典型煉廠化工轉(zhuǎn)型發(fā)展方案研究

葉 霖

（中國(guó)石油化工集團(tuán)公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京 100029）

1 煉化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1.1 煉油產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩，民營(yíng)煉廠大規(guī)模擴(kuò)張

我國(guó)原油一次加工能力從2010年的5.8億t/a增至2017年底的8.15億t/a。2017年我國(guó)原油加工量為5.66億t，平均開(kāi)工率69%。按照全球煉油企業(yè)平均開(kāi)工率83%計(jì)算，截至2017年底，我國(guó)煉油能力過(guò)剩約1.3億t/a。

我國(guó)原油進(jìn)口“兩權(quán)”對(duì)非國(guó)營(yíng)煉油企業(yè)逐步開(kāi)放，民營(yíng)企業(yè)煉油能力得到進(jìn)一步釋放。隨著未來(lái)幾年將陸續(xù)投產(chǎn)的大連恒力石化（新增2 000萬(wàn)t/a）、舟山浙江石化一期（新增2 000萬(wàn)t/a）、連云港盛虹石化（新增1 600萬(wàn)t/a）、曹妃甸一泓石化（新增1 500萬(wàn)t/a）等項(xiàng)目，均為一體化程度較高的先進(jìn)煉油企業(yè)。預(yù)計(jì)2020年我國(guó)煉油能力將達(dá)到8.9億t/a。

1.2 成品油需求放緩，替代燃料迅速發(fā)展

2017年，三大成品油產(chǎn)量合計(jì)3.58億t，表觀消費(fèi)量合計(jì)3.2億t（國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)），成品油供大于求。其中，柴油過(guò)剩問(wèn)題最為突出。2010–2016年，隨著第二產(chǎn)業(yè)占比的下降，柴油消費(fèi)量同步下滑[1]，見(jiàn)表1。另外，煤制油、燃料乙醇、燃料甲醇、生物柴油和新能源車(chē)的發(fā)展，均對(duì)成品油的消費(fèi)形成不同程度的替代作用。

表1 2017年我國(guó)汽油、煤油和柴油的生產(chǎn)量和消費(fèi)量 萬(wàn)t

隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，大力發(fā)展乙醇汽油是今后的一個(gè)重要任務(wù)，這勢(shì)必會(huì)對(duì)煉油企業(yè)產(chǎn)生一定影響。首先在汽油產(chǎn)品的總量上就會(huì)起到一定的替代作用。另外，近幾年新能源車(chē)的發(fā)展得到政府的大力推廣，呈不可擋之勢(shì)，未來(lái)對(duì)汽油消費(fèi)的替代作用將逐步顯現(xiàn)。而高鐵、城市軌道交通、共享單車(chē)等對(duì)成品油消費(fèi)的替代作用已經(jīng)顯現(xiàn)，預(yù)計(jì)還將日益明顯。

綜上，未來(lái)三大成品油中，只有航煤仍將保持強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭。汽油消費(fèi)增速逐漸減小，柴油消費(fèi)將繼續(xù)下滑。

1.3 化工產(chǎn)品市場(chǎng)需求仍將繼續(xù)增長(zhǎng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，“十二五”期間，“三烯”“三苯”和“三大合成材料”的消費(fèi)增速分別為6%、13.4%和6.6%。而隨著“十三五”的到來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入“新常態(tài)”，經(jīng)濟(jì)增速放緩，但仍保持中高速增長(zhǎng)?；ぎa(chǎn)品的需求與經(jīng)濟(jì)、人口的增長(zhǎng)密切相關(guān)。預(yù)計(jì)“十三五”期間，“三烯”“三苯”和“三大合成材料”的消費(fèi)增速將有所下降，但仍保持在4%～6%。化工產(chǎn)品市場(chǎng)總體尚未飽和，但面臨區(qū)域性短缺與過(guò)剩并存、結(jié)構(gòu)性短缺與過(guò)剩并存的局面。隨著電商經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和二孩政策的實(shí)施等社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的變化，化工產(chǎn)品市場(chǎng)需求仍將繼續(xù)增長(zhǎng)。

1.4 未來(lái)石油將更多用于化工產(chǎn)業(yè)

我國(guó)煉油行業(yè)發(fā)展已進(jìn)入新階段，結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)成為煉廠繼續(xù)發(fā)展的主旋律。隨著成品油市場(chǎng)的逐漸飽和，向化工轉(zhuǎn)型發(fā)展成為一些中小型燃料型煉廠的合理選擇。目前，油化一體化和化工轉(zhuǎn)型也是全球煉油業(yè)共同關(guān)注的議題。Chevron Lummus Global公司認(rèn)為，石化產(chǎn)品的價(jià)格比原油價(jià)格更為穩(wěn)定，受油價(jià)變動(dòng)影響較小，因此，將原油轉(zhuǎn)化為石化產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

未來(lái)，煉油產(chǎn)業(yè)的任務(wù)，也將從大量生產(chǎn)清潔油品逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榧骖櫥A(chǔ)化工原料的靈活生產(chǎn)，為下游的高端化學(xué)品、精細(xì)化工品等產(chǎn)業(yè)提供優(yōu)質(zhì)原料，從而獲得最高整體利潤(rùn)和最大的靈活性。

2 化工型煉油關(guān)鍵技術(shù)

從現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外化工型煉油技術(shù)發(fā)展情況看，重油催化裂解多產(chǎn)低碳烯烴的相關(guān)技術(shù)成為煉油向化工轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)。其中，以石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的增強(qiáng)型催化裂解技術(shù)（DCC–PLUS）和催化熱裂解技術(shù)（CPP）最有代表性。

2.1 DCC/DCC-PLUS技術(shù)

DCC（Deep Catalytic Cracking）是以重質(zhì)油為原料，生產(chǎn)低碳烯烴（以丙烯為主）和富含芳烴的高辛烷值汽油的工藝技術(shù)。DCC的工藝流程與FCC類(lèi)似，包括反應(yīng)—再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)以及吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。DCC對(duì)原料的要求較為苛刻，一般要求原料密度不大于0.91 g/cm3，氫含量不低于12.6%。DCC–PLUS在DCC的基礎(chǔ)上增加了第二提升管，有效增加了丙烯和芳烴的收率，減少干氣和焦炭產(chǎn)率。

D廠的DCC–PLUS裝置是以常壓渣油（石蠟基）、加氫尾油和加氫柴油為新鮮原料，標(biāo)定密度0.889 g/cm3，氫含量12.99%。主要產(chǎn)品標(biāo)定收率及去向見(jiàn)表2。DCC–PLUS的建設(shè)運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)是：①設(shè)備尺寸大，裝置規(guī)模大型化；②投資高于常規(guī)催化裂化；③裝置能耗高于常規(guī)催化裂化；④對(duì)原料性質(zhì)要求苛刻。據(jù)報(bào)道，大榭/舟山石化的DCC–PLUS聯(lián)合裝置（包括配套氣分、裂解石腦油加氫、芳烴抽提和MTBE等），每年可貢獻(xiàn)利潤(rùn)9.6億元。

表2 國(guó)內(nèi)某DCC–PLUS裝置標(biāo)定收率

2.2 CPP技術(shù)

CPP（Catalytic Pyrolytic Process）是以重質(zhì)油為原料，生產(chǎn)乙烯、丙烯的工業(yè)化技術(shù)，主要包括反應(yīng)—再生系統(tǒng)、乙烷/丙烷裂解爐系統(tǒng)、裂解氣精制分離系統(tǒng)等。CPP對(duì)原料的要求比DCC更為苛刻，一般要求原料密度不大于0.91 g/cm3，氫含量不低于12.95%。

S廠于2009年建成投產(chǎn)了世界上第一套50萬(wàn)t/a的CPP工業(yè)示范裝置，標(biāo)志著以重油生產(chǎn)低碳烯烴工藝路線取得開(kāi)創(chuàng)性進(jìn)展。其以石蠟基原油常壓渣油為進(jìn)料，氫含量12.95%。在乙烷和丙烷沒(méi)有回?zé)挼臈l件下，乙烯和丙烯一次產(chǎn)率分別達(dá)到14.84%和22.21%。其流程示意見(jiàn)圖1。

Y廠有150萬(wàn)t/a的CPP裝置，進(jìn)料為石蠟基常壓渣油，可生產(chǎn)聚合級(jí)乙烯和丙烯，副產(chǎn)氫氣、混合碳四、裂解石腦油、裂解輕油等，產(chǎn)品收率見(jiàn)表3。CPP＋分離系統(tǒng)＋罐區(qū)投資高達(dá)35億元。裝置可生產(chǎn)聚合級(jí)乙烯26萬(wàn)t/a，聚合級(jí)丙烯33萬(wàn)t/a。

圖1 S廠CPP裝置流程示意

綜上所述，這兩類(lèi)技術(shù)有一些共同點(diǎn)：①對(duì)原料要求苛刻，中間基原油摻渣比低；②投資規(guī)模大，設(shè)備大型化，裝置占地面積大；③公用工程消耗比常規(guī)催化裂化高。兩類(lèi)技術(shù)也有區(qū)別：①DCC以生產(chǎn)丙烯為主，而CPP乙烯產(chǎn)率較高；②CPP裝置后續(xù)要采用深冷分離；③CPP的投資和運(yùn)行費(fèi)用均高于DCC。

3 典型煉廠化工轉(zhuǎn)型發(fā)展方案研究

3.1 A煉廠現(xiàn)狀及轉(zhuǎn)型思路

A煉廠是典型的中型燃料型煉廠，主要產(chǎn)品為三大成品油。加工原油主要為進(jìn)口中間基原油，平均硫含量在1%以下。A煉廠總流程見(jiàn)圖2。2017年，A煉廠加工原油750萬(wàn)t/a，汽油產(chǎn)量246萬(wàn)t/a，柴油產(chǎn)量261萬(wàn)t/a（見(jiàn)表4）。汽煤柴化收率70.78%，噸油利潤(rùn)258元/噸。煉油板塊盈利20.24億元。

表3 CPP裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)產(chǎn)品收率 %

圖2 A煉廠總流程示意（萬(wàn)t/a）

表4 主要原料油、產(chǎn)品產(chǎn)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 萬(wàn)t

續(xù)表

A煉廠目前面臨的問(wèn)題主要有：①產(chǎn)品以成品油為主，在激烈的成品油市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下，產(chǎn)品靈活性差；②一體化程度低，乙烯和丙烯的化工利用存在規(guī)模較小，競(jìng)爭(zhēng)力不足的問(wèn)題；③柴油十六烷值不足，難以達(dá)到100%車(chē)柴。

A煉廠轉(zhuǎn)型思路：以效益和市場(chǎng)為導(dǎo)向，利用化工型煉油技術(shù)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)化工原料，降低成品油產(chǎn)率的目的。

3.2 A煉廠轉(zhuǎn)型發(fā)展多方案對(duì)比分析

分別以DCC–PLUS和CPP技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)重油向低碳烯烴和芳烴的高效轉(zhuǎn)化。對(duì)比兩種技術(shù)路線的轉(zhuǎn)型發(fā)展效果，找出轉(zhuǎn)型瓶頸，提出轉(zhuǎn)型建議。

3.2.1 方案設(shè)置

利用Aspen PIMS優(yōu)化工具建立A煉廠煉油界區(qū)模型，分別模擬DCC–PLUS和CPP路線向化工轉(zhuǎn)型。設(shè)置3個(gè)方案。

1）基礎(chǔ)方案。以A煉廠2017年實(shí)際加工流程為基礎(chǔ)，建立年度生產(chǎn)方案，作為橫向?qū)Ρ鹊幕A(chǔ)。

2）DCC–PLUS方案。在方案一的基礎(chǔ)上，利用DCC–PLUS技術(shù)向化工轉(zhuǎn)型。關(guān)停原70萬(wàn)t/a催化裂解裝置。根據(jù)全廠物料平衡，新建220萬(wàn)t/a DCC–PLUS裝置，以加氫蠟油和加氫渣油（摻渣比13%）為進(jìn)料。產(chǎn)品中的稀乙烯全部與苯反應(yīng)生成苯乙烯，不足的苯通過(guò)外購(gòu)獲得。產(chǎn)品中的丙烯作為煉油界區(qū)產(chǎn)品出售（實(shí)際煉廠可考慮延伸丙烯下游產(chǎn)業(yè)鏈）。產(chǎn)品中的裂解石腦油大部分去裂解石腦油加氫裝置，然后去芳烴抽提，抽提后的混合二甲苯等作為產(chǎn)品出售。小部分參與汽油產(chǎn)品調(diào)和。產(chǎn)品中的柴油組分去加氫后調(diào)柴油產(chǎn)品。

3）CPP方案。在方案一的基礎(chǔ)上，利用CPP技術(shù)向化工轉(zhuǎn)型。關(guān)停原70萬(wàn)t /a催化裂解裝置。根據(jù)全廠物流平衡，新建150萬(wàn)t/a CPP裝置，以加氫蠟油和加氫渣油（摻渣比10.7%）為進(jìn)料。產(chǎn)品中的聚合級(jí)乙烯和丙烯作為煉油界區(qū)產(chǎn)品出售（實(shí)際煉廠可考慮延伸下游產(chǎn)業(yè)鏈）。產(chǎn)品中的裂解石腦油和裂解柴油去路同方案二。

測(cè)算中的價(jià)格體系選取A煉廠2017年年度平均價(jià)格（不含稅），新增產(chǎn)品價(jià)格選取中國(guó)石化2017年度平均價(jià)格（不含稅）。

由于缺少物料的氫含量數(shù)據(jù)，DCC–PLUS和CPP裝置在模型中的進(jìn)料要求靠控制摻渣比來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 裝置結(jié)構(gòu)及投資情況

各方案投資情況見(jiàn)表5。

由于新建裝置DCC–PLUS和CPP對(duì)原料的要求較高，摻渣比均有嚴(yán)格上限，因此，轉(zhuǎn)型后的A煉廠蠟油資源頗為緊張。根據(jù)全廠蠟渣油平衡，將原1#和3#催化裂化裝置的摻渣比頂?shù)缴舷迺r(shí)，可以容納的DCC–PLUS和CPP裝置能力分別為220萬(wàn)t/a和150萬(wàn)t/a。

表5 投資情況

各方案裝置結(jié)構(gòu)及開(kāi)工量見(jiàn)表6。

3.2.3 原料及產(chǎn)品對(duì)比

上述3個(gè)方案加工原油一致，原油平均API°為29.05，硫含量為0.92%，酸值（KOH）為0.79 mg/g。

A煉廠的煤氣化裝置沒(méi)有納入模型范圍，因此所需氫氣統(tǒng)一按外購(gòu)考慮，見(jiàn)表7。DCC-PLUS方案由于擴(kuò)大了苯乙烯裝置的規(guī)模，副產(chǎn)大量脫氫尾氣，經(jīng)提濃后進(jìn)入氫氣管網(wǎng)，因此該方案外購(gòu)氫氣量較少。

產(chǎn)品方面，汽油全部按乙醇汽油生產(chǎn)。航煤為滿(mǎn)足消費(fèi)增長(zhǎng)的需求，產(chǎn)量適當(dāng)提升。柴油產(chǎn)量略有下降。石腦油由于乙醇汽油的生產(chǎn)，輕石腦油和芳烴抽余難以調(diào)入汽油產(chǎn)品，以石腦油形式外售。苯乙烯近年效益較好，方案二中產(chǎn)量得到大幅提升。丙烯、甲苯和混合二甲苯的產(chǎn)量在方案二和方案三均得到釋放（見(jiàn)表8）。

丙烯的利用上，由于A煉廠原有聚丙烯和丙烯腈裝置，可結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)勢(shì)，針對(duì)市場(chǎng)需求有的放矢，新建丙烯利用裝置，實(shí)現(xiàn)丙烯產(chǎn)業(yè)鏈的集中延伸和增值。甲苯和混合二甲苯產(chǎn)品，在就地加工上沒(méi)有基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，建議通過(guò)區(qū)域協(xié)調(diào)互供，就近銷(xiāo)售給周?chē)性闲枨蟮臒拸S。石腦油，建議外售給周?chē)枰蚁┝呀庠系臒拸S，進(jìn)行區(qū)域優(yōu)化。

3.2.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

DCC–PLUS和CPP方案的綜合商品率略有下降，自用率上升（見(jiàn)表9）。主要因?yàn)樾略鲅b置的自用干氣消耗較大。

表6 主要裝置及開(kāi)工量 萬(wàn)t/a

表7 3個(gè)方案原料對(duì)比 萬(wàn)t/a

表8 產(chǎn)品對(duì)比 萬(wàn)t/a

續(xù)表

DCC–PLUS和CPP方案的汽柴油產(chǎn)率分別比基礎(chǔ)方案下降20.9%和17.6%，降幅明顯。柴汽比略有增加，主要原因是直餾柴油的量沒(méi)有減少，且DCC–PLUS和CPP裝置仍然產(chǎn)一部分裂解輕油，只能作為柴油組分。但相比于A煉廠，2017年實(shí)際柴汽比1.06仍有明顯下降。

化工料產(chǎn)率從基礎(chǔ)方案的7.8%提高至DCC–PLUS方案的24.5%和CPP方案的23.1%，煉廠的化工屬性得到一定程度的強(qiáng)化。

表9 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

3.2.5 靜態(tài)效益對(duì)比

在計(jì)算各方案靜態(tài)效益過(guò)程中，企業(yè)折舊、財(cái)務(wù)和固定費(fèi)用以A煉廠2017年實(shí)際費(fèi)用為基礎(chǔ)，新投資進(jìn)入各費(fèi)用中的總額按照項(xiàng)目投資的20%計(jì)，見(jiàn)表10 靜態(tài)效益指標(biāo)對(duì)比表10。

DCC–PLUS方案的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)比基礎(chǔ)方案增加4.83億元，單位營(yíng)業(yè)利潤(rùn)增加51元/t。CPP方案的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)比基礎(chǔ)方案增加2.15億元，單位營(yíng)業(yè)利潤(rùn)增加28元/t。兩個(gè)方案的靜態(tài)效益均比基礎(chǔ)方案有一定增量。

3.3 A煉廠轉(zhuǎn)型發(fā)展方案總結(jié)

A煉廠分別通過(guò)兩種技術(shù)的應(yīng)用，配合總流程的合理布置，優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一定程度上向化工轉(zhuǎn)型發(fā)展的目標(biāo)。但總流程上還有不盡優(yōu)化的地方，比如單裝置分散、規(guī)模小的問(wèn)題沒(méi)有得到很好解決。

本方案中DCC–PLUS方案的效益提升總量略高，但考慮到一部分效益來(lái)自稀乙烯全部轉(zhuǎn)化為苯乙烯，而CPP方案中的乙烯利用并沒(méi)有得到體現(xiàn)，那么兩方案效益提升的幅度大致接近。但CPP裝置投資強(qiáng)度更大，反應(yīng)再生系統(tǒng)尺寸規(guī)格為同規(guī)模催化裂化裝置的3倍以上，長(zhǎng)周期運(yùn)行能力較差，且乙烯的利用缺乏經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)和規(guī)模效應(yīng)，不建議A煉廠采納CPP方案。相比而言，DCC–PLUS方案的可實(shí)施性較強(qiáng)，較為適合A煉廠。

表10 靜態(tài)效益指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)論及建議

4.1 典型煉廠化工轉(zhuǎn)型成果初現(xiàn)，仍存不確定因素

A煉廠通過(guò)采用多產(chǎn)低碳烯烴和芳烴的化工型煉油技術(shù)，成品油產(chǎn)量明顯減少，化工產(chǎn)品產(chǎn)量明顯提升，同時(shí)效益指標(biāo)也有所提升。

但由于現(xiàn)有DCC–PLUS和CPP裝置多加工石蠟基常渣進(jìn)料，僅有沙特的一套DCC–PLUS以中間基重油作為進(jìn)料，但由于其原油密度較高（沙特輕油），相當(dāng)于蠟油餾分。本研究方案中的進(jìn)料為中間基偏環(huán)烷基原油，裂解性能較差，收率有可能達(dá)不到現(xiàn)有水平。

4.2 化工型煉油技術(shù)亟待突破

以A煉廠為例，由于DCC–PLUS和CPP對(duì)原料的要求非常苛刻，全廠蠟渣油平衡受限，可以容納的裝置規(guī)模受到限制，制約向化工轉(zhuǎn)型的程度。在石蠟基原油資源非常稀缺的環(huán)境下，建議相關(guān)科研單位，加快工作步伐，攻克DCC–PLUS和CPP原料劣質(zhì)化的課題，將中間基進(jìn)料摻渣比提高到40%及以上。另外，在消費(fèi)柴汽比降低的市場(chǎng)環(huán)境下，建議加緊開(kāi)發(fā)裂解柴油回?zé)捈夹g(shù)，以及柴油組分向化工原料轉(zhuǎn)變的技術(shù)，一舉解決柴油出路和化工轉(zhuǎn)型兩個(gè)難題。

4.3 以市場(chǎng)為導(dǎo)向，合理安排下游化工利用

本文僅在煉油界區(qū)范圍內(nèi)探討煉廠向化工轉(zhuǎn)型的方案。在煉廠實(shí)際發(fā)展中，還要研究化工原料的利用問(wèn)題，如丙烯的利用方案等。化工產(chǎn)品的市場(chǎng)需求盡管總體有增長(zhǎng)勢(shì)頭，但具體到產(chǎn)品的品種和區(qū)域市場(chǎng)來(lái)看，將是完全不同的狀況。建議煉廠在市場(chǎng)和行業(yè)調(diào)研上多下功夫，合理利用周邊化工園區(qū)優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)受市場(chǎng)歡迎的化工產(chǎn)品。

4.4 充分做好化工轉(zhuǎn)型前期論證工作

本文僅以中型燃料型煉廠A為例進(jìn)行研究，結(jié)論并不適用所有煉廠。不是所有煉廠都適合向化工轉(zhuǎn)型，適合的轉(zhuǎn)型程度也不盡相同。建議煉油企業(yè)目前仍以生產(chǎn)成品油為主，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合周邊市場(chǎng)，合理開(kāi)展轉(zhuǎn)型方案研究。