煉油廠工藝裝置結(jié)構(gòu)調(diào)整趨勢(shì)

楊維軍*，孫會(huì)東，呂清龍

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

0 引言

2019 年，中國(guó)煉油能力達(dá)到8.6×108t/a，位居世界第二。在中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)、經(jīng)濟(jì)增速放緩的背景下，考慮可替代能源的快速發(fā)展。預(yù)計(jì)中國(guó)成品油消費(fèi)將在2025 年左右達(dá)到峰值［1］。近年，民營(yíng)及外資企業(yè)高起點(diǎn)進(jìn)入煉化行業(yè)，大型煉化項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)，將進(jìn)一步加劇國(guó)內(nèi)煉油產(chǎn)能的過(guò)剩。當(dāng)前煉油行業(yè)在供需雙重?cái)D壓下，競(jìng)爭(zhēng)壓力逐漸增加，在今后發(fā)展中仍將不斷面臨新標(biāo)準(zhǔn)和新要求。煉油廠為適應(yīng)發(fā)展需要，進(jìn)行裝置結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)已是必然。本文重點(diǎn)分析研究未來(lái)煉油廠工藝裝置結(jié)構(gòu)的重要變化趨勢(shì)。

1 中國(guó)煉油廠工藝裝置結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

1.1 典型煉油廠的裝置構(gòu)成

煉油廠工藝裝置結(jié)構(gòu)主要與原油性質(zhì)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有關(guān)。重油加工大體上可分為加氫和脫碳兩種路線。重油加工路線選擇是影響裝置結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵所在。重油加氫已經(jīng)開(kāi)發(fā)了固定床、沸騰床、懸浮床和移動(dòng)床四種工藝類(lèi)型，而重油脫碳從工藝本質(zhì)上可分為物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程兩大類(lèi)，主要包括溶劑脫瀝青、焦化和催化裂化三種脫碳工藝。以中國(guó)某加工高硫原油的燃料型煉油廠為例，該煉油廠主要工藝裝置包括常減壓、重整、加氫裂化、渣油加氫、催化裂化、汽柴油加氫精制等裝置，工藝裝置流程示 意圖見(jiàn)圖1。

圖1 中國(guó)某燃料型煉油廠工藝裝置流程示意圖

1.2 中國(guó)煉油裝置結(jié)構(gòu)近五年變化情況

近5 年，中國(guó)煉油裝置結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，從表1 可以看出主要有以下3 個(gè)方面特點(diǎn)。

表1 2015—2019 年中國(guó)煉油裝置結(jié)構(gòu)變化情況［2］

一是催化裂化和焦化裝置仍然是加工重油的主要手段。2019 年，中國(guó)催化裂化和焦化裝置能力占一次加工能力比例分別在27%和13%左右，尤其是以催化裂化為核心裝置的加工流程仍然是煉化企業(yè)的主流選擇。

二是受市場(chǎng)需求影響，中國(guó)重整和加氫裂化的裝置規(guī)模迅速提高，其中重整的規(guī)模增長(zhǎng)將近一倍，加氫裂化占一次加工能力比例由2015 年的8.6%提高到2019 年的13.3%。中國(guó)消費(fèi)柴汽比由2015 年的1.52 降至2019 年的1.15，柴油需求下降，汽油需求增長(zhǎng)，芳烴、乙烯等化工品需求不斷增長(zhǎng)，煉油廠從燃料型向燃料-化工型轉(zhuǎn)變已成共識(shí)。新建煉化一體化項(xiàng)目通過(guò)油品深度轉(zhuǎn)化，大幅增加化工原料產(chǎn)品占比，大大降低了成品油收率。2018 年投產(chǎn)的恒力石化、2019 年投產(chǎn)的浙江石化的成品油收率分別在50%和40%左右。

三是隨著加工原油劣質(zhì)化，中國(guó)加氫精制裝置能力大幅增長(zhǎng)。近年來(lái)，新增煉化項(xiàng)目基本布局在沿海地區(qū)，主要加工海上進(jìn)口高硫原油。隨著成品油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，蠟油、渣油加氫處理能力及汽柴油加氫精制裝置能力提高幅度較大。

2 石化產(chǎn)品市場(chǎng)需求及質(zhì)量升級(jí)預(yù)測(cè)

2.1 成品油市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)

2019 年，中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)GDP 增速6.1%，較2018年下滑0.4 個(gè)百分點(diǎn)；成品油表觀消費(fèi)3.1×108t，同比降低約3.4%。成品油需求2020 年受新冠肺炎疫情的影響下降后反彈增長(zhǎng)，但較“十三五”期間的年均增速明顯放緩，預(yù)計(jì)2025 年前后成品油需求到達(dá)峰值約3.3×108t，柴汽比下降到0.98 左右。中國(guó)成品油表觀消費(fèi)量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。

圖2 中國(guó)成品油表觀消費(fèi)量變化趨勢(shì)

對(duì)成品油表觀消費(fèi)量的影響因素進(jìn)行了分析。首先，受乘用車(chē)保有量增幅放緩、節(jié)能降耗、替代能源發(fā)展等因素的影響，汽油消費(fèi)增幅有震蕩下行趨勢(shì)，2019 年汽油表觀消費(fèi)量約1.27×108t，預(yù)計(jì)2025 年左右達(dá)到峰值約1.40×108t。其次，從柴油各行業(yè)用油占比變化趨勢(shì)來(lái)看，柴油車(chē)用油占比不斷上升，但增幅放緩；農(nóng)業(yè)用油和農(nóng)用車(chē)用油總體呈下降趨勢(shì)，其他行業(yè)用油占比較小，基本呈持平或穩(wěn)中有降的趨勢(shì)，中國(guó)柴油消費(fèi)量在2015 年達(dá)到峰值約1.73×108t，然后震蕩下行，2019 年降至1.46×108t，預(yù)計(jì)2025 年降至1.38×108t 左右。再次，隨著航空客貨運(yùn)輸量的增長(zhǎng)，航空煤油消費(fèi)量也逐年增加，2019 年全國(guó)民航航空煤油消費(fèi)量3 689×104t，同比增長(zhǎng)5.1%；盡管高鐵對(duì)中短程運(yùn)距航空需求形成替代，但居民可支配收入提高、航空運(yùn)輸設(shè)施不斷完善，中國(guó)煤油需求仍將保護(hù)較快增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2025 年中國(guó)煤油需求將升至約5 400×104t。

2.2 汽柴油質(zhì)量升級(jí)預(yù)測(cè)

隨著國(guó)家環(huán)保要求的不斷提高，對(duì)汽柴油質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)苛，要求有害物質(zhì)含量也不斷降低［3］。

目前電動(dòng)力及生物質(zhì)燃料使用量顯著增長(zhǎng)，氫能源嶄露頭角，車(chē)用天然氣仍是替代主力。2019 年替代燃料總量3 670×104t，占汽柴油表觀消費(fèi)量的13.4%，其中，車(chē)用天然氣占比57%左右。預(yù)計(jì)2025年替代汽柴油總量將達(dá)到約5 600×104t，占汽柴油消費(fèi)量的20%以上。

新能源汽車(chē)發(fā)展將倒逼傳統(tǒng)燃油車(chē)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，車(chē)用汽油為應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)、氫能源燃料電池等新能源汽車(chē)環(huán)保概念的挑戰(zhàn)［4］，必然要求硫、芳烴、烯烴等有害組分的含量不斷降低，2019 年下半年北京開(kāi)始研究第七階段車(chē)用汽柴油標(biāo)準(zhǔn)，即“京Ⅶ”標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)汽油中烯烴含量限值下降到10%左右、芳烴含量限值下降到25%，較京Ⅵ和國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)要求大幅提高。未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)極限情況可能會(huì)趨近于零含量，即汽油組成近似于純烷烴高辛烷值組分，主要成分為異辛烷。這類(lèi)組分要通過(guò)烷烴異構(gòu)化、烯烴與烷烴烷基化獲得。汽油質(zhì)量變化歷史及趨勢(shì)預(yù)測(cè)見(jiàn)圖3。

圖3 汽油質(zhì)量變化歷史及趨勢(shì)

柴油標(biāo)準(zhǔn)主要是硫含量和多環(huán)芳烴含量進(jìn)一步降低，理想組分為鏈烷烴，柴油質(zhì)量變化歷史及趨勢(shì)見(jiàn)圖4。

圖4 柴油質(zhì)量變化歷史及趨勢(shì)

2.3 化工品市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)

進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)乙烯產(chǎn)能和消費(fèi)量均保持快速增長(zhǎng)，2019 年產(chǎn)能2 927×104t/a，乙烯當(dāng)量消費(fèi)量5 295×104t/a。人均乙烯當(dāng)量消費(fèi)量38 kg/a，相較工業(yè)發(fā)達(dá)的西歐（約56 kg/a）和美國(guó)（約87 kg/a）仍有較大差距［5］。預(yù)計(jì)到2025 年，中國(guó)乙烯當(dāng)量需求量達(dá)到6 100×104t，按照目前在建乙烯產(chǎn)能推算，2025 年乙烯缺口將超過(guò)1 000×104t。

2019 年，中國(guó)丙烯當(dāng)量消費(fèi)量達(dá)4 230×104t，較2015 年年均增長(zhǎng)5.9%；產(chǎn)能達(dá)4 061×104t/a，產(chǎn)量3 288×104t，自給率77.7%，較2015 年增加了5.1 個(gè)百分點(diǎn)。未來(lái)10 年，丙烯需求量仍將保持3%～4%的增長(zhǎng)速度，預(yù)計(jì)2025 年達(dá)5 400×104t。丙烯產(chǎn)能也將同步快速擴(kuò)張，截至2019 年底在建及規(guī)劃蒸汽裂解制丙烯項(xiàng)目19 個(gè)，煤/甲醇制烯烴項(xiàng)目16 個(gè)，丙烷脫氫項(xiàng)目11 個(gè)，合計(jì)新增產(chǎn)能約3 000×104t/a。預(yù)計(jì)2025 年，丙烯總產(chǎn)能達(dá)到6 000×104t/a 左右，自給率達(dá)到92.8%，市場(chǎng)供應(yīng)基本飽和。

3 煉油廠裝置結(jié)構(gòu)調(diào)整趨勢(shì)

未來(lái)成品油市場(chǎng)需求下降，化工品需求仍有巨大潛力，成品油的標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，作為煉油廠核心的催化裂化裝置的功能性需要重新審視。

催化裂化是煉油廠中重油處理的核心裝置，也是整個(gè)煉油廠中最重要的裝置之一，中國(guó)煉油廠生產(chǎn)的汽油產(chǎn)品中，催化裂化裝置所產(chǎn)的汽油組分占60%～80%，柴油組分約占30%～50%。除生產(chǎn)汽柴油產(chǎn)品外，催化裂化裝置還承擔(dān)著其他角色，其生產(chǎn)的干氣通常作為其他工藝裝置加熱爐的燃料氣，價(jià)值可基本等同于同熱值的天然氣；生產(chǎn)的焦炭燃燒后，除為裝置本身提供熱量外，余熱還可生產(chǎn)蒸汽供全廠使用。中國(guó)某煉油廠催化裂化裝置物料平衡見(jiàn)表2。

表2 中國(guó)某煉油廠催化裂化裝置物料平衡

在目前的汽油標(biāo)準(zhǔn)下，催化汽油組分經(jīng)加氫脫硫處理后，與其他組分油調(diào)和，可作為成品汽油出廠銷(xiāo)售。但在未來(lái)的汽油標(biāo)準(zhǔn)下，即使經(jīng)過(guò)加氫處理和組分調(diào)和，汽油中仍含有較多的烯烴和芳烴，很多煉油廠將不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，中國(guó)某煉油廠催化汽油加氫前后質(zhì)量指標(biāo)的對(duì)比見(jiàn)表3。催化裂化生產(chǎn)的柴油組分同樣性質(zhì)較差，其十六烷值僅為30左右，無(wú)法直接作為產(chǎn)品出廠，同樣需要經(jīng)加氫改質(zhì)后才能作為柴油調(diào)和組分。

表3 中國(guó)某煉油廠催化汽油加氫前后質(zhì)量指標(biāo)的對(duì)比

為適應(yīng)中國(guó)石化產(chǎn)品需求變化和產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)，對(duì)于已有的燃料型煉油廠，可將催化裂化裝置由生產(chǎn)汽柴油向多產(chǎn)化工原料進(jìn)行轉(zhuǎn)變［6］，即改造為催化裂解裝置，多產(chǎn)乙烯、丙烯和液化氣等化工原料。中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院（簡(jiǎn)稱石科院）開(kāi)發(fā)的DCC、CPP 渣油催化裂解工藝，凱洛格·布朗·路特（KBR）集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)的Superflex 烯烴催化裂解技術(shù)、K-COT 輕烴或石腦油催化裂解工藝，都可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

對(duì)于新建的燃料-化工型煉油廠或煉化一體化項(xiàng)目，在能夠解決供熱燃料的情況下，可不建設(shè)催化裂化裝置，這樣即減少生產(chǎn)成品油，也不必建設(shè)原料預(yù)處理、氣體分餾、汽油加氫、柴油加氫、再生煙氣脫硫脫硝等催化裂化配套裝置，將重油通過(guò)加氫裂化的手段實(shí)現(xiàn)原料輕質(zhì)化，增產(chǎn)化工原料［7］。以中國(guó)某全加氫型煉化一體化煉油廠為例，其裝置流程示意圖見(jiàn)圖5，主要工藝裝置包括常減壓、加氫精制、加氫裂化、重油分離、制氫、異構(gòu)化或正異構(gòu)分離、烷基化、硫黃回收等裝置。

圖5 中國(guó)某全加氫型煉油廠工藝裝置流程示意圖

未來(lái)煉油廠的工藝裝置構(gòu)成將更清潔、更高效，綜合商品率明顯提高。整體功能也從燃料型向燃料-化工型靈活轉(zhuǎn)變，具體特點(diǎn)如下：

一是可生產(chǎn)符合未來(lái)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的清潔車(chē)用燃料。

二是沒(méi)有傳統(tǒng)煉油廠高能耗的催化裂化裝置及相關(guān)的前后續(xù)加工裝置。

三是加氫裂化可采用多產(chǎn)化工原料的操作工藝，餾分油經(jīng)加氫裂化處理后重石腦油可作為重整原料，輕石腦油等可作為乙烯裂解原料，生產(chǎn)乙烯、丙烯及相關(guān)產(chǎn)品。

四是優(yōu)化渣油加工過(guò)程，原油中的少量劣質(zhì)殘?jiān)妥鳛橹茪湓匣蜃魅珡S燃料，也可作為瀝青產(chǎn)品出廠［8］。

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)成品油消費(fèi)需求預(yù)計(jì)2025 年左右達(dá)到峰值，但化工需求增長(zhǎng)將支撐石油消費(fèi)持續(xù)增長(zhǎng)。未來(lái)成品油消費(fèi)需求下降，新能源快速發(fā)展及環(huán)保日益嚴(yán)格，將加快推動(dòng)成品油質(zhì)量升級(jí)。

現(xiàn)有催化裂化裝置功能將向多產(chǎn)化工原料轉(zhuǎn)變，可改造為渣油催化裂解裝置，如石科院開(kāi)發(fā)的DCC、CPP 等工藝，也可改造為輕烴或石腦油催化裂解裝置，如KBR 公司的Superflex、K-COT 工藝。預(yù)計(jì)未來(lái)將有更多的新建燃料-化工型煉油廠或煉化一體化項(xiàng)目向全加氫型工藝轉(zhuǎn)變，以催化裂化為核心的重油加工路線或不再是主流。