利用PIMS模型优化炼油厂装置的柴汽比

陈志远

（福建联合石油化工有限公司，福建泉州，362000）

受国际原油市场价格低位震荡、国内外经济增速放缓、国内柴油成品油市场日趋饱和、下游市场需求疲软等因素影响，柴油市场的需求放缓。面对市场压力，在加快供给侧结构性改革的驱动下，优化产品结构，降低柴汽比，增产汽油满足市场需求，是企业增效的重要手段［1]。石化企业根据市场需求结构的发展趋势及时调整生产方案，才能顺应市场形势，获得最大的经济效益。

1 降低柴汽比潜力分析

柴汽比指的是炼油企业柴油产量和汽油产量的比值。降低柴汽比需要从增产汽油、航煤和化工原料入手，简单有效的方法就是提高催化、重整等装置负荷，降低柴油加氢装置负荷。但在装置加工负荷受限后，要进一步降低柴汽比，就要从更深层次分析，合理安排物料流程走向，结合原油馏程切割、炼油流程走向优化生产方案。

PIMS（Process Industry Modeling System）模型是实现此优化目标的有效工具。主要优化考虑从2 个方面着手：（1）优化装置原料组分切割，按照“宜芳则芳、宜烯乙烯、宜油则油”的原则，针对不同的装置选择最合适的原料馏程组分，减少组分重叠度，降低柴油组分原料量；（2）优化组分的加工路线，由于原油性质的不同，石脑油馏分性质不同，不同二次加工装置产出的石脑油组分性质也不尽相同［2]。针对不同性质的组分选择最合适的加工路线：低碳直链烷烃最适合作乙烯裂解原料，异构烷烃更适合作为汽油调和组分，而环烷烃则适合作催重整的原料［3]，合理安排石脑油流程走向，增产汽油。

1.1 降低柴油产能

炼化企业的柴油产品主要通过柴油加氢精制、加氢裂化、催化裂化等装置的运行获得。降低柴油产量必须从减产柴油加氢原料、优化加氢裂化原料结构入手，从源头上降低柴油精制装置进料量：降低柴油加氢装置的运行负荷，安排加氢裂化加工常三线、减一线，提高加氢裂化原料，增产化工原料，对加氢裂化装置实施技术改造生产航煤，降低柴油产品收率。同时对催化装置进行原料优化，催化装置增产汽油，最低化催化柴油产量，达到降低柴油产量的目标。

1.2 提高汽油产能

实施增产汽油的技术措施是降低柴油比的重要措施。催化汽油、半再生重整汽油占汽油调合组分的76.7%，其他调合组分（MTBE、芳烃汽油、甲苯、抽余油）约占23.3%。在装置安全平稳运行、产品质量合格的前提下提高催化装置汽油收率，提高汽油产量；通过优化轻烃回收石脑油馏程范围切割，增加连续重整、半再生重整原料的生产方案考虑，达到预期的汽油增产目标。

2 降低柴汽比的技术措施

2.1 优化轻烃回收石脑油切割范围及加工方案

轻烃回收石脑油切割点的不同，PONA 组分和芳潜含量的不同，进乙烯裂解和连续重整反应后，产品结构不同，经济效益不同：降低重石脑油的初馏点和终馏点，有利于增产高价值苯，但导致汽油产量减少；轻石脑油终馏点降低，有利于提高乙烯收率；提高重石脑油初馏点和终馏点，有利于增产汽油，但导致苯产量减少，同时轻石脑油终馏点提高，乙烯收率降低。因此需要以效益最大化为目标，选择最合适的馏程范围，石脑油切割做到“宜烯则烯、宜芳则芳、宜油则油”。

利用PIMS模型对轻烃石脑油组分进行逐段切割测算发现，轻烃回收塔底重石脑油50%回收点高达160 ℃，干点185 ℃，作为连续重整原料，催化剂生焦率高，同时芳潜低，不适合产PX，不适合作为连续重整原料；作为乙烯原料，乙烯收率低，经济性差，适合半再生重整装置生产高辛烷值汽油。PIMS 优化测算后，原设计乙烯原料的塔底重石优化为半再生重整原料，生产LPG、轻石脑油、高辛烷值重整汽油等组分，轻烃回收塔底重石作为半再生重整装置原料的产品分布见表1。

表1 半再生重整装置塔底重石原料产品分布

从表1 可以看出，重整汽油收率高达73.14%，预计全年可以增产汽油180 kt/a。

2.2 催化裂化装置实施LTAG技术改造

受柴油出厂销量限制，柴油升级到国Ⅵ，催化裂化装置柴油由于十六烷值低无法满足质量升级要求，需寻找解决方案。经PIMS模拟测算，催化实施采用LTAG 工艺技术改造，将催化裂化劣质柴油转化为高辛烷值汽油或轻质芳烃的新技术，有效降低公司的柴汽比。采用石油化工科学研究院的LTAG 技术，将催化装置催化轻柴送至加氢处理装置，改质后LCO 送至催化裂化装置提升管反应器底部柴油喷嘴，最小化催化裂化装置柴油产量，装置实施LTAG技术改造前后物料平衡见表2。

表2 催化裂化装置实施LTAG技术改造前后物料平衡

由表2 可知，采用LTAG 技术后，催化裂化装置汽油产率增幅7.83%，催化柴油收率降幅为12.57%，预计全年增产汽油27.5 kt/a，可以减产柴油44 kt/a，LTAG 可降低催化柴油产量，增加汽油产量，降低柴汽比，柴油品质得到改善。其中催化LCO 多环芳烃含量由38.7%下降到7.5%，油品密度由943.1 kg/m3下降到896.6 kg/m3，十六烷指数提高7.7，改质后的柴油通过催化装置裂解后，催化汽油中的烯烃增加1.55，芳烃增加0.23，汽油的辛烷值增加0.6，产品附加值得到提高。

2.3 增产化工原料，降低柴油产量

2.3.1 常三线、减一柴油作原料该加氢裂化装置原料为减压轻蜡，实际生产中，由于柴油销售约束，原油加工负荷偏低，长期只有60%，使得加氢裂化装置原料短缺，负荷较低。经过PIMS测算，将常三线和减一线并入LVGO，增加加氢裂化原料，提高加氢裂化负荷，增产化工原料，对公司提高原油加工负荷，降低柴汽比作用效果非常明显，2013年大修改造后，将常三线、减一线柴油经流量计计量后，引至常减压装置轻质蜡油去加氢裂化管线上，作为加氢裂化装置原料。既降低了柴油产量，又弥补了加氢裂化装置原料的不足。常三线、减一线柴油作加氢裂化装置原料后，主要转化为干气、液化气、石脑油、航空煤油等组分，其中，液化气、轻石脑油和尾油可作乙烯裂解原料，增加乙烯装置负荷；重石脑油可作重整装置原料，增产重整汽油及PX 产品，航空煤油可作为成品直接出厂。在反应器床层温度不变情况下，常三线、减一柴油作加氢裂化装置原料的产品分布情况见表3。

表3 常三线、减一柴油作加氢裂化装置原料的产品分布

由表3 可见，常三线柴油经加氢裂化后，转化为干气、液化气、石脑油和航空煤油的比重达62.51%，增加了石脑油和航空煤油产量。常三线、减一柴油进加氢裂化装置流量80 t/h，减产柴油438 kt/a，同时增产重整装置原料182 kt/a。

2.3.2 催化重柴作加氢裂化装置原料用PIMS 模型模拟测算，催化重柴改为加氢裂化原料，既提高催化裂化装置负荷增产汽油，降低柴汽比，又提高加氢航煤芳烃含量。2015年检修改造时，将催化裂化重柴引至加氢裂化装置作原料。既解决加氢裂化装置原料不足，又解决了催化重柴的去路。催化裂化柴油经加氢裂化反应的产品分布见表4。

表4 催化重柴作加氢裂化装置原料的产品分布

由表4可见，柴油经加氢裂化反应后，干气、液化气、石脑油和航空煤油收率达53. 51%，减少柴油产量同时，增加了石脑油和航空煤油产量。催化裂化柴油进加氢裂化装置流量按20 t/h，可减产柴油93.7 kt/a，同时增产重整装置原料45.6 kt/a。

2.4 柴油加氢实施MHUG改造，生产乙烯原料

800 kt/a柴油加氢精制装置主要原料是催化柴油、直馏柴油。为减少柴油产量、增加化工料产率，经PIMS 测算，2015年将原800 kt/a 柴油加氢精制装置更换催化剂改造为多产化工原料的柴油加氢改质MHUG 装置，生产乙烯原料。改造后，装置将加工低氮直馏柴油原料，生产部分石脑油以及加氢改质柴油，以降低柴油产量、满足重整装置和乙烯裂解装置对原料的需求，可以测算出加氢裂化柴油作乙烯裂解原料时，乙烯收率为23%～25%，丙烯收率为14%～16%，加工效益较好，同时又可大幅降低柴油产量，MHUG装置产品分布见表5。

表5 MHUG装置产品分布

由表5 可知，MHUG 装置按照乙烯原料方案生产，负荷按照60 t/h 计算，可增产石脑油75 kt/a，减产柴油约395 kt/a。

3 结论

通过应用PIMS 模型对装置进行测算，实施优化石脑油加工流程，将轻烃回收塔底重石改做半再生重整原料，生产汽油；催化裂化装置同时实施LTAG 技术改造，增产催化裂化装置原料，增产汽油；再用常三、减一线柴油作为加氢裂化原料；柴油加氢实施MHUG 改造，生产乙烯原料，减产柴油等措施，有效地降低了柴汽比，在低原油加工负荷下，满足乙烯、芳烃2 套化工装置的高负荷运行。截至2019年12月，在不增加和减少原油加工负荷的条件下，柴汽比由原来的2.3降至1.36，比设计值降低了50%，减产柴油约970.7 kt/a，同时增产汽油、石脑油、航空煤油及乙烯裂解原料约510 kt/a。