加氫裂化工藝操作過程的優(yōu)化措施

吳春漢

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

在目前的加氫裂化工藝發(fā)展中，由于其催化反應(yīng)數(shù)據(jù)形成的函數(shù)模型中，其數(shù)據(jù)空間成超曲面形狀是人們的想象力難以達(dá)成的數(shù)據(jù)模型，這也使得在進(jìn)行函數(shù)表達(dá)式的選擇過程中增加了更多難度。為此，需要針對(duì)這些問題進(jìn)行分析，并且選擇特定的催化劑作用下，以減壓蠟油標(biāo)準(zhǔn)原料油作為加氫裂化的標(biāo)準(zhǔn)原料油進(jìn)行分析該工藝中的優(yōu)化方式，找到最佳的優(yōu)化方式。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

當(dāng)前需要對(duì)加氫裂化工藝操作優(yōu)化過程中需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，改變傳統(tǒng)工藝優(yōu)化過程中存在著局限性極大的情況。例如，在當(dāng)前在處理各類不同的產(chǎn)品參數(shù)時(shí)，需要考慮到其各類工藝在發(fā)展過程中本身的關(guān)系是相對(duì)較為密切的，并且具有極強(qiáng)的依賴關(guān)系。但當(dāng)前對(duì)各類工藝的探究仍發(fā)展空間，因此需要通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)，并且獲取更多的數(shù)據(jù)內(nèi)容來(lái)提高其實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的整體效果。在本次實(shí)驗(yàn)過程中，為了確保其實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的提升，需要選擇容積為60 mL的小型加氫裝置，能夠獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，并且提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用以及采集的整體質(zhì)量[1]。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在進(jìn)行原料選擇時(shí)，利用伊朗的減壓蠟油作為基本原料，根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)際要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的不同工藝以及采集的不同產(chǎn)品進(jìn)行溫度以及實(shí)驗(yàn)處理量的確定，其中需要在實(shí)驗(yàn)之前了解在不同溫度下其所產(chǎn)生的餾分產(chǎn)品是哪些，了解到在不同溫度下其實(shí)餾分產(chǎn)品有所區(qū)別。例如，當(dāng)溫度小于82 ℃時(shí)，其所產(chǎn)生的產(chǎn)品為輕石腦油餾分；而當(dāng)溫度不斷上升，上升到82～132 ℃之間，產(chǎn)生的產(chǎn)物則為重石腦油餾分；而在溫度的不斷上漲情況下，當(dāng)溫度到達(dá)132 ℃到282 ℃時(shí)，其所形成的產(chǎn)物則為噴氣燃料餾分；而如果當(dāng)溫度到達(dá)282 ℃以及370 ℃，其所產(chǎn)生的產(chǎn)品作為柴油餾分；而如果溫度仍舊不斷上升，當(dāng)溫度高于370 ℃時(shí)，那么其所產(chǎn)生的餾分則是為尾油餾分。其中不同的產(chǎn)品，在使用過程中使用方式不同，其對(duì)工藝的要求也同樣不同。其中以噴氣燃料以及柴油餾分為例，如果將這兩種產(chǎn)物進(jìn)行加和能夠形成中油餾分，需要對(duì)所有不同的餾分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析以及切割，提高其數(shù)據(jù)采集的整體效果，確保所獲得的餾分含量能夠滿足本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)際要求。為此，當(dāng)前需要對(duì)所有已有數(shù)據(jù)以及各類工藝條件的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析，挖掘其工藝發(fā)展的整體效果，才能確保其在工藝操作優(yōu)化過程中的優(yōu)化質(zhì)量得到提升[2]。

2 數(shù)值模型的建立

在本次數(shù)據(jù)分析過程中需要選數(shù)學(xué)模型進(jìn)行建立，其中在進(jìn)行數(shù)學(xué)模型選擇時(shí)，需要利用Matlab工具包中的griddata函數(shù)，其目的是將同一空間坐標(biāo)系下的所有散點(diǎn)值變成一個(gè)規(guī)則網(wǎng)格，提供三角形的線性插值，三次多項(xiàng)式插值等一系列的數(shù)值方法，能夠更好地實(shí)現(xiàn)結(jié)合臨近散點(diǎn)分布特征的光滑曲面擬合。在本次研究過程中，需要考慮到地變量參數(shù)只有兩個(gè)，分別是溫度以及處理量，可以利用二元樣條函數(shù)進(jìn)行有效處理。與此同時(shí)，也能將所獲得的相同的油品性質(zhì)與對(duì)應(yīng)的操作點(diǎn)進(jìn)行連接，通過連接呈現(xiàn)能更好地了解到在不同油品性質(zhì)下其操作條件所形成的等勢(shì)線。根據(jù)這種方法，能夠做出輕石腦油收率、重石腦油收率、柴油收率以及轉(zhuǎn)化率等不同的等勢(shì)線，滿足加氫裂化工藝操作的優(yōu)化需求[3]。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 生成油特征參數(shù)的收集

將不同的加氫裂化工藝條件進(jìn)行分析，其得到的生成油需要采用5的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾裝置進(jìn)行餾分切割，所得結(jié)果如下。

3.1.1 數(shù)據(jù)收集

在工況1中，該溫度為360 ℃，壓力為14.7 MPa，進(jìn)油量為60 g/h，產(chǎn)品收率為中輕石腦油為3.3%、重石腦油為9.4%，噴氣燃料為36.2%，柴油為21.4%、尾油為28.7%、轉(zhuǎn)化率為70.3%、中油選擇性為81.9%；在工況2中，該溫度為390 ℃，壓力為14.7 MPa，進(jìn)油量為60 g/h，產(chǎn)品收率為中輕石腦油為18.9%、重石腦油為28.2%、噴氣燃料為42.9%、柴油為6.9%、尾油為2.9%、轉(zhuǎn)化率為97.1%、中油選擇性為51.3%；在工況3中，該溫度為360℃，壓力為14.7 MPa，進(jìn)油量為75 g/h，產(chǎn)品收率為中輕石腦油為3.3%、重石腦油為9.2%、噴氣燃料為33.8%、柴油為23.1%、尾油為29.5%、轉(zhuǎn)化率為69.5%、中油選擇性為82.0%；在工況4中，該溫度為390℃，壓力為14.7 MPa，進(jìn)油量為75 g/h，產(chǎn)品收率為中輕石腦油為15.2%、重石腦油為29.2%、噴氣燃料為41.1%、柴油為10.3%、尾油為4.4%、轉(zhuǎn)化率為96.5%、中油選擇性為48.5%；在工況5中，該溫度為360 ℃，壓力為14.7 MPa，進(jìn)油量為90 g/h，產(chǎn)品收率為中輕石腦油為1.2%、重石腦油為5.0%、噴氣燃料為19.2%、柴油為22.41%、尾油為49.2%、轉(zhuǎn)化率為49.8%、中油選擇性為87.6%；在工況6中，該溫度為390 ℃，壓力為14.7 MPa，進(jìn)油量為90 g/h，產(chǎn)品收率為中輕石腦油為10.8%、重石腦油為22.8%、噴氣燃料為44.5%、柴油為12.4%、尾油為9.0%、轉(zhuǎn)化率為91.0%、中油選擇性為62.5%[4]。

3.1.2 數(shù)據(jù)分析結(jié)論

由上述數(shù)據(jù)可見，在裂化反應(yīng)中，其轉(zhuǎn)化率與中油選擇性之間存在著明顯的此消彼長(zhǎng)的關(guān)系。

3.2 生成油特征參數(shù)對(duì)工藝條件的關(guān)系

3.2.1 原料的轉(zhuǎn)化率

通過對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，隨著原料的轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)改變，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，隨著溫度的不斷改變，原料在進(jìn)行轉(zhuǎn)化過程中，其轉(zhuǎn)化率也會(huì)出現(xiàn)極為明顯的改變。需要針對(duì)這一問題進(jìn)行深度分析，才能夠更好地了解到原料轉(zhuǎn)化過程中所生成的各類不同產(chǎn)品以及其處理量的不同，進(jìn)而不斷提高原料在轉(zhuǎn)化過程中的整體轉(zhuǎn)化效果。由于產(chǎn)品在優(yōu)化生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品的產(chǎn)生會(huì)隨著溫度的增加而出現(xiàn)改變，特別是針對(duì)原料的轉(zhuǎn)化率會(huì)隨著溫度的不斷增加，進(jìn)而導(dǎo)致處理量降低。為此，整體原料的轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)一種降低的狀態(tài)，變化趨勢(shì)與轉(zhuǎn)化率處于一種相反的狀態(tài)。在原料的生產(chǎn)過程中，如果其所產(chǎn)生的產(chǎn)品為輕食腦油或是重石腦油以及中石腦油時(shí)，其轉(zhuǎn)化收率同樣也會(huì)出現(xiàn)一定的改變。這是由于隨著溫度的增加以及處理量這一參數(shù)的降低，餾分收率的增加速度會(huì)隨著處理量的不斷降低而不斷增加，由此可見，增加速率本身受到溫度的影響可謂是十分顯著。

3.2.2 柴油餾分收率

如果產(chǎn)品生產(chǎn)以及收率轉(zhuǎn)化的過程中，當(dāng)溫度相對(duì)較低的情況下，原料在進(jìn)行轉(zhuǎn)化以及液化的過程中，會(huì)出現(xiàn)柴油餾分的反應(yīng)，相比于柴油在餾分過程中向下一步反應(yīng)速度而言更快，也更加容易，導(dǎo)致柴油在反應(yīng)過程中出現(xiàn)二次裂化這一情況。柴油在當(dāng)前的反應(yīng)過程中不斷地被分解，柴油餾分能夠分解成為噴氣燃料或者是分解成為相對(duì)更輕的餾分，這也會(huì)導(dǎo)致柴油餾分的收率在這一階段會(huì)不斷降低，而在進(jìn)行收率處理時(shí)，其處理量卻無(wú)法得到提高。餾分在裂解的過程中則不同，其相比于柴油餾分而言，速率更小。為此，當(dāng)前柴油餾分的裂解度也在不斷減少[5]。

3.2.3 噴氣燃料

在選擇生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，如果其生產(chǎn)產(chǎn)品本身為噴氣燃料，那么其餾分收率的變化則相對(duì)較復(fù)雜。當(dāng)處理量相對(duì)較高時(shí)，噴氣燃料和柴油餾分量都相對(duì)較高，則會(huì)將其轉(zhuǎn)化成為噴氣燃料餾分，這是由于在轉(zhuǎn)化過程中轉(zhuǎn)化速率相對(duì)較高，并且其已經(jīng)直接大于噴氣燃料自身的下一步反應(yīng)裂解時(shí)的速率。為此，隨著溫度在不斷提升，噴氣燃料自身的收率在這一階段也會(huì)得到改變，出現(xiàn)增加的狀況。而如果在整體處理過程中，其處理量相對(duì)較低，那么就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品中所有所蘊(yùn)含的全部的柴油餾分含量則相對(duì)較低，無(wú)法為整個(gè)反應(yīng)發(fā)展提供最為充足的餾分含量，也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)反應(yīng)發(fā)展的質(zhì)量無(wú)法得到提升，其反應(yīng)效果難以得到改善。在這一階段，噴氣燃料的裂解速度就會(huì)隨著溫度的增加而不斷增加，其呈現(xiàn)的是非線性依賴關(guān)系。

4 加氫裂化工藝操作過程的優(yōu)化

在加氫裂化工藝操作過程中，大多數(shù)情況下均要求明確了解該產(chǎn)品自身的性質(zhì)，只有這樣才能更好地使該產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，并且滿足制定的產(chǎn)品性質(zhì)要求。由于在實(shí)驗(yàn)操作的過程中，其所對(duì)應(yīng)的工藝條件以及實(shí)驗(yàn)過程中所涉及的操作區(qū)間是相對(duì)較為復(fù)雜的，甚至在實(shí)際工作的過程中，該工藝操作點(diǎn)可能不存在唯一點(diǎn)，并出現(xiàn)了多個(gè)點(diǎn)。為此，在本次的加氫裂化工藝操作過程的優(yōu)化中，其涉及了最優(yōu)工藝點(diǎn)的選擇問題，需要針對(duì)該問題進(jìn)行分析。

4.1 復(fù)合工藝優(yōu)化操作區(qū)間的確立

在加氫裂化工藝操作過程中，需要根據(jù)市場(chǎng)的要求而產(chǎn)生一定的變化，為此對(duì)某一種固定產(chǎn)品的某種性質(zhì)要求并不是唯一的，會(huì)根據(jù)不同市場(chǎng)的實(shí)際需求以及在整個(gè)行業(yè)發(fā)展中的上下游工況進(jìn)行進(jìn)一步分析，并對(duì)各餾分油產(chǎn)品的性質(zhì)提出不同要求。為此，需要考慮到將多種、不同的因素進(jìn)行復(fù)合考察，了解研究方法。

4.1.1 實(shí)驗(yàn)分析

例如，實(shí)驗(yàn)研究過程中假設(shè)對(duì)餾分油的相關(guān)性質(zhì)要求如下，即：噴氣燃料的冰點(diǎn)為大于-52 ℃，噴氣燃料的煙點(diǎn)為22～25 mm，中油收率為大于83%，柴油收率為大于25%。需要結(jié)合其數(shù)據(jù)需求和性質(zhì)進(jìn)行分別繪制，需要在各類不同的產(chǎn)品性質(zhì)進(jìn)行約束。并且將相關(guān)的對(duì)應(yīng)的工藝操作放在假定噴氣燃料冰點(diǎn)、噴氣燃料煙點(diǎn)、中油選擇性以及柴油收率所確立的工藝操作區(qū)間中，其分別為Ω1、Ω2、Ω3、Ω4。當(dāng)優(yōu)化過程中，其優(yōu)化需求滿足約束條件Ω可行=Ω1∩Ω2∩Ω3∩Ω4。

4.1.2 數(shù)據(jù)分析

在分析復(fù)合工藝優(yōu)化問題時(shí)能發(fā)現(xiàn)，在操作過程中復(fù)合工藝操作區(qū)間帶有一定的任意性，并且將所有的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行分析，其所形成的形狀是極其不符合規(guī)則的。在復(fù)合工藝操作區(qū)間中，其形成的約束條件是由4類不同的油品性質(zhì)共同組成并確立的，能夠?qū)⒉煌募s束條件聯(lián)合確立，進(jìn)而形成切實(shí)可行的工藝操作區(qū)間的邊界。在復(fù)合工藝操作區(qū)間分析的過程中，能發(fā)現(xiàn)其并不是數(shù)學(xué)上典型的凸區(qū)間，為此，在整個(gè)操作過程中無(wú)法選擇利用更為傳統(tǒng)的函數(shù)求解方法來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算。

4.2 復(fù)合工藝操作區(qū)間上的轉(zhuǎn)化率優(yōu)化分析

當(dāng)前在復(fù)合工藝操作區(qū)間上的轉(zhuǎn)化率優(yōu)化分析的過程中，需要滿足在操作區(qū)間區(qū)域范圍上分析，其目的是最大限度地生產(chǎn)尾油。該方式能夠使得裂化反應(yīng)在已經(jīng)完成的約束條件下，進(jìn)一步確保在轉(zhuǎn)化的過程中，其轉(zhuǎn)化率能夠達(dá)到極小值。基于上述的數(shù)據(jù)，需要分析目標(biāo)函數(shù)以及約束條件，需要分別繪制復(fù)合工藝操作區(qū)間以及其轉(zhuǎn)化率的等勢(shì)線，通過進(jìn)一步地對(duì)轉(zhuǎn)化率等勢(shì)線進(jìn)行分析，能發(fā)現(xiàn)在分析不同的操作區(qū)間并且分析不同的相對(duì)位置時(shí)，可以得到：加氫裂化工藝操作過程的優(yōu)化過程中，轉(zhuǎn)化率本身和處理量以及溫度有著密切的關(guān)系。在整個(gè)操作優(yōu)化過程中，選擇上述方法能夠確保轉(zhuǎn)化率會(huì)隨著溫度的不斷增加以及處理量的降低而提升。等式線也會(huì)隨之進(jìn)行相應(yīng)的改變，其呈現(xiàn)的是一種非線性增長(zhǎng)狀態(tài)，并且逐漸改變其推進(jìn)方向，即從右下角向左上角推進(jìn)，漸漸地在工藝操作過程中達(dá)到的理想?yún)^(qū)間并進(jìn)行相交，然后再離開工藝所需要操作的區(qū)間，進(jìn)而達(dá)成對(duì)復(fù)合工藝操作區(qū)間轉(zhuǎn)化率的進(jìn)一步優(yōu)化以分析。

4.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在本次的實(shí)驗(yàn)分析過程中，其餾分油轉(zhuǎn)化率的實(shí)際值為60.04%；估算值為60.20%；其中中油選擇性的實(shí)際值為83.24%，估算值為＞83%；噴氣燃料冰點(diǎn)的實(shí)際值為-37 ℃，估算值為＞-52 ℃；噴氣燃料煙點(diǎn)的實(shí)際值為24 mm，估算值為22～25 mm；柴油選擇性的實(shí)際值為24.53%，估算值為＞25%。

4.2.2 實(shí)驗(yàn)分析

結(jié)合相關(guān)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，需要分別將裂化段工藝條件設(shè)置為：壓力14.7 MPa，處理量85 g/h，反應(yīng)溫度360 ℃。在操作區(qū)間范圍內(nèi)，通過對(duì)上述的數(shù)據(jù)分析，能發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的過程中，其轉(zhuǎn)化率的最小值所對(duì)應(yīng)的處理量約為85 g/h。該轉(zhuǎn)化率的數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的裂化反應(yīng)溫度約為360 ℃，其中所展現(xiàn)的限制條件的瓶頸則在于對(duì)噴氣燃料的煙點(diǎn)要求。在整個(gè)操作區(qū)間的范圍內(nèi)，應(yīng)明確整個(gè)操作過程中所面對(duì)的轉(zhuǎn)化率的最大值為所對(duì)應(yīng)的處理量約為75 g/h，其中對(duì)應(yīng)的裂化反應(yīng)溫度約為370 ℃。在整個(gè)操作優(yōu)化過程中，其限制條件的瓶頸則是中油選擇性的要求。由此可見，在優(yōu)化過程中，所有完成估算的產(chǎn)品性質(zhì)其本身與實(shí)際的產(chǎn)品性質(zhì)有著極為密切的關(guān)系。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從加氫裂化工藝操作的優(yōu)化過程中能發(fā)現(xiàn)，分析操作區(qū)間以及轉(zhuǎn)化率的極值問題十分重要，克服了在傳統(tǒng)管理過程中存在的一系列問題，并且改變其中存在的一系列不足，尋找到了最優(yōu)的解決方法，提高油品煉化工藝的整體效果。