Petro-SIM在海南煉化RFCC裝置的應用

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）

Petro-SIM在海南煉化RFCC裝置的應用

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化軟件Petro-SIM模型的基本特點、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應用情況。應用結果表明：該軟件能夠較為準確地模擬催化裂化裝置的生產狀況，可有效提升裝置經濟運行效果，提高企業精細管理、實現降本增效。

Petro-SIM；催化裂化；優化；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、提高輕質油收率和高附加值產品產率等起著至關重要的作用，也是煉油裝置中操控最復雜的裝置。重油催化裂化裝置的優化運行對煉油技術經濟指標和全廠效益的提升起著關鍵作用。Petro-SIM是由英國KBC公司開發出的一款穩態流程模擬軟件，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器模型做精細的全廠流程模型，在中石化內部已經普遍應用，為煉廠裝置操作優化、節能降效發面提供數據支撐。

1 Petro-SIM軟件模型簡介

該模型以Hysys Refinery界面為基礎，將圖形化過程模擬器與Profimatics動力學包技術結合，包含了全套煉油反應模型。可以模擬單體設備、單裝置模型或者全廠模型，借助多種狀態方程，將物料性質進行傳遞，利用豐富的因子參數模擬出實際結果，比較真實地模擬整個煉廠實際運行狀況，實現全煉廠物料和能量平衡測算、物流組分性質預測、傳遞和調和[3]。RFCC單裝置模型主要功能如下：1）軟件內嵌功能強大的原油合成模塊，可根據煉廠所加工原油品種的原油評價報告在模型中合成原油數據文件或者根據裝置餾分反擬合出原油評價數據；2）可以對RFCC裝置反再、分餾、吸收穩定單元進行模擬優化，改變原料性質和操作條件預測產品收率和性質及硫、氮分布；3）模擬優化裝置換熱網絡，找到換熱夾點，實現節能降耗；4）改變裝置操作條件，找出最佳生產方案，實現精細化管理；5）使用模擬軟件可以找出裝置的生產瓶頸，為裝置的技術改造提供技術支撐。

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設計，提升管部分采用石油化工科學研究院開發的多產異構烷烴和丙烯的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單裝置模型中設置好工程單位和時間單位，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，輸入設計條件：提升管、沉降器及再生器的設備尺寸，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 粗物料平衡轉換為細物料平衡

在MBP Input工作表中依次輸入液體進料流量、性質；氣體進料流量、性質和組成；各產品（干氣、液化氣、汽油、柴油、油漿）流量、性質和組成數據；主風量和煙氣組成。運行程序，模型會將輸入的粗物料平衡計算轉換為凈收率。在MBP Result中檢查輸出的細物料平衡是否在合理范圍內，合理性主要從反應熱表現出來，若在一般常識范圍內，即可認為合理。關鍵是檢查再生煙氣組成分析計算得到的焦中氫在合理范圍內，可基本上認為是合理的。焦中氫量一般應在6%wt～9%wt之間，不完全再生時再生煙氣中CO+CO2+O2之值應在20%左右。

2.3 模型的標定

將合理的細物料平衡結果復制到Calibration Input工作表中進行模型的標定，需要輸入原料和產品的性質、產品收率、反再系統操作參數及收斂目標、平衡催化劑和新鮮劑的分析數據、調節因子等。完成模型所需基本參數后即可運行程序，自動計算生成標定結果。在Calibration Result中檢查標定結果是否吻合裝置實際工況，如果偏差較大，可以調整調節因子得到合理、準確的模型。

2.4 催化反再、分餾、穩定Petro-SIM建模

完成FCC-SIM模型的標定后，將標定因子導入Petro-SIM模型中，選擇組分包和Peng-Robinson方程即可建立RFCC反再系統、分餾系統、吸收穩定系統模型并將各模型串聯起來完成全裝置建模。在Petro-SIM模型中可以對換熱器、塔、罐、泵、壓縮機等單設備進行計算和全流程優化測算，為生產優化操作提供明確的指導。

3 重油催化裂化工藝模型的應用

3.1 優化RFCC反應溫度

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行模擬，從而優化裝置操作參數。反應溫度對反應速率、產品分布和質量、再生燒焦率和設備結焦都有很大影響，它是日常生產中調節反應轉化率和改變生產方案的最主要的調節參數之一。在不改變原料流量、性質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℃，分析反應溫度對裝置產品分布、性質和轉化率的影響。見下表1。

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從上表1中可以看出，隨著提高反應提升管出口溫度，反應深度提高，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；汽油收率隨反應溫度提高而提高，在506℃時達到峰值，隨后提高反應溫度，汽油收率出現拐點逐步下降。

3.2 利用R-SIM校核PIMS催化裂化DB

表2

在現有的PIMS催化裂化裝置子模型Submodel中，僅將原料的物理性質（密度、殘炭、硫、鎳、釩）與產品收率關聯，主要產品性質在雜表中人為定義。原油性質對全加氫型煉廠催化裂化原料影響程度非常大，為能真實反映催化裂化實際加工時的裝置負荷率、產品分布及性質，2016年3月使用R-SIM重新標定催化裂化DB，結果見下表2。

通過比較可以發現，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案例相同，汽柴油趨勢有些不同主要可能體現在工藝類型的差別上。殘炭增加1wt%，海南煉化、某企業2和某企業3的DB基本接近，與某企業1的變化趨勢有不同，可以認為標定生成的DB具有實用性。

4 結語

（1）Petro-SIM全流程優化軟件建立在Hysys基礎上并結合Profimatics動力學包技術，具有較高準確度。改變原有的憑經驗管理的粗放模式，運用“分子煉油”理念，模擬裝置實際工況，優化操作參數，挖掘裝置潛力實現企業經濟效益最大化。

（2）利用Petro-SIM校正催化裂化DB，使得生產計劃特別是催化裂化的排產更具科學和指導性，原油性質在催化裝置進料性質及加工的傳遞更具真實性，雖然不能直接帶來經濟效益，但實現了計劃排產上的管理創效，在后續原油采購選擇及生產計劃安排上提高了準確度。

[1]趙新強.催化裂化裝置模擬與優化[D].天津：天津大學化工學院，2012.

[2]鄒圣武.RSIM模型在煉油廠的應用[J].石化技術，2012，19(3)：25-29.

李昊（1985-），助理工程師，碩士，2012年畢業于遼寧石油化工大學化學工藝專業，從事催化裂化生產。