砥礪奮進四十年 煉油工業(yè)換新顏

楊啟業(yè)，徐承恩

(中國石化 工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

改革開放40年以來，中國國民經(jīng)濟一直高速發(fā)展，加上城鎮(zhèn)建設(shè)進度的加快，社會對油品的需求增加很快，為煉油工業(yè)的高速發(fā)展帶來了機遇。隨著科研能力的增強、煉油經(jīng)驗的積累、引進技術(shù)和對外交流機會的增多，煉油工業(yè)的創(chuàng)新能力迅速提高。在這兩種因素的驅(qū)動下，中國煉油工業(yè)的技術(shù)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，現(xiàn)在中國已成為僅次于美國的第二煉油大國。

《石油學報(石油加工)》的創(chuàng)刊與改革開放同步，也有近40年的歷史，成為煉油工業(yè)的主要科技刊物。《石油學報(石油加工)》對弘揚科學精神、傳播科技知識、推廣煉油科技成果的應用起到了十分重要的作用，對煉油工業(yè)的發(fā)展和進步作出了重要貢獻，已成為廣大石油工作者必讀的科技刊物之一。

本文擬對改革開放40年來煉油工業(yè)的發(fā)展和進步做一扼要的介紹，以使人們對中國煉油工業(yè)的進展有一個比較全面的了解，也許也有利于對中國特色社會主義優(yōu)越性的理解和更加堅定對“四個自信”的信心[1]。

1 中國煉油工業(yè)的發(fā)展和進步

改革開放以來，中國煉油工業(yè)的發(fā)展和進步主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 煉油產(chǎn)能的增加和大型煉油廠的建設(shè)取得了顯著成就

改革開放初期，中國的煉油產(chǎn)能僅有1億噸/年左右。到2018年，中國的煉油產(chǎn)能已達到8.31億噸/年，年原油加工量達到6.04億噸，不僅滿足了國內(nèi)對油品的需求，還有部分油品可供出口，這樣的發(fā)展速度在世界上是絕無僅有的。

改革開放以前，中國國營煉油廠的規(guī)模只有250萬噸/年，煉油廠的規(guī)模小，經(jīng)濟效益比較差。

煉油廠規(guī)模大型化具有投資省、占地少、能耗低等許多優(yōu)點。要迅速增加煉油產(chǎn)能，建設(shè)大型煉油廠是必由之路。從改革開放到2018年，中國已建成28個千萬噸級煉油廠，產(chǎn)能達到3.7億噸/年，占總產(chǎn)能的44.5%。據(jù)2018年統(tǒng)計，全世界原油加工能力在2000萬噸/年以上的煉油廠共有32座，中國就占了5座，即中國石化的鎮(zhèn)海煉化、茂名煉化；中國石油的大連煉化；中海油的惠州煉化；以及民營企業(yè)恒力公司煉化。

煉油廠大型化必須有裝置大型化作為基礎(chǔ)。如果一個大型煉油廠是由許多小裝置拼湊而成，不能體現(xiàn)大型煉油廠的規(guī)模效應，甚至會產(chǎn)生很大的浪費。中國的裝置大型化工作已取得了很多成果，單系列的常減壓蒸餾裝置規(guī)模已達1200萬噸/年，催化裂化裝置達480萬噸/年，催化重整裝置達200萬噸/年，加氫裂化裝置達400萬噸/年，渣油加氫處理裝置達390萬噸/年，延遲焦化裝置達420萬噸/年，都已達到世界級規(guī)模。

隨著煉油廠大型化，煉油廠的功能也有所轉(zhuǎn)變。改革開放前煉油廠只生產(chǎn)油品；現(xiàn)在煉化一體化建設(shè)已成為常態(tài)。煉化一體化建設(shè)具有資源可以充分利用，節(jié)省化工原料儲運費用的優(yōu)點。建設(shè)煉化一體化相比建設(shè)同等規(guī)模的煉油廠加化工廠可以節(jié)約投資約25%左右，經(jīng)濟效益更好；而且產(chǎn)品多樣化，能及時適應市場的需求變化。中國千萬噸級煉油廠一般都配備有乙烯或芳烴的生產(chǎn)和加工裝置，經(jīng)濟效益都得到了較好的改善。

1.2 煉油技術(shù)已達到世界水平，某些技術(shù)已處于領(lǐng)先地位

改革開放以前，中國采用的煉油技術(shù)主要還是20世紀60年代自主開發(fā)的“五朵金花”，雖然不斷有所改進，但從總體上看與世界水平仍有較大差距。改革開放以后，黨和國家的政策極大地調(diào)動了科技人員的積極性，對外交流和引進技術(shù)的增多加深了我們對世界煉油技術(shù)的了解，也找到了與世界先進水平的差距，從而下定了趕超的決心。經(jīng)過多年的努力，中國的煉油技術(shù)已經(jīng)趕上了世界水平，可以完全應用自主技術(shù)建設(shè)千萬噸級煉油廠，煉油廠所需的大型設(shè)備、高溫高壓設(shè)備的國產(chǎn)化率已高達92%，催化劑、助劑等都可以立足于國內(nèi)，有些處于世界領(lǐng)先水平的煉油技術(shù)和催化劑已向國外出口。

中國煉油科技工作40年來取得了豐碩的成果，為中國煉油工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供了有力的支撐。如渣油催化裂化技術(shù)的成功開發(fā)為中國的渣油加工開創(chuàng)了一條新的路徑，由于其輕質(zhì)油收率高、經(jīng)濟效益好，迅速得到了推廣應用，已成為中國渣油加工的主力工藝；多種汽柴油加氫精制和加氫改質(zhì)工藝的成功開發(fā)為國內(nèi)油品質(zhì)量的升級換代起到了十分重要的推動作用；又如MTBE成套生產(chǎn)技術(shù)的成功開發(fā)和迅速推廣應用大大縮短了中國取消加鉛汽油的時間。

2 中國取得重大成果的技術(shù)工藝

改革開放以來，中國已向國外出口或具有重大潛在競爭力的工藝有以下幾項[2]。

2.1 催化裂解(DCC、DCC-plus)工藝

催化裂解技術(shù)應用催化裂化工藝，是以重質(zhì)烴為原料生產(chǎn)低碳烯烴的新技術(shù)。中國自主開發(fā)了裂解性能優(yōu)異的DCC催化劑，優(yōu)化了DCC的操作條件(如：反應溫度、劑油比、劑油接觸時間、提升管的烴分壓等)，使丙烯的收率高達17%～22%。DCC不僅具有較好的經(jīng)濟效益，而且拓寬了生產(chǎn)烯烴的原料，已經(jīng)被世界公認為是中國獨創(chuàng)的先進技術(shù)。自1987年中國第1套工業(yè)生產(chǎn)裝置成功投產(chǎn)之后，這一技術(shù)已經(jīng)出口到泰國、沙特阿拉伯等國家，最大的裝置規(guī)模已達到460萬噸/年。

2.2 芳烴生產(chǎn)成套技術(shù)

芳烴是石化產(chǎn)品的重要原料，用途極為廣泛。芳烴生產(chǎn)成套技術(shù)包括催化重整、芳烴抽提、甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移、二甲苯異構(gòu)化、二甲苯吸附分離等多種工藝，集成度很高。全球只有兩家專利商(美國的UOP和法國的Axens)能提供這種技術(shù)。2013年，海南煉油廠采用擁有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)建設(shè)了規(guī)模為60萬噸/年的芳烴生產(chǎn)裝置，且一次投產(chǎn)成功。中國成為全球第3個擁有芳烴成套技術(shù)的國家。與引進技術(shù)相比，海南煉油廠芳烴聯(lián)合裝置的重芳烴轉(zhuǎn)化率提高了70%～80%，二甲苯選擇性提高了7%～8%，芳烴資源利用率提高了5%，單位產(chǎn)品綜合能耗降低了28%，中國的芳烴生產(chǎn)技術(shù)具有較大的國際競爭力。

2.3 多產(chǎn)異構(gòu)烷烴催化裂化(MIP)工藝

多產(chǎn)異構(gòu)烷烴催化裂化(MIP)是一種生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)催化裂化汽油的新工藝。MIP工藝首創(chuàng)了利用變徑提升管反應器構(gòu)建了裂化和轉(zhuǎn)化(異構(gòu)化和氫轉(zhuǎn)移)兩個反應區(qū)，大幅度降低了催化裂化汽油的烯烴含量，增加了異構(gòu)烷烴的含量，結(jié)果使催化裂化汽油的辛烷值不降反升，提升了催化裂化汽油的質(zhì)量。催化裂化汽油是中國數(shù)量最大的汽油組分，其質(zhì)量對整個汽油生產(chǎn)具有重要影響，因此，這一新技術(shù)一出現(xiàn)就受到煉油企業(yè)的重視。到2018年，MIP技術(shù)已為全國提供了50%的車用汽油。

2.4 逆流連續(xù)催化重整技術(shù)

以前，全球能夠提供連續(xù)催化重整技術(shù)的只有美國的UOP和法國的Axens，其技術(shù)都采用反應物料和催化劑順流流動的方式。中國在深入研究重整反應機理后提出了反應物料和催化劑逆流流動的連續(xù)重整工藝。這一改進可使反應速率較低的重整反應在新鮮催化劑上進行，使催化劑的使用更為合理。此外，該技術(shù)還對重整反應器的結(jié)構(gòu)做了重大改進，取消了閉鎖料斗，改為用料腿密封，使操作更為簡單和可靠。2013年，濟南煉油廠建成了 60萬噸/年逆流連續(xù)重整裝置，一次投產(chǎn)成功；之后又相繼建成了幾套規(guī)模更大的逆流連續(xù)重整裝置，形成了具有中國特色和自主知識產(chǎn)權(quán)的連續(xù)重整技術(shù)。

2.5 吸附脫硫(S Zorb)工藝

吸附脫硫原是美國一家公司開發(fā)的技術(shù)，中國曾經(jīng)引進了一套，投產(chǎn)以后發(fā)現(xiàn)這一技術(shù)的操作周期很短，兩個月左右就要停工檢修，與能長周期操作的催化裂化等汽油生產(chǎn)裝置不相匹配，因此中國買斷了這一專利，下決心進行二次開發(fā)，不久就取得了很好的效果。開發(fā)的吸附劑的吸附效率和劑耗都優(yōu)于引進的吸附劑。經(jīng)過對引進裝置的工藝設(shè)備、自動控制、工藝配管等進行一系列改進以后，操作周期延長到3年以上，已能與催化裂化等裝置相匹配。S Zorb技術(shù)已成為對引進項目消化吸收，進行再創(chuàng)新的典范。

吸附脫硫與加氫精制相比，投資低、氫耗小、能耗低，具有較好的經(jīng)濟性。另外一個突出的優(yōu)點是加工過程中辛烷值損失小，不到1個單位，也優(yōu)于加氫精制。因此，這一技術(shù)受到了煉油企業(yè)的青睞。到2018年，國內(nèi)已建成36套，總處理量達4780萬噸/年，約占催化裂化汽油的50%。

3 油品質(zhì)量升級換代的速度加快，已趕上世界水平

3.1 汽、柴油質(zhì)量標準的升級

汽、柴油是煉油工業(yè)產(chǎn)量最大的產(chǎn)品，其質(zhì)量對環(huán)境的影響很大，所以，油品質(zhì)量升級的重點是提升汽、柴油的質(zhì)量[3]。

改革開放前，中國的油品質(zhì)量標準一直沿用20世紀60年代制定的標準，多年沒有修改。這些標準顯然已經(jīng)不能適應越來越嚴格的環(huán)境保護要求，提升油品質(zhì)量標準已成為當務之急。

汽油質(zhì)量標準升級的主要趨勢是取消含鉛汽油，降低汽油中硫、烯烴、芳烴、苯的含量；柴油質(zhì)量升級的趨勢是降低硫和多環(huán)芳烴的含量。這種趨勢全球各國比較一致，中國也不例外。

中國汽油質(zhì)量的升級首先從取消含鉛汽油開始。1993年，中國制定了無鉛汽油行業(yè)標準(SH 0041-93)。到2000年1月，中國全部取消了含鉛汽油的生產(chǎn)和銷售。取消含鉛汽油的過程美國用了21年，日本用了12年，而中國只用了7年。

進入21世紀以來，根據(jù)中國的實際情況并參考國外先進標準，從2013年到2016年，中國連續(xù)公布了國Ⅲ、國Ⅳ、國Ⅴ和國Ⅵ四個標準。2018年實施的國Ⅴ標準汽油中硫的質(zhì)量分數(shù)已降至不大于10 μg/g，烯烴的體積分數(shù)降至不大于24%，芳烴的體積分數(shù)降至不大于40%，苯的體積分數(shù)不大于1%，已與國際標準接軌。2019年開始實施的國Ⅵ標準汽油中烯烴的體積分數(shù)又降至不大于18%，芳烴的體積分數(shù)不大于35%。

車用柴油的質(zhì)量升級基本上與車用汽油同步，2017年開始實施的車用國Ⅴ標準柴油已將硫的質(zhì)量分數(shù)降至不大于10 μg/g，多環(huán)芳烴的體積分數(shù)不大于11%，也已達到世界水平。

3.2 中國采取加快油品質(zhì)量升級的措施

為了加快油品質(zhì)量的升級換代，中國采取了以下主要措施：

(1)調(diào)整煉油廠裝置結(jié)構(gòu)以適應油品質(zhì)量升級的需要

裝置結(jié)構(gòu)的調(diào)整主要是增加生產(chǎn)高辛烷值汽油組分裝置和汽、柴油加氫精制，加氫改質(zhì)裝置的產(chǎn)能。據(jù)統(tǒng)計，從2005年到2016年，中國催化重整的產(chǎn)能從一次加工能力的6%增加到11%；加氫裂化能力從6%增加到10%；加氫精制能力從21%增加到46%。

(2)開發(fā)多種新技術(shù)引領(lǐng)汽油質(zhì)量升級快速前進

中國開發(fā)的汽、柴油改質(zhì)技術(shù)除了上述的MIP、S Zorb以外，還有可以降低催化汽油烯烴含量和提高辛烷值的催化輕汽油醚化技術(shù)、多產(chǎn)清潔汽柴油的加氫裂化技術(shù)、提高催化裂化柴油十六烷值的加氫改質(zhì)技術(shù)，以及適用于各種不同情況的汽、柴油加氫精制技術(shù)。這些技術(shù)都為汽、柴油質(zhì)量升級做出了重要貢獻。

(3)優(yōu)化催化裂化原料

用加氫技術(shù)改善催化裂化原料質(zhì)量可得到增加輕質(zhì)油收率、改善汽柴油質(zhì)量和有利于環(huán)境保護等一舉三得的好處。改革開放以來，中國煉油企業(yè)增加了多套催化裂化原料加氫裝置，在提高油品質(zhì)量和經(jīng)濟效益方面取得了良好效果。

油品質(zhì)量升級步伐的加快已使中國油品質(zhì)量趕上世界水平，具有國際競爭能力。2018年，中國已出口成品油4608萬噸，改變了改革開放前只能出口原油、經(jīng)濟效益低微的局面。

4 煉油廠節(jié)能取得了顯著成效

1978年，石油工業(yè)部煉油司對國內(nèi)外煉油廠的能耗進行了一次調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)中國煉油廠的能耗與國外煉油廠差別很大，如：就常減壓蒸餾裝置的能耗而言，法國東日煉油廠常減壓蒸餾裝置每噸油的能耗只有42 kJ，而中國上海煉油廠1號常減壓裝置每噸油的能耗為103.7 kJ，說明煉油廠節(jié)能的潛力很大。因此，石油工業(yè)部決定以上海煉油廠1號蒸餾裝置為試點進行節(jié)能改造。

經(jīng)過討論分析并根據(jù)當時的條件，對上海煉油廠1號蒸餾裝置采取了以下節(jié)能措施：

(1)調(diào)整常壓分餾塔和減壓分餾塔的塔頂回流和中段回流的取熱比例，在保證分餾精確度的前提下，盡量多用溫位高的中段熱回流取熱。

(2)應用“窄點”理論編制換熱流程優(yōu)化程序，對原油的換熱流程進行了改造。

(3)提高加熱爐效率。方法主要有：對流段的部分爐管改用釘頭管，以擴展傳熱面積；在對流室加裝吹灰器；增加空氣預熱器以提高進爐空氣的溫度；加裝氧氣分析儀，以控制過程空氣系數(shù)。

(4)減壓塔換用壓降小的網(wǎng)孔塔盤，以降低塔內(nèi)真空度。

(5)充分利用低溫熱源，如：蒸餾塔頂回流，并與原油換熱。

1979年9月，上海煉油廠利用1號蒸餾裝置的停工檢修時間完成了節(jié)能改造。開工后進行的標定結(jié)果表明：每天的處理量由7560噸提高到9070噸；原油換熱溫度由250 ℃提高到290 ℃；加熱爐效率由70%左右提高到84%～88%；每噸油的煉油能耗由103.7 kJ下降至74.8 kJ，降低了38%，取得了較好的效果。

石油部以此為契機在全國推廣上海煉油廠的節(jié)能經(jīng)驗。到1982年，全國已有28個煉油廠的蒸餾裝置參考上海煉油廠的經(jīng)驗進行了節(jié)能改造。

隨著工藝設(shè)備效率的不斷提高、高效機泵的推廣應用、各種優(yōu)化軟件的編制、精細管理的不斷深化，中國煉油廠的能耗不斷下降[4]。2018年，中國石油化工總公司所屬的58套蒸餾裝置每噸油的平均能耗為36.4 kJ，已達到世界同類裝置的水平。

5 煉油廠建設(shè)模式改進，面貌煥然一新

從20世紀50年代到70年代，中國煉油廠的建設(shè)模式一直仿照原蘇聯(lián)煉油廠的模式，存在占地多、投資多、人員多的缺點，嚴重制約了中國煉油工業(yè)的發(fā)展。隨著改革開放的深入，引進項目和對外交流大大增加，中國煉油工作者拓寬了視野，激發(fā)了對煉油廠模式進行改進的想法。

20世紀90年代建設(shè)的福建煉油廠成為中國煉油廠模式改進的第一個試點。福建煉油廠的規(guī)模為250萬噸/年，有14套生產(chǎn)裝置和相應的公用工程。在福建煉油廠建設(shè)模式的改進中，主要采取了下列措施：

(1)優(yōu)化全廠的總平面布置。經(jīng)過討論分析，大家一致認為過去煉油廠存在“三多”缺點的主要原因是煉油廠的總平面布置不合理。新的總平面布置在有利生產(chǎn)、方便檢修、保證安全、符合國家有關(guān)標準和規(guī)定的前提下采用裝置按功能分區(qū)、密集布置；取消大馬路、大管廊；建筑物按功能合并，不搞“小土地廟”。

(2)生產(chǎn)裝置和公用工程采用集中控制。每個裝置和公用工程單元不設(shè)獨立的控制室、配電間。

(3)管線和電纜采用架空敷設(shè)以便于檢查、檢修并且節(jié)約用地。

(4)全廠采用扁平化管理模式，減少管理層次。

煉油廠建設(shè)模式的改變使福建煉油廠的占地面積減少了30%，工廠系統(tǒng)管線長度減少了20%，投資節(jié)省了6%，不僅經(jīng)濟效益好，而且為煉油廠今后的信息化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

福建煉油廠建設(shè)模式的成功試點為煉油廠建設(shè)起到了示范作用，此后中國新建煉油廠都是按照這種模式建設(shè)的[5]。

6 信息化建設(shè)提升了煉油工業(yè)的生產(chǎn)和管理水平

近年來，煉油工業(yè)的信息化建設(shè)已經(jīng)初見成效，在提升煉油工業(yè)的生產(chǎn)和管理水平、增強競爭力方面起到了積極的推動作用[6]。

煉油工業(yè)的絕大多數(shù)生產(chǎn)裝置都配備了DCS自動化控制系統(tǒng)，還有不少裝置配備了APC先進控制系統(tǒng)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和合格率，使操作更為平穩(wěn)。

在生產(chǎn)管控層面，通過生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、生產(chǎn)優(yōu)化技術(shù)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的建立與運行，提升了管控水平及工作效率。

在管理經(jīng)營層面，中大型煉油企業(yè)普遍應用了企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)(ERP)，很好地支撐了采購、銷售、財務、資金等業(yè)務的高效運作。同時，通過構(gòu)建電子商務系統(tǒng)實現(xiàn)物資網(wǎng)上采購，提高了采購效率，節(jié)約了采購成本。

中國石化九江石化和鎮(zhèn)海煉化已分別入選2018年和2016年國家工信部智能化制造試點示范企業(yè)。

7 思考與展望

綜上所述，改革開放以來，煉油工業(yè)在多個方面取得了可喜成績，使煉油工業(yè)的面貌發(fā)生了很大變化。但我們也應當清楚地看到，在前進的道路上，煉油工業(yè)還會遇到各種嚴峻的挑戰(zhàn)需要勇敢面對。如：煉油產(chǎn)能現(xiàn)在已經(jīng)嚴重過剩，但新的產(chǎn)能還在迅速增加；另一方面，由于替代燃料和電動汽車的生產(chǎn)使油品需求的增速已經(jīng)變緩，甚至以后可能會出現(xiàn)負增長，煉油工業(yè)如何化解這種局面是一個大難題。又如：流程工業(yè)的競爭能力將與智能化建設(shè)水平密切相關(guān)，而中國煉油工業(yè)的智能化建設(shè)尚處于初級階段，如何加快智能化建設(shè)、搶占先機、提高競爭能力也將是煉油工業(yè)面臨的一個難題。估計今后還會出現(xiàn)類似的難題需要我們勇敢面對、圓滿解決。

相信在黨和政府的英明領(lǐng)導下，依靠中國特色社會主義制度的優(yōu)越性，在全體煉油員工的團結(jié)一致、奮發(fā)圖強的努力下，我們一定會使中國煉油工業(yè)繼續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，在國際上取得優(yōu)勢地位。