單裝置產品質量及數量與產品碳氫比的相互校驗

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效率，煉油技術管理水平也需要日臻完善。計量統計得到的生產裝置的物料平衡(即產品收率)數據是煉油廠進行效益分析、市場測算和引導煉廠發展方向的重要依據。除了計量校驗之外，煉油廠在長年累月的生產中，還采用日平衡、月平衡的方法對計量數據加以驗證。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性工作。部分物料如催化裂化的燒焦量、延遲焦化的焦炭產量，都是用反推法進行估算的，是煉油行業長期存在的計量管理薄弱環節，也是技術管理中久攻未克的難題。

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

1 分餾塔側線產品的規律

烴分子的主要成分是碳、氫，相對分子質量是烴類物質各原子量的總和。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雜烴類混合物，常用平均相對分子質量來表征其組分的輕重。

石化產品中，平均相對分子質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、渣油的碳原子數則依次逐步增加，烴類組成也愈加復雜。

在煉油生產過程中，分餾塔是最為普遍采用的分離設備。分餾塔的原理是依據進料中各組分沸點的不同，在分餾塔自上而下的側線中，分別得到相對分子質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品如圖1所示。

圖1 煉油廠常減壓蒸餾裝置分餾塔側線產品示意

各裝置分餾塔側線產品具有如下規律。

(1)單分餾塔側線相對分子質量、碳原子數和碳氫比變化的規律

依據分餾原理，分餾塔自上而下，碳原子數、相對分子質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，相對分子質量、碳原子數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線產品碳氫比的變化規律

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；催化柴油中異構烷烴、芳烴含量高，柴油密度大，氫含量低。

上述規律是在進行碳氫比調整和物料平衡調整時必須嚴格遵從的重要規律。

2 由裝置產品收率測算石油產品碳氫比的方法

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

圖2 測算邏輯關系

其測算原理是依據

“分餾塔側線產品物性規律”，即分餾塔自上而下的側線產品的相對分子質量、碳原子數、氫原子數逐漸增加。先起草一個初步的原料和產品的碳氫比數據表。然后再核算原料和產品的碳、氫是否平衡，如不平衡，則需要在“分餾塔側線產品物性規律”的基礎上，調整原料和產品的碳氫比數據。這種調整是極其細致的，不是個別數據的單獨調整，而是系列數據的整體的非線性調整。

關于非線性調整方法，因涉及復雜的計算公式，幾種調整方法如圖3所示，圖3中橫坐標為分餾塔塔頂、側和底部產品按照10等份的分布；縱坐標為分餾塔塔頂、側和底部產品的數量百分比。

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

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

表1 原料與產品碳、氫不平衡原因分析

選擇上述不同的調整方法的原則是：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。

依據表2催化裂化物料平衡及碳、氫平衡數據測算的產品物性數據如表3所示，其中液態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線產品相對分子質量及碳氫比

3 由產品碳氫比校驗產品收率的方法

3.1 典型工況

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

面臨修正相對分子質量、碳氫比和收率的選擇時，若分餾塔側線產品的相對分子質量、碳氫比與上下游、分餾塔上下側線產品的相對分子質量、碳氫比一致，則收率也是可信的，不需要修改。若相對分子質量和碳氫比與上下游、分餾塔上下側線產品的相對分子質量、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整 %

3.2 非典型工況

在生產工藝和產品質量不變的前提下，遵循上述分餾塔自上而下側線產品的物性規律，用可靠的產品碳氫比，可以測算出裝置非典型工況的產品收率。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據標定，但是用碳、氫平衡的方法可以得到比較可信的測算結果，是進行深入技術分析的重要參考依據。

4 結論

用產品特定的、較固定的碳氫比對計量統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據表可以測算出可靠的單裝置產品碳氫比數據。

(2)從可靠的多裝置物料平衡數據表可以測算出可靠的多裝置產品碳氫比數據。

(3)多裝置之間的物性差異能顯示出工藝原理差異和產品性能的差異。

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

(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。