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
标签:万吨论文; 原油论文; 装置论文; 乙烯论文; 加工论文; 模型论文; 产能论文; 《基层建设》2019年第28期论文;