2009年05月15日-炼化一体化的优势

1、精选优质文档-倾情为你奉上炼化一体化的优势去年下半年开始从金融业向实体工业蔓延的危机，加上随之发生的油价雪崩，也沉重打击了全球的石油和石化工业。美国化工协会（ACC）称普遍的观点认为全球化工产品的产量08年的增长仅能达到2.2%，而2004年的峰值增长水平曾达到5.4%。这种减速趋势将持续到09年，预测的增长水平仅为1.5%。德国化学工业协会（VCI）也做出悲观的估计，认为经过连续4年的良好增长之后，09年德国化学品产量将比08年下降1%。但是，作为人民生活水准提高和国民经济发展之基础的能源工业从其本质上说来具有非常强健的体格，也是所有工业化国家的政府倚之为命脉的。它总是，也必须首先从危机中复

2、苏，为其他行业和整个经济的上行提供动力。1930年代的大萧条和7080年代之交的石油危机之后，石油与石化工业都以一系列创新性的产品开发和革命性的工艺发展将全球经济重新推上轨道，呈现更为蓬勃的活力，展示益加辉煌的前景。今天也同样如此。全球的经济学家视中国为将全球经济拉出困境的发动机，中国政府则将石油石化列为振兴经济的关键行业。根据PFC能源咨询机构对中国石油加工行业发展的一份观察报告，“很显然，从规模和增长趋势来说，中国肯定无疑是炼油行业的投资首选，而且对炼油厂的投资还能为向下游石化的一体化发展开创机遇。”包括Total、ExxonMobil、Shell 和BP等国际石油公司和Saudi Ara

3、mco和科威特KPC等中东产油国的国家石油公司在内的许多外国投资者都迫切希望参与在中国开发炼油项目。但是，在危机恢复期建设新的需要高强度投资的石油石化项目，如何确保其稳定可靠的投资回报率毕竟对项目的成立与否具有决定性的意义。本文的主要数据和观点来源于HP 2009年2月期的文章“Why integrate refineries and petrochemical plants?”，但根据中文行文的需要和个人的理解进行了撙节和重新组织。1今日炼油工业面临的挑战炼油工业为了适应日趋严格的强制性燃料规范演变过程和原油质地变差（重质化和高硫含量）的趋势，对工艺装置进行了一系列现代化的改进。近期出现的一

4、种重要倾向，即对柴油/中馏分油的需求更多地超过对车用汽油的需求，也大大促进了炼油装置的工艺技术进步，而炼油装置的变化发展又对原油的加工要求产生了深刻的影响。在炼油工业中，推动技术进步的一项关键因素是油品规格，包括超低硫含量的燃料标准、对单环芳烃的限制以及日趋严格的RVP（里德蒸汽压）控制要求。对于从事商业运行的炼油厂来说，为适应燃料规格优质化而进行的投资是很难从经济上加以平衡的，因为这部分投资不能产生成比例的产品价值的回报。对于某些设计为处理相对轻质的原油、采用简单流程、因而产品中不可避免地包括了大部分较轻馏分的炼油厂来说，对高柴汽比的要求也是一个困扰。大宗油品供应和需求的不断变迁，造成了全球

5、性或局部性的供需失衡。以美国为例，在最近的15年中，美国对汽油需求量的增速平均为1.5%/年，而柴油需求量的增速则高达4%/年。因为柴油具有更高的燃烧效率和能量密度，预计其需求将继续保持较大的增速。另一方面，近期内将可能出现汽油的供应过剩，而全球范围内的低硫燃料油的供应则将出现不足。全球范围内对运输燃料不断上升的需求以及明显有限的低硫、轻质原油的供应来源，促使必须利用一切可能获得的原油资源。目前已探明的重质原油的储量比传统加工的常规原油的储量高出5倍以上。而较大的价格折扣则成为一项重要的推动力，促使炼油业者投入大量资金以转换/更新其原有的加工装置或建设新装置，使之具备加工重质高硫原油的能力。替

6、代性燃料和能源也是由于原油的价格压力和人们对环境因素的关切而渐渐取得市场的认可的。替代燃料可能在一定程度上减轻全球对燃料油的需求压力，但至少就近期而言，其影响力与石油基燃料油品相比还是相当有限的。表1中比较了各种轻质和重质原油的性质及其对初级产品物流分布的影响。表1 具有代表性的各种原油的性质西北大陆架原油里海混合油阿拉斯加原油阿拉伯重油Hamaka原油玛雅原油Eocene ME原油塞罗内格罗原油沥青油轻 重API指数61.243.43227.72622.218.7168.5比重0.7340.8090.8640.890.8980.920.9420.9591.01硫，重量%0.010.590.9

7、31.63.33.973.344.26氮，ppm10420170014302470215048004433TAN（总酸值）0.020.100.120.20.70.280.21.93.1初级加工切割范围，体积%石脑油+轻烃6832271712168.57.50.5煤油192513.5121611108.50.5柴油61616.511181412.5207.5减压瓦斯油（VGO）11926262620283534渣油-817342839412957.5轻质原油和凝析油是组合生产石化产品（烯烃和芳烃）和燃料产品（主要是汽油、煤油和喷气燃料）的理想原料。由于对汽油产品的规格要求，尤其是关于RVP和苯含

8、量的要求，使得对其直馏产品中的C6和更轻组分需要进行经济合理的配置。传统的撇蒸炼制工艺（单纯从石油中蒸馏出较轻的组分）可能无法达到要求的产品标准（芳烃含量）而使得其市场定位十分狭窄。重质原油则需要大规模的改质能力来提升瓦斯油（GO）和渣油馏分的品质。对于处理重质原油的炼油厂，需要投入更多的基本建设资金，但可以通过进料原油的价差和初级产品的价值链的改进而得以收回。工业界针对上述挑战采取的相应措施是在现代炼油厂中增建各种转换装置单元，因而增加了炼厂的复杂程度和投资强度。对裂化或焦化产品进行加氢处理需要补充大量的氢气资源，对于缺乏天然气供应的地区氢气资源受到很大限制。现代炼油厂中的关键转换装置包括重

9、油催化裂化（RFCC）、加氢裂化、焦化及溶剂脱沥青等处理装置，但另一种有很大潜在应用前景的转换单元是气化装置，用来处理石油焦，同时能平衡炼厂的氢气和蒸汽需求。加氢裂化石脑油需要通过重整装置的进一步加工来改进其辛烷值。另外，炼油厂可能还需要配备更多的二级处理装置来最大满足产品规格标准，同时为各种副产物流改质加工以提高其附加值而提供更多的选择灵活性。这里所说的副产物流包括饱和烃类气体（来自原油蒸馏、转换装置和二级处理装置的乙烷、丙烷、丁烷等）、不饱和烃类气体（乙烯、丙烯、丁烯）、轻石脑油、单环芳烃和石油焦。炼油厂面临的另一项挑战是为达到车用汽油调合池的规格而不断寻求高辛烷值、低RVP的调合组分，用

10、以替代以往使用的甲基叔丁基醚。一家现代炼油厂的加工能力配置必须能满足加工不同原油而仍能达到较理想产品分布（汽油与中馏分油的相对比例）的要求。在考虑产品分布时，炼油厂必须摆脱传统的燃料产品方案的束缚，才能保持赢利和竞争能力，尤其是在加工重质原油的情况下。2石化工业也需要适应原料资源的变迁趋势在全球范围内，对石化产品的需求增加速度可能达到对燃料需求增速的3到4倍。对于以石油炼制产物为主要原料的石化产品来说，46%/年的增长速度是十分普遍而典型的。这种潮流已经使烃加工工业的根本基础和重点目的发生了从燃料/能源产品向石化及衍生产品的转移。由于原料成本在总生产成本中占有压倒性的比重，石化工业一直在努力寻

11、找较为廉价的、或则可称之为机遇性的原料来源。传统原料的供应不足将不断挤压石化工业的利润率。例如，由于近年来急剧上升的乙烯产能，中东地区已经感受到乙烷原料的不足，同时LPG和石脑油在该地区的供应则预测将出现过剩。因此当地的石化装置正在试图改变其运行方式，改为以LPG为进料，甚至可能以天然气生成油（NGL）或石脑油为原料。就目前来说，全球的苯和二甲苯的供应是有缺口的。乙烯和丙烯的供求关系也一直在发生变化，朝着需要更多丙烯的方向发展。合成气的生产成本正在急剧上升，对其赢利性构成了巨大的压力。这些挑战对于石化工业来说，都是促成其与炼油厂实现纵向整合的机遇所在。另一方面，石化工业也面临与炼油业类似的挑战

12、，即需要增加装置设施的复杂程度才能保持必要的应对原料和产品多样性要求的灵活性。石化生产厂商一直在寻求从炼油厂或天然气加工厂取得廉价的原料。但这些原料常常需要经过改性提质才能适应常规的蒸汽裂解装置的处理要求，而且还会对裂解产品的分布、其分离及后续处理工艺产生很大的影响。许多用作裂解原料的物流所含的杂质如不经预处理便可能影响装置的运行甚至最终产品的质量。这类杂质需经处理或完全消除后方能保证裂解装置的稳定运行、并达到理想的技术经济指标。此外，石化生产厂商还一直在考虑增加某些新型的生产工艺，包括丙烷脱氢、烯烃移位、交互转换技术以及替代性的石化产品生产路线（如甲醇/乙醇生产烯烃）等来满足不断增长的对基本

13、化工原料的需求。在石化装置的工艺流程中产生并需要经济合理地进行配置的副产资源包括氢气、C4馏分、裂解汽油、GO、燃料油等。由此不难得出的结论是，石化工业同样需要实现原料多样化及保证廉价原料的供应才能保持其竞争力。3，实现一体化整合是双赢的选择结合炼油和石化所面临的挑战和机遇，实施一体化显然是双赢的选择。成本因素和资源配置优化的需要。廉价易得的原料供应和不断变化的适销产品方案一直是推动炼油和石化工业发展的关键要素。对于单纯燃料型炼油厂来说，原料（进料原油）的费用可以占到生产总成本的70%以上。同样，混合进料型的乙烯裂解装置的原料费用也可能高达总成本的75%。因此，降低原料成本显然是提高炼油和石化

14、业者的赢利和竞争能力的最有效途径，而且，将低价值的副产物物流提升为高附加值的产品则能大大增强项目的经济性。一体化的炼油-石化联合工厂能够加工价格较低的重质原油，而且又能将低价值的副产/废弃物流转化为高价值的化学品和石油化学品。换句话说，一体化的加工装置能够实现高效率的烃类分子管理。供应有余的轻质产品还包括液化石油气（LPG）和石脑油，但两者都是可用于石化生产的优质原料，因此在一定程度上抵消了炼油产品分布中的不平衡。一体化可提供的市场定位机遇。与上游的一体化保证了原料的供应，与下游的一体化则保证了市场份额。因此一体化的方式总是能在产品多样化的过程中保证更为稳定的价值链。对于周期性的（石化产品）市

15、场和非周期性的（车用燃料）市场都是如此，而且相对减少了对各个单独市场的依赖性。一体化可提供的降低投资和操作费用的机遇。通过能量总和利用、废弃物最小量化及降低原料运输费用等可实现操作费用的最优化。而通过共享的公用工程、基础设施和物流服务条件及最节约的仓储容量等，则能大大降低投资费用。4炼油-石化一体化的技术可行性石化工艺技术的进步在促进炼油工业和石化工业的一体化方面发挥了重要的作用。分开来看，炼油和石化工业都已经是相对成熟的工业领域，但创新的工艺技术和生产方法仍在不断开发演进，以适应市场的变化和法规要求的提高，而存在于炼油和石化装置之间的传统边界则正在渐趋消失。更为重要的是，如果仍要维护这些传统

16、的边界，只会减少可供投资者选择的机遇来最大限度地实现资金投入的经济回报。目前大多数新的生产设施在规划和实施时都是考虑其投入和采出综合优化效应的。FCC以及在此基础上发展起来的多种特色工艺一直是炼油工业中最关键的转换工艺步骤，并且这类工艺装置生产了接近全球需求量30%的丙烯。新的催化剂和工艺技术使得炼油厂能够对FCC的操作条件进行精细的调整以进一步提高其丙烯（及乙烯）产量。FCC进料预处理的严酷度（加氢处理、中度加氢裂化或加氢裂化）将对其最终的产品分布产生明显影响。因此，对不同的一体化关联程度带来的协同效应及其对整个一体化联合装置带来的经济性影响进行评估是很有意义的。FCC型的工艺能够处理的各种

17、原料包括富含烯烃的轻烃、富含直链烷烃的石脑油、轻馏分油直至各种瓦斯油甚至渣油。表2中列出了FCC装置在常规运行模式和高丙烯模式下运行时各种产品的收率。表2 常规模式和高丙烯模式下运行时的FCC产品收率（相对于进料的重量%，典型值）常规模式高丙烯模式干气1.5-33-9乙烯0.5-1.53-7液化气总量16-2232-44丙烯4-712-22混合丁烯4-88-14汽油47-5330-40丙烯需求的不断增长和多产丙烯技术的发展已经导致在中东和亚太地区建设了一系列新装置。而其中许多都是建设在炼油-石化一体化的联合厂区内的。FCC尾气中的乙烯和丁烯可以通过烯烃移位（歧化）反应而生产更多的丙烯。另外，富

18、含烯烃C4和C8烃类可以通过交互转换反应或将其循环返回FCC装置而得到轻质烯烃。催化重整单元一直是生产单环芳烃（苯、甲苯、二甲苯，统称BTX）的芳烃联合装置的核心。在燃料型炼油厂中，这类装置的运行目的是生产最大量的高辛烷值汽油调合组分。为了达到欧洲油品标准提出的汽油中苯含量的限制，必须从重整产品中脱除芳烃并另行回收，或从重整进料中除去苯的前体。为生产更多的芳烃，装置的运行严酷度必须提高。一体化型的炼油厂中，其他的芳烃来源还包括裂解汽油和FCC汽油。表3中给出了各种来源的芳烃含量典型值。表3 不同运行模式下炼厂装置产品物流中的芳烃含量（相对于进料的体积%，典型值）裂解汽油低严酷度重整料高严酷度重

19、整料常规模式FCC高丙烯模式FCC苯30-402-69-120.5-1.52-5甲苯15-2015-1922-285-1012-18二甲苯/乙苯5-1016-2220-282-1222-30C9+芳烃5-1025-3516-3012-1832-40合计65-7060-7575-9020-4060-80提高物流附加值。炼油业者还面临的一项任务是如何恰当地处理那些价值相当低的物流（某些原本只能充作燃料者）甚至可能完全不具备价值者（例如石油焦）。低价值的饱和烃类气体（乙烷、丙烷、丁烷等）可以是蒸汽裂解装置的理想原料，用以生产高附加值的产品。饱和气体烃中的丙烷还可以通过丙烷脱氢装置直接生产丙烯。现今的

20、蒸汽裂解装置可以在高严酷度条件下生产更多的乙烯，同时可将丙烷选择性地转换为丙烯。而长时间以来，石脑油的典型用途就是充作蒸汽裂解装置的大宗原料。在炼化一体化联合装置中，石脑油可以是提高装置总体经济效益的一项最有效的操作参数。对于处理重质原油的炼厂，更高效地利用焦炭和增产更多氢气的工艺技术是工厂配置中难以缺少的选项。重油处理中产出的较多的重质产物（沥青、焦炭等）的直接价值可能是非常低的，因而对全厂的赢利能力有很大的不利影响。而且环境影响和碳资源综合利用的要求也促使炼油厂考虑采用气化技术将这些资源转化为合成气。合成气可以作为发生电力的燃料、发生氢气和其他多种化学原料（氨、甲醇、乙醇和高级羰基合成醇等

21、）的原料，甚至可以通过甲醇转换或乙醇脱水打开更多的生产烯烃的工艺途径。气化技术已经得到了长足的发展，其运行可靠性已经达到与现代炼油厂或石化厂中其他常规装置相当的水平。因此，气化技术既是为满足现代炼厂不断增长的氢需求量的重要来源，也可以用来保证联合装置的燃料、电力和蒸汽等能源供应。5新近建设的炼化一体化装置表4中列出了一系列新近建成的炼化一体化装置中石化产品在全部转化原油中所占的重量百分比，其数据来自于各种公开报道。这里的石化产品主要是指基本石化原料，即三苯（BTX）和低碳烯烃（乙烯和丙烯）。表4 基本石化产品占原油转化总量的重量百分比装置名称%装置名称%沙特朱拜勒炼厂5.5印度MRPL炼厂13

22、.5阿布扎比Takreer炼厂7中石化福建炼厂16.5沙特PetroRabigh炼厂7.5印度IOC Paradip炼厂17印度IOC Panipat炼厂10.5Ras Tanur炼厂20.5印度Reliance炼厂改造前13巴西COMPERJ炼厂50印度Reliance炼厂扩建后17根据上表我们可以将这些一体化联合装置粗略地分为三类。l 低到中整合度的一体化：这类联合装置将大约5%10%的原油加工量转化成了石化产品。属于这一类的包括沙特朱拜勒炼厂、阿布扎比Takreer炼厂、沙特PetroRabigh炼厂和印度IOC Panipat炼厂。l 高整合度的一体化：这类联合装置将大约10%25%的

23、原油加工量转化成石化产品（典型情况为15%以上）。属于这一类的包括扩建后的Reliance炼厂、中石化福建炼厂、印度MRPL炼厂、IOC Panipat炼厂和Ras Tanur炼厂。l 石化型炼油厂：这类联合装置生产的石化产品在数量上与燃料产品处于相当的数量级。通常石化型炼厂在规模上小于世界级的大炼油厂，但具有世界级规模的石化装置。最近建成的一个这种类型的炼厂是巴西COMPERJ炼厂。在这套联合装置中，将近一半的重质原油投入被转化成了石化产品。这套装置的设计能力为转化740万吨/年（15万桶/日）的Marlim重质原油，能生产超过360万吨/年的芳烃和轻烯烃产品。普遍的趋势是，炼油工业在竞争力

24、和经济性因素的驱动下倾向于向高整合度方向发展。当然，炼化一体化联合装置的总体配置是与其所处理的原油品质、需要的产品分布和操作灵活性高度相关的。例如对于中等规模的炼油厂，石化型炼油厂的配置方案可能是在经济上最为合算的，尤其是处理的原油特别轻质或重质的时候。已经建成的炼油厂（特别是已经配备FCC和催化重整装置的炼厂）也可以通过投资不大的改造而达到低到中等整合度的一体化水平，从而通过价值链的改进和产品多元化而增强其竞争能力。但这样的改造项目最终在经济上是否成功，将高度取决于项目策划队伍能否准确地为未来的市场需求定位、并通过最优化的技术方案来达到其经济性目标。充分理解各种炼油工艺和石化工艺之间的相互影

25、响与联系，在此基础上调整进料原油的性质、组分和产品馏分的分割方案，由此才能得出一体化联合装置的最优化装置配置。6一体化的综合效益优势模型研究这项研究的目的演示炼油与石化一体化所能带来的有利的综合效应，其重点是要突出一体化生产的基本石化原料的影响，因此聚合物和其他衍生物装置没有包括在案例分析中。作为比较用的基准案例，采用的是处理能力为30万桶/日（1480万吨/年）阿拉伯重油。加工装置的基本配置为原油蒸馏，作为基本转换装置的FCC和延迟焦化，以及催化重整和加氢精制。设想其生产的汽油与柴油比例大致相当（汽柴比1.03）。考虑了6种不同程度的一体化整合以供进行比较。比较方案1：基本配置与基准案例相同

26、，但FCC单元按高丙烯模式操作。比较方案2：在方案1的基础上，催化重整采用较高操作严酷度，并增加芳烃联合装置。比较方案3：在方案2的基础上，增加从FCC尾气中回收轻烃（乙烯）的单元。比较方案4：在方案3的基础上，增加丙烷脱氢装置。比较方案5：在方案4的基础上，增加石脑油蒸汽裂解装置。比较方案6：在方案5的基础上，增加焦炭气化炉、甲醇装置及甲醇制烯烃装置。表5中列出了各个案例状况下的物料平衡。制定这些方案时采用大体相当的柴油和煤油产量，而将石脑油与轻质馏分的调合组分总量减少以增加石化产品的产量。由此得出的经济性指标只能是相对的，但即使在价格大幅波动的情况下（例如采用原油价格为80100美元/桶的

27、长期预测价格）也能够显现其变动趋势。表5 不同加工方案下的产品分布（重量%）基础方案比较方案1比较方案2比较方案3比较方案4比较方案5比较方案6对二甲苯55555苯2.52.52.532.5丙烯26668.510.512乙烯225.57柴油353738373737.535.5煤油1514.5151415.515.515汽油3628181817.51818轻石脑油3.543.53.54LPG8.510.51212855合计100100100100100100100基本模型是在阿拉伯重质原油价格为42美元/桶的基础上建立起来的，而所有其他产品则相对于原油进行定价，由此减轻了对原油绝对价格变动的敏感

28、性。表6中的第一行为各种比较方案能够提供的毛利边际贡献（以基础方案为100的相对值），其定义为各种产品馏分的价值总和减去原料的价值。表6的第二行列出了不同方案的相对投资强度，其增加趋势与每一种方案需要增加的加工装置是一致的。从这些数据中可以看出，方案6的相对投资强度增加最多，这是因为（焦炭）气化装置及其附加单元需要的投资费用高过于目前一般炼油装置的水平。为了评估增加投资强度对回报率的影响，相对边际贡献与相对投资强度的比值是一个很好的指标。表6的第三行列出了相应的比值。除了方案6以外，每种比较方案的回报率水平与前一种相比都是增加的。方案6则与方案4相当，这是因为其投资额增长较大的原因。但值得指出

29、的是，方案6采用的工艺和加工流程能够减少整个炼油厂的“碳印迹”，也就是说，在最理想的情况下，可以从将来的环境和资源保护法规中得到某种经济补偿，最起码这可以说是从环境方面说更值得推荐的方案。如果将温室效应气体排放的交易价值编制到总体经济性的计算模型中，则方案6的经济性将大大改善。表6中提供的数据是与如何处理石油焦对煤炭的相对定价有很大相关关系的。在实际情况中，由于有些炼油厂所处的地理位置和处理的成本，可能将焦炭的价值取为零甚至负值。因此在表6的第4行列出了项目经济性针对零价值焦炭的敏感性，显然这对于方案6是大为有利的。如果原油的价格上升，而产品馏分的价格却维持同样的价格水平，则一体化的优势将更为

30、突出。在敏感性分析中，将基础方案中的原油价格从42美元/桶调整到45美元/桶时，相应的边际贡献及其与相对投资强度的比值分别列出在表6 的第5和第6行中。从这些数据可以看出，当油价上升而产品价格维持同等水平（这种情况常常发生，因为产品价格总是需要一段时间才能调整到能够反映原料价格的水平）时，一体化联合装置相对于基础方案的边际贡献和经济性都是明显增加的。在炼油厂中，原油价格通常要占到生产成本的70%，因此价格变动对毛利的影响是非常敏感的。由于作为比较基准的基础方案的边际贡献与回报率变小了，其他方案的优势便得到了放大。总之，炼化一体化的联合装置单纯燃料型的炼油厂相比具有更好的经济性和更为多元化的市场，因此具有非常明显的竞争优势。表6 各种不同程度一体化方案的经济性比较（均为以基础方案为100的相对值）经济性指标基础方案比较方案1比较方案2比较方案3比较方案4比较方案5比较方案6边际贡献