許育鵬，章群丹，房 ，時圣潔，李宏亮，李志松

(1.中石化石油化工科學研究院有限公司，北京 100083；2.中國石化廣州分公司)

近年來,我國原油進口依存度逐年走高。2022年,我國進口原油總量達0.51 Gt,進口依存度高達71.2%[1]。一般而言,煉油企業(yè)的原油采購費用占煉油總成本的90%以上[2],國際知名石化公司,如Exxon-Mobil、BP等大多采取集約化、規(guī)模化、一體化運營,力求降低成本、提高經(jīng)濟效益。由于歷史原因,這些公司對上游油氣資源有非常強的掌控能力,其在提高經(jīng)濟效益方面相對國內(nèi)企業(yè)有著獨特的先天性優(yōu)勢。其原因主要體現(xiàn)在以下兩點:一方面,在原油采購環(huán)節(jié),不論是原油品種、原油數(shù)量、還是原油價格都能夠保障長期穩(wěn)定性;另一方面,在原油加工環(huán)節(jié),基于原油來源穩(wěn)定,可以在整體上對原油資源進行優(yōu)化分配,從而確保其煉油廠加工的原油品種相對固定,保障煉油廠總流程和裝置操作能夠得到深度優(yōu)化,充分提升企業(yè)效益。相比之下,國內(nèi)煉油企業(yè)的原油資源優(yōu)化經(jīng)常得不到保證,導致效益損失。

針對這一共性問題,中石化石油化工科學研究院有限公司(簡稱石科院)將原油評價數(shù)據(jù)庫、原油近紅外光譜庫、原油快速評價技術和先進計算方法結合在一起,開發(fā)出配方原油技術。其技術核心是利用先進算法,將2～3種原油進行組合,形成多種性質與目標原油相似的調合配方原油供煉油廠選擇利用。在煉油廠應用配方原油技術時,首先根據(jù)煉油廠裝置、工藝、催化劑等方面的特點,提出適合其加工的目標原油[3]。目標原油可以是煉油廠設計時選定的原油,也可以是根據(jù)產(chǎn)品結構選擇的最適合煉油廠加工的理想油種,還可以是通過流程優(yōu)化軟件模擬優(yōu)化出的原油,或者是各種性質有一定變化區(qū)間的虛擬原油。配方原油技術建立了從目標原油確定、配方計算、效益評估、全流程模擬以及原油評價驗證等一系列流程規(guī)范。在煉油廠工業(yè)生產(chǎn)前,可利用配方原油技術基于流程優(yōu)化軟件進行物料平衡和經(jīng)濟效益核算,從眾多配方中篩選出若干種進行可加工性能評價,優(yōu)選出合適的配方原油,由煉油廠安排原油采購、原油調合和原油加工。

在配方原油技術的實驗室開發(fā)和應用研究階段,石科院基于涵蓋中國石化主要采購原油的配方組分原油數(shù)據(jù)庫,分別針對阿曼原油[3]、大慶混合原油[4]等進行配方設計及篩選、經(jīng)濟效益核算及可加工性能評估,并對一些配方混合原油進行加工評價,結果表明配方原油及其加工餾分油性質與目標原油及其加工產(chǎn)物性質非常接近,可滿足加工要求?；趯嶒炇译A段的充分論證,在某煉油廠對配方原油技術進行了工業(yè)應用,下面總結歸納其應用研究情況,為其工業(yè)應用提供技術參考。

1 煉油廠原油加工概況

某煉油廠原油加工規(guī)模超過11 Mt/a,目前有兩套常減壓蒸餾裝置(簡稱蒸餾裝置),分別為1號和3號蒸餾裝置。其中,1號蒸餾裝置加工低硫高酸類原油,加工規(guī)模超過4 Mt/a;3號蒸餾裝置加工高硫低酸類原油,加工規(guī)模超過7 Mt/a。

該煉油廠兩套蒸餾裝置每年加工的原油品種多達30余種,如卡賓達、帕茲夫羅、普魯托尼、桑格斯、達混、埃斯坡、沙巴瓦、莫斯塔爾、伊拉謝瑪、埃斯科拉沃斯和原油A等。

本研究設計配方原油和目標原油的加工均在1號蒸餾裝置進行。

2 原油配方計算及經(jīng)濟效益測算

根據(jù)該煉油廠原油加工情況,經(jīng)測算選取卡賓達原油作為目標原油。卡賓達原油[5-6]屬低硫石蠟基中質原油,具有硫含量低、鹽含量低、酸值低、殘?zhí)扛?、蠟含量高、鎳含量高、輕質油收率和總拔出率較高的特點。該煉油廠1號蒸餾裝置在僅加工卡賓達原油時,按石腦油-噴氣燃料-柴油方案生產(chǎn),經(jīng)濟效益較好。對1號蒸餾裝置加工的卡賓達原油進行采樣分析后,得到其原油性質和近紅外光譜[7-9],作為目標原油參考指標進行配方原油的配方計算。

由于企業(yè)原油采購范圍受限,選擇1號蒸餾裝置經(jīng)常加工的幾十種原油作為配方原油的組分計算基礎。基于煉油廠調合設施的運作方式,按兩種方式進行配方原油的配方計算:其一,用2種原油調合配方原油,計算得到配方原油的組成、性質及加工經(jīng)濟效益測算結果,見表1;其二,用3種原油調合配方原油,計算得到配方原油的組成、性質及加工經(jīng)濟效益測算結果,見表2。其中,兩種方式的經(jīng)濟效益測算均采用煉油廠裝置模型[10-11],原油價格選取當月的原油月平均價格,產(chǎn)品價格按當月計劃數(shù)據(jù),對2 d加工量進行計算,裝置負荷和產(chǎn)品限量等均參照月計劃量按比例修改。進而,用配方原油替代同樣數(shù)量的目標原油,計算不同配方的加工效益并進行比較。

表1 用2種原油調合配方原油的組成、性質及加工經(jīng)濟效益

表2 用3種原油調合配方原油的組成、性質及加工經(jīng)濟效益

由表1可知:用2種原油調合配方原油,效益最好的兩個配方分別為配方2(帕茲夫羅原油與桑格斯原油的質量比為20∶80)和配方6(達混原油與原油A的質量比為18∶82);與加工目標原油相比,加工配方2和配方6原油每噸利潤分別增加63元和61元。此外,配方原油的性質雖與目標原油略有差別,但都能滿足裝置設計值的要求。經(jīng)過分析討論后,該煉油廠決定按計劃采購這兩個配方所涉及的原油,其中配方6的兩種原油先到港,因而決定選取配方6作為工業(yè)應用配方原油進行標定。

由表2可知:用3種原油調合配方原油,效益最好的兩個配方原油分別為配方11(埃斯科拉沃斯原油、伊拉謝瑪原油和原油A的質量比為16∶64∶20)和配方14(莫斯塔爾原油、原油A和伊拉謝瑪原油的質量比為10∶43∶47);與加工目標原油相比,加工配方11和配方14原油每噸利潤分別增加58元和43元。此外,多數(shù)配方原油的密度、硫含量、金屬含量及柴油收率與目標原油接近,而其加工產(chǎn)物石腦油餾分(15～180 ℃餾分)收率比目標原油略高,從而可以滿足二次加工裝置的負荷,顯著降低柴汽比。經(jīng)過分析討論后,該煉油廠決定按計劃采購這兩個配方所涉及的原油,然而在伊拉謝瑪原油和原油A到港后,埃斯科拉沃斯原油和莫斯塔爾原油未能如期到港,最終選用沙巴瓦原油替代這兩種原油,決定選取配方12原油(伊拉謝瑪原油、原油A和沙巴瓦原油的質量比為50∶40∶10)作為工業(yè)應用配方原油進行標定。

3 配方原油加工

3.1 2種原油調合配方原油的加工

根據(jù)煉油廠生產(chǎn)調度安排,利用1號蒸餾裝置加工目標原油(卡賓達原油)。1號蒸餾裝置常壓蒸餾系統(tǒng)分為A區(qū)和B區(qū)兩部分:A區(qū)(煉油廠原常壓蒸餾裝置3 Mt/a)和B區(qū)(新建常壓蒸餾裝置2 Mt/a)。二者共用一套減壓系統(tǒng)(4 Mt/a)。根據(jù)現(xiàn)場計量設備數(shù)據(jù)統(tǒng)計,72 h內(nèi)A區(qū)原油處理量為7 583 t,B區(qū)原油處理量為6 624 t,共計14 207 t,對加工原油和相應側線產(chǎn)品進行標定采樣。

按照配方6調合配方原油并利用1號蒸餾裝置進行加工,并與目標原油加工進行72 h對比。根據(jù)現(xiàn)場計量設備數(shù)據(jù)統(tǒng)計,A區(qū)原油處理量為7 876 t,B區(qū)原油處理量為6 960 t,共計14 836 t。這說明加工配方原油時的原油處理量比加工目標原油時增加了4.43%。

表3給出了卡賓達原油和配方6原油的性質。從表3可以看出:配方6原油與卡賓達原油的密度、硫含量、殘?zhí)?、金屬含量等性質相近,二者的相似度達95%;其酸值雖高于卡賓達原油,但能滿足裝置設計值要求。

表3 卡賓達原油和配方6原油性質對比

1號蒸餾裝置分別加工卡賓達原油和配方6原油時物料平衡數(shù)據(jù)如表4所示。從表4可以看出,與加工卡賓達原油時相比,加工配方6原油時的石腦油收率基本一致,常一線餾分收率降低0.19百分點,常二線餾分收率高1.61百分點,常三線餾分收率低 0.29百分點,二者的蠟油收率基本相當,減渣收率低1.8百分點,總拔出率高1.8百分點。

表4 1號蒸餾裝置加工目標原油和配方6原油時的物料平衡數(shù)據(jù)

表5為加工目標原油和配方原油時產(chǎn)品的控制指標。由表5可知:與加工目標原油相比,加工配方6原油時,A區(qū)和B區(qū)的常壓塔塔頂餾分終餾點、常一線餾分終餾點控制指標、常三線餾分95%餾出溫度均高出4～5 ℃,而A區(qū)和B區(qū)常一線餾分的閃點控制指標基本一致。

表5 加工卡賓達原油和配方6原油時的產(chǎn)品指標

與加工目標原油工況相比,在加工配方6原油工況下,1號裝置A區(qū)常壓塔進料溫度高約5 ℃,塔底溫度低約3 ℃,塔頂壓力、塔底汽提蒸汽、常二線汽提蒸汽流量均略低,其余操作條件基本一致;1號裝置B區(qū)常壓塔進料溫度高約3 ℃;塔底溫度低約4 ℃,塔頂壓力、塔底汽提蒸汽、常二線汽提蒸汽流量均略低,其他操作條件基本一致。

與加工目標原油工況相比,在加工配方6原油時,減壓塔塔頂溫度高約5 ℃;減一線中段抽出溫度和減二中段回流溫度均高約8 ℃。兩種工況下,減一線中段回流物料流量、減二線中段回流物料流量、減三線中段物料回流溫度和回流流量以及減壓塔塔頂真空度、塔頂溫度和塔底溫度均基本相同。

3.2 3種原油調合配方原油的加工

按照配方12調合配方原油,利用1號蒸餾裝置進行72 h加工性能對比。根據(jù)計量數(shù)據(jù),72 h內(nèi)1號裝置A區(qū)原油處理量為7 109 t,B區(qū)原油處理量為5 757 t,共計12 866 t。與加工目標原油相比,加工配方12原油時原油處理量降低9.44%。

表6為加工卡賓達原油和配方12原油的性質對比。從表6可以看出,配方12原油與卡賓達原油的密度、酸值、硫含量和殘?zhí)康刃再|相近,二者相似度為94%。

表6 目標原油和配方12原油性質對比

表7為1號蒸餾裝置分別加工目標原油和配方12原油時的物料平衡數(shù)據(jù)。從表7可以看出,與加工目標原油時相比,加工配方12原油時的石腦油收率提高2.49百分點;常一線餾分收率降低0.91百分點,常二線餾分收率提高3.25百分點,常三線餾分收率提高0.38百分點,蠟油收率降低3.04百分點,減渣收率降低1.73百分點,總拔出率高1.73百分點。

表7 1號蒸餾裝置加工目標原油和配方12原油時的物料平衡數(shù)據(jù)

表8為加工目標原油和配方12原油時產(chǎn)品的控制指標。由表8可知,與加工目標原油工況時相比,加工配方12原油時,1號裝置A區(qū)和B區(qū)的常壓塔塔頂餾分和常一線餾分的終餾點降低5～10 ℃,常三線餾分95%餾出溫度提高10 ℃,而常一線餾分的閃點基本一致。

表8 加工目標原油和配方12原油時的產(chǎn)品控制指標

與加工目標原油工況相比,在加工配方12原油時,A區(qū)常壓塔進料溫度降低約6 ℃,塔底溫度降低約6 ℃,塔頂壓力稍有降低,塔底汽提蒸汽流量和常二線汽提蒸汽流量均有所提高,其余操作條件基本相同;B區(qū)常壓塔進料溫度降低約10 ℃;塔底溫度降低約5 ℃,塔頂壓力稍有降低,塔底汽提蒸汽流量和常二線汽提蒸汽流量均有所提高,其余操作條件基本相同。

與加工目標原油工況相比,在加工配方12原油時減壓塔塔頂溫度提高約3 ℃,減一線中段抽出溫度和減二中段回流溫度均高約4 ℃。兩種工況下,減一線中段回流物料流量、減二線中段回流物料流量、減三線中段物料回流溫度和回流流量以及減壓塔塔頂真空度、塔頂溫度和塔底溫度均基本相同。

4 配方原油技術應用于新油種選擇

在工業(yè)應用配方原油配方的計算過程中,原油A作為組分原油多次出現(xiàn)在配方中,在煉油廠原油加工中,該原油可以單獨或與其他原油按一定比例調合作為催化裂化摻渣原料[12]。隨后該煉油廠開始多次購買和加工原油A,主要用于1號蒸餾裝置摻渣原料的加工,并取得了很好的效益。自2020年初開始,鑒于生產(chǎn)船用燃料油具有很好的經(jīng)濟效益,中國石油化工股份有限公司總部每月都部署安排船用燃料油生產(chǎn)[13]。船用燃料油產(chǎn)品由渣油和柴油調合生產(chǎn)[14],由于船用燃料油性質指標要求,需選擇低硫渣油進行調合生產(chǎn),經(jīng)論證確定采用1號蒸餾裝置渣油作為調合原料。由于原油儲運及生產(chǎn)條件的限制,需要選擇既可以作為船用燃料油原料又符合催化裂化摻渣要求的原油,才可滿足原油生產(chǎn)調度的需要。在對多個原油加工方案對比后發(fā)現(xiàn),對含有原油A的混合原油進行加工,不但能同時滿足生產(chǎn)催化裂化原料和船用燃料油的需要,而且能夠保證船用燃料油產(chǎn)品的產(chǎn)量。隨后該煉油廠生產(chǎn)中主要采用原油A的混合原油作為1號蒸餾生產(chǎn)催化裂化摻渣料和船用燃料油原料的原油。據(jù)統(tǒng)計,該煉油廠年累計采購、加工原油A近百萬噸,目前,原油A已成為其常規(guī)采購主力油種。

5 結 論

(1)基于煉油廠原油采購、原油加工和調合現(xiàn)狀,以煉油廠加工的卡賓達原油為目標原油,將配方原油技術應用于工業(yè)裝置進行了配方設計、經(jīng)濟效益測算及配方篩選。

(2)對目標原油和2種配方原油的工業(yè)應用進行試驗標定,2種配方原油與目標原油相似度均超過90%,餾分收率和性質也相近,不僅完全能滿足裝置對原油穩(wěn)定的加工要求,且比目標原油具有更好的經(jīng)濟效益。

(3)在工業(yè)應用試驗的基礎上,基于配方原油技術對新油種原油A可加工性及經(jīng)濟性的評價,煉油廠開始采購該原油進行加工,主要用于催化裂化摻渣原料和船用燃料油生產(chǎn),年采購量近百萬噸,原油A已成為其常規(guī)采購主力油種。