世界炼油行业石油资源供需形势分析及炼油企业应对策略

世界炼油行业石油资源供需形势分析及炼油企业应对策略

事实上，国内外早期的一体化进程是简单的一体化。从最初的造船厂到后面的石化厂，它提供了石脑油的原材料。经过几十年的发展,由于轻重原油的供给不平衡、各种石化产品的需求不一样,再加之石化产品需求的增速快于油品需求的增速,特别是随着炼油催化技术的发展,当今的炼化一体化已进入炼油/石油化工紧密一体化的新时期。这样的紧密一体化不仅能够降低投资和生产成本、提高石油资源的利用效率,而且生产灵活性大,能够适应市场油品和石化产品变化的需求。这样的一体化无疑已经成为21世纪炼油的发展方向。一、大幅下滑的4050亿美元/桶由美国次贷危机引发的全球金融危机进而造成的全球经济衰退目前还没有触底,国际油价也从2008年7月11日的147.27美元/桶大幅下跌到目前的40~50美元/桶。预计2009年的国际平均油价将从2008年的99.75美元/桶下跌到51美元/桶左右,世界石油需求也将从8555万桶/日下降到8418万桶/日。但是,世界经济发展的态势没有改变,国际货币基金组织(IMF)预测,2010年世界经济将复苏,GDP增速可达1.9%,中国和印度的增速将分别达到7.5%和5.6%,世界各国的石油需求将逐年增长。1.世界原油可采储量最多的国家当前炼油企业发展面临的主要挑战可以归纳为以下四个方面。一是油价将持续走高,重质低质原油供应比例将增大。近半年多来,由于油价下跌到70美元/桶以下,130个大型新油田开发项目中有35个已经被冻结,而且在全球800个大型油田中有580个油田的开采量在逐年下降。国际能源机构(IEA)认为,世界经济会复苏,对石油的需求在2010年就会增长。一旦出现石油短缺,国际油价可能会突破2008年的纪录,达到200美元/桶。预计2013年世界经济可能会因石油短缺而陷入新的危机。即使不出现危机,油价也会持续走高。此外,在目前17320亿桶的世界原油可采储量(包括委内瑞拉的超重原油和加拿大的油砂沥青)中,轻质原油为7350亿桶(其中轻质低硫原油占40%,轻质含硫/高硫原油占60%),中质原油为3300亿桶(其中中质低硫原油占20%,中质含硫/高硫原油占80%),重质原油为6670亿桶(其中重质低硫原油占15%,重质含硫/高硫原油占85%)。目前的开采情况是,轻质原油占30%,中质原油占56%,重质原油占14%。最近几年,在增产供应国际市场的原油中,重质原油占多数。更值得注意的是,世界上原油可采储量最多的8个国家的原油可采储量为14180亿桶,占世界原油可采储量的82%,其中重质原油的可采储量为6668.6亿桶,占其原油可采储量的47%。二是炼厂生产清洁燃料要升级换代,由清洁燃料向低碳燃料转变。预计到2010年,全球消费的汽油中将有85%是含硫量小于50ppm的超低硫汽油,到2015年,全球超低硫柴油所占比例将由目前的65%上升到75%。美国加州政府已提出实施低碳燃料标准。按照这个标准,低碳汽油的平均燃料碳强度为二氧化碳排放量92克/兆焦,2010年开始实施;到2015年降低5%,至87克/兆焦;2020年降低10%,至83克/兆焦。低碳柴油的平均燃料碳强度是二氧化碳排放量71克/兆焦,2010年开始执行;到2015年降低5%,至67克/兆焦;2020年降低10%,至54克/兆焦。三是炼厂面临既要减少气体污染物的排放又要减少二氧化碳的排放。炼油厂是气体污染物排放的大户之一,催化裂化装置又是炼油厂最大的气体污染物排放源。目前美国提出的减排指标是:再生烟气中悬浮颗粒物(PM)的减排量是每燃烧1000千克焦炭的排放量不超过1千克,以后要下降到0.5千克;硫氧化物(SOx)的减排量是从300ppm下降到25ppm;氮氧化物(NOx)的减排量是从不限制下降到20ppm;一氧化碳(CO)的减排量是从目前的500ppm下降到150ppm。欧盟提出,到2020年炼油厂的二氧化碳排放量要减少10%(约5亿吨);要求从2011年开始,炼油厂每年减少1%;到2013年,强制执行拍卖二氧化碳排放指标,拍卖价格为30欧元/吨。四是由于原材料价格上涨、人力成本增加,新建和改造炼油厂的投资大幅度攀升,炼厂生产成本增加,利润减少。与2004年年底相比,2008年炼油设备中的压力容器价格上涨了66.2%,换热器价格上涨47.4%,空冷器价格上涨59.4%,油泵价格上涨69.9%,压缩机价格上涨61.3%,加热炉价格上涨50%,其他设备价格上涨58.9%,平均价格上涨了59.7%;施工人员工资上涨了20%~100%。例如,科威特国家石油公司计划新建的Al-Zour炼油厂(原油加工能力61.5万桶/日,约3075万吨/年)的投资已经由2005年11月预计的60亿美元上涨到2007年6月的150亿美元和2008年7月的200亿美元。当前,原油成本已占油品生产总成本的70%甚至更高,复杂炼油厂的利润已经减少到2~3美元/桶,简单炼油厂的利润已经减少到零,甚至亏本。2.世界石脑油裂解原料的供给状况,主要有三与炼油企业一样,石化企业的发展也面临投资大幅增加、原料成本加大(石化企业的原料成本已经占到生产总成本的75%)和减少气体污染物与二氧化碳排放的挑战。此外,还面临以下三大挑战。一是部分石化产品不能满足经济发展的需求。今后几年(经济复苏以后),世界石化产品需求的增速为年均4%~6%,约为油品需求增速的3~4倍。其中,丙烯需求的年均增速为4.5%~5%或者更高,亚洲对丙烯需求的增速接近6%;对二甲苯需求的年均增速高达6.9%,亚洲的需求增速远高于美洲和欧洲。乙烯和丙烯、苯和对二甲苯,特别是丙烯和对二甲苯都不能满足全球经济发展的需求。二是炼油厂为石化厂提供的石脑油原料紧缺。表1的数据表明,重质原油和超重质原油的石脑油馏分都比较少,难以满足生产低碳烯烃和芳烃的需求。三是丙烯的缺口将越来越大。石脑油裂解生产乙烯联产丙烯,丙烯/乙烯的产出比通常在0.39左右。由于近几年裂解原料乙烷的用量增加(主要在中东),石脑油用量相对减少,将导致乙烯的产出增加。预计到2015年,丙烯/乙烯的产出比将从2005年的0.39下降到0.35,而丙烯/乙烯的需求比将从0.59上升到0.60。近20年来,世界丙烯需求的增速一直快于乙烯的增速(特别是在亚洲),预计在今后20年内,世界丙烯需求的增速将超过乙烯增速一倍,因此丙烯的缺口将越来越大。目前世界丙烯年产量约为6500万吨,其中裂解生产的丙烯约占61%,炼厂催化裂化生产的丙烯约占34%(2200万吨),其他约占5%。美国生产乙烯的乙烷用量约占50%左右,可是美国催化裂化装置的加工能力高达2.8亿吨/年,占世界催化裂化装置能力的40%。虽然常规催化裂化装置的丙烯产率只有4%~7%,可是美国生产的丙烯中有53%来自炼厂的常规催化裂化装置。亚洲催化裂化装置的能力比美国小很多,难以用催化裂化丙烯来满足快速增长的需求。但美国的情况提醒我们,催化裂化既然能够生产4%~7%的丙烯,进一步多产丙烯难道就不可能吗?况且催化裂化的原料价格要比石脑油便宜得多。二、综合强化和关键技术1.主要加工装置的设计面对炼油和石化企业加工重质、低质原油面临的诸多挑战,笔者认为,应对这些挑战的最佳对策就是实现炼化一体化。因为炼化一体化有五大优势:一是可以减少投资,降低生产成本;二是可以降低原料成本,提高石油资源的利用效率;三是可以拓宽石化原料来源,满足市场不断增长的需求;四是可以提高生产灵活性,应对油品和石化产品市场变化的需求;五是可以实现产品多样化,延伸价值链,提高经济效益。这些优势在1999年投产的印度贾姆讷格尔(Jamnagar)炼化一体化企业10年的生产中得到充分体现。作为设计加工能力54万桶/日(2700万吨/年)、投资60亿美元建成的目前世界上规模最大的炼化一体化企业,贾姆讷格尔炼厂具有以下8个特点:一是炼厂和主要装置都达到经济规模,加工每桶原油的投资最少;二是炼油和石化生产紧密一体化,生产成本最低,产品分布优化;三是原料灵活性大,可以加工重质、低质原油;四是主要加工装置都采用当今最先进的技术;五是从原油到产品的供应链优化,可以以最低的成本和较快的速度交付产品;六是除了原油、甲醇由外部供应供外,其余原料和燃料全部自给;七是环保标准最高;八是催化裂化装置按生产最大量丙烯、兼顾生产最大量汽油方案设计。全厂主要加工装置的设计加工能力为:1)常减压蒸馏54万桶/日(2700万吨/年),双系列;2)催化裂化13万桶/日(650万吨/年),单系列;3)延迟焦化12.2万桶/日(671万吨/年),单系列;4)柴油加氢处理7万桶/日(350万吨/年),双系列;5)减压瓦斯油加氢处理7.36万桶/日(368万吨/年),双系列;6)芳烃联合装置(含连续重整、分馏、烷基转移、吸附分离、异构化),生产对二甲苯140万吨/年,三系列,其中连续重整5.7万桶/日(245万吨/年),单系列;7)炼厂气制氢210万立方米/日,双系列;8)聚丙烯60万吨/年,三系列。该厂的主要工艺技术为:直馏常压和减压瓦斯油与焦化重瓦斯油经过加氢处理后进行高苛刻度催化裂化,催化重汽油回炼,从C3/C4馏分中回收丙烯60万吨/年,C5馏分生产甲基叔戊基醚(TAME),催化轻汽油一部分加氢处理后作裂解料外供,催化中汽油加氢处理后用作重整料回收芳烃,催化重汽油与一部分催化轻汽油脱硫后用做汽油调和组分,催化轻循环油用做柴油组分,油浆用做炼厂燃料油。直馏重石脑油、焦化重汽油和催化中汽油加氢处理后重整,重整生成油分馏,通过C7/C9芳烃烷基转移、二甲苯吸附分离和异构化生产对二甲苯、苯和邻二甲苯,其中140万吨/年对二甲苯有40%来自催化中汽油。减压渣油延迟焦化采用减少焦炭产量的低压超低循环比焦化技术,焦化轻汽油与催化轻汽油一起加氢处理后作裂解料外供,焦化重汽油用做重整料,焦化轻瓦斯油与直馏柴油加氢处理后用做柴油调和组分,焦化重瓦斯油加氢处理后用做催化裂化原料,焦炭用做循环流化床锅炉燃料发电和生产蒸汽。该厂供应市场的油品有:液化石油气、普通汽油、新配方汽油(25000桶/日)、喷气燃料、优质煤油和柴油;供应市场的石化产品有:裂解料、烷基苯料、苯、对二甲苯(140万吨/年)、邻二甲苯(15万吨/年)、聚丙烯(60万吨/年)、硫磺(675吨/日)。据印度信诚(Reliance)公司报告,2008年一至三季度,该厂的净利润为39亿卢比(9.79亿美元),加工每桶廉价低质原油得到的利润高于国外炼厂。以2007年四季度为例,加工每桶原油的利润为15.5美元,而新加坡一炼厂的利润为7美元。2.高表达催化剂从应对炼油与石化工业发展的挑战出发,用好重质、低质原油,通过炼化一体化多生产低成本的乙烯和丙烯、苯和对二甲苯是炼化一体化企业的关键,其关键技术有以下三项。一是石油化工型催化裂化技术。目前已经工业应用和即将工业应用的有以下三种:第一种是UOP公司的高苛刻度催化裂化技术(PetroFCC),以减压瓦斯油为原料,可以得到6%乙烯、22%丙烯和18%芳烃(见表2、表3)。这项技术最早应用在1999年投产的印度贾姆讷格尔炼化企业的催化裂化装置中,已经成功运转了10年。同样规模的第二套装置安装在贾姆讷格尔的第二座炼化企业中,2009年3月投产。第二种是Stone&Webster公司的高苛刻度催化裂化技术(SWFCC),这是中国石化石油化工研究院开发的技术,由Stone&Webster公司代理在中国以外的国家转让。建在沙特PetroRabigh炼化企业的装置应用了该技术,加工能力约为460万吨/年,以加氢处理的减压瓦斯油为原料生产丙烯90万吨/年和汽油5.9万桶/日,2009年3月投产。第三种是Axens-Shaw-Total-IFP(以下简称Axens/Shaw)合作开发的渣油双提升管催化裂化技术(PetroRiser)。第一套工业装置正在阿联酋的Ruwais炼化企业建设,原料油加工能力为12.71万桶/日,第二套正在卡塔尔的Al-Shaheen炼化企业建设,原料油加工能力为6万桶/日,第三套正在巴西里约热内卢的炼化企业建设。二是生产对二甲苯和苯的组合技术(包括高苛刻度催化重整、C7/C9芳烃烷基转移、二甲苯分离和二甲苯异构化)。目前工业应用的有以下两种:第一种是UOP公司的连续重整(CCR)、C7/C9芳烃烷基转移(Tatory)、二甲苯分离(Parex)和二甲苯异构化(Isomar)技术。第二种是Axens公司的连续重整(Aromising)、C7/C9芳烃烷基转移(TransPlus)、二甲苯分离(Eluxyl)和二甲苯异构化(XyMax)技术。高苛刻度重整生成油、高苛刻度催化裂化汽油和裂解汽油的芳烃含量如表3所示。三是甲醇制烯烃(乙烯/丙烯)技术。目前正在建设工业装置的技术有两种:第一种是UOP和NoskHydro公司的MTO技术,第一套采用这项技术的工业装置正在尼日利亚的拉各斯(Lagos)建设,计划于2012年投产。该装置以廉价的天然气为原料,生产甲醇1万吨/日,年产130万吨乙烯和丙烯,最终生产聚乙烯和聚丙烯。第二种是Lurgi公司的MTP技术,第一套工业装置正在我国宁夏回族自治区建设。三、原油基本石化原料近10年全世界已建成和正在建设中的部分炼化一体化企业如表4所示。可以看出,除南美的巴西有一家外,其他炼化一体化企业都在亚洲,印度和沙特占多数,而且都是加工进口或国产的低价重质含硫原油。这些企业生产基本石化原料(低碳烯烃即乙烯、丙烯,芳烃即苯、甲苯、二甲苯)占原油的比例如图1所示。按照生产基本石化原料的多少划分,这些企业可以分为以下三类。第一类是低水平的炼化一体化。这些企业把5%~10%的原油转化为基本石化原料,其中有沙特的AlJubail、阿联酋的Takreer、沙特的PetroRabigh和印度石油公司的Panipat。第二类是中等水平的炼化一体化。这些企业把10%~25%(一般是15%以上)的原油转化为基本石化原料,其中有印度信诚公司的Jamnagar、印度Mangalor炼化公司的Mangalore、印度石油公司的Paradip、沙特的RasTanuna和印度信诚公司新建的Jamnagar。第三类是高水平的炼化一体化,即石油化工型炼油厂。这类企业把更多的原油转化为基本石化原料,企业的规模都比世界级的炼油厂小一些,但石化装置都是世界级的。巴西里约热内卢石化联合企业(Comperj)就是其中之一。估计该企业把近一半的原油转化为基本石化原料,原油加工量为15万桶/日(750万吨/年),低碳烯烃和单环芳烃的产量超过360万吨/年。炼化一体化企业的总流程主要决定于所加工的原油、所需要的产品品种和所需要的总体灵活性。从提高竞争力和经济效益考虑,新建大型炼油厂应该向中等水平的炼化一体化方向发展;对于中型炼油厂来说,特别是加工很轻或很重原油的炼油厂,向高水平的炼化一体化方向发展,可能是一种特别经济的方案;对于现有的燃料型炼油厂特别是那些建有催化裂化和催化重整装置的炼油厂,可以通过改造,经济地实现炼化一体化,通过价值链的延伸和产品的多样化提高竞争力和经济效益。四、石油焦的运转和用量为了说明在炼化一体化企业中炼油与石化的协同作用,特别是对生产基本石化原料(不包括聚合物和衍生物)的影响,Fluor公司结合实际在基础方案的基础上提出了6种炼化一体化方案并进行了技术经济分析。其基础方案是加工阿拉伯重质原油,原油加工能力为30万桶/日(1500万吨/年)的炼油厂,生产油品的转化装置主要是催化裂化和延迟焦化,配套有催化重整和加氢处理(见图2),生产的汽油和柴油的数量接近相等(汽柴比是1.03)。6种炼化一体化方案是:方案1:装置配置同基础方案,但催化裂化按高丙烯模式运转。方案2:同方案1,但催化重整按高苛刻度模式运转,并增加C7/C9芳烃烷基转移、二甲苯分离和二甲苯异构化装置。方案3:同方案2,但增加催化裂化干气回收乙烯装置。方案4:同方案3,但增加丙烷脱氢装置。方案5:同方案4,但增加石脑油蒸汽裂解装置。方案6:同方案5,但增加石油焦气化、合成甲醇和甲醇制烯烃装置。各种方案的产品分布如图3所示。所有这些方案的基础都是柴油和煤油的产量接近不变,由于生产基本石化原料,石脑油和轻馏分都有所减少。预测模型是按照阿拉伯重质原油价格为42美元/桶建立的,各种产品的价格都是相对于原油的价格,石油焦的价格是相对于煤的价格。各种方案的经济数据都是相对的,且表明变化趋势,即使在阿拉伯重质原油价格上涨到80~100美元/桶也是这样。图4表明各种方案的相对总毛利。总毛利是指产品的价格减去原料的价格。如果基础方案的相对总毛利是100,方案3达到200,方案5达到310,方案6达到380。图5表明各种方案的相对投资。增加的装置越多,投资越大。方案6的投资最大,主要是气化和相关装置的投资很大。相对总毛利与相对投资之比是体现投资回报率的一个重要指标。图6给出的是各种方案的相对总毛利与相对投资之比。可以看出,除了方案6以外,每种方案的投资回报率都是增加的,方案6的投资回报率相当于方案4,主要原因是投资很大。石油焦的价格对投资回报率有一定影响。石油焦特别是高硫高金属石油焦的价格与炼厂所在地和处理成本有很大关系。实际上,有些炼厂把石油焦的价格定为零有时甚至是负值来考虑。图7给出的是在石油焦的价格为零时各种方案的相对总毛利与相对投资之比。如所预期,方案6的投资回报率有所提高。五、我国轻油加工技术应积极推进其提高改革开放30年来,我国已经建成10多座大型炼化一体化企业,还有几座正在建设中。这些企业为满足我国运输燃料和石化产品快速增长的需求,保障我国国民经济的快速发展作出了巨大贡献。但是,应该看到,我国的炼化工业也存在以下几个问题:一是石油对外依存度不断提高。2008年我国生产原油1.897亿吨,进口原油1.79亿吨(出口373.6万吨),进口成品油3885万吨(出口1703.8万吨),石油净进口量达2.0067亿吨,石油对外依存度达到51.4%,预计2020年将达到60%。二是化工原料需求的增速超过油品需求的增速。我国国产的运输燃料(汽油、煤油、柴油)基本能够满足国内需求,但三大合成材料(合成树脂、合成橡胶和合成纤维)有40%以上需要进口,且化工原料(直馏石脑油和柴油馏分)需求的增速超过油品需求的增速,预计到2015年化工原料需求的增速将比油品增速快一倍。三是高辛烷值汽油生产与化工原料的矛盾突出,炼化一体化企业运输燃料质量升级的压力很大。四是深加工生产化工原料的成本高于直馏石脑油的成本,化工产品的生产成本加大。解决这些问题需要统筹规划、合理安排、权衡利弊、综合平衡,但最主要的是落实科学发展观,找准问题,用新思路解决发展中的问题。一是用好、用足、用够石油资源,努力提高轻油收率。中国石化2008年轻油的收率是74.11%,还有较大的提高空间。2008年我国加工原油3.42亿吨,如果轻油收率提高到80%,就可以多产轻油2002.6万吨,少进口原油2500多万吨,这是完全可以做到的。以刚刚投产的印度信诚石油公司的贾姆讷格尔新厂为例,该厂原油加工能力为58万桶/日(约2900万吨/年),生产柴油24.7万~26.7万桶/日(1200万~1300万吨/年)、汽油18.6万~23.3万桶/日(800万~1000万吨/年)、喷气燃料2.1万~4.3万桶/日(100万~200万吨/年)、烷基化油200万~300万吨/年、石油焦200万~300万吨/年、聚丙烯50万~90万吨/年。如果以柴油、汽油和喷气燃料体积产量计,轻油体积收率约为86%。如果以柴油、汽油、喷气燃料和烷基化油重量产量计,轻油重量收率约为84%。二是用减压瓦斯油和/或常压渣油通过催化裂化多产丙烯和芳烃料,缓解化工轻油不足的矛盾。我国自产的大部分原油和进口的一部分原油都比较重,化工轻油不足是不能改变的事实。通过炼化一体化,用减压瓦斯油和/或常压渣油可以生产一部分丙烯和芳烃料,也可以生产一部分裂解料。印度贾那格炼化一体化企业10年的生产实践已经证明,这样做是可行的。中国石化开发的高苛刻度催化裂化技术DCC和CPP虽然已经在多座炼厂应用,但装置规模不大,最大的丙烯生产能力只有10.5万吨/年,且不生产芳烃料和裂解料;中国石油开发的两段提升管多产丙烯兼顾生产轻油的催化裂化技术,尚未在大型工业装置应用。因此,除了用好这些技术建设大型装置外,还应进一步开发生产芳烃料和裂解料的技术。三是用最新一代技术,提高对二甲苯的收率,以缓解化工轻油不足的矛盾。2008年,全球对二甲苯的需求量约为3000万吨,其中我国的需求量最大,近900万吨,约占全球需求量的1/3,而北美的需求