تغيير نقاط الفصل في المصفاة وشدة التكسير الهيدروجيني لرفع عائد الديزل

المشكلة: فقدان الديزل عند الهوامش

معظم المصافي التي ترغب في المزيد من الديزل تمتلك بالفعل البراميل داخل المحطة. إنها فقط في الوحدة الخاطئة. تنتهي جزيئات نطاق الديزل في تغذية FCC، وفي قطفات النافثا الثقيلة والكيروسين، وفي النواتج الخفيفة لوحدة التكسير الهيدروجيني الناتجة عن التكسير المفرط. إن نقطة الفصل التي تم تحديدها منذ سنوات لصورة هامش ربح مختلفة يمكن أن تبقيها هناك. قم بتشغيل وحدة التكسير الهيدروجيني بقوة للحصول على منتج في نطاق النافثا، وسوف تقوم بكل سرور بتحويل سلائف الديزل، وأحياناً الديزل نفسه، إلى نافثا وغاز.

إن إصلاح هذا ليس مجرد حالة لرفع درجة الحرارة أو نقل نقطة فصل. كل حركة تضغط على إمدادات الهيدروجين، وجودة المنتج (التدفق البارد، الكثافة، السيتان) وعمر المحفز. إن إعادة التوازن التي تبدو جيدة في نموذج التخطيط يمكن أن تفشل بسبب نقص الهيدروجين، أو التنازل عن نقطة السحابة، أو دورة محفز لن تصل إلى التوقف الدوري. ما يلي يغطي كيفية تفاعل الرافعات وكيفية اختيار أي منها يتم سحبه أولاً.

سياق المعايير والمتطلبات

يتم تحديد عائد الديزل بما يمكن أن يكون عليه المنتج قانونياً وتجارياً. تحدد المواصفات وطرق الاختبار أدناه هذا الحد.

• تحدد ASTM D975 (زيوت وقود الديزل) و EN 590 (ديزل السيارات) مواصفات المنتج التي تحدد المدى الذي يمكن دفع نقطة النهاية ومحتوى المواد الثقيلة إليه.
• تعد ASTM D86 (تقطير المنتجات البترولية عند الضغط الجوي) و ASTM D2887 (توزيع نطاق الغليان بواسطة الكروماتوغرافيا الغازية) الأدوات الرئيسية للتحقق مما إذا كانت نقاط فصل برج التجزئة تحقق التقطير المطلوب. تقدم D2887 تقطيراً محاكياً، لذا يجب مطابقتها مع D86 عندما يتم كتابة المواصفات بشروط D86.
• تعد ASTM D613 (رقم السيتان) و ASTM D2500 (نقطة السحابة) بوابات الجودة المعتادة. يميل تمديد نقطة النهاية إلى الإضرار بالتدفق البارد أولاً. السيتان هو المشكلة الأكثر شيوعاً مع التدفقات المكسورة.
• تعتبر ASTM D93 (نقطة الوميض بواسطة جهاز بينسكي-مارتنز ذو الكأس المغلق) مهمة عند إعادة دمج قطفات الكيروسين والديزل.

أي تغيير في نقاط الفصل أو الشدة أو توجيه الهيدروجين في وحدة هيدروجين عالية الضغط يمر عبر عملية إدارة التغيير في الموقع. تتم مراجعة حدود غلاف التشغيل ونظام الإغلاق التلقائي مقابل الحالة الجديدة قبل تشغيلها. إن تجاوز درجة حرارة المفاعل في خدمة التكسير الهيدروجيني هو حدث سلامة عمليات، وليس مجرد خسارة في العائد.

الجسم التقني

من أين يتم الحصول على الديزل: نقاط الفصل مقابل التحويل

هناك عائلتان من الرافعات، وتكاليفهما مختلفة.

رافعات التقطير تنقل الجزيئات بين الوحدات دون تغيير كيميائيتها. عادة ما تأخذ المصافي مادة الديزل من نطاق غليان وقود النفاثات/زيت الغاز الذي يتراوح تقريبًا بين 150–360°C TBP (ما يعادل D86)، ويمكن أن ترتفع قليلاً مع مرافق التطوير (Naphtha to diesel via novel routes، Digital Refining).

رافعات التحويل تغير الجزيئات نفسها. في وحدة التكسير الهيدروجيني، الرافعات الرئيسية هي درجة حرارة المفاعل، والتحويل لكل تمريرة، ونقطة فصل إعادة التدوير، واختيار العامل الحفاز، والضغط الجزئي للهيدروجين.

تحولات نقاط الفصل في المنبع من وحدة التكسير الهيدروجيني

تغطي جلسات الأسئلة والأجوبة في AFPM حول تمديد نقاط النهاية للمقطرات (السؤال 39) وحول تأثيرات نقطة فصل تغذية FCC (السؤال 66) أي تدفقات التغذية يجب استهدافها أولاً. وهي توازن بين التأثير التشغيلي، وعمر العامل الحفاز، وتحسين نقطة الفصل بين وحدات المقطرات ووحدة FCC. تنطبق نفس الأسئلة على أي موقع:

• نقطة نهاية الديزل في وحدة التكرير. رفعها يستعيد مواد في نطاق الديزل كانت ستذهب بخلاف ذلك إلى التغذية الفراغية أو تغذية FCC. الثمن هو جودة التدفق البارد، بالإضافة إلى تغذية أثقل لوحدة المعالجة الهيدروجينية للديزل. تلك الوحدة إما تحتاج إلى شدة أكبر أو تقبل دورات أقصر.
• فصل زيت الغاز/VGO. سحب الفصل ليكون أخف يرسل المزيد من المواد إلى مجمع المقطرات وأقل إلى FCC أو وحدة التكسير الهيدروجيني. سحبه ليكون أثقل يفعل العكس. أي اتجاه يكون مربحاً يعتمد على ما إذا كانت المعالجة الهيدروجينية للمقطرات وسعة الهيدروجين يمكنها امتصاص المواد الأثقل.
• نقطة فصل تغذية FCC. توضح مناقشة AFPM لنقطة فصل FCC أن تغيير نقطة فصل التغذية يغير تحويل وعوائد FCC. المادة المسحوبة من تغذية FCC عادة ما تكون قيمتها أكبر كمادة خلط ديزل منها كزيت دورة FCC، وهو عطري ومنخفض السيتان. ومع ذلك، تفقد FCC بعض جودة وحجم التغذية، ويجب أن يعكس نموذج LP ذلك.
• نقطة نهاية تغذية وحدة التكسير الهيدروجيني. التغذية الأثقل ترفع عائد المقطرات المحتمل. كما أنها ترفع حمل العطريات متعددة النوى وبوادر الكوك، مما قد يؤدي إلى تعطيل أسرع واتساخ حلقة إعادة التدوير. تعامل مع الأمر كقرار يتعلق بعمر العامل الحفاز، وليس مجرد قرار يتعلق بالعائد.

شدة وحدة التكسير الهيدروجيني: نافذة الديزل

لتحقيق هدف أقصى قدر من الديزل، يتم ضبط نقاط فصل وحدة التكسير الهيدروجيني والشدة معاً.

• التحويل لكل تمريرة. رفع الشدة يزيد من تحويل التغذية الثقيلة. ولكن بعد نقطة معينة، يكون المنتج الإضافي هو النافثا والغاز الخفيف. يصل عائد الديزل إلى ذروته ثم ينخفض. تتحرك الذروة مع نوع العامل الحفاز وجودة التغذية ونقاط فصل المجزئ، لذا يجب عليك العثور عليها في بيانات المحطة. لا تفترضها.
• نقاط فصل المجزئ. خفض فصول النافثا/الكيروسين والكيروسين/الديزل ينقل المنتج إلى الديزل. رفع فصل الديزل/الزيت غير المحول يستعيد المزيد من الديزل، ولكنه قد يدفع التدفق البارد خارج المواصفات ويضع مواد في نطاق الديزل مرة أخرى في إعادة التدوير. يتم تعريف التحويل بالنسبة لنقطة فصل القاع، لذا فإن التغيير هناك يغير التحويل الظاهري دون لمس المفاعل.
• اختيار العامل الحفاز. تم بناء العوامل الحفازة الانتقائية للمقطرات الوسطى للحفاظ على نافذة الديزل مفتوحة عند تحويل أعلى. لهذا السبب تؤكد مقالة Topsoe حول تحسين إنتاج المقطرات الوسطى على تصميم العامل الحفاز ووضع التشغيل لتعظيم العوائد. وهذا أيضاً هو السبب في أن اختيار العامل الحفاز عند إعادة التعبئة غالباً ما يكون أهم من التعديلات اليومية لدرجة الحرارة.
• عملية إعادة التدوير. توفر إعادة تدوير الزيت غير المحول تحويلاً كاملاً للمواد الثقيلة، ولكنها تركز المركبات المقاومة والعطرية متعددة النوى. هذه المركبات تلوث المبادلات وتسرع من تعطيل العامل الحفاز. يجب أن تكون استراتيجية السحب أو التصريف جزءاً من الحالة المعاد توازنها منذ البداية.

الهيدروجين: القيد الذي يضع السقف

تقوم وحدة التكسير الهيدروجيني بتحويل الجزيئات الثقيلة عن طريق التكسير وإشباع العطريات. المزيد من التحويل يستهلك المزيد من الهيدروجين. المزيد من الإشباع يرفع السيتان ويخفض الكثافة، ولكنه يكلف هيدروجين أيضاً. الحدود العملية هي:

• توافر هيدروجين التعويض. إذا كان مصنع الهيدروجين، أو إمدادات المنتجات الثانوية للمصلح، أو الواردات هي عنق الزجاجة، فإن الشدة الإضافية لن تكون متاحة، مهما بدا الهامش جيداً.
• نقاء غاز إعادة التدوير والضغط الجزئي. الضغط الجزئي للهيدروجين في المفاعل يدفع كلاً من الإشباع واستقرار العامل الحفاز. السماح للنقاء بالانخفاض للبقاء ضمن توازن الهيدروجين يقصر من عمر العامل الحفاز.
• سعة الضاغط. يمكن لضواغط التعويض وإعادة التدوير أن تضع حداً لمعدل غاز المعالجة قبل أن يفعل الإمداد ذلك. افحص كليهما.
• المستهلكون المتنافسون. الهيدروجين المرسل إلى وحدة التكسير الهيدروجيني ليس متاحاً لوحدة المعالجة الهيدروجينية للديزل. إذا أدى تغيير نقطة الفصل إلى تحميل وحدة المعالجة الهيدروجينية بتغذية أثقل، فيجب إعادة حساب تخصيص الهيدروجين من وحدة إلى أخرى بالتزامن مع ذلك.

طول تشغيل العامل الحفاز: التكلفة التي تأتي لاحقاً

يتم دفع ثمن الشدة ونقطة نهاية التغذية من عمر العامل الحفاز. درجة الحرارة الأعلى للحفاظ على التحويل، والتغذية الأثقل، والضغط الجزئي المنخفض للهيدروجين، كلها تسرع من التعطيل. طول التشغيل هو هدف تصميمي تحميه. إنه ليس منتجاً ثانوياً تقبله. مهما كانت حالة العائد، لا يزال يتعين على العامل الحفاز الوصول إلى التوقف الدوري.

مقارنة الروافع

سيناريو توضيحي

تم بناء هذا السيناريو للتوضيح وليس حالة مسجلة.

تعمل مصفاة على تشغيل وحدة التكسير الهيدروجيني بنمط يميل إلى النافثا. تحولت إشارة الهامش نحو الديزل. يوصي نموذج LP برفع شدة المفاعل وتمديد نقطة النهاية للديزل في وحدة الخام.

1. افحص الهيدروجين أولاً. يظهر توازن الهيدروجين وجود سعة تعويض احتياطية فقط عندما لا تعمل وحدة معالجة الديزل الهيدروجينية بكامل طاقتها. تمديد نقطة نهاية ديزل الخام يحمل وحدة المعالجة الهيدروجينية عبئاً أكبر، لذا تتنافس الخطوتان. يتم تأجيل زيادة الشدة حتى يتم إعادة حساب تخصيص الهيدروجين.
2. حرك الرافعة الرخيصة أولاً. أعد ضبط قطفات المجزئ. اخفض قطفة النافثا/الديزل، ثم استخدم بيانات التقطير (D86، مع D2887 للذيل الأثقل) للتأكد من أن المواد في نطاق الديزل التي كانت سابقاً في النافثا الثقيلة تذهب الآن إلى الديزل. يتحسن العائد دون رفع درجة حرارة المفاعل.
3. اختبر التدفق البارد. حرك نقطة نهاية الديزل على مراحل وافحص نقطة السحابة (D2500) عند كل مرحلة، حتى يتم استنفاد هامش الجودة.
4. ارفع الشدة أخيراً، بخطوات صغيرة. زد درجة حرارة المفاعل تدريجياً وتتبع إنتاج الأطراف الخفيفة أثناء تقدمك. عندما تتجاوز الزيادة في النافثا والغاز الزيادة في الديزل، تكون نافذة الديزل قد استنفدت. تراجع عن الشدة.
5. توقع دورة الحفاز. قارن معدل التعطيل في الحالة الجديدة مع هدف الدورة. إذا لم يعد الحفاز يصل إلى التوقف الدوري، فقم بخفض الشدة أو سحب نقطة نهاية التغذية الثقيلة للخلف.

الطريقة بسيطة. معدل إنتاج الديزل الإضافي لكل خطوة هو ΔV̇ = Σ(ṁᵢ × Δyieldᵢ)، حيث ṁᵢ هو معدل تدفق كتلة التغذية للوحدة i و Δyieldᵢ هو التغير في كسر عائد الديزل، مجموعاً عبر جميع التدفقات والوحدات المتأثرة. يجب أن تشمل الفائدة الصافية الحجم المفقود من الوحدات الأخرى، وليس فقط مكاسب وحدة التكسير الهيدروجيني.

قائمة المراجعة وتوجيهات القرار

• تأكد من حدود مواصفات الديزل (التدفق البارد، السيتان، التقطير) قبل تغيير أي نقطة نهاية.
• أعد وضع خط الأساس لأداء المجزئ باستخدام D86 و D2887 بحيث يتم قياس تغييرات نقطة القطع ولا يتم افتراضها.
• ابدأ بتعديلات قطفات المجزئ ووحدة الخام قبل لمس شدة المفاعل.
• قم ببناء توازن هيدروجين مشترك يغطي وحدة التكسير الهيدروجيني ووحدة معالجة الديزل الهيدروجينية والمستهلكين الآخرين قبل الموافقة على زيادة الشدة.
• افحص نقاء غاز إعادة التدوير وسعة الضاغط، وليس فقط إمدادات هيدروجين التعويض.
• تتبع إنتاج الأطراف الخفيفة والنافثا مقابل مكاسب الديزل للعثور على ذروة العائد. توقف عند الذروة.
• راقب اتجاه تعطيل الحفاز مقابل خط الأساس للتشغيل التجريبي والدورة السابقة، وتوقع نهاية الدورة مقابل تاريخ التوقف الدوري.
• راجع تغييرات نقطة النهاية للتغذية الثقيلة لتأثيرها على اتساخ إعادة التدوير والعطريات متعددة النوى الثقيلة.
• قم بتمرير جميع التغييرات عبر إدارة التغيير، بما في ذلك حدود درجة حرارة المفاعل ومراجعة الحماية.
• عند إعادة تعبئة الحفاز التالية، قم بتقييم حفاز انتقائي للمقطرات المتوسطة بدلاً من التعويض عن سوء اختيار الحفاز بزيادة الشدة.
• أعد فحص تغذية FCC وتأثيرات العائد كلما تحركت قطفة زيت الغاز أو VGO.

الخلاصة

رفع عائد الديزل هو مشكلة تسلسل. حرك قطفات التقطير أولاً، لأنها الأرخص والأسهل في التراجع عنها. ارفع شدة التكسير الهيدروجيني فقط بمجرد تأكيد توازن الهيدروجين وهوامش التدفق البارد. تعامل مع طول تشغيل الحفاز كقيد صارم يجب أن يصل إلى التوقف الدوري.

كخطوة تالية، اسحب آخر مجموعة بيانات للتشغيل المستقر، وأعد بناء منحنى العائد مقابل التحويل، وحدد مكان ذروة عائد الديزل. ثم اختبر كل حركة لنقطة القطع في المنبع مقابل توازن الهيدروجين المشترك قبل الالتزام بتوصية LP.