煉油向化工轉(zhuǎn)型發(fā)展現(xiàn)狀

閆俐辰，馬 杰，趙志強(qiáng)

（盤(pán)錦浩業(yè)化工有限公司，遼寧 盤(pán)錦，124000）

2020年9月，中國(guó)在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上承諾：CO2排放在2030年前達(dá)到峰值，力爭(zhēng)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。目前，中國(guó)碳排放量居全球首位，約占全世界總量的30%，單位GDP能耗約為發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3倍，發(fā)達(dá)國(guó)家從碳達(dá)峰到碳中和的過(guò)渡約50～70 a，而中國(guó)僅有30 a［1］。2020年，中國(guó)石油與化學(xué)工業(yè)的CO2排放總量約為14.81×108t，約占全國(guó)CO2排放總量的16%，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)任務(wù)緊迫，為煉油行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

1 煉油行業(yè)轉(zhuǎn)型形勢(shì)

1.1 原油價(jià)格持續(xù)提升

中國(guó)能源“富煤、缺油、少氣”，原油成本占企業(yè)生產(chǎn)成本的80%以上。近年來(lái)原油價(jià)格的持續(xù)提升導(dǎo)致國(guó)內(nèi)煉油企業(yè)的生產(chǎn)成本大大提高，企業(yè)經(jīng)營(yíng)壓力增大，原油的價(jià)格也會(huì)對(duì)成品油的價(jià)格產(chǎn)生一定的影響?；ぎa(chǎn)品的定價(jià)機(jī)制與成品油不同，主要受到行業(yè)景氣度的影響。煉油企業(yè)的生產(chǎn)裝置及流程相對(duì)固定，但面對(duì)原油價(jià)格及市場(chǎng)需求的不斷變化，需要靈活調(diào)整企業(yè)的加工方案，便可在不同的環(huán)境中取得最大的利益。

1.2 煉油能力嚴(yán)重過(guò)剩

近年來(lái)，中國(guó)煉油能力迅速擴(kuò)張［2］。2021年，中國(guó)原油加工能力突破7×108t，“十四五”期間煉油能力仍會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2025年原油加工量將達(dá)到7.55×108t［3，4］。2021年中國(guó)煉油能力過(guò)剩超過(guò)2×108t。截至2021年底，國(guó)內(nèi)已有×107t/a級(jí)煉油項(xiàng)目超過(guò)30個(gè)，且仍有項(xiàng)目還在建設(shè)中，未來(lái)煉油過(guò)剩的態(tài)勢(shì)將會(huì)進(jìn)一步惡化。煉油過(guò)剩將導(dǎo)致開(kāi)工率不足，近年來(lái)開(kāi)工率雖然逐漸上升，但2021年開(kāi)工率仍不足80%，低于全球煉油平均水平。2015～2021年中國(guó)原油1次加工能力、加工量及開(kāi)工率見(jiàn)表1。

表1 原油1次加工能力、加工量及開(kāi)工率

1.3 成品油消費(fèi)放緩

傳統(tǒng)煉油企業(yè)主要生產(chǎn)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的成品油，包括汽、柴、煤油，預(yù)計(jì)2025年成品油需求將達(dá)到峰值［4］。2015～2021年柴油表觀消費(fèi)量已有下降趨勢(shì)；汽油表觀消費(fèi)量有所增長(zhǎng)，即將達(dá)到峰值，2020年受疫情影響消費(fèi)量明顯下降；煤油表觀消費(fèi)量明顯增長(zhǎng)，但2020和2021年受疫情影響消費(fèi)量有所下降，見(jiàn)圖1。

圖1 2015～2021年中國(guó)汽、柴、煤油表觀消費(fèi)量

另一方面，近年來(lái)國(guó)家對(duì)新能源汽車(chē)的大力扶持也沖擊了成品油市場(chǎng)，造成汽柴油市場(chǎng)逐漸萎縮［5］。預(yù)計(jì)未來(lái)隨著中國(guó)環(huán)境資源的制約以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，對(duì)成品油的需求也將持續(xù)降低。

1.4 化工原料供需格局變化

2021年，中國(guó)乙烯產(chǎn)能為4 168×104t，占全球總產(chǎn)能的18%，產(chǎn)量為3 747×104t，當(dāng)觀消費(fèi)量量達(dá)到5 832×104t，自給率僅為64%［6，7］。

2021～2025年新增產(chǎn)能3 832×104t/a，見(jiàn)表2。

表2 2021～2025年中國(guó)主要乙烯新增產(chǎn)能/×104 t/a

預(yù)計(jì)至2025年，產(chǎn)能將超過(guò)7 000×104t/a，基本滿足國(guó)內(nèi)需求。中國(guó)乙烯工業(yè)正在進(jìn)入成熟期，下游主要有聚乙烯、環(huán)氧乙烷、苯乙烯、乙二醇、聚氯乙烯等。5種主要產(chǎn)品占乙烯總消費(fèi)量約97%，其中聚乙烯是最大的消費(fèi)領(lǐng)域，約占63.5%。2021年中國(guó)聚乙烯自給率為62%，仍需大量進(jìn)口。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將由重工業(yè)向高端產(chǎn)業(yè)傾斜［8］。

2021年，對(duì)二甲苯（PX）產(chǎn)能為3 127×104t/a，約占全球總產(chǎn)能的18%。預(yù)計(jì)2025年產(chǎn)能將突破4 500×104t/a，基本實(shí)現(xiàn)自給。2021～2025年中國(guó)主要PX新增產(chǎn)能見(jiàn)表3。

表3 2021～2025年中國(guó)PX新增產(chǎn)能/×104 t/a

新增產(chǎn)能使中國(guó)化工產(chǎn)品同質(zhì)化的情況更為嚴(yán)重。另外由于中國(guó)高端產(chǎn)品如高端聚烯烴、高性能合成橡膠、特種工程塑料等產(chǎn)品研發(fā)能力不足，并且國(guó)外高端技術(shù)的擁有者又限制技術(shù)轉(zhuǎn)讓，高端產(chǎn)品仍需要大量進(jìn)口［9］。

2 煉油向化工轉(zhuǎn)型的路徑

由于中國(guó)煉油產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩，化工原料需求旺盛且存在缺口，因此煉油向化工轉(zhuǎn)型已是大勢(shì)所趨［10，11］，轉(zhuǎn)型過(guò)程中明確自身定位及認(rèn)清限制因素尤為重要［12，13］?，F(xiàn)階段，中國(guó)煉油向化工轉(zhuǎn)型仍處于初級(jí)階段，煉油企業(yè)一體化程度也在逐步提升，主要產(chǎn)品也由早期的生產(chǎn)油品向生產(chǎn)化工產(chǎn)品轉(zhuǎn)變。燃料型煉油廠向化工轉(zhuǎn)型主要有2條路線，即原油最大化生產(chǎn)烯烴路線和原油最大化生產(chǎn)芳烴路線。近年來(lái)原油蒸汽裂解工藝興起，成為燃料型煉油廠轉(zhuǎn)型的新途徑。

2.1 原油最大化生產(chǎn)烯烴路線

原油最大化生產(chǎn)烯烴路線最核心的工藝是催化裂解，該工藝是在反應(yīng)器內(nèi)，在高溫條件下通過(guò)催化劑將重質(zhì)油裂解成乙烯、丙烯、丁烯的過(guò)程。根據(jù)進(jìn)料性質(zhì)不同，可分為3種工藝，即重油催化裂解、輕油催化裂解以及雙提升管催化裂解。重油催化裂解工藝相對(duì)成熟，代表工藝是中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的DCC工藝；輕油催化裂解工藝近年來(lái)已有應(yīng)用，但仍然存在一些問(wèn)題，需要對(duì)催化劑進(jìn)一步研發(fā)改善；雙提升管催化裂解工藝由其兼顧了輕油和重油，具有一定的優(yōu)勢(shì)，但需要解決進(jìn)料和催化劑的反應(yīng)匹配問(wèn)題［14，15］。

原油最大化生產(chǎn)低碳烯烴的加工路線是“渣油加氫+催化裂解”，流程見(jiàn)圖2。

圖2 最大化生產(chǎn)烯烴路線流程

由常減壓和渣油加氫裝置生產(chǎn)的蠟油為催化裂化裝置提供進(jìn)料。產(chǎn)品催化干氣富含乙烯，是優(yōu)質(zhì)的蒸汽裂解裝置原料；液化氣中富含丙烯，經(jīng)氣體分離出純度99%以上的丙烯、96%以上的丙烷以及C4，丙烷作為蒸汽裂解的進(jìn)料，C4可進(jìn)入甲基叔丁基醚裝置隨后進(jìn)入烯烴裂解和烷基化裝置，此路線可實(shí)現(xiàn)C4中異丁烯最大量生產(chǎn)［16］。

2.2 原油最大化生產(chǎn)芳烴路線

原油最大化生產(chǎn)芳烴路線的核心技術(shù)是加氫裂化。加氫裂化工藝產(chǎn)品石腦油的收率可以達(dá)到40%以上，為連續(xù)重整裝置提供優(yōu)質(zhì)原料，實(shí)現(xiàn)芳烴的最大量生產(chǎn)［17，18］。

原油最大化生產(chǎn)芳烴以“渣油加氫+加氫裂化+連續(xù)重整”路線為主，流程見(jiàn)圖3。

圖3 最大化生產(chǎn)芳烴路線流程

由常減壓和渣油加氫裝置生產(chǎn)的蠟油為加氫裂化裝置提供進(jìn)料。加氫裂化產(chǎn)品重石腦為連續(xù)重整裝置提供原料，尾油為潤(rùn)滑油裝置提供原料。渣油加氫裝置的尾油為煤制氫裝置提供原料，生產(chǎn)的氫氣為加氫裂化及其它加氫裝置提供原料。

2.3 原油蒸汽裂解技術(shù)

原油蒸汽裂解是新興技術(shù)，該技術(shù)省略了傳統(tǒng)的常減壓裝置，縮短了工藝流程，節(jié)約了能耗。

2.3.1 ExxonMobil技術(shù)ExxonMobil公司于2014年建成了全球首套原油蒸汽裂解制乙烯裝置，規(guī)模為100×104t/a［19］。經(jīng)改進(jìn)的工藝流程新增1個(gè)閃蒸塔，通過(guò)閃蒸將重質(zhì)液體與輕質(zhì)餾分分離，使大部分非揮發(fā)組分處于液相中。否則，會(huì)形成焦炭的非揮發(fā)物質(zhì)如果被攜帶進(jìn)裂解氣，將引起裂解爐結(jié)焦，主要流程見(jiàn)圖4。

圖4 ExxonMobil公司原油蒸汽裂解技術(shù)流程

原油先與稀釋蒸汽進(jìn)行混合，隨后進(jìn)入對(duì)流段預(yù)熱，后經(jīng)閃蒸塔分離出體積占比約70%～75%的氣相組分和25%～30%的液相組分。氣相組分再次預(yù)熱后進(jìn)入輻射段裂解，液相組分可以作為煉油廠原料繼續(xù)加工或直接售出［20］。

2.3.2 Saudi Aramco技術(shù)Saudi Aramco技術(shù)工藝是原油直接進(jìn)入加氫裂化裝置，裂化產(chǎn)物經(jīng)蒸餾分離后，輕組分（輕烴及石腦油）直接進(jìn)入蒸汽裂解裝置，經(jīng)氣體分離系統(tǒng)分離出乙烯、丙烯、C4等烯烴；重組分（重油）采用高苛刻度催化裂解技術(shù)，生成的氣體進(jìn)入氣體分離裝置分離烯烴，含有高芳烴的汽油進(jìn)入芳烴抽提裝置，分離出BTX，主要流程見(jiàn)圖5。

圖5 Saudi Aramco公司原油蒸汽裂解技術(shù)流程

3 煉油企業(yè)轉(zhuǎn)型建議

3.1 明確發(fā)展定位，選擇合理轉(zhuǎn)型方式

根據(jù)原油的1次加工能力，可將煉油廠分為大型煉油廠（加工能力大于1 000×104t/a）、中型煉油廠（加工能力在（500～1 000）×104t/a）和小型煉油廠（加工能力小于500×104t/a）［21］。大型煉油廠具備煉化一體化條件，可優(yōu)化加工方案，從大量生產(chǎn)成品汽柴油轉(zhuǎn)向更多生產(chǎn)化工原料，使更多優(yōu)質(zhì)輕質(zhì)原料進(jìn)入蒸汽裂解裝置。同時(shí)利用低碳烯烴和芳烴，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，增加下游配套裝置，生產(chǎn)更高價(jià)值的化工產(chǎn)品，增加企業(yè)的收益。中小型煉油廠不具備獨(dú)立建設(shè)規(guī)模裝置的條件，可通過(guò)降低柴汽比，利用輕烴資源來(lái)實(shí)現(xiàn)減油增化的目標(biāo)。

3.2 降低生產(chǎn)成本

通過(guò)采用分子煉油技術(shù)、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)等手段降低能耗，節(jié)約成本。分子煉油技術(shù)的核心在于越小的變動(dòng)分子結(jié)構(gòu)。根據(jù)原油分子結(jié)構(gòu)，建立分離為主的總加工路線，提升單程轉(zhuǎn)化率同時(shí)減少無(wú)效循環(huán)，以降低成本。換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是通過(guò)夾點(diǎn)技術(shù)模擬換熱網(wǎng)絡(luò)，提出節(jié)能優(yōu)化方案和改造建議。對(duì)于1 000×104t/a級(jí)煉油廠，能效可提升1～3 kg標(biāo)油/t，增效（1 500～3 000）萬(wàn)元/a；通過(guò)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)蒸汽標(biāo)油節(jié)能13～19 kg標(biāo)油/t。

3.3 加大科研投入，研發(fā)高端石化產(chǎn)品

目前中國(guó)已具有建設(shè)1 000×104t/a級(jí)煉油、100×104t/a級(jí)乙烯以及芳烴裝置的技術(shù)和能力，但是缺少高端石化產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)。煉化企業(yè)科研機(jī)構(gòu)創(chuàng)新能力不足，目前仍停留在吸收國(guó)外技術(shù)的階段，使得石化產(chǎn)品集中在中低端，高端石化產(chǎn)品仍需要從國(guó)外大量進(jìn)口。要改變現(xiàn)狀，企業(yè)需要根據(jù)市場(chǎng)的不斷變化制定生產(chǎn)工藝路線并提高自主創(chuàng)新能力。利用企業(yè)自身優(yōu)勢(shì)，加大科研投入，建立科研人員培養(yǎng)體系，在穩(wěn)定生產(chǎn)符合國(guó)標(biāo)的汽柴煤油產(chǎn)品以及化工原料的同時(shí)，注重高端石化產(chǎn)品的研發(fā)，降低高端石化產(chǎn)品的進(jìn)口壓力。

3.4 智能化轉(zhuǎn)型，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力

提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵在于煉化流程智能化和數(shù)字化。煉化行業(yè)得以高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵在于新一代的信息技術(shù)（以大數(shù)據(jù)、人工計(jì)算、云計(jì)算為主）與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合。數(shù)字化、智能化從優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備管控、用能管控、生產(chǎn)管控、供應(yīng)鏈管控等方面大幅度提升企業(yè)優(yōu)化協(xié)同、管理效率以及經(jīng)濟(jì)效益［22］。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，煉化行業(yè)面臨碳排放壓力、原油價(jià)格攀升、煉油能力過(guò)剩以及產(chǎn)品需求變化等方面的挑戰(zhàn)，煉化行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)迫在眉睫。企業(yè)應(yīng)明確自身定位，認(rèn)清市場(chǎng)的發(fā)展形勢(shì)，切忌盲目轉(zhuǎn)型?？上蛑悄芑?、數(shù)字化方向發(fā)展，同時(shí)加大科研投入，研發(fā)高端產(chǎn)品的核心技術(shù)，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。要以利益最大化為出發(fā)點(diǎn)，利用分子煉油技術(shù)、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化等技術(shù)降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品價(jià)值，來(lái)面對(duì)未來(lái)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。