世界炼化生产一体化的发展趋势|工业腐蚀与防护

zare

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[复制链接] 只看楼主正序阅读楼主发表于: 2014-12-11

世界炼化生产一体化的发展趋势

世界格局 以美国为首的西方国家八万石油价格，俄罗斯石油能源处于不可测中，中国似乎收益颇多。我们国家要想保持经济的高速增长，需要核美国为首的西方国家在石油这个棋盘上进行博弈，在尚没有新能源可以提到的情况下，我们还是关心石油战略一些数字

预计２０１０年世界乙烯需求量将达到１２０００万吨，比１９９８年增长５０％；丙烯的需求量为８２００万吨，比１９９８年增长８２％。如何满足乙烯特别是丙烯需求高速增长的需要，已成为当前和今后一个时期世界炼化工业的难题。２０１０年以后，石脑油的用量将由目前占裂解原料的５０％以上降低到５０％以下，乙烷的用量将由目前的近３０％上升到３０％以上。中东地区由于乙烷价格低廉，是世界上乙烯成本最具竞争力的地区，到２０１０年，世界新建和扩建的裂解装置生产能力将有５０％在中东。对于催化裂化装置生产能力较大而又需要大量丙烯的国家而言，通过催化裂化生产丙烯，看来是满足丙烯需求快速增长的有效途径。为了实现炼化生产的效益最大化，炼油厂、裂解厂、芳烃厂将从松散一体化走向紧密一体化，从分散优化走向整体优化，通过联合、兼并、重组和区域优化，充分发挥炼化生产的协同作用，充分利用石油资源。
　　
　　据第十七届世界石油大会预计，为满足世界经济发展的需要，２０１０年世界原油需求量将达到４５亿吨，比１９９８年的３４亿吨增长３２％，其中运输燃料的需求量将占到石油需求的５０％（１９９５年为４６％，１９８５年为４０％）。全球油品需求的趋势是重质燃料油减少，汽油略有增长，喷气燃料和柴油增长较快；同时，运输燃料中的汽油和柴油，将由清洁燃料向超清洁燃料发展。预计到２０１０年，发达国家和部分发展中国家清洁汽油和清洁柴油的含硫量将降低到１０μｇ／ｇ以下，芳烃含量也将有所减少。在石化原料方面，预计２０１０年世界乙烯需求量将达到１２０００万吨，比１９９８年的８０００万吨增长５０％；丙烯的需求量为８２００万吨，比１９９８年的４５００万吨增长８２％，丙烯需求的增长速度远高于乙烯。鉴于运输燃料需求的增长速度与石化原料有很大差别，炼油生产与石化生产的现有关系将出现失衡，常规的炼化一体化生产模式将不能满足需求。因此，如何满足乙烯特别是丙烯需求高速增长的需要，已成为当前和今后一个时期世界炼化工业的难题，需要有技术上可行、经济上合理的新思路来迎接新挑战，以满足发展的需要。
　　
　　一、炼化生产一体化需要与时俱进
　　
　　到目前为止，乙烯主要通过蒸汽裂解装置来生产，乙烯是主产品，丙烯是联产品；丙烯６０％靠蒸汽裂解装置生产，４０％靠炼油厂催化裂化装置生产。不同原料裂解得到的产品分布差别很大（表１）。尽管用乙烷、丙烷、丁烷、石脑油和轻柴油做原料通过蒸汽裂解都可以得到乙烯和丙烯，但从原料来源、原料价格和经济效益考虑，石脑油和乙烷一直是用得最多的裂解原料，而且预计直到２０１０年仍然是这样（见图１）。但是，由图１可见，今后的发展趋势是，石脑油的用量将由目前占裂解原料的５０％以上降低到５０％以下，乙烷的用量将由目前的近３０％上升到３０％以上。
　　
　　目前，亚太地区和欧洲主要采用炼油厂提供的石脑油和少量轻柴油、凝析油做裂解原料，除生产乙烯外，还生产较多的丙烯、丁烯和裂解汽油（芳烃）。中东和北美地区主要采用乙烷和少量丙烷、丁烷做裂解原料，只生产乙烯和少量丙烯，但装置工艺简单、投资少。中东拥有丰富的油田伴生气资源，因而有低成本的乙烷供应。２００３年５月沙特的乙烷成本为３８美元／吨，伊朗为６３美元／吨，美国的乙烷价格为２７０～３００美元／吨，因而中东与美国、亚太、欧洲相比，具有巨大的原料价格优势。因为原料乙烷的价格低廉，中东的乙烯成本仅为１３２美元／吨（世界乙烯平均成本为２７４美元／吨），是世界上最具竞争力的地区。预计，至少到２００７年，中东的乙烯成本仍是１３２美元／吨，而世界乙烯平均成本将达到２８７美元／吨。在过去１０年间，中东的乙烯产能已增加到世界乙烯产能的１３．４％，预计到２００６年将增加到世界乙烯产能的３４％。到２０１０年，世界新建和扩建的裂解装置产能将有５０％在中东。
　　
　　自２０世纪７０年代两次世界石油危机以后，裂解技术有了很大进步，选择性和热效率都有所提高，从乙烷到重瓦斯油的各种不同原料都可以加工。由于压缩机和裂解炉制造技术的进步，目前裂解炉单炉的最大生产能力已达到１５万吨～１８万吨／年，预计今后可达３０万吨／年。但是，原料和能耗高达总成本的８２％，可控成本（工资、辅助材料）只占总成本的１２％。因此，为了提高裂解装置的投资效益，裂解装置的经济规模在不断扩大。以石脑油为原料的裂解装置，在上世纪９０年代的世界级规模是５０万吨～６０万吨／年（乙烯），现在是８０万吨～９０万吨／年，２００７年以后将达到１２０万吨～１５０万吨／年。以乙烷为原料的裂解装置，目前的世界级规模已达到１３５万吨／年（２００２年在加拿大投产），规模为１５０万吨／年乙烯的乙烷裂解装置已在中东进行规划，乙烯装置承包商认为，建设１８０万吨／年的超大型乙烷裂解装置也是可能的。但是，由于原料供应和联产品处理问题，石脑油裂解装置在中期内还不可能达到这个规模。
　　
　　尽管裂解技术具有原料多样化和装置大型化的优势，但仅靠裂解装置无论是现在还是将来都不能满足聚合级丙烯高速增长的需求。由图２可见，２０００年世界聚合级丙烯与聚合级乙烯的实际需求比为０．５６，而裂解装置的实际生产比仅为０．３９；预计２０１０年实际需求比将上升到０．５９，而实际生产比却下降到０．３４。此外，尽管裂解装置今后仍将继续在乙烯生产中发挥重要作用，可是在某些不需要或不适合建设世界级裂解装置而又需要有一定数量乙烯／丙烯生产聚合物的国家或地区，需要有替代技术来满足需求。毫无疑问，这就需要炼化生产一体化与时俱进，开拓新思路，寻求新途径。
　　
　　二、从松散一体化走向紧密一体化
　　
　　世界上大多数国家在某一地区都是先建炼油厂后建裂解厂、芳烃厂，而且各厂都有不同的业主。所以，长期以来炼化生产一体化都是简单的松散一体化，即炼油厂为裂解厂供应石脑油做裂解原料，同时为芳烃厂供应石脑油和加氢裂化重汽油做芳烃料，裂解汽油运回炼油厂加氢以后用做汽油调合组分或送芳烃厂生产芳烃。油品生产、烯烃生产、芳烃生产都是独立进行，协同作用很低。可以认为，这种松散一体化的动力主要来自烯烃生产、芳烃生产提高效率和降低成本的需要。可是，近十多年来，情况有了很大变化，炼油厂既面临着生产清洁燃料和超清洁燃料的压力，也面临着降低成本、提高利润的压力。为了实现炼化生产的效益最大化，最好的办法是通过联合、兼并、重组或区域优化，使炼油厂、裂解厂、芳烃厂从松散一体化走向紧密一体化，从分散优化走向整体优化，充分发挥炼化生产一体化的协同作用。这种紧密一体化的指导思想是，充分合理优化利用原油资源，宜烯则烯，宜芳则芳，物尽其用；实施措施是综合平衡，调整装置结构；最终目的是，提高目的产品收率，降低能耗，降低成本，实现效益最大化。由于炼油厂、裂解厂、芳烃厂的基础条件不同、产品方案不同，所以实现紧密一体化的具体做法也不一样。以一种少产汽油、多产中馏分油（喷气燃料和柴油）、多产轻烯烃的紧密一体化方案为例，其具体做法是：
　　
　　（１）所加工的原油尽可能考虑多产轻烯烃的裂解原料的需要，因为要生产清洁燃料，炼油厂有足够的加氢装置能力，所以从低硫原油到高硫原油都可以选用。
　　
　　（２）扩大裂解装置的生产能力，取消重整装置，把石脑油都用做裂解原料生产轻烯烃，裂解汽油通过加氢用做汽油调合组分，也可以通过改质转化为Ｃ２－Ｃ４正构烷烃再用做裂解原料；裂解得到的氢气供炼厂生产清洁燃料的加氢装置使用。
　　
　　（３）优化利用裂解装置的联产品Ｃ４／Ｃ５馏分，可以抽出也可以不抽出丁二烯和异戊二烯，把Ｃ４／Ｃ５馏分用于生产ＭＴＢＥ／ＴＡＭＥ，也可以用于生产烷基化油，这样既能够提高汽油辛烷值，又能够使调合汽油的蒸气压和苯／芳烃含量符合清洁汽油的要求。
　　
　　（４）利用催化裂化装置多生产轻烯烃特别是丙烯，把催化裂化装置的低浓度轻烯烃送进裂解装置的回收系统回收乙烯和丙烯。因为乙烯生产的大部分能耗在于裂解过程，所以低浓度轻烯烃是成本较低的原料。
　　
　　（５）充分发挥加氢裂化装置的作用，加氢裂化轻汽油用做清洁汽油调合组分，中馏分油用做喷气燃料和清洁柴油调合组分，加氢裂化尾油用做裂解原料生产乙烯和丙烯（如果需要，也可以用做生产ＩＩＩ类润滑油基础油的原料）。
　　
　　（６）渣油用于生产沥青或用做电站燃料，也可以通过气化进行发电、生产蒸汽和氢气。
　　
　　（７）实现公用工程一体化：整合供水、供电、供汽、供风（压缩空气）和污水处理系统，炼化生产共用，化工生产不能完全利用的低温位热能供炼油生产使用。
　　
　　（８）实现辅助设施一体化：整合技术支持、维护、采购、仓储、培训、安全等服务部门，炼化共用，降低单位产品的成本。
　　
　　这种方案是Ｓｈｅｌｌ、ＳＡＢＩＣ等公司在认真研究的基础上提出的，并已经过技术经济评估，正在欧洲和中东分步实施。
　　
　　三、裂解装置多产丙烯的新举措
　　
　　预计今后１０年，全球丙烯需求以年均６％～８％的速度增长，将超过全球乙烯需求（４％～６％）的年均增长速度。因为丁烯的价格一般既明显低于乙烯，也明显低于丙烯，所以减少丁烯、增加丙烯，可以提高裂解装置的效益。为此，ＡＢＢＬｕｍｍｕｓ公司开发了用正丁烯和乙烯生产丙烯的新技术。这项技术是把正丁烯和乙烯通过气相固定床反应器进行复分解（易位）反应，使丁烯－２和乙烯反应生成丙烯，随着丁烯－２在复分解反应中的消耗，丁烯－１被异构化为丁烯－２。催化剂促进丁烯－２与乙烯生成丙烯的反应，同时也将丁烯－１异构化为丁烯－２。丁烯的单程转化率在６０％以上，生成丙烯的总选择性在９０％以上。根据计算，用两吨丁烯和１吨乙烯生成３吨丙烯。
　　
　　以石脑油为原料的裂解装置，所生产的丙烯对乙烯的比例在０．４５～０．６５之间，取决于裂解深度。混合Ｃ４馏分中有丁二烯、丁烯和丁烷。如果不需要丁二烯作产品，可以通过选择性加氢生成丁烯，为复分解反应提供更多的丁烯。乙烯原料可以是聚合级乙烯，也可以是稀乙烯。乙烷、甲烷等饱和烃都不参加反应。同样，丁烯原料可以是多种Ｃ４馏分，包括催化裂化或石脑油裂解得到的混合Ｃ５，从抽提丁二烯或生产ＭＴＢＥ得到的Ｃ４抽余液。如果把复分解装置与裂解装置结合在一起，可以使最终产品丙烯对乙烯的比例提高到１．１，这取决于在复分解反应中原料丁烯的数量。
　　
　　以上第一套复分解工业装置建在美国Ｌｙｏｎｄｅｌｌ公司，１９８５年投产。第二套装置建在ＢＡＳＦ－Ｆｉｎａ公司的美国ＰｏｒｔＡｒｔｈｕｒ炼化一体化联合企业。石脑油裂解装置原设计生产９２万吨／年乙烯和５５万吨／年丙烯。复分解装置丙烯的生产能力是３１．３万吨／年，主要以裂解装置的丁烯和乙烯为原料，也由附近的裂解装置提供一部分丁烯和乙烯。第二套装置于２００３年投产以后，最终实际生产８３万吨／年乙烯和８６万吨／年丙烯。第三套装置建在我国上海的ＢＰ—中国石化合资的赛科裂解厂，２００４～２００５年投产；第四套装置建在日本三井化学公司的大阪裂解厂，也是２００４～２００５年投产。
　　
　　四、催化裂化装置多产丙烯的新举措
　　
　　丙烯是用量仅次于乙烯的重要石化原料。２００１年世界上约有５８％的丙烯用于生产聚丙烯，其余４２％用于生产异丙苯、丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸等石化产品。长期以来，由于裂解装置生产的丙烯不能满足需求，炼厂催化裂化装置生产的丙烯就成了丙烯的第二大来源。目前，世界上大约６０％的丙烯来自裂解装置，大约３８％来自催化裂化装置，大约２％来自丙烷脱氢装置。２００１年美国裂解装置只有２０％左右用石脑油和轻柴油做原料，约有５０％左右用乙烷做原料，可是催化裂化装置的产能高达２．８亿吨／年，约占世界催化裂化装置总产能的４１％，所以美国催化裂化装置生产的丙烯占其丙烯总产量的５３％，而西欧和亚洲国家所占的比例要小得多。鉴于炼油厂常规催化裂化装置的丙烯产率在４％～６％之间（不超过６％），难以满足丙烯需求快速增长的需要，为此，近几年，国内外一些大公司和科研院所都在开发多产丙烯的催化裂化新技术，其中有些已用于工业生产。这些新技术的共同点都是采用专门开发的含有择形分子筛的催化剂或助剂，在工艺上采用高温和短接触时间的高苛刻度操作。目前已经工业应用和已经进行工业试验的技术有以下几种：
　　
　　１．深度催化裂化（ＤＣＣ）
　　
　　由中国石化石油化工研究院（ＲＩＰＰ）开发的这项技术，采用一种含改性五元环中孔沸石的固体酸催化剂和流化床反应器，装置的工艺流程与常规的催化裂化相同，由一个催化剂流化输送的连续反应—再生系统组成。其操作条件与常规催化裂化相比，反应温度高一些，剂油比大一些，停留时间长一些。除了能得到高收率的丙烯外，还能得到富含芳烃的高辛烷值汽油组分。以石蜡基的大庆减压瓦斯油＋常压渣油为原料，可以得到２３．０％的丙烯和３．７％乙烯。另外，１９９７年在泰国建成投产的ＤＣＣ装置，加工能力为７５万吨／年，用经过加氢的中东减压瓦斯油为原料，得到５．３％的乙烯、１８．５％的丙烯、１３．３％的丁烯和３５．７％的Ｃ５—２００℃汽油。汽油的研究法辛烷值为９８．５，马达法辛烷值为８５．３。到１９９９年底，国内外已有７套ＤＣＣ工业装置投产。
　　
　　２．催化热裂解（ＣＰＰ）
　　
　　ＲＩＰＰ开发的ＣＰＰ技术是在ＤＣＣ技术的基础上发展起来的。除了采用一种新配方催化剂外，还采用了提升管反应器，操作条件比ＤＣＣ更苛刻。２０００年１０月至２００１年１月在１套８万吨／年装置上进行了工业试验，原料油为４５％大庆减压蜡油掺５５％减压渣油，其性质近似大庆常压渣油。在反应温度为６１０℃时，乙烯收率为１３．７１％，丙烯收率为２１．４５％；在反应温度为６４０℃时，乙烯收率为２０．３７％，丙烯收率为１８．３３％，裂解汽油富含芳烃，辛烷值高。不难看出，ＣＰＰ技术的特点是，除了能得到高收率的丙烯外，还可以通过改变操作条件调节丙烯／乙烯的比例，得到较高的乙烯收率。
　　
　　３．Ａｐｅｘ催化剂
　　
　　这是美国Ｄａｖｉｓｏｎ公司专门开发的一种提高催化裂化丙烯收率的新催化剂。因为它采用专有的择形分子筛和基质技术，不但可以大幅度提高丙烯收率，而且可以在有污染金属存在的情况下减少生焦。用Ａｐｅｘ－１５０催化剂，以一种含Ｎｉ＋Ｖ５０００μｇ／ｇ的重油为原料，反应温度５６５℃，转化率８４．９％，得到丙烯１７．８％、乙烯１２．６％、Ｃ５以上汽油３２．２％、轻循环油＋重循环油１５．１％；用Ａｐｅｘ－２００催化剂，以一种含Ｎｉ＋Ｖ＜１００μｇ／ｇ的蜡油为原料，反应温度５６５℃，转化率８５％，得到丙烯２２．４％、乙烯１６．５％、Ｃ５以上汽油２８％、轻循环油＋重循环油１５．０％。这种新催化剂已通过工业试验。
　　
　　五、思考与启示
　　
　　通过联合、兼并、重组和／或区域优化，实现炼化生产紧密一体化，是当今世界炼化生产的发展趋势，这既是充分发挥炼化生产的协同作用，充分利用石油资源，降低能耗、物耗、生产成本，提高经济效益的需要，也是油品升级换代、调整油品结构、增产石化原料、满足市场需求的需要。
　　
　　世界级规模的裂解装置固然有规模效益和竞争优势，但投资很大，还需要有足够的原料资源供应，也难以大幅度增产丙烯，因此，在缺少石油资源的国家难以普遍推广。催化裂化装置相对投资较少，可以用重质原料生产轻质烯烃特别是多产丙烯，目前的丙烯收率已经超过石脑油裂解的水平，因此也是今后的发展趋势。对于催化裂化装置产能较大而又需要大量丙烯的国家而言，通过催化裂化生产丙烯，看来是满足丙烯需求快速增长的有效途径。