章群丹，许育鹏，田松柏，褚小立

(中国石化石油化工科学研究院，北京 100083)

根据中国石油集团经济技术研究院发布的《2017年国内外油气行业发展报告》，我国2017年石油的表观消费量达到590 Mt，石油净进口量达到396 Mt，对外依存度达到67.4%。对外依存度的增加不仅意味着原油加工量的增加，而且还反映出原油品种的多样化，在增加炼油厂原油选择自由度的同时，也带来了炼油厂操作的不确定性。有些炼油厂从装置运行一开始加工的原油就不是当初设计所用的原油，配套建设的装置很难按设计的要求协调运转；另外一些炼油厂加工的合适原油供应不足或价格高企，也会影响炼油厂的正常生产；还有一些炼油厂加工的原油不是优化的目标原油，加上品种经常变化，不仅装置的安全平稳运行受到影响，而且优化工作很难落实到位。

针对国内炼油企业优化原油经常得不到保证，导致效益损失这一共性问题，中国石化石油化工科学研究院(简称石科院)结合原油评价数据库、原油光谱库、原油快速评价技术和先进计算方法开发出配方原油技术，其基本内容是利用先进算法，将几种不同原油进行组合，形成多种性质与目标原油相似的原油配方供炼油厂选择利用。以下主要介绍配方原油技术及其在原油资源优化中的应用情况。

1 配方原油技术的科学基础与实施流程

配方原油技术是一种基于先进算法，在原油评价数据库和原油光谱库所采集的大数据基础上，通过光谱拟合及原油品种和数量的巧妙搭配，得到与目标原油性质十分接近的“类原油”配方的技术。例如，某炼油厂加工的目标原油是阿曼原油，当阿曼原油的供应受限时，通过配方原油技术，可从原油光谱库中找出一些原油，通过这些原油光谱按比例的组合，得到与阿曼原油光谱相似的混合光谱，通过混合光谱中各原油的比例，并结合原油评价数据库，即可计算出类阿曼原油的全部原油评价数据。图1是采用配方原油技术，将原油近红外光谱库中的0021号、0158号、0125号原油按质量比75∶10∶15的比例混合后，得到的与阿曼原油类似的近红外光谱。

配方原油和目标原油的相似度可用式(1)描述[1]。

(1)

式中：Ai和Bi分别为目标原油和配方原油的物性或组成数据；ωi为第i个物性的权重；Max(i)和Min(i)分别为参与配方设计原油的第i个物性对应的最大值和最小值。

根据S(OA，OB)的值来判断配方原油OB和目标原油OA之间的接近程度，其值越接近1代表配方原油与目标原油越相似。

图1 类阿曼原油近红外光谱形成示意

原油评价数据库、原油光谱库和原油快速评价技术也是配方原油技术的重要组成部分。在炼油厂原油资源的优化选择层面，需要有原油品种多、包含范围广(尤其是国内加工的原油)、原油评价数据更新快、原油和馏分性质及组成数据详细的原油评价数据库作支撑；在炼油厂生产过程操作层面，原油光谱库、原油评价数据库以及在此基础上建立起来的原油快评技术能够在短时间内迅速给出进厂原油的性质，甚至炼油厂储罐中混合原油的性质，由此得到的配方原油更为实用，而且与炼油厂原油调合设施一起，可以随时对配方原油的配比进行调整，真正实现炼油厂全流程的优化目标。

在实施配方原油技术时，首先根据炼油厂装置、工艺、催化剂等的特点，提出适合炼油厂加工的目标原油。目标原油可以是炼油厂设计时所选定的原油，也可以是炼油厂以前加工过且证明具有较高经济效益的原油[2]，还可以是通过流程优化软件计算出的优化原油，或者是各种性质具有一定变化区间的虚拟原油。通过流程优化软件，进行物料平衡和经济效益计算，从众多配方中筛选出几种进行可加工性能评价，对满足要求的配方原油进行评价，验证计算的可靠性，将合适的配方输出到炼油厂安排生产，不合适的淘汰掉，再从配方库中调出新的配方进行计算，反复循环，直到找到最合适的配方原油为止。配方原油技术实施的原则流程见图2。

图2 配方原油技术的实施流程

2 配方原油技术在类阿曼原油配方设计中的应用

阿曼原油具有轻质油收率高、柴油十六烷值高、常压渣油K值高、金属含量低等特点，适合在燃料-化工型炼油厂加工。但是，阿曼原油每年的产量只有30 Mt左右，满足不了全球原油贸易市场的需求，而且，如果采购量过大，容易使原油的价格升高。因此急需寻找与阿曼原油类似的原油作为替代原油。采用配方原油技术，在组分原油不超过4种的情况下，可以产生上百种配方，能从多个方面满足炼油厂对类似原油的需求。以下是几个例子。

2.1 以原油性质为目标的类阿曼配方原油

将组分原油1，2，3按质量比0.60∶0.25∶0.15的比例(配方1)混合，计算得到的性质与阿曼原油十分接近(见表1)。另外，其他的一些配方也具有同样的特点。

表1 以原油性质为目标的类阿曼配方原油

2.2 以原油价格为目标的类阿曼配方原油

如果炼油厂效益对原油的价格十分敏感，可以在式(1)中将原油的价格作为一个变量予以考虑。但相对“以原油性质为目标的配方原油”的应用来说，这项应用比较困难，主要原因是组分原油的价格一般应低于目标原油价格，这样很大程度上限制了参与配方设计的组分原油的数量。表2是从15种价格比阿曼原油低的组分原油中通过配方原油技术计算出来的部分配方，在原油价格较高的情况下，通过组分原油的适当配比，可以得到价格比阿曼原油低1～5美元bbl(1 bbl≈159 L)的配方原油。

表2 以原油价格为目标的类阿曼配方原油

1)组分原油4，5，6质量比为0.40∶0.40∶0.20。

2)组分原油7，8，9质量比为0.41∶0.39∶0.20。

3)组分原油10，11，12质量比为0.40∶0.37∶0.23。

4)组分原油13，14，15质量比为0.38∶0.32∶0.30。

5)组分原油16，17，18质量比为0.38∶0.35∶0.27。

2.3 以原油馏分性质为目标的类阿曼配方原油

如果炼油厂某些装置对全厂效益的贡献较大，则可以将该装置的原料性质或组成要求作为配方原油技术追求的目标。表3是针对燃料-化工型炼油厂对石脑油的性质、收率、组成的特别要求而建议的配方之一，可以看出，配方原油石脑油的主要特点与阿曼原油石脑油十分接近。

表3 以石脑油馏分性质为目标的类阿曼配方原油

1)组分原油19，20，21质量比为0.19∶0.36∶0.45。

2.4 以利用炼油厂储罐已有原油为目标的类阿曼配方原油

炼油厂原油储罐在长期的使用过程中，会有不同的原油混杂在一起的罐底油，难以获得可靠的原油评价数据；另外，原油进厂后，经过各种工序，由于操作和设施方面的问题，原油的混合比例、混合原油的性质可能经常会发生变化。采用配方原油技术中的原油快速评价模块，可以在几分钟内得到原油评价数据[3-4]，配方原油技术将其作为一个组分原油，与其他原油一起形成配方，也可以得到与目标原油性质接近的配方原油。表4为以利用炼油厂储罐已有原油为目标的类阿曼配方原油，其中储罐原油是取自某炼油厂储罐的一种混合原油，其性质是通过原油快速评价得到的。如果阿曼原油是炼油厂合适的原油，则可以允许硫含量较高、石脑油收率也较高的原油与储罐原油相配。表4中配方原油技术的计算结果表明，当储罐原油与卡塔尔海上原油按质量比0.42∶0.58的比例(配方8)混合时，也能得到与阿曼原油性质相似的配方原油。

表4 以利用炼油厂储罐已有原油为目标的类阿曼配方原油

2.5 计算结果与实际原油评价结果的比较

为了验证配方原油技术计算结果的可靠性，对配方1、配方9和配方10的原油性质进行实验室分析，结果见表5。对配方1与阿曼原油还进行了实沸点蒸馏曲线的比较，结果见图3。从表5和图3可以看出，计算结果与实验室分析结果非常接近，完全可以满足炼油厂实际操作的需要。

表5 计算结果与实际原油评价结果的比较

1)组分原油22，23，24质量比为0.50∶0.40∶0.10。

2)组分原油25，26，27，28质量比为0.55∶0.25∶0.10∶0.10。

图3 配方1原油与阿曼原油的实沸点蒸馏曲线■—阿曼原油； ◆—配方1原油

3 结 论

(1)基于大量的原油样本、原油评价数据库、原油光谱库以及相应算法形成了配方原油技术。配方原油技术可以方便、高效地调配出与目标原油相似的原油配方，实验室分析结果与计算结果有较好的相似性。

(2)炼油厂可以根据需要确定配方原油要达到的目标，既可以使配方原油的价格接近，甚至低于目标原油，也可以使配方原油和目标原油的性质尽可能一致，还可以使重要装置原料的性质与目标原油的相应馏分油性质基本一致。