运用Petro-SIM构建炼化一体化全流程模拟模型的实践

以大型石化企业流程模拟应用为基础,介绍了运用流程模拟软件Petro–SIM v6.2构建炼化一体化全流程模型,准确表征各单装置及全厂实际运行性能,并以效益最大化为目标,运用模型开展炼化一体化生产计划优化方案测算,对原料品种、数量、操作条件进行优化,对中间物料产品切割和流向进行研究,从而有效识别和评估优化增效方案等一系列实践的工作方法、技术路线、应用效果和后续展望,也是Petro–SIM最新版软件在国内大型石化企业实现炼化一体化全流程模拟应用的经验探索。

炼化一体化Petro-SIM全流程模型智能化应用探讨

应用流程模拟技术开展生产优化是大型石化企业提升经济效益的有效途径。文章以大型石化企业Petro-SIM全流程模型应用为基础,提升模型运行和应用成效、提高模型测算工作效率为目标,探讨了借助信息技术建立Petro-SIM模型智能分析系统,实现模型数据自动获取、综合分析、智能展示和应用管理,从而促进Petro-SIM全流程模型应用智能化的方案和做法。

Petro-SIM软件在天然气水合物生成预测中的应用

在天然气管道输送过程及炼厂实际生产中,轻烃组分含量较高的气体有可能生成"可燃冰",为避免对下游生产装置的扰动,亟需一种定量的测算手段来确定可燃冰生成的临界条件。有别于传统的经验公式法、图解法、相平衡计算法,Petro-SIM是英国KBC公司开发的桌面炼厂模拟软件,应用该软件,可以实现炼厂工艺过程的优化设计和开发。富乙烷气输送管线中发现冰状物,在预测水合物生成条件时,运用Petro-SIM模拟软件建立三相水合物的生成条件模型,准确找到生成水合物的临界条件,并结合其中的阀门、管线模型寻找出最佳的气体源头输送条件。要预防轻烃水合物的生成,就需要至少使其中一个生成条件不能满足:使富乙烷气中不含游离水,降低输送压力,提高富乙烷气温度。根据Petro-SIM模拟计算结果,选择在沿途管线上安装伴热线,避免输送末端达到水合物生成的临界温度,使生成可燃冰的几率降至最低。

Petro-SIM模拟软件在加氢裂化装置掺炼催化柴油中的应用

为评估煤油柴油加氢裂化装置大比例掺炼催化柴油方案的可行性,利用基于Petro-SIM模拟软件所建立的加氢裂化装置全流程模型,从混合进料性质、氢气及循环氢系统负荷、催化剂床层温度分布、产品性质等方面对加工方案进行了整体模拟预测,结果表明随着催化柴油掺炼比例的升高,混合进料硫、氮含量和密度以近似线性规律增加,装置氢气及循环氢系统负荷、催化剂床层温度、温升均大幅增加,主要产品性质仍可满足指标要求。工业实践表明,催化柴油掺炼比例为20%时与掺炼催化柴油前工况相比,精制反应器(R101)和裂化反应器(R102)温度分别升高12. 5℃和8. 5℃,达到361. 3℃和362. 0℃,氢气耗量由65. 2 dam^3/h大幅增加至100. 3 dam^3/h,同时循环氢量由370. 6 dam^3/h增加至474. 0 dam^3/h,满足装置压缩机负荷要求。基于Petro-SIM的全流程模型对反应器平均温度模拟结果最大误差仅0. 44%,氢气、循环氢系统负荷以及产品性质模拟误差基本在5. 0%以内。

利用Petro-SIM软件生成PIMS模型原油ASSAY表

介绍了利用KBC Petro-SIM炼厂模拟软件常减压塔模型LPU(线性规划工具)工具生成PIMS模型原油ASSAY表及悬摆物流数据的方法,对该方法存在的收敛、切割点偏移及效率问题进行了论述;为了解决这些问题,在常减压校核数据基础上通过分配系数计算直接创建原油切割组分分离器模型代替塔模型,并从基础物流中根据计算分配系数创建组分分离器分离出悬摆物流使悬摆实体化,然后利用LPU工具可以成功、准确、高效地生成原油ASSAY表,为原油经济评价及生产优化提供了数据支撑。

基于Petro-SIM模拟优化汽油加氢装置节能方案

采用Petro-SIM流程模拟软件对某厂催化汽油加氢装置进行模拟计算,利用模拟数据提出了节能优化方案。结果表明:所建模型模拟值与实际生产操作情况基本吻合。通过对换热网络模拟优化,分馏塔塔底重沸炉热负荷可降3.9%,节约燃料气成本151万元/a。对分馏塔降压的模拟优化,分馏塔塔顶压力降低0.1 MPa时,分馏塔塔底重沸炉热负荷降低了5.7%,节约燃料气费用1898.4万元/a。

基于Petro-SIM软件模拟连续重整待生催化剂碳含量的研究

连续重整待生催化剂碳含量是影响装置芳烃转化率和汽油辛烷值的关键参数。当积碳量上升至5%(w)时,重整装置液收、汽油芳烃含量及辛烷值会大幅下降。实际生产中需要对碳含量进行连续监测和准确测定,为再生烧焦提供可靠的数据支撑。催化剂再生系统是连续重整装置的重要组成部分,通过烧焦再生保持催化剂活性,实现催化剂循环使用。该文利用Petro-SIM软件模拟了再生器烧焦段的化学反应和热平衡,模型能根据实际生产中催化剂的循环速度、催化剂进出再生器的温度及再生气进出再生器的温度,实时计算出待生催化剂的碳含量,为参数调整提供指导。

应用Petro-SIM软件优化炼油厂的原油采购

基于Petro-SIM流程模拟技术建立炼油厂全流程模型,选取安哥拉新油种—Saturno原油,利用Petro-SIM软件强大的原油拟合功能和单装置反应机理模型,将该油种加工性价比分别与炼厂常规采购的罕戈原油和阿曼原油进行对比测算。测算结果显示Saturno原油替代罕戈油略有效益,替代阿曼油亏损严重。在测算过程中发现,Petro-SIM软件能够根据不同物料的性质,得到不同的产品分布和性质变化,且变化趋势与经验判断一致。与其他软件比较,在原油性质差别较大时,Petro-SIM软件的测算结果更准确。

Petro-SIM在海南炼化RFCC装置的应用

介绍了炼油全流程优化软件Petro-SIM模型的基本特点、建模步骤及在中国石化海南炼油化工有限公司重油催化裂化装置的工业应用情况。应用结果表明:该软件能够较为准确地模拟催化裂化装置的生产状况,可有效提升装置经济运行效果,提高企业精细管理、实现降本增效。

PETRO-SIM模型在焦化液化气流程优化中的应用

中国石化济南分公司焦化液化气目前和催化液化气混和后作为气分装置原料，但其中除10％的丙烯外，其他组分基本为碳三、碳四烷烃，经过气分、MTBE装置后进民用烃，大幅增加了多个精馏塔能耗。利用全厂PETRO-SIM流程模拟模型将焦化液化气分离后，碳三纽分进气分，碳四组分进催化回炼，模拟结果汽油、丙烯等高效益产品增加，减少了民用烃产量，同时装置能耗大幅降低，从效益计算结果看也是可行的。通过模拟运行，全厂PETRO-SIM流程模拟模型快速收敛，对生产优化和决策起到了较好的辅助作用，特别是对催化反应等复杂生产过程和整厂全流程模拟快捷准确。

Petro-SIM模拟软件在中压加氢裂化流程模拟中的应用

基于Petro-SIM模拟软件建立了中压加氢裂化装置的反应器校核模型和装置全流程模型,以掺炼不同催化裂化柴油比例下两种工况的实际运行参数和产品分析数据验证了该模型的准确性。应用全流程模型对装置进行优化机会分析,提出了通过降低石脑油分馏塔塔压来缓解塔底热负荷需求,从而解决了主分馏塔在多产喷气燃料和重石脑油时热负荷相互制约的问题;适当提高裂化反应器温度增加了喷气燃料和石脑油收率,有利于装置的提质增效。模拟结果表明,降低石脑油分馏塔塔压30 k Pa可降低塔底再沸器热负荷0.54 MW,在不影响重石脑油品质的前提下实现增产喷气燃料1.2 t/h,或者可实现裂化反应器加权平均温度提高0.6℃,增产石脑油1.89 t/h和喷气燃料1.0 t/h。

歧化装置与芳烃装置二甲苯塔分离热耦合工艺

针对歧化装置和芳烃装置的C_(8)和C_(9)物料被重复冷凝与加热,以及设备数量多、投资大、占地多、开工程序复杂等缺点,中海石油宁波大榭石化有限公司将歧化装置的重芳烃塔与芳烃装置的二甲苯塔合并为1个新二甲苯塔,开发出满足C_(8)芳烃深度分离和C_(9)芳烃烷基转移的低成本分离热耦合精馏技术。结果表明:通过Petro-SIM软件模拟,该二甲苯塔分离热耦合工艺获得的C_(8)芳烃产品中甲苯质量分数小于0.98%,C≥9重芳烃质量分数小于2.51%,获得的C_(9)芳烃产品中C_(8)芳烃质量分数小于0.21%,C≥10重组分质量分数小于0.07%;与传统工艺相比,热耦合工艺装置建设投资约减少2700万元,节省占地6666.7 m^(2),减少二氧化碳排放9600 t/a。

减压深拔长周期运行技术分析与应用

分析了影响减压深拔长周期运行的主要因素,结果显示,防止减压炉炉管和减压塔内构件结焦是保证减压深拔长周期运行的关键.利用Petro-SIM流程模拟软件进行计算分析,实现减压深拔安全平稳长周期运行采取的优化操作措施是：（1）将减压炉出口温度控制在424～ 427℃,以确保最高油膜温度不高于465℃;（2）将炉管注汽总量控制在1.5 ～2.0 t/h,以保证最高温处炉管内介质的停留时间小于0.7s;（3）将减压塔洗涤油最小流量控制为不小于140 t/h;（4）注入急冷油,将减压塔塔底温度控制为小于365℃.

不同掺炼比的常减压装置模拟研究

采用Petro-Sim软件对常减压装置进行模拟,分析现有设备能否满足不同的俄罗斯原油掺炼比,并为不同工况下装置的操作条件调整提供指导。为防止减压塔塔顶负荷过高,实际生产时减压炉炉管未投用注汽,增加了油品在炉管内的停留时间,可能会导致油品的大量裂解和结焦。通过减压炉模拟结果建立油品结焦曲线,从而可直观判断油品结焦倾向,判定安全操作区域,指导装置生产。

延迟焦化装置流程模拟及应用

介绍了用Petro-SIM桌面炼油厂模拟软件构建延迟焦化装置模型及炼油全流程优化的应用实例,结果表明,Petro-SIM模型不仅可以对单体设备、联合装置进行计算优化,还可以建立炼油厂全流程模型,真正实现桌面炼油厂。某炼油厂利用Petro-SIM模型优化延迟焦化装置吸收稳定系统,有效降低了干气中的C3含量,减少经济损失;而利用Petro-SIM建立全流程模型,将延迟焦化装置循环比从1.15降低到1.08,全厂的产品分布会有所改善,通过模型计算每年可使全厂增效890万元。

丙烯酸及酯装置热水系统评估及改造

某丙烯酸及酯装置热水系统主要包括用热单元和换热器,用热单元所用的热水采用外部循环冷却水作为水源,存在资源浪费现象。对该装置热水系统节能潜力进行分析,利用KBC公司的Petro-SIM软件进行计算和评估,确立改造方案。使用冷凝液作为热媒水,停止使用原先的循环冷却水;将敞开式换热系统改为闭路自循环取热换热系统,避免水质和外界温度、压力变化对本装置工艺的影响;将各换热器来的冷凝液收集到一个缓冲罐中,混合后的冷凝液温度约92℃,总流量约90t/h,将这部分冷凝液作为热源,使用新增的板式换热器加热改造后的闭路水;为保证生产的稳定性和连续性,保留原来的热水加热器,当新增热水加热器出口温度达不到要求时,用原热水加热器再进行加热;增加一个循环水缓冲罐,当闭路循环水水量不够时,通过外界补充不足的循环水。利用装置冷凝液取代低压蒸汽进行循环水换热后,用来进行循环水换热的低压蒸汽不再使用,节约低压蒸汽20t/h,装置实现节能量6.08kt标油/a,实现经济效益716万元/a。

分离石脑油中异戊烷的效益分析

中国石油化工股份有限公司洛阳分公司因产销不平衡,导致一部分石脑油被迫用作汽油调合组分,而石脑油辛烷值低,影响了经济效益。分析石脑油产品主要来源重整拔头油、加氢石脑油、芳烃抽余油等组成,提出分离出石脑油中的异戊烷组分,用于调合汽油的方案。借助于流程模拟软件Petro-SIM,对分离石脑油中的异戊烷组分进行模拟,对比了新建装置和利用闲置的C4/C5分离塔(C202)两种方案下对汽油调合生产以及石脑油产量的影响,最后选定利用C202分离异戊烷组分的方案,这一方案仅需简单改造,投资8×104RMB$,每月效益将可以达到312×104 RMB$。

蜡油加氢装置流程模拟及优化

由KBC公司开发的生产过程稳态模拟和优化的大型通用流程模拟软件Petro-SIM软件,目前已在很多炼厂装置工况分析、故障诊断、挖潜增效、加工方案优化、装置生产优化等方面发挥了重要的作用。应用Petro-SIM软件,对石家庄炼化分公司蜡油加氢装置进行模拟,优化分馏塔操作,并利用模型自带的物性方法,预测高压换热器腐蚀情况,并提出防腐措施及建议。

催化裂化装置余热锅炉受热面积灰的处理方法及评价

采用不同方法对重油催化裂化装置余热锅炉的受热面积灰进行了清洗。借助Petro-SIM v3.3软件,对余热锅炉后取热系统进行了模拟,并对不同方法的清洗效果进行了评价。结果表明:采用不同的清洗方法,排烟温度均降低,锅炉总取热量均增加;在水保护段,采用水喷淋清洗法(方法 1)的脱灰效率低于大颗粒催化剂清洗法[包括部分烟气进入烟囱(方法 2)和全部烟气进入烟气脱硫装置(方法3)];在蒸发段,方法 2和方法 3的脱灰效率降低,尤其是方法 3;在省煤段,方法 1的总传热系数变化率为91.84%,脱灰效果最好。无论从排烟温度的下降,热负荷的提升,还是总传热系数的变化率来看,方法 1是最高效的。

异戊烷分离塔优化设计

炼油厂副产的轻石脑油辛烷值较低,如直接作为汽油调合组分仅能生产低标号的商品汽油,影响企业经济效益。通过增设异戊烷分离塔,可将从轻石脑油中分离异戊烷作为汽油调合组分。采用Petro-SIM软件对异戊烷分离塔进行模拟计算,考察不同回流比、产品产量及操作压力下的经济效益,从而优化异戊烷分离塔设计。分析认为,在给定进料量183.5 kt/a,异戊烷产品产量55 kt/a条件下,最佳回流比为10时,每年汽油产品利润增加8 453万元,投资回收期仅124 d;异戊烷产品产量降低10%,最佳回流比增加至11.5,效益进一步提高;降低操作压力可使最佳回流比降低,从而降低操作成本,但较低回流比下,操作压力对回流比的影响降低。