王弘歷，龔 燕，王廣河，郭 彥

（中國(guó)石油規(guī)劃總院，北京100083）

能效對(duì)標(biāo)是指企業(yè)為提高能效水平，與國(guó)際國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)企業(yè)能效指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，確定標(biāo)桿，通過管理和技術(shù)措施，達(dá)到標(biāo)桿或更高能效水平的實(shí)踐活動(dòng)［1］。隨著煉化企業(yè)對(duì)用能水平重視程度的顯著提升，通過能效對(duì)標(biāo)尋找企業(yè)之間的差距，進(jìn)而挖掘節(jié)能潛力的工作方法越來越受到重視。但是，由于不同裝置的原料性質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量要求、工藝流程等基礎(chǔ)條件不同，導(dǎo)致比較基準(zhǔn)不同，因而，不能簡(jiǎn)單地以裝置綜合能耗指標(biāo)作為對(duì)標(biāo)和節(jié)能挖潛的依據(jù)。對(duì)于連續(xù)重整裝置，國(guó)內(nèi)目前多采用UOP或IFP公司的專利技術(shù)，已有研究表明采用不同專利技術(shù)對(duì)裝置能耗的影響并不大［2］。因而，在進(jìn)行不同企業(yè)連續(xù)重整裝置能耗對(duì)比時(shí)，比較基準(zhǔn)的差別主要在于原料性質(zhì)和產(chǎn)品要求的不同。對(duì)于重整石腦油原料，實(shí)際生產(chǎn)中多采用芳烴潛含量（以下簡(jiǎn)稱芳潛）和芳構(gòu)化指數(shù)（N＋2A，N、A分別表示原料中環(huán)烷烴和芳烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）作為原料評(píng)價(jià)指標(biāo)。原料的芳潛或芳構(gòu)化指數(shù)越高，表明原料中環(huán)烷烴和芳烴含量越高，重整生成油的芳烴產(chǎn)量就越大、辛烷值越高。因此，可以利用原料的芳潛或芳構(gòu)化指數(shù)估算重整反應(yīng)操作條件、重整產(chǎn)率和產(chǎn)品辛烷值。但是，在相同的產(chǎn)品辛烷值要求下，上述參數(shù)能否有效表征裝置能耗大小尚無研究。本課題旨在研究一種新的原料表征指標(biāo)，用以關(guān)聯(lián)裝置能耗變化，為實(shí)現(xiàn)不同連續(xù)重整裝置能效的科學(xué)合理對(duì)標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

1 研究方法

實(shí)際生產(chǎn)中，同一套裝置的原料性質(zhì)和產(chǎn)品要求一般變化不大；而不同裝置的實(shí)際能耗數(shù)據(jù)由于操作條件不同等原因往往不能直接用于研究。通過軟件工具建立裝置模擬模型，則可以方便地控制裝置的原料性質(zhì)、產(chǎn)品要求和操作參數(shù)，因而在進(jìn)行原料性質(zhì)和產(chǎn)品要求對(duì)能耗影響的研究時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)。

首先利用英國(guó)先進(jìn)技術(shù)公司（KBC）的REFSIM重整反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和Petro－SIM流程模擬軟件，依據(jù)某煉油廠實(shí)際數(shù)據(jù)建立典型燃料型連續(xù)重整裝置模擬模型；然后在保持生產(chǎn)方案、工藝流程和操作條件不變的情況下，利用模型計(jì)算13種典型重整原料及5種產(chǎn)品辛烷值要求下裝置能耗的變化情況；進(jìn)一步研究常用原料評(píng)價(jià)指標(biāo)與裝置能耗間的關(guān)系，并基于對(duì)重整反應(yīng)過程的分析和數(shù)學(xué)回歸方法，提出一種新的原料評(píng)價(jià)指標(biāo)。研究所用的連續(xù)重整裝置模型包括預(yù)分餾、預(yù)加氫、重整反應(yīng)及產(chǎn)品穩(wěn)定單元，不包括芳烴抽提和芳烴精餾單元；主要操作條件為：重整反應(yīng)壓力0.35MPa，氫油摩爾比2.0，產(chǎn)品研究法辛烷值（RON）范圍95～102［3－5］。能耗計(jì)算依據(jù)GB/T 50441—2007的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，涵蓋了模型涉及的所有流程。

2 結(jié)果與討論

2.1 常用原料表征指標(biāo)與裝置能耗的關(guān)系

在重整汽油RON為95的條件下，計(jì)算得到的裝置能耗與原料芳潛和芳構(gòu)化指數(shù)的關(guān)系見圖1和圖2。由圖1和圖2可見，圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)分布的規(guī)律性較差，采用線性回歸獲得的決定系數(shù)分別為0.108 8和0.434 3，說明芳潛和芳構(gòu)化指數(shù)不能很好地表征原料性質(zhì)對(duì)裝置能耗的影響。這是因?yàn)榉紳摵头紭?gòu)化指數(shù)只能說明生產(chǎn)芳烴的可能性，在同樣的生產(chǎn)條件和產(chǎn)品辛烷值要求下，實(shí)際的芳烴轉(zhuǎn)化率主要取決于環(huán)烷烴的分子結(jié)構(gòu)［6］，同時(shí)也受到烷烴芳構(gòu)化反應(yīng)的影響。不同分子結(jié)構(gòu)的環(huán)烷烴和烷烴的轉(zhuǎn)化率有所不同，并且苯、甲苯等芳烴產(chǎn)物的辛烷值差別也較大。因此，即使兩種芳潛或芳構(gòu)化指數(shù)接近的原料進(jìn)行重整反應(yīng)后達(dá)到同樣的產(chǎn)品辛烷值要求，其產(chǎn)氫率和C5＋液體收率仍可能有所不同，導(dǎo)致反應(yīng)能耗及后續(xù)分餾部分能耗不同，從而引起裝置總體能耗指標(biāo)的不同。

圖1 重整原料芳潛與裝置能耗的關(guān)系

圖2 重整原料芳構(gòu)化指數(shù)與裝置能耗的關(guān)系

由于芳潛、芳構(gòu)化指數(shù)等常用的原料評(píng)價(jià)指標(biāo)不能很好地將原料性質(zhì)與裝置能耗進(jìn)行關(guān)聯(lián)，因此需要對(duì)原料組成與裝置能耗之間的關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步的研究，建立新的原料評(píng)價(jià)指標(biāo)及其與裝置能耗間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為更加合理地開展裝置能效對(duì)標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

2.2 新的原料表征指標(biāo)及其與裝置能耗的關(guān)系

通過分析重整反應(yīng)機(jī)理可知，重整汽油產(chǎn)品辛烷值的提高主要是由生成芳烴的反應(yīng)貢獻(xiàn)的，而生成芳烴的主要反應(yīng)有六元環(huán)烷烴脫氫反應(yīng)、五元環(huán)烷烴脫氫異構(gòu)化反應(yīng)以及烷烴脫氫環(huán)化反應(yīng)，這3類反應(yīng)均為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，且反應(yīng)熱值相近，如環(huán)己烷脫氫生成苯的反應(yīng)熱為221kJ/mol，正己烷脫氫環(huán)化生成苯的反應(yīng)熱為266kJ/mol［6］。因此，原則上來說，重整原料中芳烴含量越少，產(chǎn)品達(dá)到相同辛烷值所需的反應(yīng)熱越多、裝置能耗越大。同時(shí)，由于部分烷烴會(huì)發(fā)生異構(gòu)化、少量烷烴會(huì)發(fā)生氫解和加氫裂化等放熱反應(yīng)，對(duì)于芳烴含量相近而環(huán)烷烴含量相差較大的重整原料，裝置能耗仍然會(huì)有一定的差別。因此重整裝置能耗主要受到原料中芳烴含量的影響，同時(shí)也因環(huán)烷烴（或鏈烷烴）含量不同而有所變化。

考慮到環(huán)烷烴、鏈烷烴中發(fā)生芳構(gòu)化反應(yīng)的主要組分為C6～C10組分，本研究針對(duì)C6～C10范圍內(nèi)芳烴、環(huán)烷烴、鏈烷烴含量進(jìn)行了多種形式組合，建立了不同的原料評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過回歸分析各評(píng)價(jià)指標(biāo)與裝置能耗數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，篩選獲得了可以較好地關(guān)聯(lián)原料性質(zhì)與裝置能耗的新的重整原料表征指標(biāo)（R），即：式中：A為原料中芳烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；N和P分別為C6～C10環(huán)烷烴和鏈烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

原料指標(biāo)R與裝置能耗的回歸關(guān)系見圖3。從圖3可以看出，指標(biāo)R與裝置能耗之間有明顯的線性相關(guān)性，采用線性回歸獲得二者的關(guān)系式為：y＝－kx＋b，決定系數(shù)為0.970 2，擬合精度較高，可以有效關(guān)聯(lián)原料性質(zhì)對(duì)裝置能耗的影響。

圖3 指標(biāo)R與裝置能耗的關(guān)系

進(jìn)一步從物理意義上分析，A/（N＋P）為原料中芳烴和C6～C10非芳烴的相對(duì)含量，A/（N＋P）越大，說明原料中芳烴相對(duì)含量越高，達(dá)到同樣辛烷值所需發(fā)生的反應(yīng)越少，因而能耗越低。在數(shù)學(xué)處理上，指標(biāo)采用比值形式可以更好地體現(xiàn)芳烴和主要非芳烴含量不同對(duì)能耗的影響。

以原料的R值為自變量，分別考察不同產(chǎn)品辛烷值要求下該指標(biāo)與裝置能耗的關(guān)系，結(jié)果見圖4。由圖4可見，在不同的產(chǎn)品辛烷值要求下，本研究提出的原料性質(zhì)表征指標(biāo)R均與裝置能耗呈現(xiàn)較好的關(guān)聯(lián)性，可以作為表征原料性質(zhì)對(duì)裝置能耗影響的參數(shù)。

圖4 不同產(chǎn)品辛烷值要求下重整裝置能耗與原料指標(biāo)R的關(guān)系產(chǎn)品RON：◆—95；■—97；▲—99；▲—101；●—102

建議在開展連續(xù)重整裝置能效對(duì)標(biāo)時(shí)，首先計(jì)算裝置的原料R值，進(jìn)而在與本裝置原料R值、產(chǎn)品辛烷值均較為相近的裝置中選擇先進(jìn)的能耗指標(biāo)作為對(duì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，這樣獲得的對(duì)標(biāo)結(jié)果能夠更加客觀地反映裝置的用能水平，可為裝置用能水平差距分析和企業(yè)節(jié)能管理提供更有效的指導(dǎo)。

3 結(jié)束語

常用的原料評(píng)價(jià)指標(biāo)（芳潛和芳構(gòu)化指數(shù)）不能有效地關(guān)聯(lián)原料性質(zhì)與裝置能耗間的關(guān)系?；谥卣磻?yīng)過程分析和數(shù)學(xué)回歸方法提出的原料評(píng)價(jià)指標(biāo)R（A/（N＋P）），可以有效反映不同原料性質(zhì)對(duì)裝置能耗的影響；在相同產(chǎn)品辛烷值要求下，可以作為不同連續(xù)重整裝置之間能效對(duì)標(biāo)的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)參數(shù)。

［1］ 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)司.重點(diǎn)耗能行業(yè)能效對(duì)標(biāo)指南［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2009：3－5

［2］ 張方方.連續(xù)重整裝置的能耗淺析［J］.石油煉制與化工，2008，39（5）：67－70

［3］ 李成棟.催化重整裝置技術(shù)問答［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2010：9－12

［4］ 林世雄.石油煉制工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000：469－485

［5］ 鮑偉.連續(xù)重整裝置設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇［J］.石油化工，2006，35（3）：182－186

［6］ 徐承恩.催化重整工藝與工程［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2006：96－103