炼化一体化企业物料流向优化研究

解 磊，郑文刚

（中国石油化工股份有限公司炼油事业部，北京 100728）

炼化一体化是由炼油和生产化学品相结合的一体化生产模式[1]，在工艺设计、工程建设与物料互供等方面进行一体化规划，从而达到上下游生产紧密衔接，实现资源配置最优化、生产效益最大化的目的[2]。炼化一体化技术经历了早期的蒸馏与催化裂化、连续催化重整的一体化过程，目前已逐步发展到炼油厂与化工厂集成化阶段[3]。因炼化一体化企业具有复杂性和综合性等特点，需要通过PIMS等线性规划软件进行分析测算，研究装置最优负荷以及物料流向，实现炼化一体化总流程的优化[4-6]。

1 装置负荷边际效益分析及优化

以某炼化一体化企业某月实际加工负荷、原料及产品价格为基础，经PIMS模型回归测算，主要装置负荷率及边际效益见表1。重整预加氢、1#催化、2#焦化等装置的边际效益为正值，其中重整预加氢边际效益最高，为508.7元/吨；芳烃抽提装置、2#催化装置边际效益为负值。化工部分主要装置包括乙烯裂解、裂解汽油加氢、苯乙烯抽提、甲基叔丁基醚（MTBE）/1-丁烯和线型低密度聚乙烯装置等，乙烯裂解和线型低密度聚乙烯装置边际效益为正值，其中乙烯裂解装置边际效益最高，为1 878.0元/吨。

表1 主要装置负荷率及边际效益

从表1看出，炼油装置中芳烃抽提装置满负荷操作时边际效益为-97.2元/吨。芳烃抽提装置的原料为重整生成油，产品苯直接作为高价值芳烃出售，抽余油作为乙烯原料，甲苯和重整重汽油作为汽油调和组分，芳烃抽提装置的产品组成及部分产品价格见表2。

表2 芳烃抽提装置的产品组成

芳烃抽提装置产品中苯价值较高，抽余油作为乙烯装置原料，边际效益较高，其他组分可作为汽油调和组分，但模型测算芳烃抽提装置满负荷的边际效益却为负值。针对以上问题，对芳烃抽提装置的边际效益进行测算分析，根据抽余油的去向，分别测算：①抽余油作为乙烯料，芳烃抽提装置100%负荷与最优负荷；②抽余油作为汽油调和组分，芳烃抽提装置100%负荷与最优负荷，以及该工况下全厂效益变化情况（见表3）。

表3 芳烃抽提装置负荷分析

测算结果分析：

1）抽余油作为乙烯原料且芳烃抽提装置负荷为68%时，全厂效益最好，为31 581万元/月；抽余油调和汽油且装置满负荷时，全厂效益最差，为31 473万元/月，效益差为108万元/月。

2）抽余油作为乙烯料的全厂效益均高于作为调和汽油，主要原因是在测算条件下，乙烯装置的边际效益较高，为1 619～1 878元/吨，按照乙烯收率30.5%折算乙烯原料的边际效益在494～573元/吨，高于抽余油调和汽油的边际效益。

3）抽余油作为乙烯料时，芳烃抽提装置满负荷的边际效益为-97.2元/吨，装置满负荷较最优负荷生成油抽提进料相差0.94万吨，效益相差较小，为39万元/月。主要原因是提高芳烃抽提装置的负荷，可以增加高附加值的产品苯（收率5.5%）、增加抽余油（收率34.4%）作为乙烯原料的量，但是剩余组分（收率60.1%）仍为汽油调和组分，该组分未提升价值，反而要增加装置的加工费用，相当于每增加1吨进料，仅有5.5%的苯实现价值提升，按照测算期间苯和汽油差价848元/吨计，产品价值提升仅46.6元/吨。同时抽余油去乙烯的量增加，低成本的增量柴油去乙烯的量随之减少而导致效益变差。综合平衡下，芳烃抽提装置的最优负荷为68%。

4）抽余油作调和汽油时，芳烃抽提装置满负荷的边际效益为-116.4元/吨，装置满负荷较最优负荷生成油抽提进料相差0.97万吨，效益相差61万元。主要原因是产品中仅增加高附加值的产品苯，其他产品相对于原料重整生成油直接调和汽油未提升价值，综合考虑装置加工费用，芳烃抽提装置的最优负荷为67%。

综上所述，以芳烃抽提装置负荷为例，如果为纯炼油企业，装置负荷以生产高价值芳烃产品为导向，综合考虑芳烃与汽油价差以及装置加工成本的关系确定最优加工负荷；如果为炼化一体化企业，需要进一步考虑化工原料的边际效益，确定装置最优加工负荷。

2 乙烯原料种类边际效益分析及优化

乙烯装置原料主要来自炼油部分所供富乙烯气、液化气、石脑油、柴油组分、加氢裂化尾油等（见表4），不足部分由系统内互供C5、石脑油等组分（定量）或外购某石脑油补充。

表4 乙烯原料组成

根据PIMS测算结果，乙烯外购原料的边际效益均为正值，主要原因是乙烯裂解装置边际效益较高，其中外购石脑油质量不同，其乙烯收率不同，边际效益也不同。炼油部分供石脑油、加氢裂化尾油及低价柴油的边际效益无法由基础方案直接获得，需进一步测算分析。

以加氢裂化装置尾油为例，测算其作为乙烯或催化裂化装置原料时全厂效益变化情况。方案一为PIMS自行优化结果，加氢裂化装置负荷为94.57%，加氢裂化尾油2.96万吨/月作为乙烯原料、1.30万吨/月作为催化原料；方案二为强制加氢裂化尾油全部作为乙烯原料，且装置负荷与方案一相同；方案三为强制加氢裂化尾油全部作为乙烯原料，装置负荷自由优化；3种方案的效益变化见表5、乙烯装置原料组成变化见表6。

表5 加氢裂化尾油不同流向效益变化

表6 加氢裂化尾油不同流向乙烯原料变化 万吨/月

根据以上3种方案测算结果进行分析：

1）加氢裂化尾油部分作为乙烯原料、部分作为催化原料时，全厂效益最好。主要原因是乙烯装置边际效益较高，为保障装置满负荷，除了部分互供石脑油、C5、液化气为固定数量外，提高加氢裂化尾油作为乙烯原料的比例，将降低乙烯原料中炼油自产石脑油、外购某石脑油以及低价柴油组分的比例，造成乙烯装置原料成本增加、全厂效益降低。

2）加氢裂化尾油全部作为乙烯原料时，方案三效益较方案二明显提高，主要原因是方案三通过降低装置负荷，减少了乙烯原料中加氢裂化尾油的比例，同时炼油自产石脑油比例也有所降低，而外购某石脑油和低价柴油的比例提高，说明外购某石脑油和低价柴油相对于加氢裂化尾油和炼油自产石脑油对全厂的效益更好、成本更低。

3 结语

1）对于炼化一体化企业，各装置最优负荷受限因素较多，尤其是炼油为化工提供原料、化工装置边际效益较大时，会对部分炼油装置的最优负荷及物流走向产生决定性的影响。

2）外购部分物料的价格、数量、性质对全厂的效益可通过其边际效益分析，但炼油供化工物料的影响较复杂，需要综合物料可能的流向进行测算分析，从而实现全厂效益最大化。