加氢裂化工艺操作过程的优化措施

吴春汉

(中海油气(泰州)石化有限公司，江苏 泰州 225300)

0 引言

在目前的加氢裂化工艺发展中，由于其催化反应数据形成的函数模型中，其数据空间成超曲面形状是人们的想象力难以达成的数据模型，这也使得在进行函数表达式的选择过程中增加了更多难度。为此，需要针对这些问题进行分析，并且选择特定的催化剂作用下，以减压蜡油标准原料油作为加氢裂化的标准原料油进行分析该工艺中的优化方式，找到最佳的优化方式。

1 实验内容

1.1 实验目的

当前需要对加氢裂化工艺操作优化过程中需要进行实验，改变传统工艺优化过程中存在着局限性极大的情况。例如，在当前在处理各类不同的产品参数时，需要考虑到其各类工艺在发展过程中本身的关系是相对较为密切的，并且具有极强的依赖关系。但当前对各类工艺的探究仍发展空间，因此需要通过相关的实验进行数据，并且获取更多的数据内容来提高其实验优化的整体效果。在本次实验过程中，为了确保其实验质量的提升，需要选择容积为60 mL的小型加氢装置，能够获得更加准确的数据，并且提高实验数据管理的应用以及采集的整体质量[1]。

1.2 实验方法

在进行原料选择时，利用伊朗的减压蜡油作为基本原料，根据本次实验的实际要求，对实验过程中的不同工艺以及采集的不同产品进行温度以及实验处理量的确定，其中需要在实验之前了解在不同温度下其所产生的馏分产品是哪些，了解到在不同温度下其实馏分产品有所区别。例如，当温度小于82 ℃时，其所产生的产品为轻石脑油馏分；而当温度不断上升，上升到82～132 ℃之间，产生的产物则为重石脑油馏分；而在温度的不断上涨情况下，当温度到达132 ℃到282 ℃时，其所形成的产物则为喷气燃料馏分；而如果当温度到达282 ℃以及370 ℃，其所产生的产品作为柴油馏分；而如果温度仍旧不断上升，当温度高于370 ℃时，那么其所产生的馏分则是为尾油馏分。其中不同的产品，在使用过程中使用方式不同，其对工艺的要求也同样不同。其中以喷气燃料以及柴油馏分为例，如果将这两种产物进行加和能够形成中油馏分，需要对所有不同的馏分数据进行分析以及切割，提高其数据采集的整体效果，确保所获得的馏分含量能够满足本次实验的实际要求。为此，当前需要对所有已有数据以及各类工艺条件的关联性进行分析，挖掘其工艺发展的整体效果，才能确保其在工艺操作优化过程中的优化质量得到提升[2]。

2 数值模型的建立

在本次数据分析过程中需要选数学模型进行建立，其中在进行数学模型选择时，需要利用Matlab工具包中的griddata函数，其目的是将同一空间坐标系下的所有散点值变成一个规则网格，提供三角形的线性插值，三次多项式插值等一系列的数值方法，能够更好地实现结合临近散点分布特征的光滑曲面拟合。在本次研究过程中，需要考虑到地变量参数只有两个，分别是温度以及处理量，可以利用二元样条函数进行有效处理。与此同时，也能将所获得的相同的油品性质与对应的操作点进行连接，通过连接呈现能更好地了解到在不同油品性质下其操作条件所形成的等势线。根据这种方法，能够做出轻石脑油收率、重石脑油收率、柴油收率以及转化率等不同的等势线，满足加氢裂化工艺操作的优化需求[3]。

3 数据分析

3.1 生成油特征参数的收集

将不同的加氢裂化工艺条件进行分析，其得到的生成油需要采用5的实沸点蒸馏装置进行馏分切割，所得结果如下。

3.1.1 数据收集

在工况1中，该温度为360 ℃，压力为14.7 MPa，进油量为60 g/h，产品收率为中轻石脑油为3.3%、重石脑油为9.4%，喷气燃料为36.2%，柴油为21.4%、尾油为28.7%、转化率为70.3%、中油选择性为81.9%；在工况2中，该温度为390 ℃，压力为14.7 MPa，进油量为60 g/h，产品收率为中轻石脑油为18.9%、重石脑油为28.2%、喷气燃料为42.9%、柴油为6.9%、尾油为2.9%、转化率为97.1%、中油选择性为51.3%；在工况3中，该温度为360℃，压力为14.7 MPa，进油量为75 g/h，产品收率为中轻石脑油为3.3%、重石脑油为9.2%、喷气燃料为33.8%、柴油为23.1%、尾油为29.5%、转化率为69.5%、中油选择性为82.0%；在工况4中，该温度为390℃，压力为14.7 MPa，进油量为75 g/h，产品收率为中轻石脑油为15.2%、重石脑油为29.2%、喷气燃料为41.1%、柴油为10.3%、尾油为4.4%、转化率为96.5%、中油选择性为48.5%；在工况5中，该温度为360 ℃，压力为14.7 MPa，进油量为90 g/h，产品收率为中轻石脑油为1.2%、重石脑油为5.0%、喷气燃料为19.2%、柴油为22.41%、尾油为49.2%、转化率为49.8%、中油选择性为87.6%；在工况6中，该温度为390 ℃，压力为14.7 MPa，进油量为90 g/h，产品收率为中轻石脑油为10.8%、重石脑油为22.8%、喷气燃料为44.5%、柴油为12.4%、尾油为9.0%、转化率为91.0%、中油选择性为62.5%[4]。

3.1.2 数据分析结论

由上述数据可见，在裂化反应中，其转化率与中油选择性之间存在着明显的此消彼长的关系。

3.2 生成油特征参数对工艺条件的关系

3.2.1 原料的转化率

通过对上述数据进行分析，随着原料的转化率出现改变，在整个实验过程中，随着温度的不断改变，原料在进行转化过程中，其转化率也会出现极为明显的改变。需要针对这一问题进行深度分析，才能够更好地了解到原料转化过程中所生成的各类不同产品以及其处理量的不同，进而不断提高原料在转化过程中的整体转化效果。由于产品在优化生产过程中，产品的产生会随着温度的增加而出现改变，特别是针对原料的转化率会随着温度的不断增加，进而导致处理量降低。为此，整体原料的转化率呈现一种降低的状态，变化趋势与转化率处于一种相反的状态。在原料的生产过程中，如果其所产生的产品为轻食脑油或是重石脑油以及中石脑油时，其转化收率同样也会出现一定的改变。这是由于随着温度的增加以及处理量这一参数的降低，馏分收率的增加速度会随着处理量的不断降低而不断增加，由此可见，增加速率本身受到温度的影响可谓是十分显著。

3.2.2 柴油馏分收率

如果产品生产以及收率转化的过程中，当温度相对较低的情况下，原料在进行转化以及液化的过程中，会出现柴油馏分的反应，相比于柴油在馏分过程中向下一步反应速度而言更快，也更加容易，导致柴油在反应过程中出现二次裂化这一情况。柴油在当前的反应过程中不断地被分解，柴油馏分能够分解成为喷气燃料或者是分解成为相对更轻的馏分，这也会导致柴油馏分的收率在这一阶段会不断降低，而在进行收率处理时，其处理量却无法得到提高。馏分在裂解的过程中则不同，其相比于柴油馏分而言，速率更小。为此，当前柴油馏分的裂解度也在不断减少[5]。

3.2.3 喷气燃料

在选择生产产品时，如果其生产产品本身为喷气燃料，那么其馏分收率的变化则相对较复杂。当处理量相对较高时，喷气燃料和柴油馏分量都相对较高，则会将其转化成为喷气燃料馏分，这是由于在转化过程中转化速率相对较高，并且其已经直接大于喷气燃料自身的下一步反应裂解时的速率。为此，随着温度在不断提升，喷气燃料自身的收率在这一阶段也会得到改变，出现增加的状况。而如果在整体处理过程中，其处理量相对较低，那么就会导致产品中所有所蕴含的全部的柴油馏分含量则相对较低，无法为整个反应发展提供最为充足的馏分含量，也会导致整个反应发展的质量无法得到提升，其反应效果难以得到改善。在这一阶段，喷气燃料的裂解速度就会随着温度的增加而不断增加，其呈现的是非线性依赖关系。

4 加氢裂化工艺操作过程的优化

在加氢裂化工艺操作过程中，大多数情况下均要求明确了解该产品自身的性质，只有这样才能更好地使该产品进行进一步的优化，并且满足制定的产品性质要求。由于在实验操作的过程中，其所对应的工艺条件以及实验过程中所涉及的操作区间是相对较为复杂的，甚至在实际工作的过程中，该工艺操作点可能不存在唯一点，并出现了多个点。为此，在本次的加氢裂化工艺操作过程的优化中，其涉及了最优工艺点的选择问题，需要针对该问题进行分析。

4.1 复合工艺优化操作区间的确立

在加氢裂化工艺操作过程中，需要根据市场的要求而产生一定的变化，为此对某一种固定产品的某种性质要求并不是唯一的，会根据不同市场的实际需求以及在整个行业发展中的上下游工况进行进一步分析，并对各馏分油产品的性质提出不同要求。为此，需要考虑到将多种、不同的因素进行复合考察，了解研究方法。

4.1.1 实验分析

例如，实验研究过程中假设对馏分油的相关性质要求如下，即：喷气燃料的冰点为大于-52 ℃，喷气燃料的烟点为22～25 mm，中油收率为大于83%，柴油收率为大于25%。需要结合其数据需求和性质进行分别绘制，需要在各类不同的产品性质进行约束。并且将相关的对应的工艺操作放在假定喷气燃料冰点、喷气燃料烟点、中油选择性以及柴油收率所确立的工艺操作区间中，其分别为Ω1、Ω2、Ω3、Ω4。当优化过程中，其优化需求满足约束条件Ω可行=Ω1∩Ω2∩Ω3∩Ω4。

4.1.2 数据分析

在分析复合工艺优化问题时能发现，在操作过程中复合工艺操作区间带有一定的任意性，并且将所有的数据内容进行分析，其所形成的形状是极其不符合规则的。在复合工艺操作区间中，其形成的约束条件是由4类不同的油品性质共同组成并确立的，能够将不同的约束条件联合确立，进而形成切实可行的工艺操作区间的边界。在复合工艺操作区间分析的过程中，能发现其并不是数学上典型的凸区间，为此，在整个操作过程中无法选择利用更为传统的函数求解方法来进行进一步的计算。

4.2 复合工艺操作区间上的转化率优化分析

当前在复合工艺操作区间上的转化率优化分析的过程中，需要满足在操作区间区域范围上分析，其目的是最大限度地生产尾油。该方式能够使得裂化反应在已经完成的约束条件下，进一步确保在转化的过程中，其转化率能够达到极小值。基于上述的数据，需要分析目标函数以及约束条件，需要分别绘制复合工艺操作区间以及其转化率的等势线，通过进一步地对转化率等势线进行分析，能发现在分析不同的操作区间并且分析不同的相对位置时，可以得到：加氢裂化工艺操作过程的优化过程中，转化率本身和处理量以及温度有着密切的关系。在整个操作优化过程中，选择上述方法能够确保转化率会随着温度的不断增加以及处理量的降低而提升。等式线也会随之进行相应的改变，其呈现的是一种非线性增长状态，并且逐渐改变其推进方向，即从右下角向左上角推进，渐渐地在工艺操作过程中达到的理想区间并进行相交，然后再离开工艺所需要操作的区间，进而达成对复合工艺操作区间转化率的进一步优化以分析。

4.2.1 实验数据

在本次的实验分析过程中，其馏分油转化率的实际值为60.04%；估算值为60.20%；其中中油选择性的实际值为83.24%，估算值为＞83%；喷气燃料冰点的实际值为-37 ℃，估算值为＞-52 ℃；喷气燃料烟点的实际值为24 mm，估算值为22～25 mm；柴油选择性的实际值为24.53%，估算值为＞25%。

4.2.2 实验分析

结合相关的计算结果进行分析，需要分别将裂化段工艺条件设置为：压力14.7 MPa，处理量85 g/h，反应温度360 ℃。在操作区间范围内，通过对上述的数据分析，能发现在数据转化的过程中，其转化率的最小值所对应的处理量约为85 g/h。该转化率的数据所对应的裂化反应温度约为360 ℃，其中所展现的限制条件的瓶颈则在于对喷气燃料的烟点要求。在整个操作区间的范围内，应明确整个操作过程中所面对的转化率的最大值为所对应的处理量约为75 g/h，其中对应的裂化反应温度约为370 ℃。在整个操作优化过程中，其限制条件的瓶颈则是中油选择性的要求。由此可见，在优化过程中，所有完成估算的产品性质其本身与实际的产品性质有着极为密切的关系。

5 结语

综上所述，从加氢裂化工艺操作的优化过程中能发现，分析操作区间以及转化率的极值问题十分重要，克服了在传统管理过程中存在的一系列问题，并且改变其中存在的一系列不足，寻找到了最优的解决方法，提高油品炼化工艺的整体效果。