炼厂物料平衡.doc

炼厂物料平衡在线性规划（LP）模型出现之前，人们采用台式计算器进行过程计划的研究,这往往需要打印或复印大量的工作表。经过反复的实验，只能够做有较小的优化，因为这涉及到反复计算物料平衡，直到得出满意的结果为止。 现在炼油厂用LP模型做物料平衡计算。有许多的LP软件包可供炼油厂使用，方便炼油厂计算，优化组合产品。 然而，有时候物料平衡必须用手算。炼油厂作业计划要考虑到炼油厂的实际情况，并不能很方便的吸取LP模型，在得到经过LP模型算出的物料平衡结果后再动手重算一遍。例如，关键抽空保养，部分结焦的炉子，具有高压降或低酸性的催化剂床层，送输的延迟而导致的严重短缺，或者规格的改变而使得原有的计划打乱。 LP模型是价格推动的，不能处理非线性调和。有时候LP模型会对一个简单的问题给出复杂的解决方案，这经常需要和实际的推理相比较。而且，除非非常成熟，LP解决方案需要大量的转换成模型的数据以实现小的实际利润，倾向于过度优化。由于这些原因 ，LP模型并非是一个为炼油厂制定实际作业计划的好工具。 炼油厂无可供使用的LP 模型时，长期的归划研究也得用手完成，做一个LP解决方案要比简单的手工平衡计算耗费更多的时间。手工计算使用电子数据表程序在个人电脑上完成的。电子数据表模拟了炼油厂里实际的流程图。电子数据表里的每一格对应着炼油厂里的一套装置。每个操作装置都由一个性能方程表示，该性能方程关联了装置的产量和输入物料或操作条件。这些方程不是线性的。操作模式与产率操作模式与产率信息可以从炼油厂的物料平衡手册中得到，这是从原油评价以及炼油厂装置的试车发展起来的。如果这个信息不能用，馏份产量可以从原油评价以及ASTM馏份的蒸馏中得到。 二次加工装置（如催化裂化装置，FCCU，减粘裂化炉，加氢裂化装置）的加工产率可从最新的炼油厂试车或过程认证数据中得到。无论从那里得到了产量数据，在做估计之前，应确定原料的组成及装置严格的操作条件。因此，举例来说，对于催化裂化装置，在装置试车之前，必须知道原料（烷烃，烯烃，萘，芳香烃）以及严格的操作条件。流体性质流体性质，如密度，硫含量，辛烷值，发烟点，倾点等可由同样的来源方式（原油评价数据，对不同装置最新的试车结果）得到。为了将物料平衡的计算量控制为最小，需要通过经验及工程技术的判断来决定那个性质是限制性的，能控制物料平衡的计算。例如，从给定的原油中得来的柴油终点数据定适合倾点，硫的规格就不是问题，就不需要计算。物料平衡经常需要计算好几次。努力安排计算，安排好电子数据表里得所有的产量及流体性质的数据能节省很多的时间。产品规格从不同的操作装置里出来的所有流体调合生成具有一定规格的适于销售的成品。主要产品系列是石脑油，汽油，煤油，柴油以及燃料油，每一个产品系列都分有许多等级以适应世界不同地区的需要。例如，炼油厂可能生产的柴油具有 10个或更多等级，这些不同等级的柴油具有不同的倾点，硫含量，十六烷值，以适应不同的天气情况和不同的环境要求。原有的质量及操作装置的处理能力决定了炼油厂能否经济的生产适应市场的要求的每一系列的产品来。关于炼油厂所能生产和销售的产品的等级的信息在产品规格书里能找到，这样的书经常更新。装置处理能力和利用率所有的炼油厂从产量（以每个开工日所处理原油的桶数计）方面来说都有最大和最小的操作能力。这些数据可以从以前的装置试车的报告中得到。当然，在计划及非计划的维修期间装置是不能用的。所有的炼油厂至少提前一年制定维修计划。这个计划经常更新。因此，一个装置的利用率能够算出用以估计在给定的时期内装置的生产能力。那些在现货市场上出售的具有大容量的产品。在原料平衡中所发生的任何改变都会在产品平衡等级的重新计算中被采用。例如，如果燃料油产品系列有几个具有不同粘度不同硫含量的等级，在第一轮的计算中所有等级的调合就能固定。平衡等级要求馏份具有更大的数量，以适应附加的粘度和硫的规格。这些性质中的一种通常控制着每一个等级的馏份规格。任何可用的调合物料量的改变都反应在这些等级上。每一轮重新计算都应包括馏份量的重新计算，以满足控制规格的要求。调合界限调合的方法有一些不确定性。这需要采用关键规格的误差界限，这个界限的大小由以往经验决定。在实际操作中，采用了一些建议的误差界限。然而，我们强调的界限实际上是关于性质以及对炼油厂的经济影响（应该最小化）。调合界限的大小应该使产品规格得到保障。性质 调合界限比重 0.01辛烷值（RON/MON） 1.0调合粘度指数 5.0vol硫含量 0.05Wt%十六烷值 2.0倾点3.0烟点2.0mm芳烃含量0.50vol%油蒸汽压力 3.5kPa 如果运行程序，电子数据表中以下数据应该更新。原油与减压蒸馏装置6. 原油蒸馏装置的不同的原油的分布以及它们的操作模型由用户决定。以原油评价数据以及装置试车为依据，电子表格程序计算不同原油的流速及性质。从原油蒸馏装置里出来的常压渣油在不同的减压蒸馏装置里的处理由减压蒸馏装置的处理能力来决定。它的操作模型有时需要隔开一定的原料。例如，一个减压蒸馏装置可能用来从重油里提炼沥青，而别的减压蒸馏装置则仅仅只用来生产润滑油馏分。减压渣油的处理减压渣油先转入转化装置，如渣油加氢裂化器，减粘裂化炉或沥青转化器，剩下的与燃料油调合或进入库存。去转化装置重柴油/重减压瓦斯油先将转化装置满荷，由用户选择操作模型。根据确定的产量和性质数据，程序能够计算出装置的物料平衡和产品的流体性质。在柴油脱硫装置里处理直馏柴油及轻循环油以下计算柴油脱硫装置的物料平衡。电子数据表显示从原油蒸馏装置(CDU)里出来的各种柴油流体的量和性质，从减压蒸馏装置(VDU)里出来的轻减压瓦斯油的量和性质，还显示从流化催化裂化装置(FCCU)里出来的轻循环油的量和性质。基于产品稳定性的考虑，轻循环油必须经过加氢处理再送到柴油混合。柴油脱硫装置的进料量由手工控制，这样做是为了让含硫量高的流体优先进入。从流化催化裂化装置(FCCU)里出来的一部分轻循环油送到柴油脱硫装置里，这样做的基本目的是为了提高其稳定性而不是脱硫。剩余的处理能力直接用来脱硫，从含硫量高的流体开始，直到装置满负荷。用预处理装置/催化重整装置处理中间石脑油催化裂化装置能进入一定数量的中间石脑油原料，而且装置能在苛刻的条件下运行。用什么样的不同条件及模型处理原料必须在装置的物料平衡算出之前确定。燃料油调合用所有能用的减压渣油、减粘渣油、常压渣油合并调和起来计算可用的量和性质，可利用的附加馏份有轻重循环油和从流化催化裂化装置里出来的重催化石脑油。渣油和馏分组成了燃料油混合物。程序能计算出燃料油的量和性质。固定的燃料等级的量和性质可以从炼油厂的操作计划中得知。这些量和性质合并起来了，并从总的燃料混合物中扣除了，达到了平衡等级燃料的产量和性质。通过附加的柴油来调节平衡等级的性质，以适应平衡等级燃料油的规格。柴油馏份的数量需要反复试验，直到平衡等级燃料油的性质在指定的规格之内。柴油调合 在进入柴油脱硫装置后，所有剩余的柴油进入调合液流，从装置里出来的经过脱硫的柴油流体调合在一起用以估计柴油混合物的量和性质。接下来，将固定等级的柴油的量和其性质从柴油混合物里减掉，达到平衡等级的量和性质。平衡的柴油的性质通过加入煤油来调节，直到所有的平衡柴油性质都在平衡等级的规格之内。汽油调合 进入催化重整装置的原料是指定的，所以操作很严格。催化重整原料的平衡由程序据固定催化重整装置的产量计算。 所有汽油流都混合，然后测出混合物的平均性质（马达法辛烷值，研究法辛烷值，Reid 蒸汽压力，比重等等）。接下来，用固定等级的汽油混合，再从汽油混合物里扣除，直到达到平衡等级汽油的产量。如果平衡等级汽油的任何性质不符合标准，汽油混合物的组成可以通过重整的条件来改变，还可以通过调节辛烷值和调合挥发组份来实现。石脑油调合 石脑油调合的唯一重要性质是雷德蒸汽压和比重. 通过加入轻质直馏份来调合，所有的直馏份，每一等级的丁烷含量都应符合比重和雷德蒸汽压规格。例12-1 一个炼油厂（见图12-1）有如下的装置，主要装置的加工能力处于正常状态，以桶/工作日(桶/天)来计。 我们需要在一个月内加工如下的原油： 轻质阿拉伯原油，201000 桶/天 巴林原油，42000桶/天炼油厂的加工方案见图12-1。装置的最大处理能力、开工率、其它加工装置，每个月（30天），见于表12-1至12-3。 处理过程 正常加工能力 原油蒸馏 260000桶/天 减压蒸馏 115000桶/天 加氢精制/催化重整 15000桶/天 柴油脱硫 20000桶/天 部分加氢裂化 50000桶/天 流化催化裂化 36000桶/天 叠合汽油 2400桶/天 减粘 20000桶/天 煤油处理 42000桶/天 制氢 27mmscfd 硫回收 150(tons/day)巴林原油在1号和2号装置加工，轻质阿拉伯原油在3-5号装置中加工。常压渣油在1、5和6号减压蒸馏装置中进一步蒸馏。部分减压渣油在减粘装置中减粘。减粘的和直馏减压渣油在催化裂化分馏塔中切割成不同等级的燃料油。从减压蒸馏装置出来的减压瓦斯油集合后送到缓和加氢裂化装置和流化催化裂化装置。未转化的脱硫减压瓦斯油用作流化催化裂化(FCCU)的原料或用作燃料油的低硫馏份。我们做一个估计，假设30个开工日，装置容量满负荷，库存的变化需要维持这个操作。 电子数据表的格式见表12-1和12-35。关于装置产量和混合流体性质的大多数数据内置于电子数据表模型中，大多数常规的估算不需要修改。 表12-1列出了有关处理时间和单一原油处理的数据。表12-2和12-3装置的最大处理量，开工率，能利用的处理容量。表12-4和12-5计算了从各种原油处理装置里出来的产品的总产量。表12-6至12-12计算了减压蒸馏装置（除1，5，6号装置外）的物料平衡。表12-3列出了从各个真空蒸馏装置里出来的减压渣油混合情况，沥青组份及燃料油的混合。表12-14和12-15列出了沥青转化装置和减粘装置的物料平衡和流体性质。表12-6列出了减压渣油的复合量和其混合而成的燃料油的性质。表12-17列出了燃料油的混合组份，量，性质，总的量与性质。固定级别的量的生产情况是知道的（或在见于表12-18），混合级别燃料油的产量通过从混合燃料油的量和性质中扣除固定级别的合并项来计算。然而，我们看到，燃料油的粘度就不符合要求了，因此对柴油进行进一步的蒸馏，是粘度系数从586cst降到480cst，这样加到燃料油量中（表12-19）。表12-1 已加工的原油 原油 千桶/天 总计，千桶Arabian 201.00 6030.00Bahrain 42.00 1260.00Murban 0.00 0.00Dubai 0.00 0.00总计 243.00 7290.00 表12-2原油蒸馏装置生产能力 装置 名称 最大 能力,千桶/天 装置开工率 可用的能力，千桶1号装置 CDU1 20.00 1.00 600.002号装置 CDU1 20.00 1.00 600.003号装置 CDU1 64.00 1.00 1920.004号装置 CDU1 93.00 1.00 2790.005号装置 CDU1 46.00 1.00 1380.00总的CDU 243.00 7290.00 表12-3其它加工装置生产能力装置 名称 最大 能力,千桶/天 装置开工率 可用的能力，千桶减压蒸馏装置1 VC1 9.6 0.843 242.78减压蒸馏装置5 VC5 33.00 0.843 834.57减压蒸馏装置6 VC6 70.00 0.843 1770.30柴油处理装置 KTU 45.00 0.843 1138.05碱粘装置 VB 20.00 0.843 505.80流化催化裂化 FCCU 44.00 0.818 1079.38柴油加氢脱硫装置 HD1 22.00 0.843 556.38部分加氢裂化装置 HD2 52.00 0.843 1315.08催化重整装置 CR 18.00 0.750 405.00表12-20列出了所有由原油蒸馏装置或减压蒸馏装置生产的重柴油的混合物。表12-21列出了重减压瓦斯油在相应装置里的处理。首先将加氢裂化和催化裂化装置满负荷，剩余的原料混合成燃料油或送入库存等候出口或以后处理。表12-22列出了中型加氢裂化装置的产品性质和物料平衡。从中型加氢裂化装置里出来的没有转化但经过脱硫的重减压瓦斯油称为异构石油产品，用作流化催化裂化的原料，剩余的异构产品用于混合成燃料油。轻质异构产品实际上是脱硫柴油，被送到柴油罐里。表12-24至12-26列出了流化催化裂化装置（FCCU）产品的产量和性质。轻质和中等重的催化石脑油调合成汽油 ，重质催化石脑油流向柴油管线。部分轻循环油在柴油罐里经过加氢处理后流向柴油罐里。所有剩余的轻循环油，重循环瓦斯油以及凝析油都用作混和燃料的馏份。表12-27列出了柴油脱硫装置的原料。知道装置总的可用容量能够计算装置总的进料。从流化催化裂化装置（FCCU）里出来的轻循环瓦斯油在与柴油混合之前必须经过加氢处理。一定的装置容量被这股流体用完了，剩余的装置容量用来对未经处理的含硫量高的柴油的脱硫。 表12-5 原油装置总的物料平衡 千桶/天 千桶 VOL%输入 阿拉伯原油 201 6030 82.72%巴林原油 42 1260 17.28%摩班原油 0 0 0.00%杜拜原油 0 0 0.00%总计 243 7290 100.00%产出 丁烷 3.4 101.4 1.39% 轻直馏石脑油 19.8 584.2 8.15% 中直馏石脑油 25.1 754.2 10.35% 煤油 41.8 1253.4 17.19% 轻质柴油 32.2 965.0 13.24% 中等质量柴油 11.8 354.3 4.86% 重质柴油 12.8 384.9 5.28% ATM 渣油 95.4 2860.7 39.24% 损耗 0.7 21.9 0.30% 总计 243.0 7290.0 100.00% 表12-6 1号减压蒸馏装置,沥青模型 产率 粘度指数, LV 千桶 比重 硫，wt% 比重*硫 H进料 1.0000 267.30湿瓦斯油 0.0740 19.78 0.8585 1.171 1.0050 -29 馏分瓦斯油 0.6230 166.53 0.9174 2.691 2.4690 280重减压瓦斯油 0.0460 12.30 0.9918 4.260 4.2250 638减压渣油 0.2570 68.70 1.0350 4.925 5.0970 827总计 1.0000 267.30 表12-7 原油装置产量原料可利用率千桶/ mol去1号减压蒸馏装置原料去1号减压蒸馏装置沥青*去5号减压蒸馏装置(33千桶/天)*去5号减压蒸馏装置沥青去6号减压蒸馏装置(65千桶/天)*去催化裂化装置去燃料去INV.1A渣油0.000.000.000.000.000.000.000.000.002A渣油0.000.000.000.000.000.000.000.000.003A渣油738.420.000.00287.400.00451.020.000.000.004A渣油761.670.000.00287.000.00474.670.000.000.005A渣油696.9.0.000.00250.600.00446.300.000.000.001B渣油321.600.00267.3018.400.0035.900.000.000.002B渣油317.400.000.00116.700.00200.700.000.000.003B渣油24.660.000.000.000.0024.660.000.000.004B渣油0.000.000.000.000.000.000.000.000.005B渣油0.000.000.000.000.000.000.000.000.001号减压蒸馏装置湿瓦斯油19.780.000.000.000.0019.780.000.000.00总计, 千桶2860.650.00267.30960.100.001633.250.000.000.00千桶/天95.360.008.9132.000.0054.440.000.000.00装置能力:*270*990*195 表12-8 1号减压蒸馏装置，燃料油模型 产量 粘度指数 LV 千桶 比重 硫，wt% 比重*硫 H进料 1.0000 0.00湿瓦斯油 0.1390 0.00 0.8713 1.795 1.5640 62 馏分瓦斯油 0.4790 0.00 0.9169 2.634 2.4151 281重减压瓦斯油 0.0000 0.00 减压渣油 0.3820 0.00 1.0247 4.722 4.8386 754总计 1.0000 0.00 表12-9 5号减压蒸馏装置产率产率1A千桶产率2和5A千桶产率3A千桶产率4A千桶产率1B千桶产率2和5B千桶产率3B千桶产率4B千桶总计原料1.00000.001.0000250.601.0000287.401.0000287.001.000018.401.0000116.701.00000.001.00000.00960.10湿瓦斯油0.00600.000.00601.500.00802.300.00000.000.00600.110.00600.700.00000.000.00000.004.61馏分瓦斯油0.26800.000.260065.160.076021.800.00000.000.280050150.273031.860.10100.000.00000.00124.01重减压瓦斯油0.44100.000.4430111.020.5330153.180.3960113.650.440080100.442051.580.52400.000.39400.00437.53减压渣油0.28500.000.291072.920.3830110.070.6040173.350.27405.040.279032.560.37500.000.60600.00393.95总计1.00000.001.0000250.600001.0000287.40001.0000287.00001.000018.40001.0000116.70001.00000.001.00000.00960.1000 注: 原料1A=来自加工阿拉伯原油的1号减压蒸馏装置原料2A=来自加工阿拉伯原油的2号减压蒸馏装置原料3A=来自加工阿拉伯原油的1号减压蒸馏装置原料1A=来自加工巴林原油的1号减压蒸馏装置 表12-10 从减压蒸馏装置5里出来的减压馏份性质 千桶 比重 SULFUR PI VBI 比重*S进料 960.10 湿瓦斯油 4.61 0.8096 0.37 76 -197 0.30馏分瓦斯油 124.01 0.8740 1.96 588 82 1.71HVGO 437.53 0.9437 2.97 2919 413 2.80减压渣油 393.95 1.0177 4.26 765 4.34 总计 960.1 0.9644 3.36 1406 512 3.326注：VBI为减粘调和指数PI为倾点调和指数表12-10 从减压蒸馏装置5里出来的减压馏份性质 千桶 比重 硫 PI VBI 比重*S进料 960.10 湿瓦斯油 4.61 0.8096 0.37 76 -197 0.30馏分瓦斯油 124.01 0.8740 1.96 588 82 1.71重减压瓦斯油 437.53 0.9437 2.97 2919 413 2.80减压渣油 393.95 1.0177 4.26 765 4.34 总计 960.1 0.9644 3.36 1406