未來中國煉油技術(shù)預(yù)見探究

劉曉宇，傅 軍，鄒勁松，何 錚

（1.中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院，北京100083；2.中國石化集團經(jīng)濟技術(shù)研究院有限公司，北京 100029）

石油煉制是重要的基礎(chǔ)工業(yè)，在促進我國經(jīng)濟和社會發(fā)展中具有重要的地位和作用。經(jīng)歷了新中國成立70多年來突飛猛進的發(fā)展，我國石油煉制工業(yè)從無到有、由弱到強，如今已發(fā)展成為相對成熟的產(chǎn)業(yè)，成功開發(fā)了一系列高水平、大型化煉油成套技術(shù)，并得到全面推廣應(yīng)用。

未來，我國煉油技術(shù)面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。煉制原料、政策環(huán)境、市場需求以及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展對煉油技術(shù)提出了更高要求。一是我國石油對外依存度逐步提升，未來可獲得的國外石油資源差異化顯著，且石油資源中非常規(guī)油氣比重呈上升趨勢，對現(xiàn)有煉油技術(shù)和煉廠結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢提出了新的要求；二是《巴黎協(xié)定》正式生效，煉制過程和產(chǎn)品受到日益嚴格的環(huán)保和碳減排約束；三是信息化技術(shù)等其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，也將帶動傳統(tǒng)煉油產(chǎn)業(yè)升級；四是當(dāng)前至2030年這一期間是我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要時期，汽柴油消費量和石油需求量均將達到峰值，同時在綠色低碳化發(fā)展的趨勢下，新能源汽車迎來發(fā)展機遇，這些都將對煉化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大影響。未來我國煉油行業(yè)突破發(fā)展瓶頸依賴于煉油技術(shù)進步，在此背景下，有必要運用技術(shù)預(yù)見的方法對未來煉油技術(shù)的發(fā)展趨勢進行研究，提前進行技術(shù)布局，在科學(xué)預(yù)見的基礎(chǔ)上制定和實施發(fā)展戰(zhàn)略，搶占產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型先機。

1 我國煉油工業(yè)和技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

1.1 我國煉油工業(yè)的現(xiàn)狀

目前我國煉油能力已達到8.74億噸/年，居世界第二位，千萬噸煉廠達到28座。從單系列裝置規(guī)?？?，已達到世界先進水平。其中常壓蒸餾、催化裂化、加氫裂化、延遲焦化裝置最大生產(chǎn)能力分別達到1 200萬噸/年、450萬噸/年、400萬噸/年、420萬噸/年。同時，我國催化裂化、加氫裂化、加氫精制、催化重整能力占原油一次加工能力的比例分別為26.2%、 9.5%、56.9%、11.2%，具有裝置規(guī)模大、技術(shù)復(fù)雜程度高、產(chǎn)品質(zhì)量高的特點。

1.2 我國煉油技術(shù)的現(xiàn)狀

從煉油技術(shù)看，我國已掌握煉廠全流程技術(shù)，具備依靠自有技術(shù)建設(shè)單系列千萬噸級煉廠的能力。以生產(chǎn)清潔汽油、柴油、航煤和潤滑油為主的煉廠技術(shù)構(gòu)成如圖1所示。在這些技術(shù)單元中，我國已擁有了較高水平的渣油加氫、催化裂化、催化重整、加氫精制等系列煉油技術(shù)，形成了多產(chǎn)異構(gòu)烷烴催化裂化（MIP）、重油催化裂解技術(shù)（DCC）、吸附脫硫（S Zorb）等優(yōu)勢技術(shù)；石腦油超低壓連續(xù)重整等具有競爭力的核心技術(shù)；柴油超深度加氫脫硫等特色技術(shù)[1-5]。但部分技術(shù)的能耗、目標產(chǎn)品選擇性、催化劑壽命等對煉廠經(jīng)濟效益有直接影響的技術(shù)指標，與國外先進技術(shù)尚存在一定差距，一些新興先進技術(shù)的研發(fā)仍處于“跟跑”狀態(tài)，如漿態(tài)床渣油加氫技術(shù)等。因此我國仍存在關(guān)鍵煉油技術(shù)創(chuàng)新不足的問題，特別需要在技術(shù)預(yù)見的基礎(chǔ)上，提前謀劃、盡早布局研發(fā)。

圖1 我國煉廠基本技術(shù)組成

2 技術(shù)預(yù)見的定義和方法

2.1 技術(shù)預(yù)見的定義

技術(shù)預(yù)見（Technology Forecasting，TF）是對潛在技術(shù)的特點和產(chǎn)生時間進行預(yù)見的一類方法，可用于對技術(shù)的狀態(tài)、參數(shù)及其變化趨勢進行預(yù)見。Martin 曾經(jīng)提出，所謂技術(shù)預(yù)見就是要對未來較長時期內(nèi)的科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟和社會發(fā)展進行系統(tǒng)研究，確定具有戰(zhàn)略性的研究領(lǐng)域，選擇那些對經(jīng)濟和社會利益具有最大化貢獻的通用技術(shù)。即技術(shù)預(yù)見是基于一系列假設(shè)和大趨勢，利用方法論提出未來技術(shù)發(fā)展的構(gòu)想和概況的系統(tǒng)研究，以期把握未來科技發(fā)展趨勢及其對經(jīng)濟和社會發(fā)展的影響，提出方向性的看法，確定重點研發(fā)領(lǐng)域，選擇對經(jīng)濟和社會利益具有最大貢獻的技術(shù)群[6]。

2.2 常用的技術(shù)預(yù)見方法

常見的技術(shù)預(yù)見方法有德爾菲問卷調(diào)查法、模型法、情景分析法、數(shù)據(jù)挖掘法、技術(shù)路線圖法等，其中應(yīng)用最為廣泛的是德爾菲問卷調(diào)查法。該法是1963年美國蘭德公司提出的一種預(yù)見方法，以問卷調(diào)查的統(tǒng)計分析方法進行。與普通問卷調(diào)查方法不同，該法采用多次調(diào)查，將上一次的調(diào)查結(jié)果反饋給下一次的調(diào)查回答者，一般分兩輪進行，調(diào)查的主要對象是各領(lǐng)域的專家[7-8]，主要用于中長期技術(shù)預(yù)見。日本是最早開始由政府組織大規(guī)模應(yīng)用德爾菲法進行技術(shù)預(yù)見的國家，從1971開始，每5年進行一次，截至2015年，已進行了10次，并且在此期間對技術(shù)預(yù)見方法進行了逐漸調(diào)整。在1971年首次進行技術(shù)預(yù)見調(diào)查中單一采用德爾菲法；在2001年第七次技術(shù)調(diào)查預(yù)見調(diào)查中，除德爾菲法外，增加了需求調(diào)查分析；在2005年第八次技術(shù)調(diào)查預(yù)見調(diào)查中首次增加了與德爾菲法平行的引文分析、社會經(jīng)濟需求調(diào)查分析和情景分析；在第十次技術(shù)調(diào)查預(yù)見調(diào)查中采用了德爾菲法、未來愿景、情景分析相結(jié)合的預(yù)見方法。日本科技預(yù)見調(diào)查成果用于制定“日本科學(xué)技術(shù)基本計劃”等科技戰(zhàn)略，在經(jīng)濟社會建設(shè)中發(fā)揮了巨大作用[9-12]。因此，本文選擇德爾菲問卷調(diào)查法開展未來煉油技術(shù)預(yù)見。研究框架如圖2所示。

圖2 德爾菲法研究框架

3 未來煉油技術(shù)預(yù)見

煉油工業(yè)作為流程工業(yè)，各項技術(shù)之間相互耦合關(guān)聯(lián)?；跓捰图夹g(shù)這一特點設(shè)計，設(shè)定在煉油行業(yè)慣性發(fā)展的情景下，采用德爾菲問卷調(diào)查法，研究煉油技術(shù)演化性創(chuàng)新情況下的發(fā)展趨勢，設(shè)計研究時間段為當(dāng)前至2030年。

3.1 德爾菲問卷調(diào)查內(nèi)容

根據(jù)文獻調(diào)研、專家咨詢、同國外先進煉油技術(shù)進行對標分析，初步確定具有發(fā)展前景的煉油技術(shù)清單，分別針對未來煉油技術(shù)的重點技術(shù)領(lǐng)域，重要發(fā)展方向以及關(guān)鍵技術(shù)進行三輪次問卷調(diào)查。首先設(shè)計調(diào)查問卷，根據(jù)煉油行業(yè)特點設(shè)計問題，并邀請煉油領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)專家進行打分。其次建立評分機制，設(shè)計計算權(quán)重得出預(yù)見結(jié)果，并對預(yù)見結(jié)果進行分析。最后分析問卷調(diào)查結(jié)果，分別提出來煉油技術(shù)的重點技術(shù)領(lǐng)域、重要發(fā)展方向以及關(guān)鍵技術(shù)。

1）調(diào)查對象

邀請煉油行業(yè)內(nèi)研究院、高校、企業(yè)的知名專家，設(shè)定選擇范圍為25人。

2）問卷設(shè)計

根據(jù)文獻調(diào)研、國內(nèi)外煉油技術(shù)研發(fā)動態(tài)，分別針對當(dāng)前至2030年煉油技術(shù)加工原料、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品3個環(huán)節(jié)的發(fā)展趨勢，將煉油技術(shù)劃分為11個技術(shù)領(lǐng)域，25個技術(shù)方向和57個關(guān)鍵技術(shù)，如表1～3所示。

表1 德爾菲問卷調(diào)查煉油技術(shù)領(lǐng)域劃分

表2 德爾菲問卷調(diào)查煉油技術(shù)方向

表3 德爾菲問卷調(diào)查煉油關(guān)鍵技術(shù)劃分

續(xù)表

針對煉油技術(shù)的價值體現(xiàn)設(shè)計4個評價指標，以確定未來煉油技術(shù)發(fā)展的重點領(lǐng)域、方向和關(guān)鍵技術(shù)，如表4所示。

表4 德爾菲問卷調(diào)查評價指標介紹

3.2 德爾菲問卷調(diào)查分析方法

1）專家熟悉度

由于參加問卷調(diào)查的均是煉油技術(shù)專家，無跨領(lǐng)域?qū)＜?，所以在本文德爾菲問卷調(diào)查結(jié)果分析中忽略了專家熟悉度對定量分析的影響。

2）評價指數(shù)系數(shù)

分別采用技術(shù)重要性、技術(shù)帶動性、經(jīng)濟發(fā)展重要性和低碳發(fā)展重要性4個評價指標對重要技術(shù)領(lǐng)域評價得分進行分析。根據(jù)專家對技術(shù)評價指標進行排序：技術(shù)重要性權(quán)重指數(shù)＞技術(shù)經(jīng)濟發(fā)展性權(quán)重指數(shù)＞技術(shù)低碳發(fā)展性權(quán)重指數(shù)＞技術(shù)帶動性權(quán)重指數(shù)，德爾菲問卷調(diào)查采用的定量分析方法為：技術(shù)評價得分＝0.4×技術(shù)重要性指標得分＋0.1×技術(shù)帶動性指標得分＋0.3×經(jīng)濟發(fā)展性指標得分＋0.2×低碳發(fā)展性指標得分。

3.3 德爾菲問卷調(diào)查結(jié)果

1）重點煉油技術(shù)領(lǐng)域

第一輪問卷調(diào)查如圖3所示，排名前四分別為劣質(zhì)原油和重油加工、基于分子水平煉油、降低能耗和調(diào)節(jié)煉廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。劣質(zhì)原油和重油加工主要用于提高原料適應(yīng)性；基于分子水平煉油主要目的是降低生產(chǎn)成本；降低能耗主要是為了降低生產(chǎn)成本和滿足政策環(huán)境要求；調(diào)節(jié)煉廠產(chǎn)品主要面向解決適應(yīng)市場結(jié)構(gòu)變化，如表5所示。

表5 主要重點煉油技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)目的

圖3 重點煉油技術(shù)領(lǐng)域排序

2）重要煉油技術(shù)方向

第二輪問卷調(diào)查結(jié)果如圖4所示，排名前五分別為催化裂化、增加高附加值產(chǎn)品、渣油加氫、分子水平反應(yīng)過程優(yōu)化和廉價制氫。催化裂化主要發(fā)展方向是適應(yīng)市場結(jié)構(gòu)變化；增加高附加值產(chǎn)品主要發(fā)展方向是降低生產(chǎn)成本；渣油加氫主要發(fā)展方向是提高原料適應(yīng)性；分子水平反應(yīng)過程優(yōu)化主要發(fā)展方向是解決降低生產(chǎn)成本；廉價制氫主要發(fā)展方向是解決降低生產(chǎn)成本，如表6所示。

表6 主要重點煉油技術(shù)方向技術(shù)目的

圖4 重點煉油技術(shù)方向排序

3）關(guān)鍵煉油技術(shù)

第三輪問卷調(diào)查如圖5所示，排名前八分為石油資源分子水平利用、漿態(tài)床加氫、流程優(yōu)化、固體酸烷基化、精準調(diào)合技術(shù)、多途徑制氫、靈活調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的催化裂化和催化裂化生產(chǎn)高辛烷值汽油組分技術(shù)。石油資源分子水平利用、精準調(diào)合技術(shù)、多途徑制氫技術(shù)目的是降低生產(chǎn)成本；漿態(tài)床加氫技術(shù)目的是提高原料適應(yīng)性；固體酸烷基化和催化裂化生產(chǎn)高辛烷值汽油組分技術(shù)技術(shù)目的是適應(yīng)政策環(huán)境變化；靈活調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的催化裂化技術(shù)目的是適應(yīng)市場結(jié)構(gòu)變化，如表7所示。

表7 主要關(guān)鍵技術(shù)目的

圖5 關(guān)鍵煉油技術(shù)排序

4 未來煉油技術(shù)預(yù)見結(jié)果的啟示

采用德爾菲法對煉油技術(shù)進行預(yù)見，通過三輪問卷分別對未來煉油技術(shù)的重點技術(shù)領(lǐng)域，重點發(fā)展方向以及關(guān)鍵技術(shù)進行調(diào)查，根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果分析得出未來煉油技術(shù)的重點技術(shù)領(lǐng)域、技術(shù)方向和關(guān)鍵技術(shù)主要面向解決原料，市場需求，政策環(huán)境和生產(chǎn)成本4個方面的問題。

1）面向原料方面，重點技術(shù)領(lǐng)域為劣質(zhì)原油和重油加工，重點技術(shù)方向為渣油加氫，關(guān)鍵技術(shù)為漿態(tài)床加氫。

2）面向市場結(jié)構(gòu)變化方面，重點技術(shù)領(lǐng)域為調(diào)節(jié)煉廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，重點技術(shù)方向為催化裂化，關(guān)鍵技術(shù)為靈活調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的催化裂化。

3）面向政策環(huán)境方面，重點技術(shù)領(lǐng)域為降低能耗，關(guān)鍵技術(shù)為固體酸烷基化和催化裂化生產(chǎn)高辛烷值汽油組分。

4）面向生產(chǎn)成本方面，重點技術(shù)領(lǐng)域為基于分子水平煉油和降低能耗，重點技術(shù)方向為增加高附加值產(chǎn)品、分子水平反應(yīng)過程優(yōu)化、廉價制氫，關(guān)鍵技術(shù)為石油資源分子水平利用、流程優(yōu)化、精準調(diào)合技術(shù)和多途徑制氫。

通過德爾菲問卷調(diào)查分析結(jié)果可以看出，未來我國煉油技術(shù)發(fā)展路線如下：

一是現(xiàn)有技術(shù)的本質(zhì)提升。在問卷調(diào)查結(jié)果分析得出的重點技術(shù)領(lǐng)域，重點發(fā)展方向以及關(guān)鍵技術(shù)中，有2個技術(shù)領(lǐng)域，3個技術(shù)方向和4個關(guān)鍵技術(shù)集中在降低生產(chǎn)成本，如圖6所示。由此可見，未來我國煉油技術(shù)發(fā)展偏向于技術(shù)深度上精細化提升，現(xiàn)有技術(shù)在降低成本方面存在較大提升空間。主要是在現(xiàn)有技術(shù)理念和架構(gòu)的基礎(chǔ)上，以技術(shù)改進為主，挖掘技術(shù)潛力，提高技術(shù)經(jīng)濟效益，實現(xiàn)目標價值優(yōu)化。

圖6 未來煉油技術(shù)發(fā)展分類

二是新興技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)。主要是基于新的技術(shù)理念，以技術(shù)創(chuàng)新為主，取代現(xiàn)有不具備發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)或?qū)ΜF(xiàn)有技術(shù)本質(zhì)提升。分子水平煉油成為未來煉油技術(shù)發(fā)展的技術(shù)理念，以分子層面優(yōu)化組分管理和定量定性加工過程為代表的煉油技術(shù)將成為我國煉油技術(shù)進步的突破口。