鄭文剛

（中國石油化工集團公司煉油事業(yè)部，北京100728）

目前，我國煉油行業(yè)經過快速發(fā)展，面臨產能過剩，柴油消費見頂，市場競爭劇烈的局面。同時，產品質量升級步伐加快、節(jié)能環(huán)保要求日趨嚴格，煉廠只有綜合運用各種優(yōu)化手段，挖潛增效，才能提高競爭能力。

1 煉廠生產過程中存在的主要問題

目前，不同煉廠在生產過程中存在的問題不同，綜合大部分煉廠情況，共性問題如下。

1.1 原油性質波動大，不利于裝置穩(wěn)定、優(yōu)化運行

大部分煉廠缺乏原油調合設施，由于原油品種多，且到廠不均勻，造成原油性質波動大，對長周期穩(wěn)定和優(yōu)化運行不利。

1.2 加工高含硫原油存在瓶頸

部分煉廠由于設備材質未升級，常減壓、催化裂化硫含量設防值低，造成原油選擇困難，煉廠不得不采購低硫中間基調和高含硫中間基、環(huán)烷基原油，導致原油成本偏高。部分低硫渣油進延遲焦化或渣油加氫加工，降低了煉廠的效益。

1.3 重油加工不優(yōu)化

由于滿足渣油加氫進料要求的原油可選范圍有限，在生產實際中，為了保證裝置長周期運行，摻渣率往往低于設計值，造成部分渣油進焦化，損失效益。和渣油加氫配套的重油催化生產運行方案不優(yōu)化，造成催化劑金屬污染失活、水熱失活嚴重，產品分布不理想。大部分常減壓裝置都沒有達到減壓深拔的標準，導致延遲焦化進料殘?zhí)考s20%，減壓渣油TBP切割點只有540～545℃，重蠟油進延遲焦化生焦，損失效益。油漿沒有較好的深加工路線，出廠的不含稅價很低，甚至是負值。

1.4 連續(xù)重整開工不足

目前，連續(xù)重整是煉廠效益最好的裝置之一，但受原油加工量、原油成本限制，部分煉廠連續(xù)重整不能滿負荷運行。

1.5 用氫成本高，節(jié)氫潛力較大

以氫氣利用率為95%的煉廠為例，若噸原油耗純氫10.03 kg，按11 000元/噸純氫計算，噸原油用氫成本110元，超過了外購燃動和輔材的總費用。目前，大部分煉廠燃料氣中H2含量超過 20%（v），少數煉廠燃料氣中H2含量超過35%，氫氣利用率低于90%。氫氣系統優(yōu)化往往注重含氫氣體回收，較少關注源頭優(yōu)化、很少開展梯級利用、更沒有深入思考氫回收裝置是否設置合理。

1.6 柴油消費見頂，出廠困難

柴油消費見頂下滑，同時質量升級加快。為了滿足十六烷值和多環(huán)芳烴含量的要求，催化柴油的后路加工是關鍵。近年來，涌現了LTAG[1]、FD2G、RLG、MHUG-Ⅱ、催化柴油制PX原料、催化柴油調船用燃料油等技術，但仍存在技術適用性、成熟度等問題。

1.7 汽油質量升級進一步加快，航空煤油產能和規(guī)劃需求之間的缺口較大

國Ⅵ B乙醇汽油不能調入MTBE，芳烴、烯烴、蒸汽壓指標進一步降低。短時間內MTBE裝置改造為疊合裝置、新建烷基化裝置等壓力較大。航空煤油產能和規(guī)劃需求之間的缺口較大，受冰點限制，靠提高干點的措施增產手段有限，需規(guī)劃建設或改造裝置，把部分直餾柴油轉化成航空煤油。

1.8 存在重視局部利益，犧牲全局利益的問題

煉廠之間在原油、產品出廠等方面存在資源分配不優(yōu)化的問題。煉廠內部存在多目標優(yōu)化，目標之間相互影響，影響整體效益。如提高裝置分離效率和降低能耗；提高單裝置液收、輕收、高價值產品收率和提高全廠效益；降低催化裂化劑耗和提高轉化率的目標相互影響。如有些煉廠只要求增加催化汽油收率，卻不考慮由此而付出的代價；有的只考核裝置的生產成本，如能耗、劑耗，而不考核邊際效益。

2 煉廠優(yōu)化加工的思路和對策

針對上述問題，建議在原油采購、原油調和與加工、加工方案制定、裝置操作、產品結構優(yōu)化、產品調和、氫氣利用、燃料、蒸汽動力系統等方面深入開展優(yōu)化增效工作。從降本和增效兩方面入手，一方面降低原料和生產成本，降低噸油成本；另一方面優(yōu)化產品結構，提高噸產品價值。具體思路如下。

2.1 原油采購和加工優(yōu)化

原油采購的品種和數量、采用何種加工方案是煉廠加工優(yōu)化的首要問題。盡管原油成本在加工成本中占比最大，但并不意味著原油成本越低，效益越好，需綜合考慮操作成本、產品結構及長周期運行風險等因素。線性規(guī)劃（LP）及煉油全流程優(yōu)化（Petro-SIM桌面煉油廠）模型是目前解決該類優(yōu)化問題的主要工具。LP模型求得優(yōu)解后，可以獲得邊際油種和影子價格、產品盈利能力和靈敏度分析等，而桌面煉油廠模型則可根據動力學模型更加準確地計算產品分布和產品性質。

LP模型和桌面煉油廠模型需要相互配合。應用LP模型解決原油、庫存、裝置負荷、產品配合約束等問題，應用桌面煉廠模型解決加工流程優(yōu)化、裝置操作優(yōu)化、產品調和優(yōu)化等問題。LP需要準確的裝置子模型才能較好地反映原料和操作條件變化后，產品收率和性質的變化。國際上通常用動力學模型生成LP模型所需數據[2]，國外先進公司的LP模型帶有詳細的裝置子模型，國內企業(yè)的LP模型在這方面差距較大。

2.2 原油調和

進常減壓裝置原油性質如API、硫、酸值、水含量穩(wěn)定是煉廠優(yōu)化加工的重要保障。應用原油調和技術[3]，穩(wěn)定原油性質，有利于常減壓及后續(xù)裝置平穩(wěn)運行。也為常減壓及后續(xù)裝置實施先進控制（APC）和在線實時優(yōu)化（RTO）等調優(yōu)手段創(chuàng)造條件。

2.3 加工流程優(yōu)化

煉廠的加工流程中重油平衡、石腦油平衡、柴油平衡、氫氣、燃料、酸性氣系統平衡對煉廠盈利能力影響很大。不少煉廠在裝置設防值以及上述平衡方面存在瓶頸，從而限制了加工原油的品種和數量，提高了原油成本，有的可能影響開工負荷，最終影響盈利能力。因此，在規(guī)劃階段，要十分重視加工流程優(yōu)化。

2.4 重油加工路線優(yōu)化

重油加工路線優(yōu)化是煉廠提高經濟效益的關鍵。首先是催化裂化、固定床渣油加氫、沸騰床、漿態(tài)床渣油加氫、溶劑脫瀝青、延遲焦化、瀝青的原料優(yōu)化。其次是這些裝置的操作條件優(yōu)化。原則是能進催化摻渣的原料不去其他裝置；延遲焦化的原料盡可能劣質化；飽和烴和芳烴含量高的劣質渣油進溶劑脫瀝青，通過該裝置，一方面產出優(yōu)質的渣油加氫原料，另一方面劣質化延遲焦化原料；渣油加氫原料要控制金屬和殘?zhí)亢?；沸騰床和漿態(tài)床可以加工劣質渣油，為此原料要適當劣質化；根據重油平衡和效益測算情況，決定瀝青的產量。

建議煉廠應用Petro-SIM桌面煉油廠模型，對重油加工路線開展效益測算對比，據此動態(tài)調整重油加工路線。如渣油去焦化、溶劑脫瀝青以及產瀝青的效益對比；降低渣油加氫摻渣比，長周期運行和渣油加氫高苛刻度運行，縮短運行周期的效益對比等。

重油走脫炭路線的煉廠，建議開展減壓深拔改造，提高減壓拔出率。延遲焦化要在高苛刻度、短燒焦周期工況下運行。如焦化要提高加熱爐出口溫度、降低循環(huán)比和降低焦炭塔壓力。目前，焦化加熱爐在附墻燃燒、爐管在線清焦、轉油線保溫、低循環(huán)比、焦化分餾塔洗滌段改造提高洗滌效果等方面都有成熟的技術可以應用。溶劑脫瀝青主要是要優(yōu)化溶劑組成及抽提操作條件（溫度和溶劑比），在考慮脫油瀝青流動性的基礎上，提高脫瀝青油收率。

重油走加氫路線的煉廠，建議優(yōu)化渣油加氫運行周期。在確定運行周期后，再優(yōu)化催化劑級配、優(yōu)化原料和操作苛刻度的匹配關系。在一個運行周期內盡可能提高渣油脫雜質能力，使得壓降、熱點、高換結垢等情況平穩(wěn)變化。渣油加氫加強原料中Fe、Ca含量的監(jiān)控，控制反應器壓降的上升。

催化裂化的優(yōu)化方向是提高摻渣能力，優(yōu)化產品分布，提高汽油辛烷值桶收率。建議重油催化設計時要優(yōu)選再生器結構，選擇適應原料殘?zhí)看笥?.5%的再生形式，如逆流兩段再生，在犧牲部分能效和操作性能的情況下，盡可能做大裝置摻渣能力；優(yōu)選提升管出口快分形式，避免非計劃停工；優(yōu)選原料碰嘴，提高霧化性能，降低生焦和干氣收率；優(yōu)化原料預熱溫度、再生器密相溫度、提升管出口溫度等操作條件，優(yōu)化反應苛刻度。催化劑配方要具備較好的抗V、Fe污染性能，較好的重油裂化性能以及較低的生焦選擇性，較高的汽油選擇性，如應用氣相超穩(wěn)分子篩等。

油漿的深加工有多種工藝路線，目前正在研究油漿脫固措施，一旦突破，則油漿的深加工效益顯著。

2.5 石腦油加工優(yōu)化

石腦油優(yōu)化加工的原則是“宜烯則烯，宜芳則芳，宜油則油”。少數油化一體化煉廠建設了石腦油吸附分離裝置，同時優(yōu)化了乙烯和重整原料。有些煉廠建設了輕烴回收系統，輕石腦油供乙烯，重石腦油供重整。由于重石腦油初餾點提高，明顯減少了無效組分進重整，為重整提高處理量和優(yōu)化操作創(chuàng)造了較好的條件。

石腦油加工已經步入分子煉油領域，原料表征以及動力學模型均較成熟。建議利用原油評價、LP模型和Petro-SIM桌面煉油廠模型，優(yōu)化不同石腦油的加工方案，如重整原料初餾點、干點、重整苛刻度、重整、PX和歧化加工負荷、歧化進料比例、C7芳烴和C9芳烴調和汽油的量優(yōu)化，對比分析不同石腦油加工路線的經濟性。

連續(xù)重整裝置的優(yōu)化方向是提高處理量，提高反應溫度和降低氫油比。連續(xù)重整在高負荷、高苛刻度下遇到的主要問題是四合一爐負荷高、重整反應器催化劑貼壁、待生催化劑炭含量高，再生負荷高、重整生成油干點高，膠質含量高，造成成品汽油干點超；白土更換頻率高等。

針對四合一爐加熱爐負荷不足的問題，可以通過4個反應器入口溫度的調整，優(yōu)化四合一爐各加熱爐負荷，同時也可以適當降低氫油比。有煉廠通過加熱爐的改造，更換部分加熱爐火嘴，成功消除了瓶頸[4]；針對待生催化劑炭含量高的問題，優(yōu)化控制重整原料的初餾點和干點，實現重整原料的清晰切割，減少重整原料中無效和不利的組分，如C5烷烴、C6烷烴、甲基環(huán)戊烷以 及重組分等；操作上也可優(yōu)化水氯平衡、反應溫度、氫油比和再生燒焦。針對生成油干點和膠質高的問題，在二甲苯塔后增設分離塔，該塔塔頂和側線調和汽油，塔底調和柴油。增設該塔后，連續(xù)重整就可以提高原料干點到172～174℃，反應溫度也可以提高至525℃以上；針對白土更換頻繁問題，目前已有非臨氫和臨氫2種技術實現烯烴飽和，大大降低白土更換頻率或完全不用白土。

2.6 氫氣系統優(yōu)化

煉廠用氫不優(yōu)化主要表現在氫氣利用率不高，氫源和氫阱的匹配不優(yōu)化。

現有的氫氣平衡表是簡單的產耗平衡表，從中很難發(fā)現深層次問題。應對氫氣流量計進行溫度、壓力和分子量校正；統計氫源的供氫流量、壓力、氫氣組成（特別是甲烷的含量）、去向和去量，除產氫裝置外，臨氫裝置高低分氣也是氫源。氫阱要列出反應器入口氫氣組成和壓力要求、循環(huán)氫壓縮機的流量、壓比和功耗；列出現有管網的壓力等級、氫源和氫阱的匹配；列出現有氫氣回收或提純裝置的產能、回收率、氫純度、原料和產品的來源和去向以及操作費用。在上述基礎上，根據氫氣夾點理論[5]，確定氫氣系統的夾點及夾點處氫氣純度。根據氫氣夾點理論，如果把夾點之上的氫氣回收提純，那么氫回收裝置不僅沒有必要，而且還造成浪費。如連續(xù)重整氫氣進PSA回收提純，而一般企業(yè)的氫氣夾點純度都小于92%，因此，不僅沒有必要，而且還造成PSA尾氣氫排放損失。而把夾點之下的氫氣回收提純，則可節(jié)約氫氣，如部分煉化一體化企業(yè)，催化干氣回收了富乙烯氣后返回煉廠做燃料，在經濟合理的情況下，可考慮回收催化干氣中的氫氣。

氫氣系統優(yōu)化的原則是氫源和氫阱要根據流量、壓力和純度情況，按照壓力、純度梯級利用的要求進行匹配。煉廠受限于裝置逐步改造，并沒有根據這些原則從整體上很好地優(yōu)化氫氣系統。表現是氫氣“高質低用”或“低質高用”，如柴油加氫、汽油加氫、航空煤油加氫使用99%的純氫；乙烯氫含有較高濃度的甲烷，卻補充入渣油加氫、加氫裂化；航空煤油、汽油、柴油、蠟油、渣油加氫以及加氫裂化裝置循環(huán)氫純度和氫油比普遍控制較高，造成含氫氣體量大，氫氣含量高。建議用動力學模型和非線性整數規(guī)劃相結合的方法來解決氫源和氫阱的匹配問題。

氫氣管網在數學上使用超結構建模，并使用非線性規(guī)劃算法求解，其中臨氫裝置反應器模型可采用簡化或機理模型。優(yōu)化的目標函數是單位純氫的產氫裝置原料成本＋產氫裝置操作費用＋臨氫裝置操作費用＋氫回收裝置操作成本總和最小。在目標函數中，要加入產品質量、設備、工藝和流程約束。

2.7 燃料、蒸汽和動力系統優(yōu)化

燃料、蒸汽和動力系統優(yōu)化需要運用整體優(yōu)化的方法解決。國外咨詢公司有一種優(yōu)化的方法是對每套工藝裝置進行夾點分析，并建立全廠蒸汽動力系統模型（含鍋爐、燃料、發(fā)電機及經濟評價），然后采用Total Site技術，給出全廠公用工程夾點[6]。在此基礎上提出各裝置發(fā)汽或用汽的優(yōu)化方案，基本原理是工藝物流發(fā)生壓力等級更高的蒸汽，工藝物流用壓力等級更低的蒸汽，直到蒸汽和工藝物流換熱溫差達到或接近夾點溫差，再用全廠蒸汽動力系統模型評估全廠蒸汽平衡，優(yōu)化燃料結構和用量，優(yōu)化熱電比，使得效益最大化。最后給出技術改造的路線圖，對系統和裝置需要改造的部分列出時間節(jié)點，細化每個改造方案。蒸汽動力系統模型也可以實時在線運行，根據煤、天然氣、燃料氣、液化氣不同的等熱值價格、不同鍋爐、汽機的效率、不同的熱電比等實時調整燃料、動力和汽機系統運行模式，實現燃料成本最優(yōu)。

2.8 降低柴油產量，增產汽油和航空煤油

國內成品油消費市場，決定了當前和今后煉廠的產品結構優(yōu)化方向是壓減柴油、增產汽油和航空煤油。

催化柴油芳烴和氮含量高、密度大、十六烷值低，加氫精制困難，是柴油池中性質最差的組分。目前，催化柴油的加工有多種技術，如部分催化柴油摻入渣油加氫、蠟油加氫、加氫裂化；應用LTAG、FD2G、RLG、催化柴油制PX原料、催化柴油調和船用燃料油等技術。2020年后，船用燃料油硫含量將小于0.5%，視船用燃料油的價格，可調入部分催化柴油，降低柴油產量。對于催化加工量占原油加工量30%及以下的煉廠，柴汽比要降到1.0以下，要進一步考慮直餾柴油的轉化。通過柴油和航煤清晰切割，常減壓和加氫裂化裝置可以增產航煤，降低柴油產量。通過柴油切輕，壓入蠟油進催化裂化或加氫裂化，可以進一步降低柴油產量。

汽油增產主要以建設烷基化裝置、提高重油轉化深度、優(yōu)化催化產品分布、優(yōu)化石腦油加工路線為主，催化柴油和直餾柴油的轉化為輔。S-Zorb裝置優(yōu)化操作對降低催化汽油的RON損失很重要，生產上主要優(yōu)化反應溫度、氫油比、吸附劑循環(huán)量、吸附劑硫差、吸附劑活性來降低RON損失。

航空煤油增產主要措施是依靠技術進步，建設直餾柴油轉化裝置產航煤，現有裝置可以提高常一線、加氫裂化航空煤油的干點以及優(yōu)化加氫裂化催化劑級配；提高常一和常二線分離精度以及加氫裂化航空煤油和加氫裂化柴油的分離精度。

2.9 局部和整體利益優(yōu)化

煉廠優(yōu)化的方向是追求整體利益最大化。單裝置優(yōu)化應為整體利益服務，如識別長周期安全平穩(wěn)運行的風險，提前采取措施。日常運行過程中要加強高風險和關鍵部位、薄弱點的監(jiān)控，及時采取措施解決。煉廠的經濟責任制考核方法是生產優(yōu)化的風向標，要科學合理制定，維護全局利益。

3 結論

1）煉廠優(yōu)化的主要方向在原油和氫氣成本的降本側及產品結構優(yōu)化的增效側兩方面。

2）利用先進工具，如LP模型和桌面煉油廠模型，做好總流程規(guī)劃、原油采購和加工優(yōu)化是煉廠優(yōu)化運行的首要課題。

3）建設原油調和設施，對于煉廠長周期、穩(wěn)定和優(yōu)化運行具有重要作用。

4）重油加工路線優(yōu)化、石腦油加工路線優(yōu) 化、降低柴汽比、增產汽油和航空煤油是煉廠優(yōu)化產品結構，提升經濟效益的關鍵。

5）推廣氫氣夾點理念，深入開展氫氣系統優(yōu)化。降低含氫氣體排放、提高含氫氣體回收率、推進不同壓力和濃度等級的氫氣串級利用，是降低煉油用氫成本的有效措施。

6）燃料、蒸汽和動力優(yōu)化是一項復雜的系統工程，要結合裝置換熱網絡、蒸汽動力系統模型和全廠公用工程夾點分析來開展工作。