍的可能性不大,因此只能進(jìn)一步從調(diào)整溶脫裝置拔出率,以及優(yōu)化脫油瀝青與重油漿的調(diào)合比例等方面開展工作。②繼續(xù)提高裝置的苛刻度。在一年的實(shí)踐應(yīng)用中,為保證焦化裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行,焦化裝置原料殘?zhí)恐蛋床淮笥?4%控制。表5中的方案6測(cè)算結(jié)果表明,當(dāng)焦化裝置摻煉脫油瀝青提至23t/h時(shí)企業(yè)整體效益會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大。下一步要在保證安全運(yùn)行情況下,繼續(xù)開展提高裝置苛刻度的探索,進(jìn)一步減少石油焦和瀝青產(chǎn)量。③增加加氫裝置完善組合工藝。該組合工藝中焦化蠟油堿氮高,且溶脫蠟油性質(zhì)相對(duì)減壓蠟油而言較為劣質(zhì)。由文獻(xiàn)可知,進(jìn)催化裝置加工的渣油和蠟油組分經(jīng)過加氫處理后,有助于改善催化進(jìn)料性質(zhì),可以繼續(xù)擴(kuò)大催化裝置摻煉溶脫蠟油和渣油量,并會(huì)明顯改善催化裝置的產(chǎn)品分布。④石油焦作為一種低價(jià)值產(chǎn)品,為解決其出路以及發(fā)揮最大利用價(jià)值,可以參考文獻(xiàn),將部分石油焦摻煉至煤制氫裝置作為制氫原料,也是該重油加