李 霞 刘 东 汪洪涛 崔增蛟 任 妮

(1. 中国石油大连石化公司生产运行处，辽宁 大连 116031；2. 中国石油天然气股份公司规划总院，北京 100086)

炼油厂和石化建模系统(Refinery and Petrochemical Modeling System，RPMS)是用线性规划、分布递归的数学模型，在满足众多约束条件的情况下，经过万次迭代计算寻得最优解的软件。迭代过程可以是原料固定，寻得最优的装置负荷；可以是加工量固定，寻得性价比最高的外购原料；可以是原料、加工量固定，寻得最优的二次加工路线等。目前，RPMS在炼化企业从炼厂的新建、改扩建、挖潜增效、计划优化，到年、季、月的计划排产，有着十分广泛的应用，中国石油大连石化公司作为中石油的第一个RPMS项目试点企业，从2004年起便将RPMS软件应用于进口原油选购、不同原油加工比例测算、生产方案优化及计划排产等生产经营的各个领域，公司每年运用RPMS模型进行的优化测算达到400次之多，RPMS的应用能够准确、快捷地为生产经营提供决策参考。

中国石油大连石化公司为了优化装置运行多产高附加值产品，采取了减压深拔技术，提高减蜡拔出率，改进换热提高加裂反应深度等措施，提高了加氢裂化装置的日均负荷，且提高了加裂石脑油和航煤收率，降低了外甩尾油量，加裂尾油收率由之前的28%将至7%左右。加裂尾油是重要的催化轻料构成，占整体催化轻料的70%左右，尾油收率的大幅降低，使催化轻料日均减产1 500t左右，造成催化原料残碳高、催化装置低负荷运行。为了优化催化料并改进催化装置的运行，使整体的效益最大化，笔者运用RPMS模型对催化料调合的各种方案进行了优化测算。

1 RPMS线性规划方法①

线性规划模型通常包括一个目标函数和众多约束条件。目标函数是指在满足了众多约束条件下的经济效益最大。约束条件包括：各装置以及全厂的物料平衡、装置加工能力约束、单个原油采购数量约束、原油加工总量约束、某些产品出厂量约束、成品油调合指标约束和装置进料物性约束。利用成熟的求解器，对建好的模型进行求解，可以快速、准确地计算得到目标函数为最大利润的最优化解[1～3]。

1.1 目标函数

该企业线性规划模型的目标函数采取利润最大化，即销售收入-原料成本-加工成本最大，方程可以写成以下形式：

MaxObj=PRICE×MSELPRO-PRICE×MBUYRAW-PRICE×MUBYUBL

(1)

其中，MSELPRO为销售的产品的量，MBUYRAW为购买的原材料的量，MUBYUBL为公用工程的量(若还有固定成本，需将这部分成本也减去)。

1.2 约束条件

1.2.1物料平衡约束方程

以催化裂化装置为例，催化装置的进料为催化轻料、催化重料、回炼芳烃。设WFCCBAS为催化裂化装置的混合进料，则进料汇流物料平衡方程为：

WFCCBAS=WFCCFCL(催化轻料)+WFCCFCH(催化重料)+WFCCLR2(回炼芳烃)

(2)

催化裂化装置的产品物料平衡(以催化汽油和催化柴油举例说明)：

催化汽油MWGT1C2=0.42×WFCCBAS

催化柴油MWGT1C3=0.25×WFCCBAS

(3)

1.2.2装置相关约束方程

以催化裂化装置为例，催化裂化的月度加工能力约束为：

23万t≤WCAPFCC=WFCCBAS=WFCC1AQ+

WFCC1VX+WFCC1DE≤31万t

(4)

对于催化裂化装置的进料来说，还有些特殊的进料限制，如进料残碳含量限制(物性代码CCN)在3.5%～5.8%之间，方程为：

0.035WFCCBAS≤CCN×WFCCFCL+CCN×WFCCFCH+

CCN×WFCCLR2≤0.058×WFCCBAS

(5)

1.2.3成品油调合约束方程

以93#汽油调合的辛烷值计算举例，BG93FCG、BG93LR2、BG93RAS、BG93XYL、BG93TOL、BG93MTB、BG93ALK分别表示调入93#汽油的加氢汽油、重芳烃、抽余油、二甲苯、甲苯、MTBE和烷基化油的体积量。

研究法辛烷值按照体积百分比进行调合为：

93×MVOLG93≤ 91×BG93FCG+ 100×BG93LR2 +68×BG93RAS+106×BG93XYL+115×BG93TOL+115×BG93MTB+ 96×BG93ALK

(6)

RPMS特殊功效是能将非线性的物料性质转换成可计算的指数性质，经过线性计算后再反算回非线性性质，如汽油的蒸气压指数、柴油的十六烷值指数等。中国石油大连石化公司仅汽油调合池就有近十种调合组份，每种组份的数量、性质对目标产品的影响，以往通过进料和产品的性质检测才能获得数据；现在RPMS对汽柴油的调合进行了详细的模拟，可以对产品的性质进行预判，并预先优化调合组份和汽、柴油产品结构，从而指导实际生产操作。

2 催化料优化案例分析

2.1 催化料现状和优化思路

目前催化调合池内的构成为：催化重料(渣油加氢常渣、二蒸馏减渣)，催化轻料(加氢裂化尾油、二蒸馏常四线、酮苯蜡下油)。当总日加工量为4.7万t，加工进口原油为俄油∶沙轻=1∶1时测算，催化重料约为每日10kt，残碳6.842，催化轻料约为每日1 400t，残碳0.085，此时两套催化进料残碳均达到最大约束值，三催化残碳6.5，日加工量3 600t(最大负荷4 200t)；四催化残碳5.8，日加工量8 000t(最大负荷10 000t)。

可见，催化料优化的关键是要通过增加催化轻料量和降低催化重料残碳来降低催化进料残碳，从而提高催化装置处理量。加工大庆油的二蒸馏所产的减压蜡油是很好的催化裂解原料，目前用于生产石蜡和润滑油产品，其简易工艺流程如图1所示。

图1 润滑油和石蜡生产路线简易工艺流程

石蜡一直是该公司边际效益最好的产品之一，由于润滑油目前价格偏低，边际效益不如高标号汽油，因此催化料优化优先将润滑油系列的产品放于催化调合池，分4个方案：方案一，基准方案(日加工量4.7万t、加工进口原油的比例为俄油∶沙轻=1∶1、催化调合池构成不变)；方案二，抽出油调渣油加氢料；方案三，全部去蜡油调催化轻料；方案四，全部酮苯料调催化轻料。

2.2 模型计算

利用专业的原油切割软件H/CAMS对各原油进行自定义馏分段的切割，分别得到每一种原油各侧线的收率和物性数据，放入到线性规划模型中。其他由手动设定必要的约束条件，主要有：

a. 进料原油，大庆油每日进料原油达12 500t，其余俄油∶沙轻=1∶1；

b. 甲苯、重芳烃全部调汽油，产量约束为零，IV、V类汽油、柴油按月实际出厂量约束，该月天数为31天；

c. 产品的性质按出厂指标进行最大和最小限制；

d. 催化裂化装置、加氢裂化装置、渣油加氢装置限定进料的残碳、金属及S含量等；

e. 主要装置加工负荷的最小值不得低于设计值的50%，最大值不超过设计值的上限。

在日加工量为4.7万t的情况下，经过模型计算，得出4个方案的测算结果。

2.3 装置负荷比较

抽出油稠环芳烃多、粘度低是好的渣油加氢原料，抽出油调渣油加氢原料后，从模型运行得出渣油常渣残碳由之前的6.4降至6.1，改进了催化进料性质，在模型约束的催化残碳限制内，催化重料调入量增加，催化加工量得到提高。由表1可看出方案二催化加工量较方案一提高了1.67%。当每日1 250t的去蜡油和2 500t的酮苯料分别调催化轻料后，糠醛精制和酮苯装置分别停工，催化负荷相继较方案一提高10.52%、16.30%，进料残碳满足模型约束。

表1 装置负荷比较 %

2.4 部分产品结构比较

在模型的产品性质表中，限定了汽油的辛烷值、硫含量、密度、蒸气压、芳烃+烯烃含量，由表2可见，高标号汽油满足了所有的性质指标要求，并均按模型卖表限定的产品最高外售量(根据市场需求限定)产出。模型限定了柴油的凝点和硫含量、密度、十六烷值、冰点、闪点指标，由表1可见，高标号柴油(IV、V类、低凝点柴油)满足了所有的性质指标要求，并均按限定的最大外售量产出。重整生产的甲苯、重芳烃全部调合汽油。由于催化负荷逐次提高，方案二、方案三、方案四的汽、柴油产量也逐次提高。

表2 全月部分产品销售比较 万t

根据模型内设置的公用工程单耗，模型运算出的加工4版方案的变动加工费分别为：方案一17 775万元，方案二18 066万元，方案三18 795万元，方案四18 212万元。4版方案的原油成本相同。比较效益则为表2中产品的销售收入-变动加工费，得出：方案一为348 134万元，方案二为349 513万元，方案三为348 442万元，方案四为342 461万元。

由此可见，方案二(即抽出油调合渣油加氢进料)的效益最好，比基础方案月可增加效益1 379万元，方案三、方案四(去蜡油、酮苯料调合催化料)效益不如方案二的好。所以目前的价格体系下，润滑油、石蜡路线效益要好于汽、柴油路线效益，建议润滑油、石蜡继续外售，取消抽出油外售，改成调合渣油加氢进料。

3 结束语

笔者测算应用的RPMS是将原油采购、原油切割、常减压蒸馏、二次装置加工、成品油调合及产品出厂销售等完整地进行归集的数学模型，用线性规划的方法逐次迭代求解，得到最优装置负荷和最优产品分布，获得目标函数(最优效益)，催化料优化测算中RPMS能够快速地优化出每个方案的最优效益，为生产管理人员提供了较好的决策指导。