Petro-SIM在海南炼化RFCC装置的应用

李昊 汪加民 李宁（中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

Petro-SIM在海南炼化RFCC装置的应用

李昊 汪加民 李宁（中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

介绍了炼油全流程优化软件Petro-SIM模型的基本特点、建模步骤及在中国石化海南炼油化工有限公司重油催化裂化装置的工业应用情况。应用结果表明：该软件能够较为准确地模拟催化裂化装置的生产状况，可有效提升装置经济运行效果，提高企业精细管理、实现降本增效。

Petro-SIM；催化裂化；优化；流程模拟；建模

催化裂化装置是最重要的原油二次加工装置之一，在平衡炼厂重油资源、提高轻质油收率和高附加值产品产率等起着至关重要的作用，也是炼油装置中操控最复杂的装置。重油催化裂化装置的优化运行对炼油技术经济指标和全厂效益的提升起着关键作用。Petro-SIM是由英国KBC公司开发出的一款稳态流程模拟软件，既可以做单装置模型也可以借助自带的原油合成功能和炼油反应器模型做精细的全厂流程模型，在中石化内部已经普遍应用，为炼厂装置操作优化、节能降效发面提供数据支撑。

1 Petro-SIM软件模型简介

该模型以Hysys Refinery界面为基础，将图形化过程模拟器与Profimatics动力学包技术结合，包含了全套炼油反应模型。可以模拟单体设备、单装置模型或者全厂模型，借助多种状态方程，将物料性质进行传递，利用丰富的因子参数模拟出实际结果，比较真实地模拟整个炼厂实际运行状况，实现全炼厂物料和能量平衡测算、物流组分性质预测、传递和调和[3]。RFCC单装置模型主要功能如下：1）软件内嵌功能强大的原油合成模块，可根据炼厂所加工原油品种的原油评价报告在模型中合成原油数据文件或者根据装置馏分反拟合出原油评价数据；2）可以对RFCC装置反再、分馏、吸收稳定单元进行模拟优化，改变原料性质和操作条件预测产品收率和性质及硫、氮分布；3）模拟优化装置换热网络，找到换热夹点，实现节能降耗；4）改变装置操作条件，找出最佳生产方案，实现精细化管理；5）使用模拟软件可以找出装置的生产瓶颈，为装置的技术改造提供技术支撑。

2 重油催化裂化装置工艺模型的建立

中国石化海南炼油化工有限公司（以下简称海南炼化）280×104t/a重油催化裂化装置由SEI设计，提升管部分采用石油化工科学研究院开发的多产异构烷烃和丙烯的Maximizing Iso-Paraffins with Cleaner Gasoline and Propylene工艺（简称MIPCGP），再生器采用重叠式两段再生型式。加工的混合原料由常压渣油、减压渣油、加氢渣油、部分加氢蜡油组成。

2.1 FCC-SIM单装置模型的建立

在FCC-SIM单装置模型中设置好工程单位和时间单位，选择与本装置反再形式相匹配的再生器型式和分馏塔测线抽出物流，输入设计条件：提升管、沉降器及再生器的设备尺寸，主要包括再生器稀相/密相直径及体积；沉降器稀相/密相直径及体积；提升管长度和直径；旋分器入口面积；还要输入各自的热损失等。

2.2 粗物料平衡转换为细物料平衡

在MBP Input工作表中依次输入液体进料流量、性质；气体进料流量、性质和组成；各产品（干气、液化气、汽油、柴油、油浆）流量、性质和组成数据；主风量和烟气组成。运行程序，模型会将输入的粗物料平衡计算转换为净收率。在MBP Result中检查输出的细物料平衡是否在合理范围内，合理性主要从反应热表现出来，若在一般常识范围内，即可认为合理。关键是检查再生烟气组成分析计算得到的焦中氢在合理范围内，可基本上认为是合理的。焦中氢量一般应在6%wt～9%wt之间，不完全再生时再生烟气中CO+CO2+O2之值应在20%左右。

2.3 模型的标定

将合理的细物料平衡结果复制到Calibration Input工作表中进行模型的标定，需要输入原料和产品的性质、产品收率、反再系统操作参数及收敛目标、平衡催化剂和新鲜剂的分析数据、调节因子等。完成模型所需基本参数后即可运行程序，自动计算生成标定结果。在Calibration Result中检查标定结果是否吻合装置实际工况，如果偏差较大，可以调整调节因子得到合理、准确的模型。

2.4 催化反再、分馏、稳定Petro-SIM建模

完成FCC-SIM模型的标定后，将标定因子导入Petro-SIM模型中，选择组分包和Peng-Robinson方程即可建立RFCC反再系统、分馏系统、吸收稳定系统模型并将各模型串联起来完成全装置建模。在Petro-SIM模型中可以对换热器、塔、罐、泵、压缩机等单设备进行计算和全流程优化测算，为生产优化操作提供明确的指导。

3 重油催化裂化工艺模型的应用

3.1 优化RFCC反应温度

利用上述建立的催化裂化全路程模拟模型可以对催化裂化装置的操作状况进行模拟，从而优化装置操作参数。反应温度对反应速率、产品分布和质量、再生烧焦率和设备结焦都有很大影响，它是日常生产中调节反应转化率和改变生产方案的最主要的调节参数之一。在不改变原料流量、性质和其他操作条件的情况下，每次改变提升管出口温度1℃，使提升管出口温度由500逐步提高到510℃，分析反应温度对装置产品分布、性质和转化率的影响。见下表1。

?

从上表1中可以看出，随着提高反应提升管出口温度，反应深度提高，干气、液化气收率逐步提高，生焦量也有所提高；柴油和油浆收率下降；汽油收率随反应温度提高而提高，在506℃时达到峰值，随后提高反应温度，汽油收率出现拐点逐步下降。

3.2 利用R-SIM校核PIMS催化裂化DB

表2

在现有的PIMS催化裂化装置子模型Submodel中，仅将原料的物理性质（密度、残炭、硫、镍、钒）与产品收率关联，主要产品性质在杂表中人为定义。原油性质对全加氢型炼厂催化裂化原料影响程度非常大，为能真实反映催化裂化实际加工时的装置负荷率、产品分布及性质，2016年3月使用R-SIM重新标定催化裂化DB，结果见下表2。

通过比较可以发现，使用R-SIM校核催化裂化DB后，原料密度增加0.01g/cm3，海南炼化DB变化趋势及程度基本与三个案例相同，汽柴油趋势有些不同主要可能体现在工艺类型的差别上。残炭增加1wt%，海南炼化、某企业2和某企业3的DB基本接近，与某企业1的变化趋势有不同，可以认为标定生成的DB具有实用性。

4 结语

（1）Petro-SIM全流程优化软件建立在Hysys基础上并结合Profimatics动力学包技术，具有较高准确度。改变原有的凭经验管理的粗放模式，运用“分子炼油”理念，模拟装置实际工况，优化操作参数，挖掘装置潜力实现企业经济效益最大化。

（2）利用Petro-SIM校正催化裂化DB，使得生产计划特别是催化裂化的排产更具科学和指导性，原油性质在催化装置进料性质及加工的传递更具真实性，虽然不能直接带来经济效益，但实现了计划排产上的管理创效，在后续原油采购选择及生产计划安排上提高了准确度。

[1]赵新强.催化裂化装置模拟与优化[D].天津：天津大学化工学院，2012.

[2]邹圣武.RSIM模型在炼油厂的应用[J].石化技术，2012，19(3)：25-29.

李昊（1985-），助理工程师，硕士，2012年毕业于辽宁石油化工大学化学工艺专业，从事催化裂化生产。