炼油向化工转型发展现状

闫俐辰，马 杰，赵志强

（盘锦浩业化工有限公司，辽宁 盘锦，124000）

2020年9月，中国在联合国大会上承诺：CO2排放在2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和。目前，中国碳排放量居全球首位，约占全世界总量的30%，单位GDP能耗约为发达国家的2～3倍，发达国家从碳达峰到碳中和的过渡约50～70 a，而中国仅有30 a［1］。2020年，中国石油与化学工业的CO2排放总量约为14.81×108t，约占全国CO2排放总量的16%，实现“双碳”目标任务紧迫，为炼油行业的转型升级带来了巨大挑战与机遇。

1 炼油行业转型形势

1.1 原油价格持续提升

中国能源“富煤、缺油、少气”，原油成本占企业生产成本的80%以上。近年来原油价格的持续提升导致国内炼油企业的生产成本大大提高，企业经营压力增大，原油的价格也会对成品油的价格产生一定的影响。化工产品的定价机制与成品油不同，主要受到行业景气度的影响。炼油企业的生产装置及流程相对固定，但面对原油价格及市场需求的不断变化，需要灵活调整企业的加工方案，便可在不同的环境中取得最大的利益。

1.2 炼油能力严重过剩

近年来，中国炼油能力迅速扩张［2］。2021年，中国原油加工能力突破7×108t，“十四五”期间炼油能力仍会持续增长，预计2025年原油加工量将达到7.55×108t［3，4］。2021年中国炼油能力过剩超过2×108t。截至2021年底，国内已有×107t/a级炼油项目超过30个，且仍有项目还在建设中，未来炼油过剩的态势将会进一步恶化。炼油过剩将导致开工率不足，近年来开工率虽然逐渐上升，但2021年开工率仍不足80%，低于全球炼油平均水平。2015～2021年中国原油1次加工能力、加工量及开工率见表1。

表1 原油1次加工能力、加工量及开工率

1.3 成品油消费放缓

传统炼油企业主要生产符合国家标准的成品油，包括汽、柴、煤油，预计2025年成品油需求将达到峰值［4］。2015～2021年柴油表观消费量已有下降趋势；汽油表观消费量有所增长，即将达到峰值，2020年受疫情影响消费量明显下降；煤油表观消费量明显增长，但2020和2021年受疫情影响消费量有所下降，见图1。

图1 2015～2021年中国汽、柴、煤油表观消费量

另一方面，近年来国家对新能源汽车的大力扶持也冲击了成品油市场，造成汽柴油市场逐渐萎缩［5］。预计未来随着中国环境资源的制约以及产业结构的升级，对成品油的需求也将持续降低。

1.4 化工原料供需格局变化

2021年，中国乙烯产能为4 168×104t，占全球总产能的18%，产量为3 747×104t，当观消费量量达到5 832×104t，自给率仅为64%［6，7］。

2021～2025年新增产能3 832×104t/a，见表2。

表2 2021～2025年中国主要乙烯新增产能/×104 t/a

预计至2025年，产能将超过7 000×104t/a，基本满足国内需求。中国乙烯工业正在进入成熟期，下游主要有聚乙烯、环氧乙烷、苯乙烯、乙二醇、聚氯乙烯等。5种主要产品占乙烯总消费量约97%，其中聚乙烯是最大的消费领域，约占63.5%。2021年中国聚乙烯自给率为62%，仍需大量进口。未来发展趋势将由重工业向高端产业倾斜［8］。

2021年，对二甲苯（PX）产能为3 127×104t/a，约占全球总产能的18%。预计2025年产能将突破4 500×104t/a，基本实现自给。2021～2025年中国主要PX新增产能见表3。

表3 2021～2025年中国PX新增产能/×104 t/a

新增产能使中国化工产品同质化的情况更为严重。另外由于中国高端产品如高端聚烯烃、高性能合成橡胶、特种工程塑料等产品研发能力不足，并且国外高端技术的拥有者又限制技术转让，高端产品仍需要大量进口［9］。

2 炼油向化工转型的路径

由于中国炼油产能严重过剩，化工原料需求旺盛且存在缺口，因此炼油向化工转型已是大势所趋［10，11］，转型过程中明确自身定位及认清限制因素尤为重要［12，13］。现阶段，中国炼油向化工转型仍处于初级阶段，炼油企业一体化程度也在逐步提升，主要产品也由早期的生产油品向生产化工产品转变。燃料型炼油厂向化工转型主要有2条路线，即原油最大化生产烯烃路线和原油最大化生产芳烃路线。近年来原油蒸汽裂解工艺兴起，成为燃料型炼油厂转型的新途径。

2.1 原油最大化生产烯烃路线

原油最大化生产烯烃路线最核心的工艺是催化裂解，该工艺是在反应器内，在高温条件下通过催化剂将重质油裂解成乙烯、丙烯、丁烯的过程。根据进料性质不同，可分为3种工艺，即重油催化裂解、轻油催化裂解以及双提升管催化裂解。重油催化裂解工艺相对成熟，代表工艺是中国石化石油化工科学研究院开发的DCC工艺；轻油催化裂解工艺近年来已有应用，但仍然存在一些问题，需要对催化剂进一步研发改善；双提升管催化裂解工艺由其兼顾了轻油和重油，具有一定的优势，但需要解决进料和催化剂的反应匹配问题［14，15］。

原油最大化生产低碳烯烃的加工路线是“渣油加氢+催化裂解”，流程见图2。

图2 最大化生产烯烃路线流程

由常减压和渣油加氢装置生产的蜡油为催化裂化装置提供进料。产品催化干气富含乙烯，是优质的蒸汽裂解装置原料；液化气中富含丙烯，经气体分离出纯度99%以上的丙烯、96%以上的丙烷以及C4，丙烷作为蒸汽裂解的进料，C4可进入甲基叔丁基醚装置随后进入烯烃裂解和烷基化装置，此路线可实现C4中异丁烯最大量生产［16］。

2.2 原油最大化生产芳烃路线

原油最大化生产芳烃路线的核心技术是加氢裂化。加氢裂化工艺产品石脑油的收率可以达到40%以上，为连续重整装置提供优质原料，实现芳烃的最大量生产［17，18］。

原油最大化生产芳烃以“渣油加氢+加氢裂化+连续重整”路线为主，流程见图3。

图3 最大化生产芳烃路线流程

由常减压和渣油加氢装置生产的蜡油为加氢裂化装置提供进料。加氢裂化产品重石脑为连续重整装置提供原料，尾油为润滑油装置提供原料。渣油加氢装置的尾油为煤制氢装置提供原料，生产的氢气为加氢裂化及其它加氢装置提供原料。

2.3 原油蒸汽裂解技术

原油蒸汽裂解是新兴技术，该技术省略了传统的常减压装置，缩短了工艺流程，节约了能耗。

2.3.1 ExxonMobil技术ExxonMobil公司于2014年建成了全球首套原油蒸汽裂解制乙烯装置，规模为100×104t/a［19］。经改进的工艺流程新增1个闪蒸塔，通过闪蒸将重质液体与轻质馏分分离，使大部分非挥发组分处于液相中。否则，会形成焦炭的非挥发物质如果被携带进裂解气，将引起裂解炉结焦，主要流程见图4。

图4 ExxonMobil公司原油蒸汽裂解技术流程

原油先与稀释蒸汽进行混合，随后进入对流段预热，后经闪蒸塔分离出体积占比约70%～75%的气相组分和25%～30%的液相组分。气相组分再次预热后进入辐射段裂解，液相组分可以作为炼油厂原料继续加工或直接售出［20］。

2.3.2 Saudi Aramco技术Saudi Aramco技术工艺是原油直接进入加氢裂化装置，裂化产物经蒸馏分离后，轻组分（轻烃及石脑油）直接进入蒸汽裂解装置，经气体分离系统分离出乙烯、丙烯、C4等烯烃；重组分（重油）采用高苛刻度催化裂解技术，生成的气体进入气体分离装置分离烯烃，含有高芳烃的汽油进入芳烃抽提装置，分离出BTX，主要流程见图5。

图5 Saudi Aramco公司原油蒸汽裂解技术流程

3 炼油企业转型建议

3.1 明确发展定位，选择合理转型方式

根据原油的1次加工能力，可将炼油厂分为大型炼油厂（加工能力大于1 000×104t/a）、中型炼油厂（加工能力在（500～1 000）×104t/a）和小型炼油厂（加工能力小于500×104t/a）［21］。大型炼油厂具备炼化一体化条件，可优化加工方案，从大量生产成品汽柴油转向更多生产化工原料，使更多优质轻质原料进入蒸汽裂解装置。同时利用低碳烯烃和芳烃，延伸产业链，增加下游配套装置，生产更高价值的化工产品，增加企业的收益。中小型炼油厂不具备独立建设规模装置的条件，可通过降低柴汽比，利用轻烃资源来实现减油增化的目标。

3.2 降低生产成本

通过采用分子炼油技术、换热网络优化、蒸汽动力系统优化技术等手段降低能耗，节约成本。分子炼油技术的核心在于越小的变动分子结构。根据原油分子结构，建立分离为主的总加工路线，提升单程转化率同时减少无效循环，以降低成本。换热网络优化是通过夹点技术模拟换热网络，提出节能优化方案和改造建议。对于1 000×104t/a级炼油厂，能效可提升1～3 kg标油/t，增效（1 500～3 000）万元/a；通过蒸汽动力系统优化，可实现蒸汽标油节能13～19 kg标油/t。

3.3 加大科研投入，研发高端石化产品

目前中国已具有建设1 000×104t/a级炼油、100×104t/a级乙烯以及芳烃装置的技术和能力，但是缺少高端石化产品生产技术。炼化企业科研机构创新能力不足，目前仍停留在吸收国外技术的阶段，使得石化产品集中在中低端，高端石化产品仍需要从国外大量进口。要改变现状，企业需要根据市场的不断变化制定生产工艺路线并提高自主创新能力。利用企业自身优势，加大科研投入，建立科研人员培养体系，在稳定生产符合国标的汽柴煤油产品以及化工原料的同时，注重高端石化产品的研发，降低高端石化产品的进口压力。

3.4 智能化转型，提升核心竞争力

提升企业核心竞争力的关键在于炼化流程智能化和数字化。炼化行业得以高质量发展的关键在于新一代的信息技术（以大数据、人工计算、云计算为主）与传统工艺相结合。数字化、智能化从优化生产工艺流程、设备管控、用能管控、生产管控、供应链管控等方面大幅度提升企业优化协同、管理效率以及经济效益［22］。

4 结束语

目前，炼化行业面临碳排放压力、原油价格攀升、炼油能力过剩以及产品需求变化等方面的挑战，炼化行业转型升级迫在眉睫。企业应明确自身定位，认清市场的发展形势，切忌盲目转型。可向智能化、数字化方向发展，同时加大科研投入，研发高端产品的核心技术，提升企业竞争力。要以利益最大化为出发点，利用分子炼油技术、换热网络优化、蒸汽动力系统优化等技术降低生产成本，提升产品价值，来面对未来的机遇与挑战。