煉廠化工轉型技術經濟分析

雷 兵，夏 峰

（中石油克拉瑪依石化公司煉油化工研究院，新疆克拉瑪依 834000）

1 國內外煉化產業發展現狀

1.1 煉油產能嚴重過剩，民營煉廠擴張速度加快

隨著我國經濟繼續保持穩定增長，石油消費量穩步提升，據中石油經濟技術研究院于2015年發布的《2050年世界與中國能源展望》預測，中國石油消費量在2027年左右將增長至6.7億t 左右，其中2017年至2027年間年均增長率約為1.31%，且未來這十年間的消費量將一直保持在較高的水平。

目前我國的原油一次加工能力已經從2010年的5.8億t 增加至2018年的8.15億t，平均開工率也增長到70%以上。在國家原油“兩權”對民營煉油企業逐步開放的政策下，國內相繼投產了盛宏石化、舟山石化等數個2 000Mt 級以上的煉廠，截止到2019年底，我國煉油能力過剩約1.5億t/a。

國內煉油產能具有較強的集團與區域性分布，其中華北、東北、華南和華東地區是我國原油加工的集中分布地。從煉油行業地域布局分析，山東、遼寧、廣東是我國煉油能力最大的三個省份，加工總量達到了3.52t/a，占全國總量的45.6%。

1.2 成品油需求減緩，替代性燃料發展迅猛

當前，中國交通燃料替代正在形成以天然氣為主，電力、甲醇、生物質燃料以及煤制油等多種形式共同發展的局面。隨著國家發展新能源政策的傾斜力度不斷加大，替代性燃料的經濟性優勢不斷顯現，且其技術與市場發展迅速，使傳統成品油消費在能源消費中的占比不斷下降，目前新能源消費量已從2000年的不足1%上升至2018年的6%以上，預計“十四五”期間將繼續上升至10%以上，傳統煉油行業與各類新能源的競爭日趨激烈。

1.3 化工產品市場需求不斷增長

進入21紀以來，煉化一體化技術不斷向各個細分產品領域發展，化工行業特別是各類化纖、化工、紡織企業的快速發展，對化工原料的需求也逐年上升，且隨著我國國六燃油標準的實施，輕烴中的部分芳烴、烯烴和某些輕石腦油餾份，其作為化工原料可用來生產一些重要的化學中間體和化工產品，因此不能簡單地將其當作燃料。

國六燃料規范要求汽油蒸汽壓不高于80kPa、芳烴含量不高于35×10-6、烯烴含量不高于15×10-6，柴油則要求硫含量不大于10×10-6，汽柴油國標的嚴格將使市場上輕烴（C2、C3和C4飽和烴以及不飽和烴）、芳烴和輕石腦油供應能力過剩，導致這些產品的價值得不到真實的體現，但作為化工原材料，并轉化為化工產品則可提高其附加值。

2 煉油行業轉型技術方案

2019年，中國煉油行業自身正在進行轉型升級并加速推進，主要表現在以下幾個方面：

一是提高加工規模與工藝技術水平，推進裝置規模大型化、煉化一體化、產業集群化、園區化基地化建設，努力淘汰一批產品質量不高、耗能高、資源利用不合理、環保未能達標的落后產能，推進建設千Mt 級項目。

二是加快油品質量升級、推進化工產業鏈延伸、促進石化產業的可持續發展。國內油品加快升級至國六汽、柴油標準；各地煉廠不斷加大綠色、環保、安全等方面的投入，推進化工產業鏈向高端轉移，促進原油資源高品質利用，加快石化環保治理設備的升級和改造。

三是煉油行業升級不斷深入，加快“兩化”融合，助推煉油工業實現智能化、數字化。

四是部分先進煉廠形成煉油與化工協同發展的產業模式，努力提高化工在煉油行業中的占比，進行煉油向化工轉型，以促進整個煉油行業的轉型升級。

2.1 煉化產品一體化綜合解決方案

2.1.1 芳烴回收和轉化

運輸燃料的深度脫硫將增大煉油廠對氫氣的需求，獲得大量氫氣的普遍方法是利用石腦油的催化重整，并得到的BTX芳烴。為達到國六汽油標準中芳烴含量小于35%的強制標準，可在汽油調和前將部分芳烴抽提出來，用作石化原料，生產對二甲苯、苯乙烯、苯酚及其衍生物。

目前世界上已經開發出多種芳烴回收分離的新技術，例如：克虜伯-烏德公司推出基于Morphylex 技術的液液抽提工藝，采用N-甲?；鶈徇ê?%～6%）溶劑，在常壓和30～50℃下進行芳烴抽提。

UOP 公司開發的Sulolane 技術是采用液液抽提與萃取精餾相結合的工藝，該工藝對原料的適應性較好，能同時回收C6～C9的芳烴，此外該公司最新開發的Carom 工藝，采用的新型復合溶劑，生產成本較傳統環丁砜工藝降低了12%～15%，且各類芳烴的回收率仍保持在99.95%以上，目前國內廣西石化采用該技術建成的芳烴抽提裝置規模達到了1 000kt/a。

GTC 技術公司開發了GT-BTX 芳烴抽提蒸餾技術，可從催化重整生成油或熱解汽油有效地回收苯、甲苯和二甲苯。使用該技術已建有四套工業化裝置，但目前國內的煉廠主要采用以環丁砜為溶劑的抽提蒸餾工藝，加工量一般在200～300kt/a 左右。2017 年大連石化采用GTC 公司GT-BTX 芳烴抽提蒸餾技術，建成了國內目前最大的芳烴抽提蒸餾裝置達到了1 000kt/a。

2.1.1.1 對二甲苯、乙苯、苯乙烯、聚苯乙烯方案

對二甲苯和苯是BTX 芳烴中得到的最大量的兩類產品，對二甲苯可用作生產精對苯二甲酸及其衍生物的原料，如聚對苯二甲酸乙二醇酯，苯則可作為產品銷售或作為苯乙烯衍生產品的原料，還可用于生產乙苯、苯乙烯和聚苯乙烯等高附加值產品。

例如在惠州12Mt/a 煉油項目中，規劃有2 000kt/a 連續重整裝置，該項目已將抽提出的BTX 芳烴配套生產900kt 對二甲苯和600～800kt 苯乙烯、聚苯乙烯等產品。而聯產得到的苯和干氣中的苯乙烯則經烷基化生產乙苯，目前該工藝在國內外均已進入了成熟的工業化應用階段。截止2019年底，苯乙烯單體的售價超過了1 200美元/t，超過了苯價格的兩倍以上。

此外，在苯系物質的轉換領域，ExxonMobil 公司開發的PxMax 選擇性甲苯歧化（STDP）技術。該技術實現了甲苯轉化成對二甲苯和苯，使得芳烴來源變得更加多樣化。在STDP過程中，催化劑的選擇性非常好，甲苯轉化成苯和二甲苯，鄰、間二甲苯轉化成對二甲苯的選擇性超過了90%，超過以前的甲苯歧化工藝（選擇性為80%），該工藝已轉讓給韓國LG-加德士石油公司麗水芳烴裝置，生產350kt/a 對二甲苯和380kt/a 苯。

2.1.1.2 異丙苯、苯酚、雙酚A方案

異丙苯是一種重要的有機化工原料，主要用來生產用途廣泛的苯酚和丙酮，近年來異丙苯的需求量大幅度增加。苯與丙烯通過烷基化工藝生產異丙苯，再經氧化生產苯酚和丙酮，進一步生產雙酚A 是一條增加產品附加值的優質路線，2018年國內苯酚和雙酚A 需求的年增長率分別為7.25%和7.63%，增長旺盛，特別是制藥企業對這兩類產品具有很大需求，高于苯乙烯和聚苯乙烯。

異丙苯的傳統生產技術主要有固體磷酸（SPA）法和三氯化鋁法。固體磷酸法由UOP 公司首先開發成功并實現工業化生產，凱洛格（Kellogg）工程公司對該生產工藝流程進行了改進和完善。三氯化鋁法主要有美國科學設計公司（SD 公司）開發的SD 工藝和日本Monsanto 公司開發的Monsanto 工藝。目前采用UOP 法固體磷酸為催化劑的生產技術方案在工業上應用較多。

2019年廣西華誼新材料依托廣西石化，以C3丙烷脫氫裝置生產的丙烯和苯為原料，規劃了230kt/a 異丙苯裝置、280kt/a 苯酚丙酮裝置、200kt/a 雙酚A 裝置，已經通過了項目環評并于12月進入了建設階段。

2.1.2 輕烴和輕石腦油轉化

目前現行汽油的蒸汽壓標準較為嚴格，很大程度上限制了調合汽油總組成中輕烴和揮發性組分的數量，其中輕組分中的C4和C5飽和烴及烯烴，可將它們進一步加工為高附加價值的化工類產品，如丙烯、乙烯及其衍生物。

目前國內外煉廠都在進行精細化加工此類原料，已從催化裂化回收丙烯大量用作化工原料，另外，化工所需丙烯和乙烯也可通過含烯烴的輕石腦油進行選擇性催化裂解來獲得。如林德公司開發的固定床催化裂化（FBCC）工藝采用擇形多相分子篩催化劑（ZSM-5型），可將含烯烴的C4和C5組分裂解為CH2單元，利用這些分子單元再組合成C2、C3、C4烯烴（而且以丙烯為主）。目前該技術在國內也已成熟，已經有不同功能的催化劑被開發出來，相關專利達到了20余件。

2.1.2.1 聚丙烯方案

丙烯主要用于生產聚丙烯，是煉廠提高經濟效益的重要來源。國內外已有眾多煉廠配套有聚丙烯裝置，有的聚丙烯單套裝置生產能力達到了300～350kt/a。此外，如果配合含烯烴的輕石腦油裂解技術，許多煉廠的聚丙烯產能很有可能進一步提高20%～25%。

2.1.2.2 環氧丙烷、丙二醇、多元醇方案

丙烯可進一步直接氧化生產環氧丙烷，采用分子氧/醛類還原劑/過渡金屬鹽催化體系，與原料同時加入反應器，一步反應生產環氧丙烷，高產率得到環氧丙烷和乙酸兩個產品，與傳統的環氧丙烷和乙酸的合成方法相比，此法具有安全、高效和環保的優點。目前，環氧丙烷主要作為苯乙烯或叔丁醇（TBA）的聯產品，此外還可進一步生產丙二醇或聚醚多元醇，并作為生產聚氨酯的原料。

但生產這類危險性很大的產品，特別需要引起注意的是，防止發生火災爆炸事故，因此必須從各方面加強生產管理，嚴格落實生產安全要求。

2.1.2.3 順酐、1，4-丁二醇、四氫呋喃方案

丁烷可用于生產順酐和1，4-丁二醇/四氫呋喃，其中1，4-丁二醇成熟的工業生產方法主要是采用Reppe 法、順酐酯化加氫法、烯丙醇氫甲?；ā㈨橍苯蛹託浞?、丁二烯乙酰氧化法和二氯丁烯水解加氫法等。從原料來源、技術經濟性和產品構成等方面總體考慮，順酐酯化加氫工藝是生產1，4-丁二醇的新工藝，市場前景很好。

四氫呋喃（THF）是呋喃的重要衍生物，對許多有機和無機物均有良好的溶解性，可以溶解除聚乙烯、聚丙烯及氟樹脂以外的所有化合物，廣泛用作反應性溶劑，有“萬能溶劑”之稱。THF 的生產主要來自于由Reppe 法或由環氧丙烷/烯丙醇法合成的1，4-丁二醇（BDO）脫水環化路線，目前全球使用該方法占總THF 產能的50%以上。以正丁烷為原料經順酐生產THF 的工業裝置已經十分成熟。產品四氫呋喃經聚合后可以得到聚四氫呋喃（PTMEG），用作生產聚氨酯及氨綸的原料。

3 煉廠化工轉型中存在的技術及市場問題分析

3.1 目前國內石化行業發展形勢初步分析

我國已躋身于世界煉化工業大國。乙烯生產能力達到23.5Mt/a，煉油能力和乙烯能力排名均居于世界第二；石化工業技術水平和裝備制造能力穩步提高。目前我國已經掌握大型煉油、乙烯、芳烴成套工業化技術，重點大型石化裝備如裂解爐、加氫反應器、壓縮機、煙機等均已實現國產化。

石化工業當前存在突出的供需結構性矛盾。盡管我國石化產業已具有較大的體量，但以乙烯、對二甲苯、乙二醇等為代表的大宗高技術含量的化工原材料、高端專用化學品國內自給率偏低，各類工程塑料、高端聚烯烴塑料、特種橡膠、電子化學產品等高端產品仍需大量進口，結構性矛盾較為突出。

3.2 煉化一體化發展模式對石化行業發展的技術分析

綜合考慮石油開采成本、運費、技術進步、替代能源的發展以及能效提高等多重因素，中低位運行的油價使得石化生產成本顯著下降，將支撐煉化工業的盈利能力得到持續改善。煉化一體化是煉化行業通行的改善經營、提升盈利的發展模式。數據表明，由于石化產品價格比原油及成品油價格更為穩定，與同規模煉油企業相比，煉 油、乙烯和芳烴一體化發展，產品附加值可提高25%，能耗可降低15%左右。而且隨著化工生產在整體業務占比的提高，油價波動對企業生產經營的影響就越小，由此可見一體化發展是提高煉化企業盈利能力，降低油價波動風險的重要途徑之一（表1）。

表1 不同類型煉廠經濟指標對比

3.3 國內大型煉廠及民營企業煉化一體化方面的發展形勢分析

煉化企業控煉油增化工項目，從大量生產成品油轉向多產高附加值的低碳烯烴下游延伸產品、芳烴原料和化工輕油，這已經成為當前煉化企業發展的重要方向之一。中石化已經建成的茂湛、鎮海、上海和南京四個世界級煉化基地，2020年新增煉油能力11Mt/a、乙烯產能3.60Mt/a 和芳烴產能4Mt/a。目前國內的幾家大型民營煉化一體化項目，均大量生產化工品，最大程度壓減成品油占比，成品油/煉油加工量比例均低于50%（表2）。

表2 典型民營煉化項目煉油化工占比情況

3.4 煤化工對煉化企業的影響分析

目前國內的煤化工-煤制烯烴、丙烷脫氫、煤制油產能持續擴張，截止到2017年底，全國已投產煤制烯烴（含甲醇制烯烴）合計乙烯產能4.98Mt/a，丙烷脫氫產能5.13Mt/a?？紤]到資源及環境的制約，未來煤制烯烴的發展雖有放緩，但仍將不斷增長，預計到2025年，煤制乙烯產能將增長到約7Mt/a。2017年煤制油產能2.78Mt/a。根據國家煤化工“十三五”規劃，到2020年煤制烯烴產能將達到16Mt/a，煤制乙二醇產能達到6～8Mt/a，煤制油產能達到12Mt/a，煤制芳烴產能達到1Mt/a。煤化工將成為我國化工產業的重要組成部分。

目前依托于國內各研究機構及高校，煤化工的主要關鍵技術已經突破，且很多技術已經成功實現了工業化生產和長周期的運行，正以低原料成本沖擊油品及石化產品市場。但受低油價、運行穩定性、環保壓力和產品結構等因素制約，其自身發展主要承受低油價帶來的壓力，中低油價下，煤化工發展、競爭的重點是化學品方面，尤其是煤制烯烴，煤制油、因此單一的成品油為目標產品的企業競爭力有限。

4 主要高附加值化工產品技術經濟分析

4.1 乙烯產品鏈

超高分子量聚乙烯是綜合性能優異的熱塑性工程塑料，價格高于普通HDPE 產品2 000元/t，未來年均消費增長率在20%以上，2025年消費量將達到13kt。苯乙烯是大宗石化產品，2017年進口量3 213kt，自給率總體仍較低，到2025年仍有近2 000kt 的缺口。

4.2 丙烯產品鏈

國內聚丙烯產品自給率接近88%，長遠來看，我國聚丙烯產品將保持一定缺口。而產品結構方面，丙丁共聚等高檔聚丙烯產品未來需求將進一步增加。高吸水性樹脂主要用于衛生領域，高檔SAP 產品市場增長迅速，未來在農業、廢水治理等方面將有新的應用契機。2025年國內市場需求量將達到1 530kt?？山到馑芰?，目前市場消費量為250kt 左右，主要原因是成本較高，而PPC 產品成本優勢明顯，市場前景看好。

4.3 聚碳酸酯產品鏈

該類產品是國內需求增長速度最快的通用工程塑料，2017年進口量1 390kt，自給率僅40%，2025年需求量將達到2 440kt。MIBK 是一種高檔涂料的主要輔助溶劑，歐美等發達國家需求量逐年上升，我國近年隨著相關行業的發展，對MIBK 需求量也將不斷增加。

目前，科思創、沙比克、盛禧奧 （原陶氏裝置）、帝人、三菱五大廠商占全球PC 產能的70%以上，處于全球PC 市場的壟斷地位。2018年中國PC 表觀消費量近1 840kt，國內產量僅為680kt，進口需求量達到了65%。

聚碳酸酯的生產方法分為光氣法和非光氣法，其中光氣法產能占80%左右，非光氣法產能占比不到20%，非光氣法是指在生產全過程中不使用光氣，屬于環保型生產工藝，已經成為今后PC 生產工藝的發展趨勢。特別是在國家環保要求對光氣資源監管嚴格的情況下，未來國內新建裝置均傾向采用非光氣法。

近幾年，中國聚碳酸酯產業發展迅速，新建項目陸續投產，截至2018年底總產能達到1 160kt/a，位居全球第一。此外，在中國目前已經公布的將近20個擬在建聚碳酸酯項目中有多個項目擬采用非光氣熔融酯交換法工藝。

4.4 C4產品鏈

聚異丁烯產品根據分子量不同有不同的用途，主要用于潤滑油添加劑及密封材料方面。聚甲基丙烯酸甲酯2017年國內消費量610kt，進口量190kt，自給率26%，目前產品呈現較好的盈利態勢。

據分析，原料C4因制造途徑的不同，可分為混合C4及煉廠C4。混合C4是重要的石油化工資源，煉廠C4主要用于制作燃料。氧化脫氫技術可將混合C4烯烴中的丁烯-1和丁烯-2轉化為丁二烯，再將丁二烯加工生產成各種橡膠。

建議C4綜合利用可向多領域涉足，如利用活潑烯烴開發新單體，通過加氫可開發多種新化學品，開發多路徑生產可降解樹脂等。C4企業應盡可能停掉脫氫、芳構化和異構化裝置，“三改”即對醚化、烷基化和酯化進行重整擴大，將烷基化和加氫工藝組合加工粗酚，酯化與水解或加氫工藝結合生產仲丁醇汽油。

目前國內對異丁烯選擇性加氫技術以混合C4為原料，將異丁烯選擇性疊合生成三甲基戊烯，再加氫生成異辛烷。丁烯非選擇性氫技術則以混合C4為原料，在固體酸作催化劑，高溫、高壓的條件下，使C4中的所有丁烯生成疊合產物，疊合產物加氫生成的異構烷烴混合物以異辛烷為主要組分。上述技術可用于新建MTBE 裝置或裝置的改造，并為合成或DCC 增產丙烯和乙烯提供優質的原料。

4.5 甲醇及芳烴產品鏈

聚苯醚是世界五大通用工程塑料之一，未來全球需求可達到年均10%的增長速度；2020年需求將超過200kt，市場空間較大，具有良好的發展前景。CHDM 是生產高檔聚酯產品的重要原料，國外已經利用高檔聚酯產品替代聚碳材料生產更安全的產品。

芳烴屬于大宗基本有機化工原料，廣泛用于服裝面料、航空航天、交通運輸、裝修裝飾、電器產品、移動通訊等領域，與人們生活關系密切。目前，我國一半的芳烴需要從國外進口。

由于甲醇制芳烴技術為加壓操作（反應器出口表壓0.3MPa），設備與管道尺寸小，大型化時，投資少，芳烴為液態產品，比氣態產品易運輸。甲醇制芳烴技術可有效滿足以煤與天然氣為原料生產甲醇企業的進一步產品深加工，也可以滿足擁有聯合芳烴裝置的石化企業進行簡單的原料置換，將石腦油重整制備芳烴過程改為甲醇制備芳烴過程。同時芳烴產品本身不含硫，辛烷值高，可以部分用作燃料添加劑。所得混合芳烴如果進一步分離轉化，可為乙苯、苯乙烯、對二苯甲酸、異丙苯、硝基苯等重要化學品的制備提供原料，服務于高端的聚氨酯、聚酯與聚碳酸酯等工程塑料的制造，具有廣闊的應用前景，對于緩解我國芳烴大量進口的局面具有重要意義。

這一技術的工業試驗成功使我國在世界上首次可實現由煤制石油化工的平臺化合物三烯、三苯的工業化路線，對我國富煤、缺油、少氣的能源與資源格局條件下發展化工產業創造出了一條新路。同時煤制芳烴從工藝路線、催化劑與原料成本等與煤制烯烴較為接近，芳烴沒有低碳烯烴深冷分離的技術與成本難題，從目前煤制烯烴在我國的迅速發展與取得的效益看，煤制芳烴不僅有重要的社會效益，也會有很好的經濟效益。

5 煉化企業轉型中存在的問題分析

1）清潔生產技術與綠色工藝問題：國六成品油、排放煙氣脫硫脫硝除塵、VOC 與廢水達標排放、節能降耗、環境友好溶劑、過程強化、排放水深度處理回用，在國家環保政策日益趨緊的情況下應更加注重此類問題帶來的項目瓶頸。

2）原料多元化與彈性化技術問題：煤氣化替代原油制汽、煤、柴油；煤氣化代石腦油制乙烯、丙烯；輕烴代頁巖氣制乙烯、丙烯；動植物油脂加氫制航煤，這些新興領域帶來的技術壁壘與專利陷阱應當引起高度重視。

3）企業應當不斷升級煉油產品的清潔化檔次，滿足汽車更高排放標準的要求。

4）企業應當適應項目清潔化、園區化、綠色化的沖擊，實現清潔生產、嚴格過程安全，確保排放達標、有益于環境改善，深化節能降耗、追求綠色低碳。