未来中国炼油技术预见探究

2021-11-06刘晓宇邹劲松

当代石油石化 2021年10期

刘晓宇，傅军，邹劲松，何铮

（1.中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，北京100083；2.中国石化集团经济技术研究院有限公司，北京 100029）

石油炼制是重要的基础工业，在促进我国经济和社会发展中具有重要的地位和作用。经历了新中国成立70多年来突飞猛进的发展，我国石油炼制工业从无到有、由弱到强，如今已发展成为相对成熟的产业，成功开发了一系列高水平、大型化炼油成套技术，并得到全面推广应用。

未来，我国炼油技术面临着严峻挑战。炼制原料、政策环境、市场需求以及相关行业的发展对炼油技术提出了更高要求。一是我国石油对外依存度逐步提升，未来可获得的国外石油资源差异化显著，且石油资源中非常规油气比重呈上升趋势，对现有炼油技术和炼厂结构的发展趋势提出了新的要求；二是《巴黎协定》正式生效，炼制过程和产品受到日益严格的环保和碳减排约束；三是信息化技术等其他相关行业的发展，也将带动传统炼油产业升级；四是当前至2030年这一期间是我国能源结构转型的重要时期，汽柴油消费量和石油需求量均将达到峰值，同时在绿色低碳化发展的趋势下，新能源汽车迎来发展机遇，这些都将对炼化产品结构产生巨大影响。未来我国炼油行业突破发展瓶颈依赖于炼油技术进步，在此背景下，有必要运用技术预见的方法对未来炼油技术的发展趋势进行研究，提前进行技术布局，在科学预见的基础上制定和实施发展战略，抢占产业转型先机。

1 我国炼油工业和技术发展的现状

1.1 我国炼油工业的现状

目前我国炼油能力已达到8.74亿吨/年，居世界第二位，千万吨炼厂达到28座。从单系列装置规模看，已达到世界先进水平。其中常压蒸馏、催化裂化、加氢裂化、延迟焦化装置最大生产能力分别达到1 200万吨/年、450万吨/年、400万吨/年、420万吨/年。同时，我国催化裂化、加氢裂化、加氢精制、催化重整能力占原油一次加工能力的比例分别为26.2%、 9.5%、56.9%、11.2%，具有装置规模大、技术复杂程度高、产品质量高的特点。

1.2 我国炼油技术的现状

从炼油技术看，我国已掌握炼厂全流程技术，具备依靠自有技术建设单系列千万吨级炼厂的能力。以生产清洁汽油、柴油、航煤和润滑油为主的炼厂技术构成如图1所示。在这些技术单元中，我国已拥有了较高水平的渣油加氢、催化裂化、催化重整、加氢精制等系列炼油技术，形成了多产异构烷烃催化裂化（MIP）、重油催化裂解技术（DCC）、吸附脱硫（S Zorb）等优势技术；石脑油超低压连续重整等具有竞争力的核心技术；柴油超深度加氢脱硫等特色技术[1-5]。但部分技术的能耗、目标产品选择性、催化剂寿命等对炼厂经济效益有直接影响的技术指标，与国外先进技术尚存在一定差距，一些新兴先进技术的研发仍处于“跟跑”状态，如浆态床渣油加氢技术等。因此我国仍存在关键炼油技术创新不足的问题，特别需要在技术预见的基础上，提前谋划、尽早布局研发。

图1 我国炼厂基本技术组成

2 技术预见的定义和方法

2.1 技术预见的定义

技术预见（Technology Forecasting，TF）是对潜在技术的特点和产生时间进行预见的一类方法，可用于对技术的状态、参数及其变化趋势进行预见。Martin 曾经提出，所谓技术预见就是要对未来较长时期内的科学、技术、经济和社会发展进行系统研究，确定具有战略性的研究领域，选择那些对经济和社会利益具有最大化贡献的通用技术。即技术预见是基于一系列假设和大趋势，利用方法论提出未来技术发展的构想和概况的系统研究，以期把握未来科技发展趋势及其对经济和社会发展的影响，提出方向性的看法，确定重点研发领域，选择对经济和社会利益具有最大贡献的技术群[6]。

2.2 常用的技术预见方法

常见的技术预见方法有德尔菲问卷调查法、模型法、情景分析法、数据挖掘法、技术路线图法等，其中应用最为广泛的是德尔菲问卷调查法。该法是1963年美国兰德公司提出的一种预见方法，以问卷调查的统计分析方法进行。与普通问卷调查方法不同，该法采用多次调查，将上一次的调查结果反馈给下一次的调查回答者，一般分两轮进行，调查的主要对象是各领域的专家[7-8]，主要用于中长期技术预见。日本是最早开始由政府组织大规模应用德尔菲法进行技术预见的国家，从1971开始，每5年进行一次，截至2015年，已进行了10次，并且在此期间对技术预见方法进行了逐渐调整。在1971年首次进行技术预见调查中单一采用德尔菲法；在2001年第七次技术调查预见调查中，除德尔菲法外，增加了需求调查分析；在2005年第八次技术调查预见调查中首次增加了与德尔菲法平行的引文分析、社会经济需求调查分析和情景分析；在第十次技术调查预见调查中采用了德尔菲法、未来愿景、情景分析相结合的预见方法。日本科技预见调查成果用于制定“日本科学技术基本计划”等科技战略，在经济社会建设中发挥了巨大作用[9-12]。因此，本文选择德尔菲问卷调查法开展未来炼油技术预见。研究框架如图2所示。

图2 德尔菲法研究框架

3 未来炼油技术预见

炼油工业作为流程工业，各项技术之间相互耦合关联。基于炼油技术这一特点设计，设定在炼油行业惯性发展的情景下，采用德尔菲问卷调查法，研究炼油技术演化性创新情况下的发展趋势，设计研究时间段为当前至2030年。

3.1 德尔菲问卷调查内容

根据文献调研、专家咨询、同国外先进炼油技术进行对标分析，初步确定具有发展前景的炼油技术清单，分别针对未来炼油技术的重点技术领域，重要发展方向以及关键技术进行三轮次问卷调查。首先设计调查问卷，根据炼油行业特点设计问题，并邀请炼油领域内技术专家进行打分。其次建立评分机制，设计计算权重得出预见结果，并对预见结果进行分析。最后分析问卷调查结果，分别提出来炼油技术的重点技术领域、重要发展方向以及关键技术。

1）调查对象

邀请炼油行业内研究院、高校、企业的知名专家，设定选择范围为25人。

2）问卷设计

根据文献调研、国内外炼油技术研发动态，分别针对当前至2030年炼油技术加工原料、生产过程、产品3个环节的发展趋势，将炼油技术划分为11个技术领域，25个技术方向和57个关键技术，如表1～3所示。

表1 德尔菲问卷调查炼油技术领域划分

表2 德尔菲问卷调查炼油技术方向

表3 德尔菲问卷调查炼油关键技术划分

续表

针对炼油技术的价值体现设计4个评价指标，以确定未来炼油技术发展的重点领域、方向和关键技术，如表4所示。

表4 德尔菲问卷调查评价指标介绍

3.2 德尔菲问卷调查分析方法

1）专家熟悉度

由于参加问卷调查的均是炼油技术专家，无跨领域专家，所以在本文德尔菲问卷调查结果分析中忽略了专家熟悉度对定量分析的影响。

2）评价指数系数

分别采用技术重要性、技术带动性、经济发展重要性和低碳发展重要性4个评价指标对重要技术领域评价得分进行分析。根据专家对技术评价指标进行排序：技术重要性权重指数＞技术经济发展性权重指数＞技术低碳发展性权重指数＞技术带动性权重指数，德尔菲问卷调查采用的定量分析方法为：技术评价得分＝0.4×技术重要性指标得分＋0.1×技术带动性指标得分＋0.3×经济发展性指标得分＋0.2×低碳发展性指标得分。

3.3 德尔菲问卷调查结果

1）重点炼油技术领域

第一轮问卷调查如图3所示，排名前四分别为劣质原油和重油加工、基于分子水平炼油、降低能耗和调节炼厂产品结构技术领域。劣质原油和重油加工主要用于提高原料适应性；基于分子水平炼油主要目的是降低生产成本；降低能耗主要是为了降低生产成本和满足政策环境要求；调节炼厂产品主要面向解决适应市场结构变化，如表5所示。

表5 主要重点炼油技术领域技术目的

图3 重点炼油技术领域排序

2）重要炼油技术方向

第二轮问卷调查结果如图4所示，排名前五分别为催化裂化、增加高附加值产品、渣油加氢、分子水平反应过程优化和廉价制氢。催化裂化主要发展方向是适应市场结构变化；增加高附加值产品主要发展方向是降低生产成本；渣油加氢主要发展方向是提高原料适应性；分子水平反应过程优化主要发展方向是解决降低生产成本；廉价制氢主要发展方向是解决降低生产成本，如表6所示。

表6 主要重点炼油技术方向技术目的

图4 重点炼油技术方向排序

3）关键炼油技术

第三轮问卷调查如图5所示，排名前八分为石油资源分子水平利用、浆态床加氢、流程优化、固体酸烷基化、精准调合技术、多途径制氢、灵活调整产品结构的催化裂化和催化裂化生产高辛烷值汽油组分技术。石油资源分子水平利用、精准调合技术、多途径制氢技术目的是降低生产成本；浆态床加氢技术目的是提高原料适应性；固体酸烷基化和催化裂化生产高辛烷值汽油组分技术技术目的是适应政策环境变化；灵活调整产品结构的催化裂化技术目的是适应市场结构变化，如表7所示。

表7 主要关键技术目的

图5 关键炼油技术排序

4 未来炼油技术预见结果的启示

采用德尔菲法对炼油技术进行预见，通过三轮问卷分别对未来炼油技术的重点技术领域，重点发展方向以及关键技术进行调查，根据问卷调查结果分析得出未来炼油技术的重点技术领域、技术方向和关键技术主要面向解决原料，市场需求，政策环境和生产成本4个方面的问题。

1）面向原料方面，重点技术领域为劣质原油和重油加工，重点技术方向为渣油加氢，关键技术为浆态床加氢。

2）面向市场结构变化方面，重点技术领域为调节炼厂产品结构，重点技术方向为催化裂化，关键技术为灵活调整产品结构的催化裂化。

3）面向政策环境方面，重点技术领域为降低能耗，关键技术为固体酸烷基化和催化裂化生产高辛烷值汽油组分。

4）面向生产成本方面，重点技术领域为基于分子水平炼油和降低能耗，重点技术方向为增加高附加值产品、分子水平反应过程优化、廉价制氢，关键技术为石油资源分子水平利用、流程优化、精准调合技术和多途径制氢。

通过德尔菲问卷调查分析结果可以看出，未来我国炼油技术发展路线如下：

一是现有技术的本质提升。在问卷调查结果分析得出的重点技术领域，重点发展方向以及关键技术中，有2个技术领域，3个技术方向和4个关键技术集中在降低生产成本，如图6所示。由此可见，未来我国炼油技术发展偏向于技术深度上精细化提升，现有技术在降低成本方面存在较大提升空间。主要是在现有技术理念和架构的基础上，以技术改进为主，挖掘技术潜力，提高技术经济效益，实现目标价值优化。