我国炼油、石化产业资源的整体集成和优化

1、-我国炼油、石化产业资源的整体集成和优化21世纪我国炼油和石化工业将有迅速的开展和提升，但国产原油供应远远不能满足需要，出现了大量进口原油的严重局面。2002年，我国原油产量168Mt，居世界第五位。2002年底，我国原油剩余可采储量2379Mt，居世界第12位。表1是2001年有关专家对我国原油产量、加工量和缺口情况所作的预测。从现有情况来看，在20052021年这15年我国原油产量每年估计只能增加10-30Mt，年平均增加1.17%，增加速度很慢。但预测原油加工量增加很快，二者差距很大。2005年我国原油进口量预计将高达120Mt，已远超过表1的预测水平，原油缺口量根本上提前到达了预测的2

2、021年的水平，大量原油进口不仅消耗了很多外汇，而且产生了严重的“石油产业平安问题。 表120052021年我国原油产量、加工量和缺口情况预测Mt年份年份 2005 2021 2021 原油产量 170 175195 180-200 原油加工量 245 300 390 原油缺口量 75 105125 190210 在这种形势下，如何合理地利用资源，已经不是单一地进展*项优化如乙烯原料优化等所能解决的，必须按照系统工程的观点，同时考虑多条油化产业链的需求，对炼油、石化产业资源进展整体集成和优化，才能做到资源利用的最正确化和最优化。真正实现油化结合，到达“宜油则油，宜烯则烯，宜芳则芳。由于石脑油(

3、化工轻油)在炼油油品和石油化工过程中的重要性，本文重点讨论石脑油资源的整体集成和优化。1炼油、石化工业开展背景以炼油工业为龙头，一方面可提供大量清洁能源供发动机和锅炉、窑炉作为燃料用途，同时又是主要的有机合成材料的原料提供者，形成了以下三条主要的产业链：炼油能源产业链(汽油、煤油、柴油和燃料油)；炼油乙烯轻烯烃衍生物产业链；炼油芳烃聚酯及下游衍生物产业链。1.1炼油能源产业链近年来我国机动车保有量以每年15%速度快速增长，2000年全国民用汽车保有量1550万辆，预计2021年到达4400万5000万辆。农用运输车目前已达1500万辆。在这种背景下，对油品需求增长是非常快的。2000年全国汽油

4、、煤油、柴油总产量为120.87Mt，2002年为128.15Mt，预计2005年需求量为148Mt，2021年需求量为180Mt，2021年需求比2000年增加48.92Mt，年均增加4.89%，详见表2。表2我国油品产量和需求预测Mt年份年份 2000 2002 2005 2021 原油加工量 210.62 218.97 265.00 320.00 汽、煤、柴油产量 120.87 128.15 其中汽油 41.35 43.20 汽、煤、柴油需求 148.00 180.00 其中汽油1) 50.32 61.20 汽油中催化汽油量2) 31.01 32.40 37.74 45.90 汽油中其他

5、组分 10.34 10.80 12.58 15.30 注：20002002年数据出自?中国石油化工集团公司2003年年鉴?。1)按实际平均数据0.34推出。2)按实际平均数据0.75推出。1.2炼油乙烯轻烯烃衍生物产业链 乙烯工业反映了一个国家石化工业的整体水平。21世纪初期，世界乙烯工业开展较快，近两年开展速度有所放慢，2002年和2003年产能净增加率分别为2.2%和1.2%，是近十年来增加最低的。20032021年世界乙烯供需预测情况见表3，其间产能平均增加率为1.9%，预测2021年乙烯产量约为123Mt，2021年乙烯产量约为143Mt，都超过100Mt水平。表3世界乙烯供需预测Mt

6、/a年份年份 2003 2021 2021 生产能力 110.78 127.50 131.35 产贯 97.51 123.14 143.15 需求量 97.75 123.14 143.15 开工率 87 91 93 近年来，我国乙烯工业开展速度很快，19982003年产能增加率为5.83%，超过世界平均开展速度，2003年18套乙烯装置产量为6.12Mt，装置负荷率109.2%，这在世界上是很少见的。同期乙烯当量年增加率为15.9%，但乙烯衍生物的自给率反而由48.6%下降到37.8%，说明我国经济持续快速稳定开展，对石化产品需求非常旺盛(见表4)。在这种背景下，我国乙烯及其下游衍生物工业在未

7、来相当长的一段时间还要加快开展，以满足国民经济的巨大需求。预测2021年乙烯产量将到达14Mt，2021年将到达20Mt，即使如此，乙烯自给率也只能到达50%60%，同期乙烯原料量2021年和2021年分别为43Mt和61.50Mt，相应原油加工量为320Mt和420Mt，届时需要大量进口原油，见表5。表4近几年我国乙烯供需情况Mt/a年份年份 生产能力 产量 表观消费量 当量消费量 自给率， 1998 4.22 3.77 3.80 7.75 48.6 1999 4.42 4.35 4.39 9.43 46.1 2000 4.42 4.70 4.79 10.90 43.1 2001 4，83

8、4.81 4.88 12.85 37.4 2002 5.47 5.41 5.47 14.50 37，3 2003 5.60 6.12 6.14 16.20 37.8 表5我国乙烯和乙烯原料需求预测Mt年份年份 2003 2005 2021 2021 乙烯自给率， 38 48 54-56 49-54 乙烯产量 6.12 8.90 14.00 20.00 乙烯原料量 19.60 27.60 43.00 61.50 原油加工量 243.00 265.00 320.00 420.00 乙烯原料量与原油加工量之比 8.06 10.4 13.43 14.64 1.3炼油芳烃聚酯及下游衍生物产业链当今世界聚

9、酯工业保持较快的开展势头，19952003年世界聚酯的产能和产量分别从19380kt/a和17750kt/a增加到43650kt/a和36100kt/a，平均年增长率为10.7%和9.3%。在这过程中，一个明显的特征是世界聚酯生产快速向亚洲集中，亚洲则向中国集中，中国的重心在江、浙、沪地区。中国已成为世界最大的聚酯生产国家，1995年中国聚酯的产能占亚洲和世界的比例分别是17.45%和9.91%，到2003年则为41.71%和28.87%。其间，世界聚酯产能增加24270kt/a，其中44%是在中国实现的。表6是19982003年我国芳烃聚酯产业链产能、产量情况。我国聚酯工业快速开展的趋势在今

10、后假设干年还将持续下去。我国聚酯工业的快速开展，它所使用的原料对二甲苯(P*)、对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)的开展速度却没有相应跟上，19982003年聚酯(PET)的开展速度是27%、同期P*的开展速度是11.4%，PTA开展速度是21.7%，EG的开展速度是6.1%，其中P*和EG的开展速度尤为落后。这样，造成PTA和P*的大量进口，预测到2021年PTA进口量为6900kt，P*进口量为4170kt。加快对二甲苯、对苯二甲酸和乙二醇的开展速度势在必行。表6近年来芳烃聚酯产业链产能、产量kt/a年份 年份 1998 1999 2000 2001 2002 2003 聚酯产能 304

11、2 4600 5945 8807 10676 12640 聚酯产量 3970 5550 6900 8810 10630 P*用量 991 1196 1454 1559 1687 2630 其中进口 131 96 185 172 240 930 PTA用量 2326 3293 4711 5470 6749 8490 其中进口 717 1543 2506 3116 4297 4542 P*依存度， 18.0 10.5 14.5 13.3 16.3 38.7 PTA依存度， 34.3 46.9 53.2 57.0 63.6 63.5 2世界炼油、石化产业资源整体集成和优化2.1炼油、石化产业资源整体

12、集成的涵石脑油(化工轻油)在炼油和石油化工行业中都是一种主要的原料。石脑油是一种干点小于200-250的炼厂一次或二次加工所得的石油馏分，一般来源于炼厂常减压蒸馏的直馏石脑油和炼厂催化裂化、加氢裂化、焦化装置二次加工石脑油，有的凝析油也是一种石脑油馏分。这里应着重指出，因为国产原油普遍偏重，其直馏石脑油馏分含量很低，所以利用好二次加工石脑油作为石化原料是一个很重要的课题，国际上也非常重视原油的深度加工，不少炼厂将所得二次石脑油用作油品调合组分，取代出好的原料供石化业用。因此，炼油、石化产业资源整体集成首先是石脑油(包括二次加工石脑油)的集成。石脑油的用途是多方面的，在石油炼制方面是制造清洁汽油

13、的主要原料，在石油化工方面是制造乙烯、芳烃/聚酯、合成氨/化肥和制氢的原料。在数量关系方面，石脑油使用于油品的数量最大，乙烯料其次，芳烃更小。国际上油品、乙烯料、芳烃料三者大致数量比例为：6.82：1：0.36。这样，对于炼油和石油化工行业来讲，石脑油原料的分配和合理利用存在一个部竞争的问题。2.2世界石脑油(化工轻油)平衡及其预测19952005年全世界原油供应量将从3000Mt/a增加到3600Mt/a，近期的年均增长率约为2%，同期用于油品生产的石脑油需求的增长速度也在2%左右，但用于石油化工生产的石脑油需求年增长速度为4%，将比前者快一倍左右，说明从世界角度看，21世纪石油化工开展要快

14、于油品生产的开展。未来十年，炼厂轻油需求量将增加50%，其间来自原油的供应将仅仅增加20%，其余依靠催化重整产能和其他催化加工工艺产能的增加，即依靠原油深加工来满足燃料生产和石油化工原料的共同需要。19902021年世界炼油加工能力变化预测情况见表7。表7世界炼油加工能力预测百万桶/d年份年份 1990 1995 2000 2005 2021 2021年比1990年增长， 蒸馏 74.6 75.6 83.6 89.4 95.8 28.4 催化裂化 11.9 12.7 14.6 16.0 17.8 49.6 加氢裂化 2.9 3.4 4.5 5.2 6.4 120.6 重整 10.7 10.8

15、12.1 13.5 15.3 43.0 焦化 2.7 3.1 3.9 4.5 5.3 96.3 由表7可知，世界炼油加工能力的变化和当今炼油、化工的开展趋向是一致的，特点是深加工程度大大增加，其中增加最快的是加氢裂化，而重油的热加工技术焦化的产能也几乎增加一倍。由于世界上加工的原油越来越重质化。因此直馏石脑油的产量份额将会有少许的下降。提高原油深度加工以后，二次加工石脑油的供应量将会增加，可以在一定程度上弥补原油重质化带来的问题。凝析油只占到世界石脑油的5%(体积分数)左右。从1995年的27Mt/a增加到2005年的39MtYa，凝析油的产量将以每年3%速度增加，比直馏石脑油增加速度快。3开

16、发中国特色的石脑油资源总体集成和优化的开展道路从单一的乙烯原料优化开展到石脑油资源整体优化，从而开发出具有中国特色的石脑油资源总体集成和优化的开展道路。3.1炼油化工一体化(Refinery-Chemical integra-tion)是石化工业的重要开展战略，是石脑油资源集成和优化的根底炼油化工一体化的核心是工厂主流程和总体布局的整体优化，把炼油和化工的开展从规划、设计开场就有机地啮合在一起可以取得最大的效果。具体优化容包括以下七个方面：总流程优化、原料的优化、副产品综合利用的优化、产品构造和质量的优化、储运流程和设施的优化、公用工程的优化、信息一体化。3.2油化一体化产生的经济效益在上世纪

17、70年代末美国墨西哥湾就有许多炼厂和石化厂搞油化一体化。当时E*ON公司在建立贝汤炼油厂(产能31750kt/a)、贝汤烯烃厂(产能590kt/a)和巴吞鲁日炼油厂(产能25950kt/a)、巴吞鲁日烯烃厂(产能860kt/a)就是很好例子。E*ON公司认为油化一体化的经济效应主要来源于：(1)烯烃、芳烃和氢气高度综合利用所得的效应。(2)节省大量原料和产品的运费。(3)降低各种固定费用。(4)节省投资，尤其是储运系统的投资(约占总投资10%15%)。(5)能源节约(主要是汽、电等公用工程)产生的效益。在欧洲，上世纪不同原料产的乙烯价差可达2080美元/t，当时建一套一体化400kt/a乙烯和

18、7000kt/a的炼油厂，每年可节约各种费用2500万3000万美元，平摊给炼油和化工，乙烯本钱可降低3045美元/t，再加上乙烯原料优化产生20-80美元/t效益，乙烯总本钱可下降50125美元/t。上世纪90年代我国*些石化企业通过实施油化一体化各项措施后也取得了很好的经济效益，乙烯的制造本钱可以降低400元/t以上。石脑油整体集成的炼化一体化流程见图1。除原油蒸馏装置(Crude Oil Distilasion/Vacuum Distilation)外，二次加工装置有催化重整(Catalytic Reforming)、催化裂化(FCC)、加氢裂化(HC)、焦化(Coking)等装置。进入

19、汽油池(Gasoline Pool)的组分有C3/C4异构化(C3/C4Isomeriza-tion)、催化重整、催化裂化、加氢裂化装置的产物，进入乙烯裂解装置(Steam Cracking)的有轻烃、直馏石脑油和重整抽余油。加氢裂化重石脑油是重整的好原料，重整生成油经芳烃抽提得到芳烃(BT*)。3.3开发具有中国特色一体化炼油流程近20年来，我国炼油、石化行业无论是规模数量还是技术水平都有长足的进步，在开发具有中国特色的油化一体化流程和成套技术方面都取得了不少成果，主要是：(1)对石化行业提出了石脑油资源整体集成和优化的指导思想，即油化结合，“宜油则油、宜烯则烯、宜芳则芳。(2)炼化一体化总

20、流程的核心是化工型的加氢裂化装置，和炼油型加氢裂化不同的是化工型加氢裂化装置的产品主要作为石油化工原料，它所产的轻烃(包括C2、C3、n-C4)和加氢尾油是生产乙烯的好原料，重石脑油是制造芳烃的好原料，芳烃潜含量一般为55%-60%，远高于直馏石脑油的芳烃潜含量水平(35%40%)，尤其是单程转化加氢裂化工艺的重石脑油芳烃潜含量更高(见表8)。表8不同操作方式对加氢裂化装置重石脑油收率和族组成的影响操作方式 一次通过 177-320馏分50循环 177-320馏分全循环 >177馏分全循环 循环比 0 0.33 0.66 0.69 液体收率(对原料). C5-65C 8.0 13.0 1

21、7.0 21.0 65177 31.0 41.0 52.0 66.0 177-320 30.0 15.0 >320 25.7 23.0 21.0 重石脑油(C5-177)性质 密度g·cm-3 0.7604 0.7580 0.7570 0.7560 族组成. 链烷烃 35.4 39.4 41.5 44.8 环烷烃 53.0 50.5 49.7 47.6 芳烃 11.6 10.1 8.9 7.6 芳潜 61.8 57.4 55.3 52.1 对于加工能力10Mt/a的炼化一体化炼厂建议配置产能为23Mt/a加氢裂化装置。(3)对于以乙烯生产为主的大型炼化一体化炼厂，在选择重油加工

22、工艺时，如果乙烯原料比较紧，可选择化工型的延迟焦化装置，这类焦化装置的宽馏分加氢焦化石脑油(初馏230)是良好的乙烯原料，一般炼厂焦化石脑油干点选择150160，收率15%16%，由于焦化是自由基反响，随着石脑油干点的增加，宽馏分加氢焦化石脑油(初馏230)的乙烯收率变化不多，但焦化石脑油收率可提高5%6%，对增产乙烯原料是有利的。配置大型焦化的一体化炼厂应配置VGO/CGO(焦化蜡油)中压加氢预精制装置，这样焦化蜡油可作为加氢裂化原料，后者进一步转化成加氢尾油后又成为一种好的乙烯原料。(4)对于以芳烃为主要化工产品的大型炼化一体化炼厂，可适当扩大催化重整能力。催化重整所生产的芳烃中二甲苯含量

23、远大于乙烯裂解汽油所得芳烃中的二甲苯含量，因此更有利于制造对二甲苯(P*)。(5)作为一种主要的炼油二次加工工艺，我国加氢裂化装置在上世纪80年代以前大局部设备需要引进，因此开展并不快。后来，由于国产化程度不断提高，投资下降，科研开发力量的支持以及清洁油品和重整原料需求量增加等因素的推动，我国加氢裂化开展很快，目前总加工能力已到达18Mt/a，约占原油加工能力的7.2%。加氢裂化对清洁油品生产和提供大量的乙烯和芳烃原料都有着非常重要的作用。特别当加工重质含硫原油和劣质原油时，由于炼厂一次直馏石脑油收率很低，由加氢裂化所得的石脑油馏分将成为提高全厂石脑油馏分数量的一种主要来源。化工型加氢裂化工艺

24、的特点是在产品构造方面可为石油化工提供更多的轻、重石脑油馏分和加氢尾油，因此过程的裂化深度比炼油型加氢裂化有变化，要求反响选择性好，而关键是选择适宜的催化剂和循环比。具体有：要求加氢裂化催化剂活性高、选择性好、催化剂有较高的抗氮性能，运转周期长并可再生使用，可以通过更换不同类型催化剂和调整操作条件，灵活调整产品方案。原料适应性强，液体产品收率高。采用一次通过或局部循环工艺，很少采用全循环操作。高压加氢裂化具有更好的操作灵活性。产品质量好。其中C3、尾油(HVGO)可作为优质乙烯料；重石脑油是优质重整原料；轻石脑油作为清洁汽油高辛烷值调和组分。我国石油化工科学研究院(FRIPP)在加氢裂化成套技

25、术的开发方面取得很好的成果，有二大类催化剂适合于化工型加氢裂化工艺，即最大量生产化工轻油的轻油型FRIPP系列催化剂和灵活生产化工轻油和中间馏分油中油型FRIPP系列催化剂。轻油型FRIPP系列催化剂已开发到第四代，第一代是3825催化剂，第二代是3905催化剂，第三代是3955催化剂，第四代是FC-24催化剂，均有产业化成果，化工石脑油收率(65177t)可达65%70%(质量分数)。中油型FRIPP系列催化剂也开发了四代催化剂，即第一代催化剂3824，第二代催化剂3903，第三代催化剂3971、3976，第四代催化剂FC-12。这类催化剂的重整原料收率较高，可见表9。表9中油型FRIPP系

26、列催化剂重整料和中间馏分收率生产方案 质量收率，% 重整料 中间馏分 生产化工原料为主 3035 5055 生产中间馏分为主 1520 6065 加氢裂化装置增产化工轻油的主要措施有：选择适宜的催化剂，提高转化率；增加液化气作乙烯原料，增加重石脑油的收率，替换出直馏石脑油作为乙烯原料；充分利用尾油作乙烯原料；适当提高加氢裂化石脑油的干点；在油品过剩或石油化工原料紧的企业采用中间馏分油循环的技术，可最大量生产石脑油和尾油。4乙烯原料优化是石脑油资源整体集成和优化的主要局部世界一些主要的咨询公司都认为，21世纪中国将拥有世界上开展最快的石油化学工业，预测年均增长率将为13%左右。中国乙烯工业不仅要

27、开展，而且有较长的寿命周期，有的学者认为世界乙烯工业开展成熟期要到2035年，而中国的乙烯工业比世界乙烯工业晚1015年，到2050年前后才到达顶峰。4.1乙烯原料优化核心烃分子合理利用目前工业上采用的乙烯裂解工艺是一种复杂的烃类热裂解反响过程，包括烃分子的断链、脱氢、异构、环化、叠合、缩合等一系列的平行和连续反响，以链烷烃最容易裂解。乙烯裂解原料应选择烷烃含量高(正构)、芳烃含量低的原料，这样乙烯(或乙烯+丙烯十丁二烯)收率比较高，生焦量少，可以用最少的原料得到最多的目的产物。这样，如果乙烯原料由炼油厂供应，其使用的原油加工量可以大幅度降低。原料优化好的一体化石化厂，乙烯原油比可从1：151

28、6降低到1：910，配置原油加工量可减少40%。?亚洲化学新闻?2002年9月报道，埃克森美孚公司在新加坡裕廊岛新建一体化联合石化企业(600kt/a乙烯)，到中国交货的聚合物吨本钱可以和中东以乙烷为原料的产品相匹敌，充分说明我国要开展乙烯工业，必须搞好炼油化工一体化。事实上，以乙烷为原料的乙烯裂解装置，其乙烯收率确实比石脑油裂解的乙烯收率高很多，但是丙烯和其他有效的副产品产量很少，优化的潜力较小，所以石脑油乙烯裂解装置的资源和产品整体优化工作做得好，还是可以扬长避短，有很好的竞争力。在工业中，石脑油的PONA值是表征石脑油裂解性能好坏最重要的指标之一，如果用中间馏分或尾油作为乙烯裂解原料，则

29、采用原料的芳烃关联指数(BMCl)作为其裂解性能最重要的指标之一。有关乙烯裂解石脑油的质量标准，其中最重要的指标就是链烷烃含量不小于65%，中石化还规定正构烷烃含量不小于30%。4.2新世纪乙烯原料优化另一特点是躲避风险新世纪我国石油和石化工业面临的一个很大的新问题是产业平安问题。进展乙烯原料优化要高度关注躲避风险的问题。近年来，各国在评价乙烯工程时特别注意乙烯原料灵活性对工程风险的影响，原料柔性化已是近代乙烯工业开展过程中十分重要的观点和新潮流，对抑制原料价格波动风险方面有重要的作用。美国石化业选择原料灵活性较大的乙烯建立方案，乙烯裂解炉主原料采用轻烃，副原料是石脑油。一般有八种不同的乙烯原

30、料和装置的灵活性工况可供考虑：乙烷(无灵活性)、乙烷/丙烷(无灵活性)、乙烷/丙烷(中等灵活性)、石脑油(无灵活性)、石脑油(中等灵活性)、石脑油(高灵活性)、AGO(无灵活性)、乙烷/丙烷/石脑油/炼厂干气(中等灵活性)。此外，美国十分重视催化裂化干气中低浓度乙烯的回收，认为这是降低乙烯本钱的有效途径。回收后乙烯生产本钱可降低1.32美分/kg(110元/t)。是所有使用液体原料的裂解装置中完全本钱最低的。我国催化裂化产能接近100Mt/a，催化干气量珍贵的乙烯和氢气作为低价值的燃料烧掉，全国一年烧掉的乙烯约有300kt以上，非常可惜。目前世界上有多种回收稀乙烯方法，如S。W公司的ARS方法

31、和变压吸附深冷别离回收稀乙烯方法。4.3乙烯原料优化案例研究(1)石脑油直馏石脑油烷烃含量分布规律是；馏分越轻，烷烃含量越大，乙烯收率越高。轻直馏石脑油其裂解性能受原油的影响较小，干点小于102的直馏石脑油，乙烯收率不受原油种类的影响。美国较多地用轻石脑油作乙烯裂解原料。我国有些原油如胜利、辽河原油的全馏分石脑油裂解性能很差，不能作为乙烯裂解原料，如经过合理切割，利用其轻石脑油馏分还是可以作为乙烯原料的。石脑油原料吸附预处理是另一种提高石脑油烷烃含量的方法。UOP公司Ma*Ene工艺采用该公司正在开发的Sorbo*吸附别离技术，可从C5C11的全馏分石脑油中将正构烷烃别离出来作乙烯裂解原料，从

32、而大大提高了乙烯收率。经吸附后剩余的富含异构烷烃、环烷烃和芳烃的石脑油，因具有高辛烷值和高芳烃潜含量性质，是一种很好的重整原料或汽油调合组分。吸附别离采用模拟逆流移动床。用烷烃作解吸剂。据说尚在产业化过程中，前景看好。二次热加工石脑油的应用： 对于加工含硫重质原油和劣质原油的炼厂而言，延迟焦化是一种广泛采用的重油加工工艺。由于延迟焦化是一种热加工过程，所得的焦化石脑油的烷烃含量高，十六烷值低，炼厂无法将其直接作为汽油的调合组分，成为炼厂很难处理的一种物料。上世纪我国石化科技工作人员经过试验研究，发现经普通加氢精制后的焦化石脑油是一种很好的乙烯裂解原料，烷烃含量比较高，一般大于65%，乙烯收率高，和直馏石脑油的裂解收率相近，已经为国许多乙烯装置所采用。我国焦化加工能力较大，2003年为27650kt/a，近年来各地相继建立多套大型延迟焦化装置。“十一五期间，全国焦化总生产能力将超过50Mt/a。加氢宽馏分焦化石脑油的潜在产量估计可达10Mt/a左右，是一个不容无视的乙烯裂解资源。总之，扩大炼厂裂解原料措施有：调整焦化汽油干点，可由160逐步提高到205或230。同时，调整焦化汽油加氢精制苛刻度，对提高乙烯收率有一定的好处。调入低芳烃含量的炼厂重整非芳烃、重整拔头油、轻烃、轻石脑油等，有利于扩大乙烯