李昊 汪加民 李寧（中國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KBC公司開發(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軟件模型簡介

該模型以Hysys Refinery界面為基礎(chǔ)，將圖形化過程模擬器與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?？梢阅M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算、物流組分性質(zhì)預(yù)測、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價(jià)數(shù)據(jù)；2）可以對RFCC裝置反再、分餾、吸收穩(wěn)定單元進(jìn)行模擬優(yōu)化，改變原料性質(zhì)和操作條件預(yù)測產(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

中國石化海南煉油化工有限公司（以下簡稱海南煉化）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，若在一般常識范圍內(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)起來完成全裝置建模。在Petro-SIM模型中可以對換熱器、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。在不改變原料流量、性質(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)溫度對裝置產(chǎn)品分布、性質(zhì)和轉(zhuǎn)化率的影響。見下表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)?、硫、鎳、釩）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)果見下表2。

通過比較可以發(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變化趨勢及程度基本與三個(gè)案例相同，汽柴油趨勢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

（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。改變原有的憑經(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)。