催化裂化回炼原料的优化与实践

周从雨

（中国石化沧州分公司，河北沧州 061000）

某单系列“燃料油型”炼厂主要装置有350万t/a常减压、100万t/a催化裂化、120万t/a延迟焦化、160万t/a柴油加氢、15万t/a半再生重整、90万t/a S Zorb吸附脱硫、5万t/a聚丙烯、30万t/a气分、2万m3/h制氢、5万t/a MTBE及相应配套设施。催化裂化装置采用MIP工艺，反应器结构为同轴式，设计原料为胜利和阿曼等原油的减压蜡油、减压渣油和焦化蜡油混合原料。2016年以来随着劣质原油加工方案的实施，催化裂化原料减少，炼厂尝试采用分储分炼的方式将石蜡基减压渣油作为催化裂化原料进行回炼，并得到成功应用；同时通过流程改造，实现了焦化石脑油进催化裂化装置改质。2017年以来由于柴油市场愈发低迷，车用普通柴油产品的市场需求明显减少，造成常一线和加氢后的轻循环油（加氢LCO）等柴油组分成为了催化裂化回炼的备选原料。因此，在确保催化裂化装置满负荷运行的前提下，利用优化软件优化催化裂化原料改善产品结构，达到全厂效益最大化具有重要的现实意义。目前炼油优化软件主要有两类，一类是以PIMS为代表的基于线性规划技术的模型；另一类是以RSIM为代表的基于流程模拟的非线性模型。文章在分析不同回炼原料对催化裂化产品收率和性质影响的基础上，研究利用RSIM软件中的优化器和PIMS软件对催化裂化原料进行优化，以期获得全厂效益最大化。

1 回炼原料对催化裂化产品的影响分析

优化产品结构是优选回炼原料的重要目的之一，从表1中给出的不同回炼原料的产品收率可以看出，按汽油＋液化气总收率由高到低的顺序为：常一线＞焦化石脑油＞加氢轻循环油＞分炼减渣。不同回炼原料对催化裂化产品质量的影响及实际可回炼量是加工过程中需要考虑的重要因素。

1.1 石蜡基减渣

石蜡基减渣具有金属含量高、密度大、残碳高、在催化裂化反应中未气化重油分子比例大等特点[1]，掺渣比例高会造成催化剂中毒、烧焦量大、加工量降低以及产品收率变差等不良后果。通过实践探索，按6%进行掺渣的催化裂化原料中镍＋钒含量6.5 μg/g，残碳＜5%，对催化原料无明显影响[2]，结合每月分炼原油量，石蜡基减渣原料量平均最大为6 000 t/m。因掺渣比低，催化裂化产品性质无明显变化。石蜡基减渣与催化裂化混合原料性质见表2。

表1 不同催化原料回炼的产品收率 %（w）

表2 石蜡基减渣与催化裂化混合原料性质

1.2 加氢轻循环油

加氢轻循环油是利用炼厂柴油加氢装置在生产车用普通柴油的闲置时间，通过调整反应温度、反应压力和空速等工艺参数选择性地将LCO中的多环芳烃定向加氢，转化为环烷基苯后送至特定储罐进行储存，择机进催化裂化提升管底部LTAG专用喷嘴进行回炼，加氢LCO中的烷基苯进行开环裂化反应，转化为高辛烷值汽油[3]（见图1）。由于加氢装置采用间歇式生产加氢轻循环油，最大回炼量为6 000 t/m。

图1 加氢循环油技术反应路径

1.3 常一线馏分油

常一线馏程一般为150～225℃（95%点），其中150～205℃的汽油馏分占80%，进催化裂化提升管回炼可增产汽油，但对汽油辛烷值影响较大。该炼厂常一线单独或与加氢轻循环油混合进提升管底部LTAG专用喷嘴进行回炼，最大回炼量5 000 t/m。

1.4 焦化石脑油

焦化石脑油进催化裂化装置改质已在多家炼厂应用，但回炼焦化汽油后催化汽油的辛烷值会明显降低[4]，使焦化汽油的回炼量受到限制，进催化裂化重油进料喷嘴中最大量为2 200 t/m。

2 催化裂化回炼原料的优化

2.1 催化裂化回炼原料效益计算方法

催化裂化装置产品效益的最大化与炼厂整体效益增加存在着正向关系，因此可在以催化裂化产品效益为导向的基础上测算炼厂整体效益。以催化裂化装置产品为基准：

上述计算公式相当于多元函数求解最大值，手工计算很难得到最佳配比值。利用RSIM软件内嵌优化器设置各回炼原料量的变化范围、原料与产品价格，以催化裂化最大烧焦量为限制条件，回炼原料产生的效益为目标函数，可自动计算出对催化裂化装置的局部最优解。表3是常压原油加工量为23万t/m的情况下，按2018年4月产品价格体系结合主要装置运行成本，利用优化器进行优化的结果。

表3 回炼原料优化情况 万 t/m

2.2 催化裂化回炼原料优化

表4是利用PIMS软件对表3中两种方案进行测算的结果。由表4可以看出，方案优化后高附加值产品丙烯增加0.05万t/m，汽油增加0.13万t/m，石脑油和柴油也有所增长，低附加值产品燃料油产量减少0.56万t/m，产品结构得到改善，产品收入增加788万元/月，吨油效益增加33.7元/t。

3 催化裂化原料优化的实践

因缺少航煤加氢及催化柴油改质等装置，随着普通柴油配置计划的不断减少以及3#粗白油的停产，低十六烷值的常一线和轻循环油组分仅能以低附加值燃料油形式外销。为改善产品结构，炼厂以效益最大化为目标，自2017年12月起根据产品配置计划、催化裂化装置加工负荷及产品价格变化等情况，利用RSIM和PIMS软件及时进行测算，调整催化裂化回炼原料的种类及比例。2018年1季度与2017年同期相比，产品结构得到改善，液化气、丙烯及汽油收率均增加，柴油产量下降，产品结构变化合计增加效益3 861万元（见表5）。

表4 优化前后主要外销产品情况对比 万t/m

4 结论

利用流程模拟软件RSIM中的优化器，将不同催化回炼原料量作为变量，每种原料最大可回炼量与催化烧焦负荷作为限制条件，效益为目标函数，可快速计算出催化回炼原料最佳组合方式。结合PIMS软件对组合方式进行论证分析，可为炼厂产品结构优化及效益提高提供依据。通过实践，炼厂2018年一季度与2017年同期相比液化气、丙烯及汽油收率增加，产品结构变化合计增加效益3 861万元。

表5 2018年一季度与2017年同期效益对比

续表