PIMS模型在炼化一体化转型升级上的应用论文_牛彦红,唐伟

摘要：通过建立PIMS模型，按照“宜油则油、宜烯则烯、宜芳则芳”的原则，对某企业炼化一体化转型升级方案进行了研究。结果表明，炼油板块通过调整原油类型和装置结构，可以有效降低成品油收率，同时为乙烯提供优质原料，实现炼化一体化协同优化的目的。通过模型优化测算，某公司原油加工能力达到1600万吨/年，乙烯产能达到200万吨/年，可增加利润44.95亿元/年。

关键词：PIMS；炼化一体化；加工流程

1 石油化工行业的发展现状

1.1 炼油板块

预计2019年年底，全国炼油能力8.81亿吨，比2018年净增4210万吨。预计2019年原油加工量完成6.38亿吨，同比增加3478万吨，同比增长5.8%。预计2019年成品油产量3.62亿吨，同比降低0.7%。成品油表观消费量3.06亿吨，同比降低4.7%。

2020年，全国炼油能力将继续扩张，预计全年新增产能2450万吨/年，年底突破9亿吨/年关口。预计原油加工量完成6.55亿吨，同比增长2.6%。预计2020年成品油产量3.72亿吨，同比增长2.8%。成品油表观消费量3.04亿吨，同比降低0.8%。炼油产能过剩，成品油过剩矛盾持续加剧。近年来全国炼油行业的运行情况见表1。

表1：2017-2019年全国炼油行业运行情况单位：万吨

1.2 化工板块

2019年，随着恒力、浙江石化等大型装置相继投产，国内乙烯、丙烯、PX、聚烯烃等新增产能均居历史高位，其中乙烯产能新增481万吨/年。2020年，国内新增乙烯产能497万吨/年，占全球新增产能的60%，增量再创新高。

表2：2020年国内新增乙烯产能 单位：万吨/年

2 PIMS模型概述

PIMS（Process Industry Modeling System）模型是美国Aspen-Tech公司开发的流程工业模拟系统。PIMS采用开放式的设计思想，具有功能强大、使用灵活、操作简单、运算快捷等特点，可以模拟石化行业的生产经营过程和发展规划方案，为企业提供决策依据[1-2]。PIMS模型的核心是利用线性规划和非线性分布递归技术，以生产利润最大化为目标函数，通过物料平衡和物性收敛两条主线，自动将物料性质从原料传递到产品，实现全厂物料平衡。

3炼化一体化转型升级方案

在炼油产能严重过剩、替代能源全面发展、乙烯和PX等化工原料供应存在很大缺口等背景下，某公司亟需从传统炼化企业向绿色、低碳、高端产业的炼化一体化企业转型发展，在满足市场对高品质清洁油品需求的同时，尽可能提高烯烃、芳烃等基础化工原料的产品比例。

3.1 PIMS规划模型建模

3.1.1 原油的选择

目前，某公司主要加工胜利原油、科威特原油和凯萨杰等低硫原油。炼化一体化转型升级后，炼油产品路线以提供乙烯原料为主，同时兼顾成品油的生产。根据我国进口原油的实际情况[3]，综合考虑原油性质、来源及生产适应性，设计原油在目前加工原油的基础上，增加沙中和沙轻两种原油。不同原油的主要性质见表3。

表3：主要原油的性质对比

3.1.2 工艺流程

炼油板块在目前加工流程的基础上，新建一套1000万吨/年的常减压装置，代替原来规模较小的两套常减压装置，原油一次加工能力按照1800万吨/年设计；二次加工装置新建一套沸腾床渣油加氢装置、一套加氢裂化装置和一套硫磺回收装置。化工板块新建120万吨/年乙烯装置，乙烯总能力达到200万吨/年，下游配套建设两套40万吨/年的低压聚乙烯装置、一套10万吨/年的高压聚乙烯装置和一套30万吨/年的苯乙烯装置等装置。新建炼化一体化下的炼油总加工流程见图1。

3.1.3 PIMS模型建模要点

一是在现有模型的基础上，新建一套常减压装置，规定装置规模、加工原油种类和各个侧线流向；通过原油评价数据库更新原油性质和切割数据并重新导入，其中原油切割数据包括各馏分的收率及性质。

二是在现有模型的基础上，在Submodels模块新建一套加氢裂化装置、一套沸腾床渣油加氢装置、一套连续重整装置和一套硫磺装置；规定各新建装置的进料来源、产品分布和去向、公用工程消耗，利用Delta-Base结构将原料性质对产品分布的影响进行关联。通过Recursion模块和Miscellaneous模块中对应的子模块对上游和下游装置的产品的性质进行递归，以达到对装置进料性质的控制。

三是在Blending模块更新产品调合方案和产品调合的条件，以控制产品的质量指标。

图1：炼化一体化下的炼油板块部分加工流程

3.2 原料和产品结构

运行PIMS模型后，得到炼化一体化转型升级后的原料和产品结构、装置规模和经济指标。

3.2.1 炼油部分

炼油部分加工原油1600万吨/年，可生产成品油617万吨，其中汽油253.4万吨，航煤151.8万吨，柴油211.8万吨；乙烯原料518.7万吨；船用燃料油173.8万吨；柴汽比0.84，轻油收率71.6%，综合商品收率95.95%。物料平衡方案见表4，新建装置规模见表5。

表4：炼油板块物料平衡方案单位：万吨

表5：炼油板块新建装置规模单位：万吨/年

3.2.2 化工原料安排

化工原料的安排按照“宜烯则烯、宜芳则芳”的原则，最大限度的满足乙烯装置的原料需求。乙烯裂解装置的原料主要是烷烃含量高的石脑油、加氢裂化尾油和炼油副产的轻烃，乙烯裂解原料的来源和比例见表6。

表6：乙烯裂解装置原料来源单位：万吨/年

3.3 经济性分析

以2018年均价测算，炼化一体化转型方案增量部分的主要经济指标见表7。由表7可知，新项目实施后，炼油部分可增加利润5.91亿元/年，财务内部收益率为11.25%，化工部分可增加利润39.04亿元/年，财务内部收益率为25.12%，炼化一体化转型升级采用目前的规划方案具有一定的经济优势。

表7：炼化一体化增量部分主要经济指标 单位：万元

4 结论

按照以上规划方案，炼油板块可以有效降低成品油产量，同时为乙烯装置提供优质原料，实现炼油从燃料型向化工原料型转型和炼油、化工一体化协同发展的目的。项目实施后，某公司原油加工能力达到1600万吨/年，乙烯产能达到200万吨/年，可增加利润44.95亿元/年。

参考文献：

[1] 任家军.炼油企业级PIMS模型的开发与应用[J].石油炼制与化工，2005，36（5）：62-65.

[2]高勇，马德超.PIMS在中国石化生产经营中的应用[J].当代石油化工，2010，18（12）：18-22.

[3] 郑国富.中国原油进口贸易发展的现状、问题及完善[J].对外经贸实务，2019（5）：72-74.

论文作者:牛彦红,唐伟

论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期

论文发表时间:2020/1/18

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