全流程优化的理念方法和工具介绍.ppt

掌握先进工具优化炼油生产2010年8月,目录,一、炼油总流程优化的思考二、炼油总流程优化的方法和工具三、Petro-SIM软件功能介绍四、问题及其他,一、炼油总流程优化的思考,当前炼油企业生产优化方面存在的问题（1）总流程上的问题，在规划阶段只追求上项目，不考虑总流程的匹配和优化（2）产品结构上的不合理：当前的价格体系与产品结构的关系（3）局部优化与整体优化的矛盾，缺少优化的评价工具（4）对系统优化的重要性认识不足，在氢气、燃料、蒸汽、组份油利用方面问题较多,1、产品结构优化2、装置生产方案优化3、系统优化4、氢气资源及用氢过程优化5、产品质量优化6、原油采购和加工,一、炼油总流程优化的思考,炼油总流程优化内容,1、产品结构优化芳烃生产优化化工轻油生产优化丙烯生产优化高辛烷值汽油生产的优化MTBE油生产成本分析、汽油辛烷值与芳烃产量之间的矛盾商品重油、沥青与重油深加工优化2、装置生产方案优化常减压的减压深拔技术催化裂化多产气体技术（丙烯助剂、FDFCC、MIP-CGP、高苛刻度）重整高苛刻度操作，宜芳则芳、宜烯则烯的原料优化。焦化提高负荷率对全厂总流程优化和提高效益的必要性,一、炼油总流程优化的思考,3、系统优化燃料系统优化燃料结构优化燃料（LPG、轻C5、重油、炼厂气）的边际成本燃料组成优化炼厂气中回收LPG废氢回收燃料质量优化燃料中硫的控制（燃料油、干气脱硫、低压气全压缩全脱硫、三顶气的脱硫）催化回炼油作燃料的优势,一、炼油总流程优化的思考,4、氢气资源及用氢过程优化制氢过程优化廉价氢产量最大化制氢原料优化用氢优化、氢源的分级使用、废氢排放的控制废氢的综合利用5、质量优化,一、炼油总流程优化的思考,8,（1）定性、定量评估找出差距，提出措施（2）建立全厂模拟优化的模型，从产率、质量和能耗角度全方位分析炼厂的加工流程（3）定量评估机会的效益，发现瓶颈（4）实施机会方案制定，讨论、批准和实施（5）建立机会跟踪平台，监测机会实施的效果,二、炼油总流程优化的方法和工具,利用模型得出的信息可以对增效机会成功的可能性进行可靠估算。包括：（1）炼厂操作的经济性分析；（2）中间物流的流量对装置加工量及其它潜在约束条件的影响；（3）中间物流的质量原料性质对装置操作和调合配方的影响；经过论证后，如企业认可该机会在经济、技术、操作与安全方面均可行，则加入增效机会列表中的实施项目（通常这些都是不需要投资的项目）。,二、炼油总流程优化的方法和工具,二、炼油总流程优化的方法和工具,对某项增效机会的分析，一般从单个工艺装置开始。首先计算装置收率变化、质量变化及对下游装置直至最终调合产品的影响。估算潜在毛利增量与操作成本变化（如能耗），毛利扣除成本变化即可计算得出净利润。例如，某项增效机会可能是提高减压炉出口温度，从而提高VGO收率，降低渣油收率。,二、炼油总流程优化的方法和工具,首先，在减压装置模型上对这一变化的影响进行局部评价，检查是否可能长期实施这一变化。可能还要检查炉子的设计条件、减压塔及其附属设备的新负荷等。之后将减压装置的新的操作条件、收率和物流质量并入整个炼厂流程中，检查其对下游装置的影响，如FCC产品质量和收率也将发生变化。通过调合使新的中间产品符合最终产品规格，根据产品价格体系计算得出炼厂毛利的变化值。如果该变化引起操作成本增加，则需要扣除这一成本增加量，得出炼厂净利润。如果净利润为正，则召开会议进行充分讨论。,12,可能的增效机会1、装置运行达到或超过设计能力2、消除瓶颈3、优化中间物流管理4、高价值产品收率最大化5、原油与外购原料的优化6、提高分馏质量和收率7、半成品原料的合理使用8、优化工艺装置能耗和公用工程系统9、催化剂、添加剂的选择和用量优化,二、炼油总流程优化的方法和工具,13,全流程优化的工具（1）KBCPetro-SIM（2）AspenEngineeringSuite（3）AspenPIMS（4）原油数据库和原油切割工具（5）夹点分析（换热夹点，水夹点和氢夹点）（6）蒸汽管网模拟和优化工具,二、炼油总流程优化的方法和工具,二、炼油总流程优化的方法和工具（PIMS）,1、原油采购方案2、原油掺配、调合及加工方案3、各加工方案的比较和筛选,在目前的市场价格体系下，加工量已知，应采购哪些原油、采购多少量,炼厂的经济效益最好？要回答上述问题需要解决以下问题：（1）炼油厂的边际油种是哪些？（边际油种指采购量达到上下限的原油）（2）边际油种的影子价格（指边际油种增加一个单位，目标函数的增加值）。在PIMS系统中，影子价格为负数，目标函数值将增加。折合成本和影子价格数值相等，符号相反。在PIMS系统中，Dj表示折合成本。要解决这些问题，需要建立优化模型（LP线性规划模型）。目前得到广泛应用的优化软件有AspenTech的PIMS、Honeywell的RPMS和Haverly的GRTMPS。,二、炼油总流程优化的方法和工具（PIMS）,二、炼油总流程优化的方法和工具（PIMS）,进一步要考虑问题：（1）加工特定原油的赢利能力分析。即加工特定原油的产品分布，以及每种产品对赢利能力的贡献大小。（2）灵敏度分析。即原油采购价格能在多大的范围内变化，但边际油种保持不变。,二、炼油总流程优化的方法和工具（PIMS）,二、炼油总流程优化的方法和工具（PIMS）,COL.NAMEACTIVITYCOSTLO.BNDUP.BNDDJLO.COSTUP.COSTPURCANS0.0000-17.50000.000033.0000-0.4969-INF-17.0031PURCNSF19.6692-18.30000.000020.00000.0000-18.8078-18.2388PURCTJL9.8346-17.70000.000025.00000.0000-18.7155-17.5776PURCARL40.0000-17.000020.000040.00000.4630-17.4630INFPURCAHV17.7942-15.00000.000050.00000.0000-15.0516-14.4644PURCMX110.0000-15.50000.000010.00000.4464-15.9464INFPURCBAC1.0000-14.75001.00008.0000-1.0074-INF-13.7426PURCKUW0.0000-16.25000.000020.0000-0.0366-INF-16.2134SELLLRG10.915724.99000.0000INF0.000022.956225.2431SELLURG43.459125.99801.000045.00000.000025.944226.8892SELLUPR1.000027.00601.0000200.0000-0.0633-INF27.0693SELLJET14.666723.982010.0000INF0.000023.5295INFSELLDSL22.000022.00800.000022.00000.301621.7064INFSELLDSX0.837421.88200.1000INF0.000021.392222.0645SELLATB1.200021.00000.00001.20008.499312.5007INFSELLHSF0.80000.00000.00000.800029.5101-29.5101INF,原油ARL的采购价格现在是17$/桶，只要采购价格低于17.4630$/桶。每增加一桶ARL，效益增加0.4630美元。,二、炼油总流程优化的方法和工具（PIMS）,在满足产品产量和质量、工艺和设备约束以及检修计划的前提确定原油和产品的调合方案，确定炼厂的加工方案。,二、炼油总流程优化的方法和工具（PIMS）,在满足产品产量和质量、工艺和设备约束以及检修计划的前提确定原油和产品的调合方案，确定炼厂的加工方案。,二、炼油总流程优化的方法和工具（PIMS）,对多方案进行比较和筛选，快速决策。,二、炼油总流程优化的方法和工具（PIMS）,三、Petro-SIM功能简介,1、Petro-SIM软件的背景介绍2、国外咨询公司实施全流程优化的方法和工具3、各单元装置的操作优化常减压催化裂化连续重整柴油、蜡油和渣油加氢加氢裂化延迟焦化气分4、物料走向优化5、蒸汽系统的优化6、换热网络优化7、产品调合方案8、优化方案的比较（炼油总加工路线、装置生产方案的比较）9、LP模型升级,1Petro-SIM背景介绍,目前世界上通用的流程模拟软件有AspenPlus、Pro/II、Hysys、ChemCAD、UNISIM、VMG-SIM、ProSIM和Petro-SIM。前五种是美国公司的产品，VMG-SIM（加拿大）、ProSIM（法国），Petro-SIM（英国KBC公司）。带炼油反应器模块的软件是Aspen公司的Refsys（基于Hysys平台）和KBC公司的Petro-SIM。不仅能计算单装置，而且能计算全流程的软件目前只有Petro-SIM。Petro-SIM是结合了Hysys软件和炼油Profimatics动力学包开发出的软件。Profimatics动力学包和Hysys软件的结合还有另一款软件，即2000年推出的Hysys.Refinery。该软件推出不久后，因Hsysy软件被AspenTech公司并购，从而退出市场。目前Petro-SIM是唯一能进行炼油厂全厂模拟计算的软件。,1Petro-SIM背景介绍,Petro-SIM的特点是：（1）基于Hysys平台，操作灵活方便。（2）带有全套的炼油反应器模型和产品调合模型，使用多年，结果比较可靠。各装置模型相互连接，建立复杂、精细的桌面炼厂模型。（3）能模拟减压炉结焦曲线、焦化和减粘加热炉炉管侧流体力学参数及温度和压力分布，能模拟乙烯裂解炉。（4）带有功能强大的原油合成功能。相当于在软件中嵌入了一个HCAM/S相似的原油切割工具。（5）能生成PIMS专用的LP模型。美国最大的独立炼油商Valero公司（共14个炼油厂，炼油能力和中石化相当，总部在德州的圣安东尼奥），全部使用Petro-SIM来更新各炼厂的LP模型。（6）用户接口支持。催化裂化MIP、FDFCC等家族技术可以二次开发，、嵌入使用。,2国外咨询公司实施全流程优化的方法和工具,2.1生产操作优化（1）装置操作优化机会识别（2）建立装置模拟模型，对操作参数进行优化。建立全流程优化模型模型对操作优化引起的全厂变化进行测评，并计算经济效益。（3）制定优化方案。（4）和厂方讨论优化方案，修改优化方案，确定KPI。（5）实施优化方案。（6）跟踪KPI。2.2生产计划优化（1）用单装置动力学模型生成LP模型。（2）更新PIMS中的SubModel，使之能更精确地反映原料和操作条件的变化对产品收率和产品性质的变化。（3）用准确的PIMS模型优化原油采购、加工方案。,2国外咨询公司实施全流程优化的方法和工具,2.3实际案例以镇海3#常减压减压炉出口温度为例。（1）机会识别（2）减压炉结焦曲线和全流程优化模型模型（3）方案讨论并实施（4）绩效跟踪,2国外咨询公司实施全流程优化的方法和工具,2.3实际案例(以镇海3#常减压减压炉出口温度为例。),2国外咨询公司实施全流程优化的方法和工具,2.3实际案例(KPI),2国外咨询公司实施全流程优化的方法和工具,2.3实际案例(产品产量变化),2国外咨询公司实施全流程优化的方法和工具,2.3实际案例(以实际价格计算的月效益),2国外咨询公司实施全流程优化的方法和工具,2.3实际案例(以镇海3#常减压减压炉出口温度为例。),2国外咨询公司实施全流程优化的方法和工具,2.3实际案例(效益变化),2国外咨询公司实施全流程优化的方法和工具,2.3实际案例(效益变化),3各单元装置的操作优化,3.1常减压3.2催化裂化3.3连续重整3.4柴油加氢3.5蜡油加氢3.6加氢裂化3.7延迟焦化3.8气分,3.1常减压,（1）优化中段回流流量和温差，提高原油换热终温。（2）提高减压炉出口温度，实施减压深拔。（3）优化常压塔和减压塔的负荷，提高装置处理量。（4）优化常压塔的过气化率，降低装置能耗。（5）优化常压塔底、减压炉及减压塔底蒸汽用量。（6）换热器性能计算，评估换热器结垢情况。（7）利用常减压装置的模型，提出装置改造的意见。,3.1常减压单装置模型,3.1常减压,3.1优化中段回流流量和温差，提高原油换热终温。,3.1常减压,3.2提高减压炉出口温度，实施减压深拔。,3.1常减压,3.2提高减压炉出口温度，实施减压深拔。,3.1减压炉结焦曲线,3.1常减压,优化常压塔的过气化率，降低装置能耗。,3.1常减压,优化常压塔的过气化率，降低装置能耗。,3.1常减压换热网络,3.2催化裂化,（1）反再系统优化，提高装置经济效益。原料预热温度、回炼比、提升管出口温度、外取热器取热量、新鲜催化剂补充速度、掺渣比、处理量等参数进行优化，提高装置经济效益。（2）分馏塔操作优化，控制汽油干点，柴油95%点，提高高温位热量利用率，停塔顶冷回流。（3）吸收稳定系统操作优化，降低干气中C3含量。（4）计算并监控分馏塔顶到气压机入口的压降，计算气压机的效率、负荷和蒸汽用量。（5）计算烟气热量利用的潜力。（6）评估装置内部热联合方案以及低温热利用方案。（7）对吸收稳定系统新流程进行评估（如新的解析塔工艺流程、溴化锂制冷系统）。,3.2催化裂化,3.2催化裂化,（1）反再系统优化，提高装置经济效益。,独立变量：提升管出口温度,3.2催化裂化,（1）反再系统优化，提高装置经济效益。,独立变量：平衡催化剂活性或新鲜催化剂补充速度,3.2催化裂化,（1）反再系统优化，提高装置经济效益。,独立变量：回炼比,3.2催化裂化,（1）反再系统优化，提高装置经济效益。,独立变量：外取热器取热量,3.2催化裂化,（1）反再系统优化，提高装置经济效益。,独立变量：原料预热温度,3.2催化裂化,（1）反再系统计算结果。,3.2催化裂化,（1）反再系统计算结果。,3.2催化裂化,（1）反再系统计算结果。,3.2催化裂化,（2）催化裂化分馏塔操作优化。,3.2催化裂化,（3）吸收稳定系统操作优化，降低干气中C3含量。,独立变量：富气压缩机出口压力、平衡罐前冷却器温度,3.2催化裂化,（3）吸收稳定系统操作优化，降低干气中C3含量。,独立变量：解析进料温度和流量、塔底温度；补充吸收剂温度和流量；吸收塔中间冷却器流量及冷后温度。,3.3连续重整,（1）重整各反应器入口温度优化。（2）氢油比优化，固定床重整催化剂寿命的预测。（3）重整原料初馏点的优化。（4）预加氢原料石脑油干点的优化。（5）重整苛刻度和处理量的优化。（6）芳烃抽提处理量的优化。（7）重整各塔回流比和进料位置的优化。,3.3连续重整,3.3连续重整,（1）重整各反应器入口温度优化。,3.3连续重整,（2）氢油比的优化。,3.3连续重整,（2）氢油比的优化。,3.3连续重整,（3）固定床重整催化剂寿命的预测。,3.3连续重整,（4）重整原料初馏点的优化。,3.3连续重整,（5）预加氢原料石脑油干点的优化。根据芳烃和汽油的价格，通过调整直馏石脑油的干点，优化炼油厂效益。,3.3连续重整,（6）重整苛刻度和处理量的优化。苛刻度升高，氢气产率上升，芳烃收率上升，但液收下降，处理量下降。处理量上升、苛刻度下降、氢气产率下降、芳烃收率下降，液收上升。因此苛刻度和重整进料料之间存在一个最佳匹配方案。可以使用全流程优化模型模型进行测算。（7）芳烃抽提处理量的优化。根据芳烃、汽油、乙烯石脑油和溶剂油的价格情况，利用全流程优化模型模型测算，确定芳烃抽提装置的加工负荷。,3.3、连续重整,（6）全流程优化模型模型例子目前镇海、燕山、青岛、海南、广州、九江、洛阳已开发了全流程优化模型模型。,3.3、连续重整,（8）重整各塔和进料位置优化,3.4柴油、蜡油和渣油加氢,（1）加氢苛刻度优化（2）氢油比、循环氢纯度优化。（3）计算化学耗氢量、溶解氢及排放氢量。（4）计算物料直供后节能量。（5）计算低温余热。（6）计算投用液体透平后的节能量。（7）研究高低分流程的节能效果。,3.5加氢裂化,（1）加氢裂化总转化率的优化（2）轻重石脑油切割点的优化，重石脑油干点优化。（3）计算化学耗氢量、溶解氢及排放氢量。（4）计算物料直供后节能量。（5）计算低温余热。（6）计算投用液体透平后的节能量。,3.5加氢裂化,（1）加氢裂化总转化率的优化,3.5加氢裂化,（1）加氢裂化化学耗氢量、溶解氢量计算,3.6延迟焦化,（1）延迟焦化炉出口温度和循环比的优化。（2）延迟焦化炉管注汽量和注入点的优化。（3）计算焦化加热炉炉管侧流体力学参数（压力、停留时间分布）。（4）原料性质监控，焦碳收率预测，焦高预测。（5）计算分馏塔塔顶到气压机入口的压降。（6）焦化分馏塔操作优化，如取热量优化，产品切割点优化。（7）吸收稳定系统操作优化，降低干气C3含量，降低能耗。（8）研究解吸塔新工艺的操作以及节能潜力。,3.6延迟焦化,（1）延迟焦化炉出口温度和循环比的优化。,3.6延迟焦化,（1）延迟焦化炉出口温度和循环比的优化。,3.6延迟焦化,（2）延迟焦化炉管注汽量和注入点的优化。,3.6延迟焦化,（3）计算焦化加热炉炉管侧流体力学参数（压力、停留时间分布）。,3.6延迟焦化,（3）计算焦化加热炉炉管侧流体力学参数（压力、停留时间分布）。,3.6延迟焦化,（3）计算焦化加热炉炉管侧流体力学参数（压力、停留时间分布）。,3.6延迟焦化,（3）计算焦化加热炉炉管侧流体力学参数（压力、停留时间分布）。,3.6延迟焦化,（4）焦高预测（20小时生焦周期，预测前焦高已50%，经过6小时后，焦高到了72.60%，空高从23.15米降低到18.11米，最小空高是12米。还有1.106*24/2-6=7.272小时焦高达到最小空高，要切塔。,3.6延迟焦化,（5）计算气压机效率、蒸汽