世界煉油工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

世界煉油工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

長(zhǎng)期以來(lái)，石油產(chǎn)品一直處于供大力量的狀態(tài)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。由于原油性質(zhì)日益變差,環(huán)保法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格,煉油企業(yè)不得不投入巨額資金來(lái)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn),生產(chǎn)環(huán)境友好產(chǎn)品。煉油工業(yè)目前正處于困難時(shí)期,經(jīng)濟(jì)效益低于其他行業(yè),據(jù)1998年美國(guó)石油化工與石油煉制者協(xié)會(huì)(NPRA)年會(huì)報(bào)告,加權(quán)后的平均利潤(rùn)率,勘探開發(fā)業(yè)為10%～12%,石油化工業(yè)為18%～20%,而煉油工業(yè)僅為2%。為了適應(yīng)新的形勢(shì),迎接新的挑戰(zhàn),世界各大石油公司都在積極進(jìn)行企業(yè)布局、裝置構(gòu)成和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整。1世界原油蒸餾能力及加工負(fù)荷據(jù)美國(guó)《油氣雜志》2001年12月24日?qǐng)?bào)道,目前全世界擁有732個(gè)煉油廠,原油蒸餾能力約4.06Gt/a,平均加工負(fù)荷約78.49%。1.1能力增長(zhǎng)情況1994—2001年,世界原油加工能力增加0.35Gt/a,增長(zhǎng)10.27%,加工能力增加較多的主要有韓國(guó)、印度、中國(guó)、巴西、美國(guó)、法國(guó)和沙特阿拉伯(沙特)等國(guó),而俄羅斯、英國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)加工能力則有所下降。7年來(lái)世界上的煉油廠只增加24個(gè),增長(zhǎng)3.39%;而美國(guó)、日本、德國(guó)、加拿大、英國(guó)和法國(guó)等國(guó)煉油廠個(gè)數(shù)明顯減少;韓國(guó)、巴西、沙特等國(guó)雖然煉油能力增加較大,但煉油廠個(gè)數(shù)卻沒(méi)有變;美國(guó)、法國(guó)、加拿大等國(guó)在減少煉油廠數(shù)目的情況下提高了煉油能力,只有印度在此期間增加了5個(gè)煉油廠,說(shuō)明這期間煉油能力的增加主要是依靠老廠改造完成的。1.2關(guān)聯(lián)世界上部分大型關(guān)聯(lián)國(guó)家瞳膠原螯蝦2.2近7年來(lái),各大石油公司都在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、企業(yè)布局、裝置能力的調(diào)整,總的來(lái)看是向大型、集中的方向發(fā)展,見(jiàn)表1。世界各國(guó)煉油廠平均加工能力都在增加,增加幅度最大的有韓國(guó)、巴西、印度、美國(guó)和英國(guó)等,韓國(guó)煉油廠平均加工能力已超過(guò)20.0Mt/a,沙特超過(guò)10.0Mt/a。與此同時(shí),世界上相繼出現(xiàn)了一批超大型煉油廠(參見(jiàn)本刊2002年第5期第3頁(yè)——編者)。這批煉油廠(15個(gè))占世界總加工能力的9.91%。一般認(rèn)為,煉油廠規(guī)模在10.00～20.0Mt/a比較合理。1.3主要工藝設(shè)備的布置趨于大規(guī)模隨著煉油廠的大型化,裝置規(guī)模也越來(lái)越大,以達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益,見(jiàn)表2。2世界石油生產(chǎn)設(shè)施的結(jié)構(gòu)變化煉油廠裝置構(gòu)成趨向于:加工重質(zhì)、含硫原油;深度加工,提高輕質(zhì)油收率;采用清潔生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)清潔燃料;實(shí)現(xiàn)煉油化工一體化。2.1催化重整裝置能力增長(zhǎng)迅速近7年來(lái),世界煉油企業(yè)主要煉油裝置構(gòu)成變化見(jiàn)表3。由表3可以看出,催化裂化、加氫裂化、加氫處理、熱加工(含焦化)、含氧化合物等裝置能力所占比例有所增加,催化重整、潤(rùn)滑油裝置能力比例略有下降。因?yàn)?994年所列烷基化和異構(gòu)化裝置中分別包括疊合、二聚和芳烴生產(chǎn)能力,因此這兩套裝置無(wú)法對(duì)比。從世界煉油企業(yè)工藝裝置構(gòu)成可以看出以下特點(diǎn):(1)加氫裂化和加氫處理(包括加氫精制)裝置的加工能力提高了17.20%,遠(yuǎn)高于同期原油加工能力的增長(zhǎng)速度(10.27%)。較大的加氫能力適應(yīng)了實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和生產(chǎn)清潔燃料的需要。(2)原油深度加工裝置能力明顯增長(zhǎng),催化裂化由616Mt/a提高到693Mt/a,提高了12.5%;加氫裂化由162Mt/a提高到215Mt/a,提高了32.72%;重油加工仍以焦化和減粘裂化等熱加工為主,總能力已由1994年的368Mt/a提高到2001年的413Mt/a,提高了12.23%。上述二次加工裝置能力的增長(zhǎng)速度均超過(guò)了原油加工能力的增長(zhǎng)速度,說(shuō)明世界各國(guó)煉油企業(yè)在普遍追求提高輕質(zhì)油品收率。(3)催化重整加工能力所占比例雖然沒(méi)有增長(zhǎng),但實(shí)際加工能力仍提高了4.18%,如果生產(chǎn)負(fù)荷和液體收率的平均值都按85%計(jì),每年約生產(chǎn)催化重整汽油350Mt,仍占全球汽油總量的三分之一以上。(4)2001年烷基化、異構(gòu)化和含氧化合物3種工藝裝置合計(jì)生產(chǎn)能力已達(dá)150Mt/a,按85%生產(chǎn)負(fù)荷計(jì),約占全球汽油總量的12%以上。(5)全世界潤(rùn)滑油生產(chǎn)能力不但沒(méi)有增加,還減少了1.36Mt/a,主要是由于用油機(jī)具技術(shù)水平的不斷改進(jìn)和提高,潤(rùn)滑油產(chǎn)品更新?lián)Q代加快,換油期延長(zhǎng),因此潤(rùn)滑油單耗不斷降低,致使?jié)櫥蜕a(chǎn)能力長(zhǎng)期處于過(guò)剩狀態(tài)。2.2重油能力產(chǎn)品:美國(guó)比世界上更近7年來(lái),美國(guó)煉油裝置構(gòu)成變化見(jiàn)表4。由表4可以看出:(1)美國(guó)的加氫裂化與加氫處理總能力已占原油一次加工能力的68.77%,加氫精制和加氫處理能力增長(zhǎng)速度雖然低于原油加工能力,但加氫裂化能力增幅高達(dá)18.30%,更加適合于含硫原油加工和清潔燃料生產(chǎn)。(2)美國(guó)催化裂化和催化重整能力都比較大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平,說(shuō)明美國(guó)煉油廠主要目的產(chǎn)品是汽油,以適應(yīng)汽車大國(guó)的需求。(3)美國(guó)重油加工能力以焦化為主,焦化能力占世界總能力的55.60%,主要是延遲焦化裝置,裝置能力占原油加工能力的比例由1994年的12.11%增加到2001年的14.31%,增幅達(dá)27.78%。說(shuō)明美國(guó)是世界上焦化能力提高最多的國(guó)家,也是世界上焦化能力最大的國(guó)家。(4)美國(guó)是世界上烷基化油、異構(gòu)化油和含氧化合物的主要生產(chǎn)國(guó),3種優(yōu)質(zhì)高辛烷值汽油組分生產(chǎn)能力分別占世界的59.89%,44.15%和47.39%。從煉油裝置構(gòu)成看,美國(guó)是最具備生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)清潔汽油條件的國(guó)家。2.3日本原油加工企業(yè)日本煉油裝置構(gòu)成變化情況見(jiàn)表5。由表5可以看出:(1)日本的加氫精制和加氫處理能力很大,而且還在發(fā)展,1994—2001年提高了14.59%,占原油加工能力比例由69.22%提高到80.32%,進(jìn)一步適應(yīng)了含硫原油加工和清潔燃料生產(chǎn)需要。(2)日本是典型的原油淺度加工國(guó)家,重油加工主要靠焦化裝置,而且能力不大,沒(méi)有其他熱加工裝置。(3)催化裂化、催化重整和加氫裂化能力略有增長(zhǎng),但增長(zhǎng)的絕對(duì)量不大。2.4德國(guó)的重油工藝和產(chǎn)品熱壓技術(shù)德國(guó)煉油裝置構(gòu)成變化詳見(jiàn)表6。由表6可以看出:(1)德國(guó)的加氫裂化、加氫精制和加氫處理能力較大,三者合計(jì)占原油加工能力比例由1994年的66.56%提高到2001年的74.04%,更加適宜加工含硫原油和生產(chǎn)清潔燃料。(2)各類工藝裝置中只有催化裂化和烷基化能力有所增長(zhǎng),其余煉油裝置加工能力均下降。(3)德國(guó)的重油加工能力高于世界平均值,是一個(gè)深度加工型的國(guó)家,重油加工以熱裂化和減粘裂化為主。(4)烷基化、異構(gòu)化、含氧化合物能力不大,含氧化合物生產(chǎn)能力與日本類似,生產(chǎn)能力很小。說(shuō)明日本和西歐不是主要依靠烷基化、異構(gòu)化和含氧化合物來(lái)提高汽油質(zhì)量,汽油中也不規(guī)定一定要加含氧化合物。3非oecd國(guó)家根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)《世界能源展望2000》報(bào)道,石油消費(fèi)在預(yù)測(cè)期內(nèi)以年均1.9%的速度增長(zhǎng),至2010年需求量將達(dá)到4.8Gt,2020年將達(dá)到5.75Gt。經(jīng)濟(jì)合作和發(fā)展組織(OECD)國(guó)家所有石油需求增長(zhǎng)均來(lái)自交通運(yùn)輸業(yè),在其他能源消費(fèi)領(lǐng)域中石油將繼續(xù)失去市場(chǎng)占有率,讓位給其他燃料,尤其是天然氣;非OECD國(guó)家,石油需求增長(zhǎng)也主要來(lái)自交通運(yùn)輸。作為發(fā)電、供熱等方面的爐用燃料油,將逐漸被煤炭、天然氣、核能等取代。原油將主要用來(lái)制取交通運(yùn)輸燃料和為石油化工提供原料。因此,煉油工業(yè)當(dāng)前和今后一段時(shí)期的主要任務(wù)是搞好原油深度加工和清潔燃料生產(chǎn)。3.1世界重油行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀據(jù)美國(guó)《油氣雜志》報(bào)道,1993年美國(guó)煉油企業(yè)汽油、煤油、柴油和化工輕油的平均質(zhì)量收率已達(dá)到73.7%,目前多在80%以上,按體積核算已達(dá)到90%以上。國(guó)外煉油廠輕質(zhì)油體積收率一般都在75%以上,英國(guó)和法國(guó)輕質(zhì)油體積收率也在73%以上(數(shù)據(jù)來(lái)自2001年《英國(guó)能源統(tǒng)計(jì)摘要》和2001年1月至2月法國(guó)《BulletimMensuel》),只有日本需要較多的低硫燃料油,加工深度較淺,輕質(zhì)油體積收率在71%左右(數(shù)據(jù)來(lái)自2001年3月日本《石油資料月報(bào)》)。對(duì)于大多數(shù)企業(yè)來(lái)說(shuō),提高輕質(zhì)油收率的主要途徑是提高重油轉(zhuǎn)化率,降低重質(zhì)燃料油產(chǎn)率。20世紀(jì)90年代以來(lái),世界燃料油在油品消費(fèi)中的比例逐年降低,特別是北美和歐洲。燃料油需求的下降已成為全球油品市場(chǎng)的普遍現(xiàn)象,進(jìn)入21世紀(jì)這種現(xiàn)象更加明顯,其中美國(guó)最為突出。據(jù)美國(guó)《油氣雜志》2001年2月5日?qǐng)?bào)道,美國(guó)殘?jiān)剂嫌凸?yīng)比例已由1997年占原油供應(yīng)量的5.9%降至2000年的5.3%,2002年預(yù)測(cè)會(huì)降至4.9%。在第16屆世界石油大會(huì)上有人指出,把廉價(jià)的重油轉(zhuǎn)化為高附加值的輕質(zhì)產(chǎn)品是煉油工業(yè)的生命線。因此,煉油企業(yè)今后必須走原油深度加工的路子,尤其是我國(guó),原油資源不足,必須最大限度地把重油轉(zhuǎn)化為交通運(yùn)輸燃料和化工原料。當(dāng)前,重油加工,特別是含硫和高硫重油加工主要有3種工藝路線:一是Coking-CFB(焦化-循環(huán)流化床鍋爐)方案,適用于加工高硫原油且電力緊張或電價(jià)較高的企業(yè),如中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司等;二是S-RHT-RFCC(渣油加氫脫硫-重油催化裂化)方案,適用于加工高硫、高金屬原油且重油催化裂化能力較大、氫氣成本較低、環(huán)保要求較嚴(yán)格的企業(yè),如中國(guó)石化股份有限公司茂名、齊魯分公司等;三是SDA-IGCC(溶劑脫瀝青-造氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電)方案,適用于加工高硫原油且需要造氣或熱電聯(lián)產(chǎn)的大型聯(lián)合企業(yè),如中國(guó)石化福建煉油化工股份有限公司對(duì)外合資工程等。3.2脫硫回收利用加氫技術(shù)是目前煉油廠進(jìn)行清潔化生產(chǎn)的核心技術(shù),各種配套的加氫技術(shù)在未來(lái)將得到更大的發(fā)展。國(guó)外一個(gè)加工中東原油的典型煉油廠,年加工能力為21.00Mt,擁有7.23Mt/a常壓渣油脫硫能力,9.00Mt/a直餾柴油、二次加工柴油和減壓餾分油加氫精制能力,還有1.00Mt/a液化石油氣、石腦油、噴氣燃料Merox脫硫能力,加工沙特輕質(zhì)和沙特重質(zhì)原油各占50%,全廠綜合硫回收率達(dá)到87%,輕質(zhì)石油產(chǎn)品帶走的硫只占原油帶入硫的2.2%,燃料油、瀝青和石油焦帶走的硫約占10%,排入大氣的硫約為0.8%。而常規(guī)熱加工和催化加工過(guò)程,只能把不到一半的硫轉(zhuǎn)化為硫化氫脫除。據(jù)中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司的經(jīng)驗(yàn),采用加氫工藝代替堿洗精制可節(jié)水75%,COD減少97%。提高煉油廠的硫回收率,當(dāng)前最主要的措施是擴(kuò)大加氫脫硫能力,并配套足夠的含硫污水汽提、酸性氣脫硫和硫磺回收能力,以及加熱爐和催化裂化再生器煙氣中SOx脫除措施。對(duì)于21世紀(jì)的煉油企業(yè),這已是無(wú)法回避的問(wèn)題。歐洲委員會(huì)已對(duì)煉油廠硫分配提出了明確要求:硫回收利用率大于83%,產(chǎn)品帶走的硫在15%以下,生產(chǎn)過(guò)程排放的硫小于2%。清潔生產(chǎn)工藝還包括采用無(wú)毒、無(wú)害的催化劑、添加劑、助劑、溶劑等,這些物質(zhì)在生產(chǎn)中使用的選擇性應(yīng)高、副產(chǎn)品應(yīng)少,或基本不產(chǎn)生污染物,從而可以從源頭上防止污染。3.3汽油的主要要求為了減少汽車尾氣污染物的排放,世界各國(guó)對(duì)汽油柴油質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格。對(duì)汽油來(lái)說(shuō),主要要求低硫、低烯烴、低芳烴(苯)、低蒸氣壓,見(jiàn)表7。對(duì)柴油來(lái)說(shuō),主要要求低硫、低芳烴(尤其是多環(huán)芳烴)、高十六烷值,見(jiàn)表8。汽油柴油質(zhì)量的主要發(fā)展趨勢(shì)是低硫或無(wú)硫(硫含量小于10μg/g),見(jiàn)圖1～2。4原油、化工綜合處理和智能信息化學(xué)4.1現(xiàn)行石化工業(yè)企業(yè),積極推動(dòng)瞳石油的回收利用,將石化氣的或轉(zhuǎn)化為石油工業(yè),使其投資回血實(shí)現(xiàn)煉油化工一體化的主要好處是:有利于原料優(yōu)化配置和綜合利用,煉油廠的石腦油和輕烴可直接供乙烯裝置,乙烯裝置汽油加氫后直接用作汽油調(diào)合組分,乙烯裝置的剩余氫氣可作為煉油廠的廉價(jià)氫源,甲烷氫可作煉油廠制氫原料,頂替部分石腦油;共享公用工程,水、電、汽、風(fēng)、氮?dú)獾扰渲每梢院?jiǎn)化,節(jié)省投資和占地,減少管理費(fèi)用;可減少庫(kù)存和儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)用,降低運(yùn)輸成本;煉油化工一體化可以使煉油廠約25%油品變成價(jià)值較高的石油化工產(chǎn)品,投資回報(bào)率可以提高2%～5%。煉油化工一體化是一種趨勢(shì),世界石油石化公司都在積極推行煉油化工一體化。有人將煉油化工一體化歸納為兩種模式:(1)煉油廠與以乙烯裝置為龍頭的石油化工廠在一起。這種一體化模式前期投資較高,而且一旦決定后,階段性投資靈活性較小,因此決策要非常慎重。(2)利用煉油廠烯烴、芳烴資源建設(shè)石油化工裝置,在生產(chǎn)油品的同時(shí),生產(chǎn)三苯、對(duì)二甲苯、聚丙烯、乙苯等化工產(chǎn)品。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是可以分階段擴(kuò)展,首期投資較少。此外,煉油廠是用電和用汽大戶,煉油廠又有許多低價(jià)值的物料如高硫渣油、高硫石油焦、硬質(zhì)瀝青等,利用這些物料發(fā)電,產(chǎn)生蒸汽或氫氣供煉油廠自用或外銷,無(wú)論對(duì)保護(hù)環(huán)境或提高綜合效益都是有利的。用高硫渣油或高硫石油焦為原料進(jìn)行發(fā)電或汽電聯(lián)產(chǎn)的技術(shù),已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用的主要有兩種,即CFB和IGCC。前者特點(diǎn)是投資較低,流程相對(duì)簡(jiǎn)單,用加入石灰石的辦法控制SO2排放;后者特點(diǎn)是效率高,排放物中硫含量低,同時(shí)可生產(chǎn)部分低成本的氫,但投資相對(duì)較大。4.2采用仿真軟件,進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)以及兩者相結(jié)合所派生出的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、集成技術(shù)的出現(xiàn)和成熟,使煉油廠智能化成為必然趨勢(shì)。各種智能化軟件在煉油廠設(shè)計(jì)、人員培訓(xùn)、生產(chǎn)操作和工廠管理中的應(yīng)用,可以使煉油企業(yè)獲得最大的效益。應(yīng)用工程軟件對(duì)煉油廠總流程、總平面布置,每個(gè)裝置的流程和平面布置,全廠和裝置的用能、用氫、用水等進(jìn)行優(yōu)化和過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)是煉油廠建成后運(yùn)行良好的基礎(chǔ);應(yīng)用仿真軟件對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)比傳統(tǒng)課堂授課、車間實(shí)習(xí)效果更佳,可節(jié)省時(shí)間和經(jīng)費(fèi);運(yùn)用豐富的數(shù)據(jù)知識(shí)和專家數(shù)據(jù)庫(kù),進(jìn)行先進(jìn)過(guò)程控制及實(shí)時(shí)優(yōu)化,使全部操作始終保持在最佳狀態(tài),以達(dá)到用最低的成本獲得最高的質(zhì)量和效益;未來(lái)煉油廠將會(huì)采用動(dòng)態(tài)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)全廠進(jìn)行管理,從原油采購(gòu)、產(chǎn)品生產(chǎn)直到