徐寶平

(中國石油化工股份有限公司金陵分公司，江蘇 南京 210033)

為了追求更高的生產(chǎn)效率，煉油技術(shù)管理水平也需要日臻完善。計量統(tǒng)計得到的生產(chǎn)裝置的物料平衡(即產(chǎn)品收率)數(shù)據(jù)是煉油廠進行效益分析、市場測算和引導(dǎo)煉廠發(fā)展方向的重要依據(jù)。除了計量校驗之外，煉油廠在長年累月的生產(chǎn)中，還采用日平衡、月平衡的方法對計量數(shù)據(jù)加以驗證。但是，不可否認的是，煉油廠物料品種多，品種差異大，計量器具型號種類紛繁復(fù)雜，因此建立可信的單裝置和煉廠全流程的物料平衡是一項艱巨的系統(tǒng)性工作。部分物料如催化裂化的燒焦量、延遲焦化的焦炭產(chǎn)量，都是用反推法進行估算的，是煉油行業(yè)長期存在的計量管理薄弱環(huán)節(jié)，也是技術(shù)管理中久攻未克的難題。

在現(xiàn)有以標準器具校驗計量儀表的基礎(chǔ)上，用油品的碳、氫數(shù)量加以校驗，是對現(xiàn)有計量統(tǒng)計校驗的重要補充，更是進行煉油過程深度精算的重要手段。

1 分餾塔側(cè)線產(chǎn)品的規(guī)律

烴分子的主要成分是碳、氫，相對分子質(zhì)量是烴類物質(zhì)各原子量的總和。石油及石油煉制過程中的各物料，都是以碳原子為骨架的復(fù)雜烴類混合物，常用平均相對分子質(zhì)量來表征其組分的輕重。

石化產(chǎn)品中，平均相對分子質(zhì)量由小到大的烴類組分有干氣、液化氣、石腦油、汽油、柴油、蠟油和渣油。相對分子質(zhì)量最小的組分為常壓下的氣體類烴，如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和丙烯。理想的汽油組分是以7～10個碳原子為骨架的異構(gòu)烴類混合物；而理想的柴油則是以14～20個烷烴類碳原子為骨架的烷烴類混合物。蠟油、渣油的碳原子數(shù)則依次逐步增加，烴類組成也愈加復(fù)雜。

在煉油生產(chǎn)過程中，分餾塔是最為普遍采用的分離設(shè)備。分餾塔的原理是依據(jù)進料中各組分沸點的不同，在分餾塔自上而下的側(cè)線中，分別得到相對分子質(zhì)量由小到大的不同組分。如在0.12 MPa、120 ℃的分餾塔塔頂，可以得到煉廠氣、液化氣和汽油組分；在0.13 MPa、240～340 ℃的分餾側(cè)線，可以得到柴油組分；在0.005 MPa、240 ℃的分餾塔中部可以得到蠟油組分；剩余的相對分子質(zhì)量最大、組分最重的渣油組分從分餾塔塔底抽出。常減壓蒸餾裝置的流程和產(chǎn)品如圖1所示。

圖1 煉油廠常減壓蒸餾裝置分餾塔側(cè)線產(chǎn)品示意

各裝置分餾塔側(cè)線產(chǎn)品具有如下規(guī)律。

(1)單分餾塔側(cè)線相對分子質(zhì)量、碳原子數(shù)和碳氫比變化的規(guī)律

依據(jù)分餾原理，分餾塔自上而下，碳原子數(shù)、相對分子質(zhì)量和碳氫比逐步增加，且受分餾塔操作壓力和操作溫度限制，相對分子質(zhì)量、碳原子數(shù)和碳氫比都有限制值。

(2)常減壓蒸餾、延遲焦化和催化裂化分餾塔側(cè)線產(chǎn)品碳氫比的變化規(guī)律

常減壓干氣、液化氣中多是飽和烴，氫含量高；延遲焦化干氣、液化氣中富含烷烴和烯烴，氫含量居中;催化干氣、液化氣中富含烯烴，氫含量低。

常減壓直餾汽油中直鏈烷烴多，氫含量高；而延遲焦化汽油中直鏈烷烴和烯烴含量居中氫含量居中；催化汽油中異構(gòu)辛烷烴含量高，氫含量低。

常減壓直餾柴油中直鏈烷烴多，氫含量高；而延遲焦化柴油也是直鏈烷烴多，少含烯烴，氫含量居中；催化柴油中異構(gòu)烷烴、芳烴含量高，柴油密度大，氫含量低。

上述規(guī)律是在進行碳氫比調(diào)整和物料平衡調(diào)整時必須嚴格遵從的重要規(guī)律。

2 由裝置產(chǎn)品收率測算石油產(chǎn)品碳氫比的方法

依據(jù)物料平衡計算產(chǎn)品碳氫比的邏輯關(guān)系如圖2所示，其中虛線部分為從收率測算產(chǎn)品碳氫比的邏輯關(guān)系，虛線外部為從碳氫比計算非典型工況物料平衡的邏輯關(guān)系。

圖2 測算邏輯關(guān)系

其測算原理是依據(jù)

“分餾塔側(cè)線產(chǎn)品物性規(guī)律”，即分餾塔自上而下的側(cè)線產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量、碳原子數(shù)、氫原子數(shù)逐漸增加。先起草一個初步的原料和產(chǎn)品的碳氫比數(shù)據(jù)表。然后再核算原料和產(chǎn)品的碳、氫是否平衡，如不平衡，則需要在“分餾塔側(cè)線產(chǎn)品物性規(guī)律”的基礎(chǔ)上，調(diào)整原料和產(chǎn)品的碳氫比數(shù)據(jù)。這種調(diào)整是極其細致的，不是個別數(shù)據(jù)的單獨調(diào)整，而是系列數(shù)據(jù)的整體的非線性調(diào)整。

關(guān)于非線性調(diào)整方法，因涉及復(fù)雜的計算公式，幾種調(diào)整方法如圖3所示，圖3中橫坐標為分餾塔塔頂、側(cè)和底部產(chǎn)品按照10等份的分布；縱坐標為分餾塔塔頂、側(cè)和底部產(chǎn)品的數(shù)量百分比。

(a)組分小幅向輕組分調(diào)整 (b)組分小幅向輕、重兩邊調(diào)整 (c)組分小幅向重組分調(diào)整

調(diào)整中不斷觀察原料與產(chǎn)品碳、氫平衡的差值是否越來越小，如果不是則需要改變調(diào)整的方向。具體的調(diào)整方法如表1所示。

表1 原料與產(chǎn)品碳、氫不平衡原因分析

選擇上述不同的調(diào)整方法的原則是：物料平衡表中碳、氫平衡的差異越小，則表示調(diào)整方向是正確的,最終將得到最接近正確的碳氫比。

表2為基于某石化公司催化裂化裝置年度累計的物料平衡及計算所得的碳、氫、硫平衡計算。

依據(jù)表2催化裂化物料平衡及碳、氫平衡數(shù)據(jù)測算的產(chǎn)品物性數(shù)據(jù)如表3所示，其中液態(tài)烴的碳氫比比較接近金惠蕓等對石腦油進行測量的碳氫比[1]。

表2 催化裂化裝置物料平衡及碳、氫平衡 %

表3 催化裂化裝置分餾塔側(cè)線產(chǎn)品相對分子質(zhì)量及碳氫比

3 由產(chǎn)品碳氫比校驗產(chǎn)品收率的方法

3.1 典型工況

從某一產(chǎn)品收率數(shù)據(jù)表測算產(chǎn)品碳氫比的過程中，若出現(xiàn)產(chǎn)品碳氫比嚴重不符合分餾塔上下產(chǎn)品的物性規(guī)律或不同裝置間類似物性規(guī)律的時候，就可以判斷該產(chǎn)品收率數(shù)據(jù)存在錯誤。通過調(diào)整各產(chǎn)品的收率數(shù)據(jù)，可以得到更可信的產(chǎn)品收率數(shù)據(jù)。

面臨修正相對分子質(zhì)量、碳氫比和收率的選擇時，若分餾塔側(cè)線產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量、碳氫比與上下游、分餾塔上下側(cè)線產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量、碳氫比一致，則收率也是可信的，不需要修改。若相對分子質(zhì)量和碳氫比與上下游、分餾塔上下側(cè)線產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量、碳氫比嚴重不符時，則修正收率是唯一選擇。表4是催化裂化燒焦率調(diào)整后，才能達到碳、氫平衡的示例。

表4 催化裂化裝置物料平衡調(diào)整 %

3.2 非典型工況

在生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量不變的前提下，遵循上述分餾塔自上而下側(cè)線產(chǎn)品的物性規(guī)律，用可靠的產(chǎn)品碳氫比，可以測算出裝置非典型工況的產(chǎn)品收率。如催化裂化100%渣油條件下的生焦率可以達到28%；100%催化油漿條件下，延遲焦化的焦炭產(chǎn)率可以達到50%。這些都是裝置非典型工況，難以用裝置的運行數(shù)據(jù)標定，但是用碳、氫平衡的方法可以得到比較可信的測算結(jié)果，是進行深入技術(shù)分析的重要參考依據(jù)。

4 結(jié)論

用產(chǎn)品特定的、較固定的碳氫比對計量統(tǒng)計的物料平衡進行校核，是從原有的單因素校驗到三因素校驗的重大進步，具有深遠的積極意義。

(1)從可靠的單裝置物料平衡數(shù)據(jù)表可以測算出可靠的單裝置產(chǎn)品碳氫比數(shù)據(jù)。

(2)從可靠的多裝置物料平衡數(shù)據(jù)表可以測算出可靠的多裝置產(chǎn)品碳氫比數(shù)據(jù)。

(3)多裝置之間的物性差異能顯示出工藝原理差異和產(chǎn)品性能的差異。

(4)從可靠的單裝置產(chǎn)品碳氫比數(shù)據(jù)可以測算出非典型工況的單裝置物料平衡數(shù)據(jù)。

(5)單裝置碳、氫平衡法可以作為石化工藝模擬軟件的核心工具。