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預計２０１０年世界乙烯需求量將達到１２０００萬噸，比１９９８年增長５０％,；丙烯的需求量為８２００萬噸,，比１９９８年增長８２％。如何滿足乙烯特別是丙烯需求高速增長的需要,，已成為當前和今后一個時期世界煉化工業(yè)的難題,。２０１０年以后，石腦油的用量將由目前占裂解原料的５０％以上降低到５０％以下,，乙烷的用量將由目前的近３０％上升到３０％以上,。中東地區(qū)由于乙烷價格低廉，是世界上乙烯成本最具競爭力的地區(qū),，到２０１０年,，世界新建和擴建的裂解裝置生產能力將有５０％在中東。對于催化裂化裝置生產能力較大而又需要大量丙烯的國家而言,，通過催化裂化生產丙烯,，看來是滿足丙烯需求快速增長的有效途徑。為了實現煉化生產的效益最大化,，煉油廠,、裂解廠、芳烴廠將從松散一體化走向緊密一體化,，從分散優(yōu)化走向整體優(yōu)化,，通過聯合、兼并,、重組和區(qū)域優(yōu)化,，充分發(fā)揮煉化生產的協同作用，充分利用石油資源,。 據第十七屆世界石油大會預計,，為滿足世界經濟發(fā)展的需要，２０１０年世界原油需求量將達到４５億噸,，比１９９８年的３４億噸增長３２％,，其中運輸燃料的需求量將占到石油需求的５０％（１９９５年為４６％，１９８５年為４０％）,。全球油品需求的趨勢是重質燃料油減少,，汽油略有增長，噴氣燃料和柴油增長較快,；同時,，運輸燃料中的汽油和柴油,，將由清潔燃料向超清潔燃料發(fā)展。預計到２０１０年,，發(fā)達國家和部分發(fā)展中國家清潔汽油和清潔柴油的含硫量將降低到１０μｇ／ｇ以下,，芳烴含量也將有所減少。在石化原料方面,，預計２０１０年世界乙烯需求量將達到１２０００萬噸,，比１９９８年的８０００萬噸增長５０％；丙烯的需求量為８２００萬噸,，比１９９８年的４５００萬噸增長８２％,，丙烯需求的增長速度遠高于乙烯。鑒于運輸燃料需求的增長速度與石化原料有很大差別,，煉油生產與石化生產的現有關系將出現失衡,，常規(guī)的煉化一體化生產模式將不能滿足需求。因此,，如何滿足乙烯特別是丙烯需求高速增長的需要,，已成為當前和今后一個時期世界煉化工業(yè)的難題，需要有技術上可行,、經濟上合理的新思路來迎接新挑戰(zhàn),，以滿足發(fā)展的需要。 一,、煉化生產一體化需要與時俱進 到目前為止,，乙烯主要通過蒸汽裂解裝置來生產，乙烯是主產品,，丙烯是聯產品,；丙烯６０％靠蒸汽裂解裝置生產，４０％靠煉油廠催化裂化裝置生產,。不同原料裂解得到的產品分布差別很大（表１）,。盡管用乙烷、丙烷,、丁烷,、石腦油和輕柴油做原料通過蒸汽裂解都可以得到乙烯和丙烯，但從原料來源,、原料價格和經濟效益考慮,，石腦油和乙烷一直是用得最多的裂解原料，而且預計直到２０１０年仍然是這樣（見圖１）,。但是,，由圖１可見，今后的發(fā)展趨勢是,，石腦油的用量將由目前占裂解原料的５０％以上降低到５０％以下,，乙烷的用量將由目前的近３０％上升到３０％以上。 目前,，亞太地區(qū)和歐洲主要采用煉油廠提供的石腦油和少量輕柴油,、凝析油做裂解原料，除生產乙烯外,，還生產較多的丙烯,、丁烯和裂解汽油（芳烴）。中東和北美地區(qū)主要采用乙烷和少量丙烷,、丁烷做裂解原料,，只生產乙烯和少量丙烯，但裝置工藝簡單,、投資少,。中東擁有豐富的油田伴生氣資源，因而有低成本的乙烷供應,。２００３年５月沙特的乙烷成本為３８美元／噸,，伊朗為６３美元／噸，美國的乙烷價格為２７０～３００美元／噸,，因而中東與美國,、亞太、歐洲相比,，具有巨大的原料價格優(yōu)勢,。因為原料乙烷的價格低廉，中東的乙烯成本僅為１３２美元／噸（世界乙烯平均成本為２７４美元／噸）,，是世界上最具競爭力的地區(qū),。預計，至少到２００７年,，中東的乙烯成本仍是１３２美元／噸,，而世界乙烯平均成本將達到２８７美元／噸。在過去１０年間,，中東的乙烯產能已增加到世界乙烯產能的１３．４％,，預計到２００６年將增加到世界乙烯產能的３４％。到２０１０年,，世界新建和擴建的裂解裝置產能將有５０％在中東,。 自２０世紀７０年代兩次世界石油危機以后，裂解技術有了很大進步,，選擇性和熱效率都有所提高,，從乙烷到重瓦斯油的各種不同原料都可以加工。由于壓縮機和裂解爐制造技術的進步，目前裂解爐單爐的最大生產能力已達到１５萬噸～１８萬噸／年,，預計今后可達３０萬噸／年,。但是，原料和能耗高達總成本的８２％,，可控成本（工資,、輔助材料）只占總成本的１２％。因此,，為了提高裂解裝置的投資效益,，裂解裝置的經濟規(guī)模在不斷擴大。以石腦油為原料的裂解裝置,，在上世紀９０年代的世界級規(guī)模是５０萬噸～６０萬噸／年（乙烯）,，現在是８０萬噸～９０萬噸／年，２００７年以后將達到１２０萬噸～１５０萬噸／年,。以乙烷為原料的裂解裝置,，目前的世界級規(guī)模已達到１３５萬噸／年（２００２年在加拿大投產），規(guī)模為１５０萬噸／年乙烯的乙烷裂解裝置已在中東進行規(guī)劃,，乙烯裝置承包商認為,，建設１８０萬噸／年的超大型乙烷裂解裝置也是可能的。但是,，由于原料供應和聯產品處理問題,，石腦油裂解裝置在中期內還不可能達到這個規(guī)模。 盡管裂解技術具有原料多樣化和裝置大型化的優(yōu)勢,，但僅靠裂解裝置無論是現在還是將來都不能滿足聚合級丙烯高速增長的需求,。由圖２可見，２０００年世界聚合級丙烯與聚合級乙烯的實際需求比為０．５６,，而裂解裝置的實際生產比僅為０．３９,；預計２０１０年實際需求比將上升到０．５９，而實際生產比卻下降到０．３４,。此外,，盡管裂解裝置今后仍將繼續(xù)在乙烯生產中發(fā)揮重要作用，可是在某些不需要或不適合建設世界級裂解裝置而又需要有一定數量乙烯／丙烯生產聚合物的國家或地區(qū),，需要有替代技術來滿足需求,。毫無疑問，這就需要煉化生產一體化與時俱進,，開拓新思路,，尋求新途徑。 二,、從松散一體化走向緊密一體化 世界上大多數國家在某一地區(qū)都是先建煉油廠后建裂解廠,、芳烴廠,，而且各廠都有不同的業(yè)主。所以,，長期以來煉化生產一體化都是簡單的松散一體化,，即煉油廠為裂解廠供應石腦油做裂解原料，同時為芳烴廠供應石腦油和加氫裂化重汽油做芳烴料,，裂解汽油運回煉油廠加氫以后用做汽油調合組分或送芳烴廠生產芳烴,。油品生產,、烯烴生產,、芳烴生產都是獨立進行，協同作用很低,?？梢哉J為，這種松散一體化的動力主要來自烯烴生產,、芳烴生產提高效率和降低成本的需要,。可是,，近十多年來,，情況有了很大變化，煉油廠既面臨著生產清潔燃料和超清潔燃料的壓力,，也面臨著降低成本,、提高利潤的壓力。為了實現煉化生產的效益最大化,，最好的辦法是通過聯合,、兼并、重組或區(qū)域優(yōu)化,，使煉油廠,、裂解廠、芳烴廠從松散一體化走向緊密一體化,，從分散優(yōu)化走向整體優(yōu)化,，充分發(fā)揮煉化生產一體化的協同作用。這種緊密一體化的指導思想是,，充分合理優(yōu)化利用原油資源,，宜烯則烯，宜芳則芳,，物盡其用,；實施措施是綜合平衡，調整裝置結構,；最終目的是,，提高目的產品收率,，降低能耗，降低成本,，實現效益最大化,。由于煉油廠、裂解廠,、芳烴廠的基礎條件不同,、產品方案不同，所以實現緊密一體化的具體做法也不一樣,。以一種少產汽油,、多產中餾分油（噴氣燃料和柴油）、多產輕烯烴的緊密一體化方案為例,，其具體做法是： ?。ǎ保┧庸さ脑捅M可能考慮多產輕烯烴的裂解原料的需要，因為要生產清潔燃料,，煉油廠有足夠的加氫裝置能力,，所以從低硫原油到高硫原油都可以選用。 ?。ǎ玻U大裂解裝置的生產能力,，取消重整裝置，把石腦油都用做裂解原料生產輕烯烴,，裂解汽油通過加氫用做汽油調合組分,，也可以通過改質轉化為Ｃ２－Ｃ４正構烷烴再用做裂解原料；裂解得到的氫氣供煉廠生產清潔燃料的加氫裝置使用,。 ?。ǎ常﹥?yōu)化利用裂解裝置的聯產品Ｃ４／Ｃ５餾分，可以抽出也可以不抽出丁二烯和異戊二烯,，把Ｃ４／Ｃ５餾分用于生產ＭＴＢＥ／ＴＡＭＥ,，也可以用于生產烷基化油，這樣既能夠提高汽油辛烷值,，又能夠使調合汽油的蒸氣壓和苯／芳烴含量符合清潔汽油的要求,。 （４）利用催化裂化裝置多生產輕烯烴特別是丙烯,，把催化裂化裝置的低濃度輕烯烴送進裂解裝置的回收系統回收乙烯和丙烯,。因為乙烯生產的大部分能耗在于裂解過程，所以低濃度輕烯烴是成本較低的原料,。 ?。ǎ担┏浞职l(fā)揮加氫裂化裝置的作用，加氫裂化輕汽油用做清潔汽油調合組分,，中餾分油用做噴氣燃料和清潔柴油調合組分,，加氫裂化尾油用做裂解原料生產乙烯和丙烯（如果需要,，也可以用做生產ＩＩＩ類潤滑油基礎油的原料）。 ?。ǎ叮┰陀糜谏a瀝青或用做電站燃料,，也可以通過氣化進行發(fā)電、生產蒸汽和氫氣,。 ?。ǎ罚崿F公用工程一體化：整合供水、供電,、供汽,、供風（壓縮空氣）和污水處理系統，煉化生產共用,，化工生產不能完全利用的低溫位熱能供煉油生產使用,。 ?。ǎ福崿F輔助設施一體化：整合技術支持,、維護、采購,、倉儲,、培訓、安全等服務部門,，煉化共用,，降低單位產品的成本。 這種方案是Ｓｈｅｌｌ,、ＳＡＢＩＣ等公司在認真研究的基礎上提出的,，并已經過技術經濟評估，正在歐洲和中東分步實施,。 三,、裂解裝置多產丙烯的新舉措 預計今后１０年，全球丙烯需求以年均６％～８％的速度增長,，將超過全球乙烯需求（４％～６％）的年均增長速度,。因為丁烯的價格一般既明顯低于乙烯，也明顯低于丙烯,，所以減少丁烯,、增加丙烯，可以提高裂解裝置的效益,。為此,，ＡＢＢＬｕｍｍｕｓ公司開發(fā)了用正丁烯和乙烯生產丙烯的新技術。這項技術是把正丁烯和乙烯通過氣相固定床反應器進行復分解（易位）反應,，使丁烯－２和乙烯反應生成丙烯,，隨著丁烯－２在復分解反應中的消耗,，丁烯－１被異構化為丁烯－２。催化劑促進丁烯－２與乙烯生成丙烯的反應,，同時也將丁烯－１異構化為丁烯－２,。丁烯的單程轉化率在６０％以上，生成丙烯的總選擇性在９０％以上,。根據計算,，用兩噸丁烯和１噸乙烯生成３噸丙烯。 以石腦油為原料的裂解裝置,，所生產的丙烯對乙烯的比例在０．４５～０．６５之間,，取決于裂解深度?；旌希茫答s分中有丁二烯,、丁烯和丁烷。如果不需要丁二烯作產品,，可以通過選擇性加氫生成丁烯,，為復分解反應提供更多的丁烯。乙烯原料可以是聚合級乙烯,，也可以是稀乙烯,。乙烷、甲烷等飽和烴都不參加反應,。同樣,，丁烯原料可以是多種Ｃ４餾分，包括催化裂化或石腦油裂解得到的混合Ｃ５,，從抽提丁二烯或生產ＭＴＢＥ得到的Ｃ４抽余液,。如果把復分解裝置與裂解裝置結合在一起，可以使最終產品丙烯對乙烯的比例提高到１．１,，這取決于在復分解反應中原料丁烯的數量,。 以上第一套復分解工業(yè)裝置建在美國Ｌｙｏｎｄｅｌｌ公司，１９８５年投產,。第二套裝置建在ＢＡＳＦ－Ｆｉｎａ公司的美國ＰｏｒｔＡｒｔｈｕｒ煉化一體化聯合企業(yè),。石腦油裂解裝置原設計生產９２萬噸／年乙烯和５５萬噸／年丙烯。復分解裝置丙烯的生產能力是３１．３萬噸／年,，主要以裂解裝置的丁烯和乙烯為原料,，也由附近的裂解裝置提供一部分丁烯和乙烯。第二套裝置于２００３年投產以后,，最終實際生產８３萬噸／年乙烯和８６萬噸／年丙烯,。第三套裝置建在我國上海的ＢＰ—中國石化合資的賽科裂解廠，２００４～２００５年投產,；第四套裝置建在日本三井化學公司的大阪裂解廠,，也是２００４～２００５年投產,。 四、催化裂化裝置多產丙烯的新舉措 丙烯是用量僅次于乙烯的重要石化原料,。２００１年世界上約有５８％的丙烯用于生產聚丙烯,，其余４２％用于生產異丙苯、丙烯腈,、環(huán)氧丙烷,、丙烯酸等石化產品。長期以來,，由于裂解裝置生產的丙烯不能滿足需求,，煉廠催化裂化裝置生產的丙烯就成了丙烯的第二大來源。目前,，世界上大約６０％的丙烯來自裂解裝置,，大約３８％來自催化裂化裝置，大約２％來自丙烷脫氫裝置,。２００１年美國裂解裝置只有２０％左右用石腦油和輕柴油做原料,，約有５０％左右用乙烷做原料，可是催化裂化裝置的產能高達２．８億噸／年,，約占世界催化裂化裝置總產能的４１％,，所以美國催化裂化裝置生產的丙烯占其丙烯總產量的５３％，而西歐和亞洲國家所占的比例要小得多,。鑒于煉油廠常規(guī)催化裂化裝置的丙烯產率在４％～６％之間（不超過６％），難以滿足丙烯需求快速增長的需要,，為此,，近幾年，國內外一些大公司和科研院所都在開發(fā)多產丙烯的催化裂化新技術,，其中有些已用于工業(yè)生產,。這些新技術的共同點都是采用專門開發(fā)的含有擇形分子篩的催化劑或助劑，在工藝上采用高溫和短接觸時間的高苛刻度操作,。目前已經工業(yè)應用和已經進行工業(yè)試驗的技術有以下幾種： ?。保疃却呋鸦ǎ模茫茫?br> 由中國石化石油化工研究院（ＲＩＰＰ）開發(fā)的這項技術，采用一種含改性五元環(huán)中孔沸石的固體酸催化劑和流化床反應器,，裝置的工藝流程與常規(guī)的催化裂化相同,，由一個催化劑流化輸送的連續(xù)反應—再生系統組成。其操作條件與常規(guī)催化裂化相比,，反應溫度高一些,，劑油比大一些，停留時間長一些,。除了能得到高收率的丙烯外,，還能得到富含芳烴的高辛烷值汽油組分,。以石蠟基的大慶減壓瓦斯油＋常壓渣油為原料，可以得到２３．０％的丙烯和３．７％乙烯,。另外,，１９９７年在泰國建成投產的ＤＣＣ裝置，加工能力為７５萬噸／年,，用經過加氫的中東減壓瓦斯油為原料,，得到５．３％的乙烯、１８．５％的丙烯,、１３．３％的丁烯和３５．７％的Ｃ５—２００℃汽油,。汽油的研究法辛烷值為９８．５，馬達法辛烷值為８５．３,。到１９９９年底,，國內外已有７套ＤＣＣ工業(yè)裝置投產。 ?。玻呋療崃呀猓ǎ茫校校?br> ?。遥桑校虚_發(fā)的ＣＰＰ技術是在ＤＣＣ技術的基礎上發(fā)展起來的。除了采用一種新配方催化劑外,，還采用了提升管反應器,，操作條件比ＤＣＣ更苛刻。２０００年１０月至２００１年１月在１套８萬噸／年裝置上進行了工業(yè)試驗,，原料油為４５％大慶減壓蠟油摻５５％減壓渣油,，其性質近似大慶常壓渣油。在反應溫度為６１０℃時,，乙烯收率為１３．７１％,，丙烯收率為２１．４５％；在反應溫度為６４０℃時,，乙烯收率為２０．３７％,，丙烯收率為１８．３３％，裂解汽油富含芳烴,，辛烷值高,。不難看出，ＣＰＰ技術的特點是,，除了能得到高收率的丙烯外,，還可以通過改變操作條件調節(jié)丙烯／乙烯的比例，得到較高的乙烯收率,。 ?。常粒穑澹呋瘎?br> 這是美國Ｄａｖｉｓｏｎ公司專門開發(fā)的一種提高催化裂化丙烯收率的新催化劑。因為它采用專有的擇形分子篩和基質技術，不但可以大幅度提高丙烯收率,，而且可以在有污染金屬存在的情況下減少生焦,。用Ａｐｅｘ－１５０催化劑，以一種含Ｎｉ＋Ｖ５０００μｇ／ｇ的重油為原料,，反應溫度５６５℃,，轉化率８４．９％，得到丙烯１７．８％,、乙烯１２．６％,、Ｃ５以上汽油３２．２％、輕循環(huán)油＋重循環(huán)油１５．１％,；用Ａｐｅｘ－２００催化劑,，以一種含Ｎｉ＋Ｖ＜１００μｇ／ｇ的蠟油為原料，反應溫度５６５℃,，轉化率８５％,，得到丙烯２２．４％、乙烯１６．５％,、Ｃ５以上汽油２８％,、輕循環(huán)油＋重循環(huán)油１５．０％。這種新催化劑已通過工業(yè)試驗,。 五,、思考與啟示 通過聯合、兼并,、重組和／或區(qū)域優(yōu)化,，實現煉化生產緊密一體化，是當今世界煉化生產的發(fā)展趨勢,，這既是充分發(fā)揮煉化生產的協同作用,，充分利用石油資源，降低能耗,、物耗、生產成本,，提高經濟效益的需要,，也是油品升級換代、調整油品結構,、增產石化原料,、滿足市場需求的需要。 世界級規(guī)模的裂解裝置固然有規(guī)模效益和競爭優(yōu)勢,，但投資很大,，還需要有足夠的原料資源供應，也難以大幅度增產丙烯，因此,，在缺少石油資源的國家難以普遍推廣,。催化裂化裝置相對投資較少，可以用重質原料生產輕質烯烴特別是多產丙烯,，目前的丙烯收率已經超過石腦油裂解的水平,，因此也是今后的發(fā)展趨勢。對于催化裂化裝置產能較大而又需要大量丙烯的國家而言,，通過催化裂化生產丙烯,，看來是滿足丙烯需求快速增長的有效途徑。 |
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