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面向从劣质原料清洁高效生产高价值产品的挑战
——第18届ERTC年会综述

2014-04-07曹建军

石油炼制与化工 2014年5期
关键词:炼油厂炼油柴油

程 薇,傅 军,曹建军,林 崧

(1.中国石化石油化工科学研究院,北京100083;2.中国石化经济技术研究院;3.中国石化炼油事业部)

欧洲炼油技术会议(ERTC)第18届年会于2013年11月19—21日在匈牙利布达佩斯举行。会议交流了8篇大会报告和39篇专题报告;设立9个专题单元,包括“装置和原料灵活性以及扩大产品范围”、“劣质原油、渣油和重油加工技术”、“提高利润”、“排放控制和捕集”、“提高能效”、“生物燃料和生物质”、“增产石化产品”、“资产优化利用”、“技术和工艺进展”。欧洲炼油厂现在利润很低,需要调整产品结构,通过技术投资转向柴油和石化产品等高价值产品,并进一步提高效率,更有效地利用现有资源。

1 大会报告

8篇大会报告中包括3篇主旨报告。开幕主旨报告主要探讨了全球石油需求和炼油行业发展趋势以及欧洲的处境[1],另外两篇主旨报告分别介绍了欧盟的炼油“适应度调查”[2]和英国炼油工业现状及其面临的挑战[3]。其余5篇大会报告主要分析了欧洲炼油厂的竞争力和面临的挑战、适应行业需求变化和提升利润的策略、欧盟生物燃料政策、以及俄罗斯炼油工业的变化[4-8]。

1.1 全球石油需求和炼油行业发展趋势

在过去10年中,欧洲石油消耗量下降11%,美国下降7%,而亚洲增长了35%。2000年以来全球石油需求增长的68%被亚洲市场占据[5]。匈牙利最大的综合性石油和天然气集团公司MOL集团首席经济师认为,石油需求的缓慢增长将是全球的长期特点,而不是短暂的问题。除非炼油厂关闭的速度加快,否则全球炼油能力过剩的问题在未来5年内不会缓解。天然气价格将长期低于石油价格。石油消费的唯一希望在新兴市场的运输领域。全球炼油发展的趋势是离资源或者市场更近,炼油厂正朝着市场或资源优势地区靠拢,而欧洲两者都缺乏[1]。

1.2 欧洲炼油厂面临的挑战和应对策略

欧洲石油需求下降,炼油能力过剩,利润率下降,既缺少资源,也缺少市场,同时还面临来自美国、中东和俄罗斯的竞争以及俄罗斯原油出口情况变化导致的欧洲获取资源优势的下降,越来越多炼油厂倒闭,炼油黄金时代一去不回,处境维艰。部分欧洲炼油商在大力呼吁政策调整之外,也在积极寻找提升炼油利润的有效途径,如降低操作成本、调整产品结构、提高装置利用率、发展油化一体化等。

伍德·麦肯锡咨询公司指出,2030年前汽油需求大幅下降导致欧洲车用燃料需求下降,而由于北美和中东地区汽油缺口下降,汽油贸易量将减少,欧洲的汽油出口市场将缩小,美国、俄罗斯、中东和亚洲的炼油厂将竞争供应欧洲柴油市场;美国廉价致密油气供应增长以及墨西哥湾沿岸(USGC)炼油厂较高的复杂度使其比欧洲炼油厂具有更高的竞争力;俄罗斯税收政策变化推动其炼油厂升级改造,预计其向大西洋盆地/欧洲炼油厂出口的重质原料(VGO和直馏燃料油)将显著减少,其出口管线去向增多,导致一些中欧炼油厂失去一些原油成本上的优势;中东国家石油公司正在建设大型、复杂度高的新炼油厂,其产品竞争力在欧洲市场所向披靡;上述变化导致欧洲炼油工业面临巨大压力,预计从2012年到2018年欧洲原油加工量将下降1.90Mbbl/d(95Mt/a,1bbl≈159L)(额定能力的10%),大欧洲区炼油厂利用率将进一步下降,从2012年的67%降至2018年的61%,更多欧洲炼油厂在未来几十年将面临倒闭的风险[4]。

MOL集团生产部高级副总裁指出,欧洲市场柴汽比需求的急剧变化更加剧了欧洲炼油厂压力:2010年柴汽比为2.1,2015年为2.8,到2020年将提高至3.5。面对欧洲原料成本上升、产品需求变化、产能过剩等宏观经济环境,欧洲总炼油能力的20%已经易手,而约10%产能已经关闭。要恢复到经济危机前的炼油产能利用率,欧洲还要关闭约70Mt/a的产能。这对整个欧洲炼油行业都是巨大挑战[5]。

英国炼油工业及其营销活动贸易协会(UKPIA)发言人指出,目前英国部分石油产品对外依存度已超过国际能源署(IEA)短期能源安全模型(MOSES)提出的净进口指标基线45%,喷气燃料净进口已达56%,柴油已达48%;如果炼油厂倒闭增加,到2030年,英国喷气燃料净进口可能达到78%,柴油将达77%,于国家能源安全不利[3]。

UKPIA认为,对于英国乃至欧洲来说,石油仍将是未来能源结构的重要组成;满足苛刻的环境立法要求需要高昂的成本,加上炼油产品结构调整所需的投资,将阻碍英国炼油工业利润的提升;若给予适当的政策调整,在公平的竞争平台上,英国的炼油企业还是有竞争力的[3]。

关于政策问题,欧盟正进行有关政策和立法是否适应炼油工业发展需求的研究,以促进欧洲工业复兴。炼油行业的“适应度调查”工作范围包括:可再生能源指令、能源税指令、欧盟排放交易体系、燃油质量指令、清洁和高效节能汽车指令、工业排放指令、战略石油储备指令、船用燃料指令、能效指令、空气质量。该项调查的框架由宏观经济贡献、能源供应安全性、炼油与原油市场分析、炼油板块的经济学组成。同时会兼顾潜在外部因素在建模过程中的影响,如北美油气供应、欧洲汽油需求变化等。欧盟“适应度调查”从2012年11月启动,经过任务准备、定量研究和定性评估阶段,最终报告将于2014年8月至9月发布[2]。

关于可再生能源指令,HART能源咨询公司指出,欧盟在生物燃料方面的政策试图在同一时间解决太多问题,这实际阻碍了欧洲生物能源的发展。目前,不论是生物乙醇还是生物柴油,欧洲都是净进口地区。生物燃料有助于实现能源结构的多元化,但决不能依赖其解决所有问题。能源政策的效果应以全球能源趋势作为评估的一个要素,来判断是否正确或合理[8]。近期,欧盟将2020年交通运输燃料用量中从食用作物生产出来的第一代生物燃料的用量限值定为6%,而此前的政策是到2020年交通运输燃料用量中可再生能源至少占10%,其中绝大部分依靠生物燃料,而未规定第一代生物燃料占比。

为了应对挑战,提升利润,需要提高欧洲炼油厂的竞争力。伍德·麦肯锡咨询公司指出,炼油厂结构是决定炼油厂竞争力的重要因素,复杂度较高的欧洲炼油厂现金利润也较高[4]。MOL集团提出将通过新工艺方法、新型反应设备和新的产品结构实现模式转变,以应对市场需求,通过降低综合成本和调整产品销售组合来增加利润收入[5]。道达尔公司介绍了通过炼油和化工一体化提高利润率的目标和途径。2010年该公司炼化板块利润率为6%,将通过在美国、欧洲、中东、韩国的6个主要平台上的大型炼化一体化新改扩建项目来提高1.5百分点,通过发展专用化学品提高0.5百分点,通过调整资产结构提高2.5百分点,通过提高效率和集成提高2.5百分点,2013年达到9.5%,2015年达到13%。到2017年一体化平台将占所用资本的70%,占炼化净收入的75%。炼油和化工的一体化包括烃类物流、服务和能量等多方面的集成。在美国的工厂中将利用乙烷和LPG作蒸汽裂解原料,在比利时工厂中将利用炼油厂尾气作蒸汽裂解原料,在沙特新建的加工阿拉伯重油的炼化一体化企业正在投产,在韩国工厂将新建芳烃联合装置,韩国工厂一体化平台的产品中有50%为化学品,另外50%为石油产品(喷气燃料、柴油)。公司发展规划中重点关注的3项优先要务是:安全、预防重大环境风险、利用率[7]。

1.3 俄罗斯炼油工业的发展

俄罗斯是欧洲最主要的石油进口来源国,其变化对欧洲的影响不容小觑。据俄罗斯石油公司ROSNEFT介绍,俄罗斯石油产量将持续缓慢增长,原油出口仍将维持50%以上。与此同时,原油加工量将略有降低,但受税收政策刺激,轻质油品产量增加。2011年,税收政策明显收紧,税收刺激主要在于加强提高转化率和提升质量的投资,促进产业升级。高品质汽油、柴油产品的缴税额低于低品质产品,且税额差将进一步扩大。政府已明确到2020年炼油产业升级的3大关键目标:轻油收率将由2012年的55%提高到2020年的66%;燃料标准结构从2012年的欧Ⅴ以下占70%,至2020年全部实现欧Ⅴ;老装置升级。炼油产业升级主要是满足质量要求和进行产品结构调整,适应市场需求。ROSNEFT旗下Tuapse炼油厂拟实施升级计划,成为俄罗斯炼油业的领头羊,炼油规模自5Mt/a提高到12Mt/a,轻油收率达到90%以上,纳尔逊复杂度指数达到8[6]。

2 专题报告

2.1 装置和原料灵活性以及扩大产品范围

本专题报告主要介绍了从分子管理的角度出发,利用溶剂脱沥青和脱沥青油中胶质加氢组合(SDA-RT)工艺,经济有效地提高渣油加工的液体收率[9];利用软件预防原油预热单元结垢[10];利用更高活性的生产超低硫柴油和进行加氢裂化预处理的催化剂来延长装置运转周期、提高处理量、加工更劣质更便宜的原料、改进加氢裂化装置产品结构[11];加工油页岩的技术进展[12];利用加氢异构脱蜡技术提高生产的灵活性,根据市场需求调节脱蜡程度,满足苛刻的产品质量要求,提高柴油收率,加工劣质原料[13];用来源于废旧轮胎的碎橡胶改质渣油,生产高品质橡胶沥青,提高炼油厂利润[14]。

Foster Wheeler公司介绍了SDA-RT组合工艺及其与焦化相结合作为渣油加工方案的优势,分别对比了基于馏分油加氢裂化和基于FCC的炼油厂中不同渣油加工方案的产品产率和经济性。SDA-RT组合工艺是将溶剂抽提后的脱沥青油(DAO)中的胶质分离出来进行加氢处理,然后再一次抽提以增加高质量DAO收率。其中用到分子管理的理念,将富含稠环芳烃的胶质大分子分出来单独加氢处理,使其部分转化为适于用作加氢裂化原料的分子。与仅有焦化相比,SDA与焦化集成能增加液体收率,减少焦炭产率,增加炼油厂利润;SDA-RT与焦化组合能以低成本达到渣油加氢裂化的效果,有利于提高柴油收率,不产生重质残渣液体产品;现场利用石油焦发电和产汽可以进一步提高利润[9]。

IHS公司的SmartPM软件用动态的结垢模型来预测不同原油构成的结垢情况,可进行数据回归,优化装置性能,控制操作条件,用于减少炼油厂原油预热单元结垢、提高经济性,已在北美和南美、欧洲、澳洲、印度和中国的17个原油预热单元中得到应用[10]。

丹麦Haldor Topsoe公司基于HyBRIMTM工艺制备的以NiMo为活性组分的催化剂TK-609主要针对生产超低硫柴油(ULSD)及加氢裂化预处理而设计,可延长装置运转周期、提高进料量、加工更劣质更便宜的原料、改进加氢裂化产品结构。HyBRIMTM这一理念是在BRIMTM工艺基础上的创新发展,使用一种改进的制备步骤,制备出更加理想的载体孔结构,优化了活性金属和催化剂载体之间的相互作用,使催化剂兼备高活性和高稳定性。与前一代的TK-607BRIMTM相比,TK-609HyBRIMTM的催化活性高出40%而稳定性相当:在生产相同目标质量的产品时,起始运行温度降低了7~8℃;在相同的操作条件下,所得产物的硫、氮含量更低,密度下降更多[11]。

Petrobras公司将油页岩转化为页岩油的PETROSIX工艺的近期发展是:设计了发电厂;热气体分布器的新设计;建设了一套中试装置;开发了工艺模拟软件;工艺集成和CFD研究;减少水耗;研究Irati岩层以外的其它油页岩。该公司油页岩加工面临的挑战和机遇有:从废页岩中回收热量;利用细粉进行发电或生产肥料;工艺集成;油页岩是一种被开采程度低的能源;PETROSIX工艺适于加工许多种油页岩;拥有专业的研发力量[12]。

埃克森美孚研究工程公司(EMRE)的异构脱蜡技术MIDW与UOP公司的加氢精制(Unifining)/加氢裂化(Unicreaking)工艺组合形成了生产优质燃料及润滑油的集成工艺。MIDW在保证较高的柴油收率以及十六烷值的前提下,能够显著改善柴油的低温流动性,可以应用于生产在寒冷气候下的低凝点柴油。最新的MIDW采用新的非贵金属催化剂,适用于原料中S、N杂质含量高的情况。MIDW的技术关键是防止原料过分裂化,使加氢异构化产品的馏程仍在原料馏程范围之内,改进馏分油的低温流动性;通过较高的芳烃饱和性能来维系较高的十六烷值。还具有适当降低柴油干点的作用(可以提高原料干点以生产更多柴油)以及显著的脱硫活性(可以降低前面加氢脱硫装置的苛刻度)。目前已经有11个商业化装置在运行,6个正在设计或建造当中。最近的应用包括:采用贵金属催化剂在很低的压力下(氢分压为1.86MPa)用于加工低硫原料(加氢裂化柴油),可生产出无杂质的柴油,并可应用于极寒气候;贵金属催化剂被放置于生产超低硫柴油装置的最后一个床层中,根据季节变化调节脱蜡深度;采用非贵金属催化剂的MIDW与加氢精制和加氢裂化工艺相结合加工超高硫含量(8 600μg/g)的原料,生产超低硫柴油,与催化脱蜡相比,柴油体积收率高约16百分点[13]。

MOL公司开发的化学稳定的橡胶改性沥青RmB 45/80-55,由沥青、粉碎的橡胶、专用添加剂(0.1%~0.3%)加工而成,其性能与添加SBS聚合物的PmB性能相当,而生产成本更低。用来源于废旧轮胎的碎橡胶改质渣油,可在炼油厂生产RmB,是一种提高炼油厂利润的渣油改质方案[14]。

2.2 劣质原油、渣油和重油加工技术

本专题报告主要介绍了针对重油和超重油加工设计的模拟软件[15]、用于渣油加工的催化裂化催化剂[16]、悬浮床渣油加氢技术 EST[17]、以及解决蒸馏塔之前重质原油加工问题的助剂[18],主要注重技术对劣质原料的适用性,其中EST技术首次工业应用是本次大会最引人注目的一项技术突破。

Invensys公司专门为重油和超重油开发了一款更精确的模拟方法。从2007年开始,逐步解决了表征、黏度、热导率、汞溶解度等问题,目前正在解决氢溶解度问题。精确模拟可显著减少设计和运行成本[15]。

Grace公司的第二代多产低碳烯烃催化剂比第一代产率更高,丙烯和丁烯产率分别由原来的10%提高到11.8%和11.5%,已在西欧某炼油厂得到验证。在西欧某重油催化裂化(RFCC)装置中,Grace公司的NEKTOR催化剂与竞争对手的低Z/M催化剂相比,干气产率更低、汽油产率提高、塔底油转化率提高、催化剂磨损改善。利用EnhanceR平台开发的MIDAS®催化剂,具有更好塔底油裂化性能,已在全球100多家炼油厂应用。EnhanceR平台在多产轻质烯烃和改善焦炭选择性方面处于开发的最后阶段[16]。

ENI公司的渣油悬浮床加氢技术EST的首套工业装置已于2013年10月14日在意大利圣纳扎罗炼油厂进油投产,11月中旬加工负荷达到70%。该装置加工能力为23kbbl/d(约1.30Mt/a),包括两个悬浮床反应器和两个改质反应器,以减压渣油为原料。反应器高度58m,直径5 400mm,壁厚267mm,质量2 000t。设置第二个改质反应器是为了进一步脱除所得VGO馏分中的氮。EST技术将渣油转化为较轻质产品,转化率达97%以上。ENI公司还提出了一个“Simplex完全转化炼油厂方案”的概念,相对于“复杂(Complex)炼油厂方案”来说,加工流程较简单,能耗较低[17]。

Dorf Ketal公司开发了用于重油脱盐单元的破乳剂、不含酸的新型脱钙助剂、洗涤水pH管理助剂、脱胺助剂和用于预热单元的抗结垢剂,解决加工质量较差的机会原油时存在的问题,使炼油厂获得更高利润[18]。

2.3 提高利润

本专题报告主要介绍了生产超低硫柴油的更高活性的加氢精制催化剂[19]、适用于不同类型原料和生产目标的催化裂化催化剂和助剂以及用于催化裂化装置优化的模拟方法[20]、增产中间馏分油和生产用作蒸汽裂解原料的高质量加氢蜡油的加氢裂化催化剂[21],主要通过催化剂技术进步,以较低成本增产高价值产品(超低硫柴油、烯烃或化工轻油)来提高利润。

Axens公司的ImpulseTMHR1246催化剂在TOTAL公司位于法国巴黎郊区的Grandpuits炼油厂用于生产超低硫柴油。该催化剂为CoMo催化剂,已授权16套装置,有6套在运转中。Grandpuits炼油厂2号超低硫柴油生产装置第一床层采用30%的再生催化剂,第二床层采用70%的新鲜ImpulseTMHR1246催化剂,2012年1月投产。工业应用结果表明:对于API重度为34.8,硫质量分数0.15%~0.4%,95%馏出温度(ASTM D86)为365℃的进料,在氢分压3.2~3.5MPa、体积空速2.25h-1、氢油体积比180、氢纯度85%~90%的操作条件下,产品硫质量分数平均为8.5μg/g;与之前使用的催化剂相比,可以处理更多劣质原料,装置加工能力可增加到设计能力的110%~115%,在相同稳定性条件下催化剂活性增加约10℃。通过研究不同物流对催化剂寿命周期的影响,仔细调配原料的调合比例,可以获得更大的利润提升[19]。

BASF公司能够为炼油厂提供催化剂置换服务、适用于不同类型原料(轻质原料、渣油原料)和生产目标(多产汽油、多产柴油、多产丙烯和异丁烯、降低SOx排放)的催化裂化(FCC)催化剂和助剂以及用于FCC装置优化的多元统计模拟。2013年新推出低稀土催化剂Phinesse。其新的循环提升管装置成功在美国新泽西州Iselin实验室投用并满负荷运转。将在其位于德国海德堡的子公司HTE启动新的FCC催化剂测试和研究实验室[20]。

Criterion/Zeolyst公司的加氢裂化催化剂Z-FX10用于多产喷气燃料A-1和超低硫柴油、减少氢耗、生产高质量加氢蜡油用作蒸汽裂解原料,于2012年11月开始在壳牌公司Pernis装置上使用。Z-FX10采用具有更高纯度、更好产品选择性、更高活性的新型分子筛和具有改进扩散、降低压降功能的新型三叶草形状,比前一代催化剂Z-3723的中间馏分油选择性高出3~4百分点,而氢耗和加氢蜡油的氢含量与使用Z-3723时相近。Z-FX10的应用,增加了油化一体化的经济效益,年边际效益增量大于500万美元[21]。

2.4 排放控制和捕集

本专题报告主要介绍了炼油厂排放检测技术、烟气净化技术、FCC装置大气排放控制技术,主要是针对SOx、NOx、颗粒物和HCN等大气污染物的排放控制和处理,指出HCN的排放已开始受到关注。

Technip公司的EDWare技术用于炼油厂排放检测,通过构建一个环境数据管理平台,满足HSE管理的各种需求,技术成熟,已有近20年的应用经验,2011年起在意大利曼托瓦的MOL集团IES炼油厂应用[22]。

Haldor Topsoe公司的SNOXTM技术可在使用高硫燃料的炼油厂中高效低成本地脱除烟气SOx、NOx和颗粒物,技术特点为:①NOx脱除率可达96%,可将98%的SOx转化为商品等级的H2SO4,颗粒物全部脱除;②一般可提高5%的热效率和蒸汽产量;③除使用氨进行NOx脱除外,不增加任何消耗,尤其是不消耗石灰和石膏,不耗水;④无新三废产生;⑤还可用于处理酸性气、克劳斯尾气及其它含硫气体等;⑥可维护性好,碳排放低[23]。

Johnson Matthey公司分析了FCC装置大气排放控制的大趋势,介绍了SOx、NOx和HCN排放控制措施。指出:①在完全再生工况下,当前的降低SOx排放助剂可满足排放限值要求;②在完全再生工况下,降低NOx排放助剂可降低排放60%~70%;③HCN排放已开始受到关注。分析了HCN生成规律:在450℃下,HCN开始生成;在650℃下,产生HCN第二个峰值;温度继续升高,HCN向NO和N2转化。在较低温度、高氧浓度下,HCN易于形成;HCN向NO和N2转化需要高温和充分的床层停留时间;在较高温度下,含铂CO助燃剂倾向于将HCN转化为NOx,无铂CO助燃剂倾向于将HCN转化为N2。该公司正在开发新的烟气排放控制技术,可实现NOx零排放,并降低85%的 HCN 排放[24]。

Praxair公司的CONOx技术将高速氧气喷射器安装于FCC再生烟气管道,通过喷射热氧,破坏CO和NOx的生成。该技术投资低、运行成本可控,可降低NOx达60%。在不完全再生工况下,可在高CO下实现NOx低排放;在完全再生工况下,在低过剩氧含量下实现低NOx排放和低CO排放。对于节能,可降低CO锅炉燃料消耗;具有降低CO2排放潜力。通过下游处理、添加助剂或调整再生条件,可进一步降低NOx或CO。可在装置不停工条件下进行安装。该技术目前已在美国瓦莱罗石油公司阿德莫尔炼油厂应用[25]。

Belco公司对EDV®水洗技术升级,以满足日益严格的大气排放标准。目前排放标准为SOx不高于,颗粒物(干)不高于25mg/m3,NOx不高于。EDV升级主要措施为:①脱硫:溶剂pH从6.8调整为7.1;增加喷嘴数量,增加气液相接触;循环前换热,降低工艺温度;②减少颗粒物排放:增加过滤模块,改善过滤性能;③脱氮:增加LoTOx过程,采用专利注臭氧工艺,使NOx脱除率不低于95%,NOx排放浓度不高于10μL/L,具体措施包括提高水洗塔高度、增加臭氧注入点、在现有水洗塔前增加LoTOx塔等[26]。

2.5 提高能效

本专题报告主要介绍了利用换热器和实时在线能量管理系统来降低炼油厂能耗。

Heatmatrix公司介绍了一种塑料材质的高通量防腐、轻质换热器,具有易于安装、易于维护的特点,尤其耐露点腐蚀、硫腐蚀性能较佳,可原位清污。可应用于多种类型工艺加热炉和干燥器的空气预热。典型案例下,通过3%的烟道气循环可降低高达40%的NOx减排。通过降低排烟温度,可回收50%的低温余热,投资回收期约1.5年[27]。

Bazan集团的HDS装置反应产物冷换系统由于分配不均匀造成各路温度不同,从而产生空冷效果不理想、换热器管程腐蚀、末段空冷管束变形移位、氨吸收循环气超温等现象。通过重新设计,形成对称型结构,实现物料平均分配,效果大大改善[28]。

科威特国家石油公司(KNPC)在 Mina Al-Ahmadi炼油厂采用SOTEICA的实时在线能量管理系统来进行公用工程系统的整体优化,降低能量消耗和排放,2012年6月投用。该系统在科威特国家石油公司MAA,MAB,SHU 3个炼油厂同时实施,年收益均在百万美元级[29]。

2.6 生物燃料和生物质

本专题报告主要介绍了GTI公司的IH2®生物质直接转化制油技术的商业化进程,CEPSA公司的藻油、生物喷气燃料、生物柴油项目进展,雅宝公司的合成气热化学转化制乙醇技术。

GTI公司开发的IH2®技术是一项美国能源部财政补贴的、前景可观的生物质直接转化制油技术,适应多种原料,收率可达67~172gal/t(1gal≈3.785L),针对不同目标产品开发了3代技术,催化剂得到了较好的改进,产品收率和产品质量得到较大提升。目前2 000L/d的装置已完成工程设计[30]。

Cepsa公司研发中心的植物油制生物燃料技术于2005年开始开发,目前已实现工业化,掺兑比例约3%。微藻制油技术尚处于研发中。生物喷气燃料技术仍在改进中,目前正致力于从2代、3代植物油,经过加氢、异构、分离等过程生产生物喷气燃料,有一个项目拟于明年完成。鉴于全球许多国家同意实施全球碳交易路线,欧盟拟收窄其温室气体项目范围,将对生物喷气燃料项目产生影响。利用丙酮、丙三醇生产缩酮作为柴油添加剂的项目在不同公司各有其研发侧重点,但仍存在一些挑战[31]。

雅宝公司的合成气热化学转化制乙醇技术旨在满足美国可再生燃料标准对先进生物燃料用量的要求。该技术大致可分为4部分:①生物质气化和合成气净化;②合成气压缩、转化,生成混合乙醇;③H2、CO和甲烷循环;④混合乙醇精馏和甲醇循环。其中转化部分采用的 MA-15催化剂特点为:CoMo系催化剂,可达百吨级产量;可进行器内或器外硫化;对进料不要求无硫,100μL/L左右的硫含量可使催化剂保持最佳活性;活性和选择性高[32]。

2.7 增产石化产品

本专题报告主要介绍了GTC公司的从FCC汽油中回收芳烃的抽提技术和中国石油化工股份有限公司(简称中国石化)的DCC技术。

GTC公司的GT-BTX PluS®技术通过溶剂抽提对70~150℃的FCC汽油进行分离,抽提出来的硫和芳烃去加氢脱硫,得到C6~C10芳烃。该技术的好处是:如果产品全部作汽油,则硫质量分数可以降至10μg/g以下而没有辛烷值损失;如果用于生产芳烃,除了抽提出来的这部分芳烃之外,富含烯烃的抽余液可以再去芳构化,裂化汽油中苯的体积分数低于0.5%;抽余液也可去增产丙烯[33]。

中国石化多产丙烯的DCC技术目前已完成18套装置授权,12套在中国,2套在泰国,3套在印度,1套在沙特阿拉伯(最大的1套,4.60Mt/a,丙烯产率18.5%)[34]。

2.8 资产优化利用

本专题报告主要介绍了利用动态优化技术对渣油加氢装置的优化[35];通过使用天然气代替石脑油、增加预转化装置以及设置低变反应器等方法降低制氢成本[36];通过使用高性能反应器内构件和先进的催化剂,以较少的投资改进超低硫柴油生产装置[37];通过使用无级调量控制系统改进炼油过程压缩机控制[38];提升稳步停工的方法[39];以及利用反应器模型诊断和解决FCC装置的操作、可靠性和排放问题[40]。

Neste Oil公司波尔沃炼油厂渣油加氢装置由沸腾床加氢(LCF)和缓和加氢裂化(MHC)两个单元组成,LCF包括3个沸腾床反应器和一个精馏单元,MHC是传统的两段单元;装置还包括制氢单元,生产99.9%纯度的氢气,大部分氢气用于渣油加氢过程。APEX公司采用通用的动态优化技术(GDOT)优化对渣油加氢装置的重蜡油切割点控制和喷气燃料闪点控制,可快速、精确地变更生产模式,比如生产 WWFC等级的柴油(Neste Pro柴油)或瑞典 MK1标准柴油[35]。

Clariant公司介绍了氢气生产和操作的优化。制氢装置有多种流程结构;每种结构有各自的优势和不足;高原油价格导致高石脑油价格;用液化天然气(LNG)代替石脑油制氢的成本更低;增设预转化器可以增加制氢装置的原料灵活性,降低能耗和过程成本;设置低变反应器有助于降低制氢原料成本[36]。

巴西石油公司Reduc炼油厂采用壳牌催化剂及反应器分布器等内构件改造原有超低硫柴油装置,提高了催化剂使用效率和装置处理能力,改善了产品质量。生产超低硫柴油结果如下:原料馏程范围200~375℃(5%~95%)、密度851kg/m3、硫质量分数9 300μg/g、氮质量分数1 000μg/g、十六烷指数50;低硫柴油产品馏程范围205~368℃(5%~95%)、密度833kg/m3、硫质量分数6μg/g、氮质量分数10μg/g、十六烷指数56。装置改造投资只相当于新建装置成本的一小部分[37]。

Hoerbiger公司介绍了利用无级调量提高炼油过程压缩机控制的观点。无级调量控制系统具有如下优势:相比循环阀控制和步进式控制,具有很高的节能效果;每一级压缩段具有最大的效率和操作灵活性,减少压缩机资金和维护成本;推动组合压缩机的概念:一台压缩机可以为炼油厂的几个过程提供氢气;无级调量对过程的可控性具有快速响应能力;现有的压缩机易于集成[38]。

2.9 技术和工艺进展

本专题报告主要介绍了新的加氢和重整催化剂技术、控制结垢技术、降低三废排放技术以及催化剂评价技术。

ART公司2013年新推出的SmART加氢催化剂体系产品包括用于催化直接脱硫的CoMo催化剂425DX和用于催化饱和/脱除路径的NiMo催化剂545DX。ART公司的加氢裂化催化剂适用于各种工艺流程结构和雪佛龙鲁姆斯全球公司(CLG)授权的所有加氢裂化装置。在CLG授权的2004—2015年间投产的加氢裂化产能中,从转化率来看,90%~100%的占66.2%,70%~80%的占20.1%,70%以下的占13.7%;从工艺流程结构来看,采用两段循环(TSREC)流程的占75.2%,采用单段一次通过(SSOT)流程的占22.6%,其余占2.2%[41]。

2013年UOP公司推出新的重整催化剂R-334,提高环化相对于裂化的选择性,从而提高C5+、H2和芳烃产率;与2000年推出的R-234相比,目标产物产率提高约2百分点。新的高中间馏分油选择性加氢裂化催化剂HC-130LT,具有提高中间馏分油产率、在喷气燃料和柴油之间灵活调节、将氢气加给目标转化产品、降低氢耗、改进馏分油产品的冷流动性能等作用[42]。

Baker Hughes公司提出,转化率是减黏裂化经济性的主要驱动力;转化率最大化要求操作条件的精细控制和优化,不仅是减黏装置,而且也包括蒸馏装置,对不同的装置具体方案是不同的;新的监控技术关键是减黏装置的优化,同时采用阻垢剂减缓结垢。IES Mantova炼油厂的优化实现了很好的效果:转化率增加26%,长周期运行提高64%,减少低价值产品4%,对热清焦次数和废焦的产生无不利影响[43]。

Bechtel公司称其设计的延迟焦化装置能满足当前最严格的环保要求,已得到实践证实。设计了雨水回收系统;对加工过程水进行利用:让蒸发水在密闭排污系统中冷凝,冷凝水被循环用于切焦水或循环回酸性水汽提系统;利用ThruPlus的密闭排放系统控制VOC排放;对PM排放进行控制[44]。

Merichem公司的腐蚀性排放物的处理工艺MERICONTM技术,是一种对腐蚀性排放物通过化学方法(深度中和及分离)进行预处理使其达到后续处理或回收工艺原料质量要求的技术。其特点为:投资成本低;反应较温和;操作简单;效率高;化学需氧量(COD)可以降低90%;可以处理不同排放物的混合原料。该技术在某欧洲炼油厂用于处理来源于液化石油气的含硫化合物、FCC的含硫、含酚化合物和煤油等生产过程中的酚类物质等混合的腐蚀性蒸气,并预留了未来炼油厂发展产生的焦化单元酸性水的处理能力,安装了两套相同的 MERICON Ⅲ装置,处理量为2.3m3/h,应用效果:可除去81%的酚醛树脂;满足COD指标;没有盐水的污染,满足商业化要求;如果进一步优化处理工艺,COD及酚醛树脂的脱除率能达到90%以上。未来可以用于酸性气体以及固形物的处理[45]。

Avantium公司介绍了其用于评估ULSD加氢处理、重整、异构化、加氢裂化催化剂性能的试验平台。该公司研发的小型加氢处理实验装置具有以下优点:高效的操作平台,重复性强;本质安全;极少的物料消耗,极少的废料排放;降低实验室基础设施的投入;操作条件更容易控制;试验数据与实际结果关联性强。通过该试验平台进行催化剂性能评估测试的优点为:催化剂评价成本低,运行周期长(寿命长,稳定性好),应用范围广,有利于提出解决方案[46]。

HTE公司介绍了高通量试验方法和HTE公司进行的商业催化剂测试——缓和加氢裂化、柴油加氢脱硫、重油加氢的催化剂评价。该高通量实验装置具有以下特点:能够为不同反应要求设计不同规格的催化剂评价装置;能够为小试装置提供理想的数据分析和处理手段;小试装置可满足工业催化剂的评价需要;对催化剂的测试使用量为1~100mL[47]。

3 结束语

本次大会传达的重要信息主要有:

(1)全球炼油发展的趋势是或者离资源更近,或者离市场更近,炼油厂正朝着市场或资源优势地区靠拢,而欧洲两者都缺乏。欧洲总炼油能力的20%已经易手,而约10%产能已经关闭。更多欧洲炼油厂在未来几十年将面临倒闭的风险。

(2)炼油厂结构是决定炼油厂竞争力的重要因素,复杂度较高的欧洲炼油厂现金利润也较高。为了提高利润,炼油厂要调整产品结构,转向柴油和石化产品等能够带来更高利润的产品。炼油厂的效率要进一步提高,让现有资源得到更有效的利用,这也是提高炼油厂利润的重要途径。

(3)欧洲炼油行业的“适应度调查”与未来相关监管框架的政策决策息息相关,最终报告将于2014年8月至9月发布,欧洲炼油业处于观望和期待之中。

(4)英国部分石油产品对外依存度已超过国际能源署短期能源安全模型提出的净进口指标基线45%,喷气燃料净进口已达56%,柴油已达48%;如果炼油厂倒闭增加,到2030年,英国喷气燃料净进口可能达到78%,柴油将达77%,于国家能源安全不利。

(5)俄罗斯通过税收政策刺激了对提高原油转化率和提升产品质量的投资,到2020年轻油收率将由2012年的55%提高到2020年的66%;燃料标准结构从2012年的欧Ⅴ以下占70%,至2020年全部实现欧Ⅴ。

(6)不论是生物乙醇还是生物柴油,欧洲都是净进口地区。生物燃料有助于实现能源结构的多元化,但决不能依赖其解决所有问题。欧盟已决定将2020年第一代生物燃料在运输燃料中的占比下调至6%。

(7)炼油和石化一体化是提高利润率的有效途径。道达尔公司计划通过在美国、欧洲、中东、韩国的6个主要工厂投资炼化一体化新改扩建大型项目将利润率提高1.5百分点,通过发展专用化学品提高0.5百分点,通过调整资产结构提高2.5百分点,通过提高效率和集成提高2.5百分点;炼油和化工的一体化包括烃类物流、服务和能量等多方面的集成。

(8)意大利ENI公司宣布渣油悬浮床加氢EST技术首次工业应用。在意大利圣纳扎罗炼油厂建成加工能力约为1.30Mt/a的工业装置,2013年10月14日进油投产,可将渣油97%以上转化为较轻质产品。EST技术具有原料适应性强、产品质量高、环保以及经济性好等较强的比较优势,是未来重油加工发展的一个方向。同时提出了一个“Simplex完全转化炼油厂方案”的概念。

(9)Foster Wheeler公司基于分子管理的理念,开发了SDA-RT组合工艺,即将溶剂抽提后的DAO中的胶质分离出来进行加氢处理,然后再一次抽提以增加高质量DAO收率。与仅有焦化相比,SDA与焦化集成能增加液体收率,减少焦炭产率;与渣油加氢裂化相比,SDA-RT与焦化组合能以低得多的成本达到相近的效果。

从这次大会来看,尽管欧洲炼油工业前景黯淡,但人们还是对通过投资技术来提高炼油利润抱有希望。欧洲炼油工业缺少原油资源,面临来自中东、美国和俄罗斯的激烈竞争,这个关系到国家能源安全的重要产业如何生存发展,对于同样缺少资源的我国炼油工业的未来发展有重要参考意义。

致谢:中国石化科技开发公司驻欧洲科技代表杨岭博士、中国石化抚顺石油化工研究院韩照明主任参加了本文的编写工作,中国石化科技开发公司布志捷副总经理为本文提供了宝贵意见,在此表示感谢。

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