環(huán)保法規(guī)日趨嚴格成為中國油品清潔化及煉油過程清潔化技術進步的動力,也給企業(yè)煉油技術進步和生產管理帶來更嚴峻挑戰(zhàn)。
近年來,中國新投產、在建/規(guī)劃的煉油項目體現(xiàn)了明顯的基地化、大型化趨勢。從燃料型向燃料-化工原料型轉型是中國煉油行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的大趨勢,未來煉化一體化的深度和廣度將發(fā)生重要變化。
煉油企業(yè)應按照“宜烯則烯、宜芳則芳、宜油則油”的原則,從分子角度最有效地利用原油資源,從化工角度優(yōu)化煉油過程和產品線,從大量生產成品油轉向生產高附加值油品和化工原料并重。利用新一代信息技術構建智能煉廠成為中國煉油行業(yè)未來重要的發(fā)展趨勢。
煉油生產過程清潔環(huán)保,石油產品環(huán)境友好
環(huán)保法規(guī)日益嚴格,推動油品清潔化及煉油過程清潔化技術進步
近年來,中國密集出臺了一系列行業(yè)監(jiān)管與安全環(huán)保法律法規(guī),對煉油工業(yè)的規(guī)范發(fā)展、能源消耗和污染物排放要求更嚴,監(jiān)管也愈加嚴格,煉油企業(yè)面臨的生態(tài)環(huán)境保護與安全生產壓力不斷加大。同時,社會對煉油企業(yè)的要求從過去重點關注生產過程的節(jié)能環(huán)保,進一步發(fā)展為生產環(huán)境友好型產品。環(huán)保法規(guī)日趨嚴格成為產品清潔化及煉油過程清潔化技術進步的動力,給企業(yè)煉油技術進步和生產管理帶來更嚴峻挑戰(zhàn)。
汽柴油質量標準升級加快,趕超國際先進標準
中國煉油工業(yè)在14年間完成了車用汽油、車用柴油從國Ⅱ到國Ⅵ的升級,實現(xiàn)了車用汽油超低硫、低烯烴、低芳烴、低苯的要求,柴油高十六烷值、超低硫、低芳烴的要求。過去10余年,汽油、柴油質量持續(xù)快速升級是中國煉油工業(yè)最重要的技術進步表現(xiàn)。目前,中國在汽、柴油產品標準方面的主要技術指標與歐美發(fā)達國家相當,實現(xiàn)了汽、柴油產品標準從過去多年跟跑向并跑的跨越。未來,中國清潔汽油的生產將繼續(xù)在控制硫、芳烴、烯烴等有害雜質的同時,重點優(yōu)化油品組成結構,增產高辛烷值汽油組分;柴油生產將繼續(xù)保持超低硫、向深度脫芳方向發(fā)展,兼顧低凝柴油生產。
船用燃料油質量升級加快,船用燃料生產面臨嚴峻挑戰(zhàn)
在輕質油品質量標準快速升級的同時,重質油品船用燃料油質量升級也跟上步伐。國際海事組織(IMO)規(guī)定,自2020年1月起,在全球范圍內船用燃料硫含量質量占比由現(xiàn)行的不超過3.5%降至不超過0.5%。中國作為國際海事組織成員國,提出珠三角、長三角、環(huán)渤海(京津冀)三個水域的船舶排放控制擴大到全國沿海12海里以及海南水域,要求船舶自2019年1月起在指定區(qū)域內使用硫含量在0.5%以下的燃油,在特定區(qū)域內使用硫含量在0.2%以下的燃油。船用燃料生產面臨嚴峻挑戰(zhàn)。
加快基礎油質量升級,促進潤滑油競爭力提升
中國是世界上最大的潤滑油消費國,年消費量約為760萬噸。內燃機油占潤滑油總量的55%,中國內燃機油產品標準和評價方法長期跟隨國外,整體落后2~3個質量級別。內燃機油中基礎油約占80%~90%,提升基礎油品質是其高性能化的關鍵。中國Ⅰ、Ⅱ類基礎油產量占總產量的88%,缺乏高品質基礎油生產關鍵技術,基礎油結構失衡,高品質Ⅲ/Ⅳ類基礎油的75%依賴進口。加快基礎油質量升級、促進潤滑油性能提升對國民經(jīng)濟發(fā)展具有重大影響。高含蠟石油基蠟油和F-T合成油富含長鏈烷烴,是生產Ⅲ/Ⅲ+類基礎油的優(yōu)質原料,但凝點高,其深度異構降凝是世界難題。由長鏈α-烯烴聚合加氫得到的規(guī)整結構異構烷烴-合成潤滑油(PAO)具有超低溫、超高黏度指數(shù)等優(yōu)異性能,將得到快速發(fā)展。
煉油行業(yè)繼續(xù)向規(guī)?;?、大型化發(fā)展,產業(yè)集中度進一步提高
煉油生產規(guī)模經(jīng)濟特點顯著,生產規(guī)模直接決定生產成本、資源利用率和市場競爭力。煉油生產降低成本的需求以及工程設計、設備制造和工程建設技術的進步推動煉油企業(yè)規(guī)模化和裝置大型化。截至2018年底,中國1000萬噸/年及以上規(guī)模級別的煉廠有28家,合計煉油能力3.7億噸/年,占全國總煉油能力的44.5%;中國石油、中國石化的煉廠平均規(guī)模分別為765萬噸/年和844萬噸/年,已超過759萬噸/年的世界平均水平。
近年來,中國新投產、在建/規(guī)劃的煉油項目體現(xiàn)了明顯的基地化、大型化趨勢。這些項目的煉油能力都達到1000萬噸/年以上的規(guī)模,采用世界先進的技術,其設計、建設、生產運行和管理都能達到世界先進水平。同時,民營企業(yè)成為中國煉油化工發(fā)展的生力軍。
煉化一體化發(fā)展,提高應變競爭能力
一體化發(fā)展是煉化行業(yè)廣泛采用、被實踐證明富有成效的發(fā)展戰(zhàn)略
一體化發(fā)展能節(jié)省投資,降低運營風險,提高資源的綜合利用程度,增強應變能力和提高經(jīng)濟效益。目前,與煉化企業(yè)密切相關的一體化發(fā)展主要有三種形式或幾種形式的復合:一是煉油和化工一體化發(fā)展;二是油田和煉化企業(yè)一體化(例如克拉瑪依石化公司);三是煉化生產和熱電或熱電聯(lián)產一體化(例如福建煉油化工有限公司)。其中煉油和化工一體化模式應用最多,宜油則油、宜化則化、油化結合,最大限度地有效利用石油資源,實現(xiàn)企業(yè)效益最佳化。
中國油品消費增速放緩
在中國的石油消費結構中,汽油、煤油、柴油合計占比為60%。柴油消費量基本達到峰值,2020年前將保持在1.75億噸。汽油消費量在2025年左右達到峰值,可達1.7億噸。航空煤油消費量將持續(xù)增長,2030年將達到6000萬噸。當前,中國成品油消費增速放緩,消費柴汽比持續(xù)下降,預計2020年消費柴汽比降至約0.98,2030年將進一步下降至0.75。
中國化工原料需求旺盛
中國石化產品消費勢頭強勁,帶動乙烯、丙烯、對二甲苯等主要基本有機原料需求旺盛。2018年中國乙烯產量約2372萬噸,裝置平均開工率保持在93%的高位,乙烯表觀消費量為2630萬噸,當量消費量(包括聚乙烯、乙二醇等衍生物消費乙烯)達到5010萬噸,當量消費量的自給率不足50%。2018年中國丙烯產能達到3620萬噸/年,產量約3005萬噸,年均產能利用率達到83%,全年進口丙烯單體284萬噸,丙烯表觀消費量為3289萬噸,當量消費量(包括聚丙烯、丙烯腈等衍生物消費丙烯)達到3869萬噸,自給率達到77.7%。2018年中國對二甲苯(PX)產能為1379萬噸/年,產量約1109萬噸,產能利用率75%左右;受下游紡織業(yè)需求拉動,2018年中國對二甲苯進口量和表觀消費量分別達到1590萬噸和2699萬噸,對二甲苯自給率僅有41%(見圖5)[14][15]。在此背景下,煉廠多方式增產丙烯、芳烴及乙烯裂解原料,是煉化轉型的有效途徑。
煉廠從燃料型向燃料-化工原料型轉型
從燃料型向燃料-化工原料型轉型是中國煉油行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的大趨勢,未來煉化一體化的深度和廣度將發(fā)生重要變化。從加工深度方面分析,催化裂化裝置從生產汽、柴油燃料向采用深度催化裂化多產低碳烯烴方向發(fā)展;加氫裂化裝置從以減壓蠟油等為原料生產煤油、柴油中間餾分油向多產石腦油、航空煤油方向發(fā)展,具有原料適應性強、加工方案靈活、液體產品收率高、產品質量好等諸多優(yōu)點,已成為現(xiàn)代煉廠由劣質、重質原料直接生產清潔油品及優(yōu)質化工原料以及靈活調整柴汽比的重要生產技術;催化重整裝置從多產汽油向多產芳烴方向發(fā)展。從原料加工的廣度來看,加工原料除了重油、蠟油,已延伸到柴油加氫裂化、原油直接轉化。
煉油企業(yè)應按照“宜烯則烯、宜芳則芳、宜油則油”的原則,從分子角度最有效地利用原油資源,從化工角度優(yōu)化煉油過程和產品線,從大量生產成品油轉向生產高附加值油品和化工原料并重,尤其是增產低碳烯烴、芳烴,從而進一步拓寬煉油行業(yè)發(fā)展空間。
埃克森美孚公司開發(fā)了原油直接制乙烯技術,開創(chuàng)了深度煉化一體化實踐的先河。2014年,該公司在新加坡建成投運的產能為100萬噸/年的原油直接生產乙烯裝置,將原油直接供給裂解爐,在裂解爐的對流段和輻射段間各加入一臺閃蒸罐,將原油預加熱后通過閃蒸分離出較輕組分,并返回爐內的輻射段盤管進行裂解。閃蒸罐底部收集的重質液體組分被送至鄰近的煉油廠或進入商業(yè)市場銷售。與傳統(tǒng)的石腦油裂解相比,該工藝每生產1噸乙烯可多獲純利潤100~200美元。
智能化推動煉油行業(yè)高質量轉型發(fā)展
為促進煉油行業(yè)提質增效、轉型升級與內涵發(fā)展,利用新一代信息技術構建智能煉廠成為煉油行業(yè)一個重要的發(fā)展趨勢。在“互聯(lián)網(wǎng)+”為特征的新業(yè)態(tài)發(fā)展推動下,智能制造、智慧加油站、共享經(jīng)濟等新技術、新模式將推動傳統(tǒng)煉化行業(yè)的改造,提升行業(yè)整體競爭能力。建立從原油采購、運輸、煉化生產、倉儲物流到銷售等環(huán)節(jié)的智慧供應鏈和物流管理系統(tǒng),對供應鏈各環(huán)節(jié)需求進行預測與供需平衡分析,實現(xiàn)全局優(yōu)化,使整個供應鏈全面貫通以及供應鏈各環(huán)節(jié)高效協(xié)同。
建立生產計劃優(yōu)化、裝置生產操作優(yōu)化、運行過程效果評估、全流程實時仿真等智能生產運行體系,實現(xiàn)生產計劃、調度、工藝流程、操作的優(yōu)化控制,實現(xiàn)設備全生命周期管理和可預測性維護,優(yōu)化全廠用能系統(tǒng),提高生產系統(tǒng)管理效率,降低生產管理成本。
智能化還將推動分子煉油技術不斷完善,實現(xiàn)對石油資源的最有效利用。“分子煉油”是通過分子識別技術(含油品分析和分子表征)、分子組成層次的模擬技術以及基于前兩者的過程優(yōu)化技術等,從分子水平上認識、加工和管理石油資源,實現(xiàn)對石油加工過程的極致精細化管理,推動石油組分實現(xiàn)“宜油則油、宜烯則烯、宜芳則芳”,使石油資源物盡其用。分子煉油概念將貫穿煉油企業(yè)計劃、調度、生產操作等全流程。
在可以預見的未來,煉油工業(yè)作為世界上最大、最重要的加工業(yè),在全球和中國仍將穩(wěn)定成長。中國煉油工業(yè)的產能在不久的將來將超過10億噸/年,居世界首位。中國石化、中國石油、民營企業(yè)、外資企業(yè)之間競爭將更加激烈,共同推動中國煉油工業(yè)的技術進步。中國煉油工業(yè)目前進入轉型升級的關鍵時期,將通過清潔化、規(guī)模化、一體化、智能化等方式實現(xiàn)高質量發(fā)展。隨著需求結構的變化,煉化一體化的深度和廣度將發(fā)生重要變化,傳統(tǒng)的煉油廠由過去主要生產燃料向生產原料、材料轉變,未來還將出現(xiàn)新型的化工型煉油企業(yè)。