程 薇,傅 軍,曹建軍,林 崧
(1.中國石化石油化工科學研究院,北京100083;2.中國石化經濟技術研究院;3.中國石化煉油事業(yè)部)
歐洲煉油技術會議(ERTC)第18屆年會于2013年11月19—21日在匈牙利布達佩斯舉行。會議交流了8篇大會報告和39篇專題報告;設立9個專題單元,包括“裝置和原料靈活性以及擴大產品范圍”、“劣質原油、渣油和重油加工技術”、“提高利潤”、“排放控制和捕集”、“提高能效”、“生物燃料和生物質”、“增產石化產品”、“資產優(yōu)化利用”、“技術和工藝進展”。歐洲煉油廠現(xiàn)在利潤很低,需要調整產品結構,通過技術投資轉向柴油和石化產品等高價值產品,并進一步提高效率,更有效地利用現(xiàn)有資源。
8篇大會報告中包括3篇主旨報告。開幕主旨報告主要探討了全球石油需求和煉油行業(yè)發(fā)展趨勢以及歐洲的處境[1],另外兩篇主旨報告分別介紹了歐盟的煉油“適應度調查”[2]和英國煉油工業(yè)現(xiàn)狀及其面臨的挑戰(zhàn)[3]。其余5篇大會報告主要分析了歐洲煉油廠的競爭力和面臨的挑戰(zhàn)、適應行業(yè)需求變化和提升利潤的策略、歐盟生物燃料政策、以及俄羅斯煉油工業(yè)的變化[4-8]。
在過去10年中,歐洲石油消耗量下降11%,美國下降7%,而亞洲增長了35%。2000年以來全球石油需求增長的68%被亞洲市場占據(jù)[5]。匈牙利最大的綜合性石油和天然氣集團公司MOL集團首席經濟師認為,石油需求的緩慢增長將是全球的長期特點,而不是短暫的問題。除非煉油廠關閉的速度加快,否則全球煉油能力過剩的問題在未來5年內不會緩解。天然氣價格將長期低于石油價格。石油消費的唯一希望在新興市場的運輸領域。全球煉油發(fā)展的趨勢是離資源或者市場更近,煉油廠正朝著市場或資源優(yōu)勢地區(qū)靠攏,而歐洲兩者都缺乏[1]。
歐洲石油需求下降,煉油能力過剩,利潤率下降,既缺少資源,也缺少市場,同時還面臨來自美國、中東和俄羅斯的競爭以及俄羅斯原油出口情況變化導致的歐洲獲取資源優(yōu)勢的下降,越來越多煉油廠倒閉,煉油黃金時代一去不回,處境維艱。部分歐洲煉油商在大力呼吁政策調整之外,也在積極尋找提升煉油利潤的有效途徑,如降低操作成本、調整產品結構、提高裝置利用率、發(fā)展油化一體化等。
伍德·麥肯錫咨詢公司指出,2030年前汽油需求大幅下降導致歐洲車用燃料需求下降,而由于北美和中東地區(qū)汽油缺口下降,汽油貿易量將減少,歐洲的汽油出口市場將縮小,美國、俄羅斯、中東和亞洲的煉油廠將競爭供應歐洲柴油市場;美國廉價致密油氣供應增長以及墨西哥灣沿岸(USGC)煉油廠較高的復雜度使其比歐洲煉油廠具有更高的競爭力;俄羅斯稅收政策變化推動其煉油廠升級改造,預計其向大西洋盆地/歐洲煉油廠出口的重質原料(VGO和直餾燃料油)將顯著減少,其出口管線去向增多,導致一些中歐煉油廠失去一些原油成本上的優(yōu)勢;中東國家石油公司正在建設大型、復雜度高的新煉油廠,其產品競爭力在歐洲市場所向披靡;上述變化導致歐洲煉油工業(yè)面臨巨大壓力,預計從2012年到2018年歐洲原油加工量將下降1.90Mbbl/d(95Mt/a,1bbl≈159L)(額定能力的10%),大歐洲區(qū)煉油廠利用率將進一步下降,從2012年的67%降至2018年的61%,更多歐洲煉油廠在未來幾十年將面臨倒閉的風險[4]。
MOL集團生產部高級副總裁指出,歐洲市場柴汽比需求的急劇變化更加劇了歐洲煉油廠壓力:2010年柴汽比為2.1,2015年為2.8,到2020年將提高至3.5。面對歐洲原料成本上升、產品需求變化、產能過剩等宏觀經濟環(huán)境,歐洲總煉油能力的20%已經易手,而約10%產能已經關閉。要恢復到經濟危機前的煉油產能利用率,歐洲還要關閉約70Mt/a的產能。這對整個歐洲煉油行業(yè)都是巨大挑戰(zhàn)[5]。
英國煉油工業(yè)及其營銷活動貿易協(xié)會(UKPIA)發(fā)言人指出,目前英國部分石油產品對外依存度已超過國際能源署(IEA)短期能源安全模型(MOSES)提出的凈進口指標基線45%,噴氣燃料凈進口已達56%,柴油已達48%;如果煉油廠倒閉增加,到2030年,英國噴氣燃料凈進口可能達到78%,柴油將達77%,于國家能源安全不利[3]。
UKPIA認為,對于英國乃至歐洲來說,石油仍將是未來能源結構的重要組成;滿足苛刻的環(huán)境立法要求需要高昂的成本,加上煉油產品結構調整所需的投資,將阻礙英國煉油工業(yè)利潤的提升;若給予適當?shù)恼哒{整,在公平的競爭平臺上,英國的煉油企業(yè)還是有競爭力的[3]。
關于政策問題,歐盟正進行有關政策和立法是否適應煉油工業(yè)發(fā)展需求的研究,以促進歐洲工業(yè)復興。煉油行業(yè)的“適應度調查”工作范圍包括:可再生能源指令、能源稅指令、歐盟排放交易體系、燃油質量指令、清潔和高效節(jié)能汽車指令、工業(yè)排放指令、戰(zhàn)略石油儲備指令、船用燃料指令、能效指令、空氣質量。該項調查的框架由宏觀經濟貢獻、能源供應安全性、煉油與原油市場分析、煉油板塊的經濟學組成。同時會兼顧潛在外部因素在建模過程中的影響,如北美油氣供應、歐洲汽油需求變化等。歐盟“適應度調查”從2012年11月啟動,經過任務準備、定量研究和定性評估階段,最終報告將于2014年8月至9月發(fā)布[2]。
關于可再生能源指令,HART能源咨詢公司指出,歐盟在生物燃料方面的政策試圖在同一時間解決太多問題,這實際阻礙了歐洲生物能源的發(fā)展。目前,不論是生物乙醇還是生物柴油,歐洲都是凈進口地區(qū)。生物燃料有助于實現(xiàn)能源結構的多元化,但決不能依賴其解決所有問題。能源政策的效果應以全球能源趨勢作為評估的一個要素,來判斷是否正確或合理[8]。近期,歐盟將2020年交通運輸燃料用量中從食用作物生產出來的第一代生物燃料的用量限值定為6%,而此前的政策是到2020年交通運輸燃料用量中可再生能源至少占10%,其中絕大部分依靠生物燃料,而未規(guī)定第一代生物燃料占比。
為了應對挑戰(zhàn),提升利潤,需要提高歐洲煉油廠的競爭力。伍德·麥肯錫咨詢公司指出,煉油廠結構是決定煉油廠競爭力的重要因素,復雜度較高的歐洲煉油廠現(xiàn)金利潤也較高[4]。MOL集團提出將通過新工藝方法、新型反應設備和新的產品結構實現(xiàn)模式轉變,以應對市場需求,通過降低綜合成本和調整產品銷售組合來增加利潤收入[5]。道達爾公司介紹了通過煉油和化工一體化提高利潤率的目標和途徑。2010年該公司煉化板塊利潤率為6%,將通過在美國、歐洲、中東、韓國的6個主要平臺上的大型煉化一體化新改擴建項目來提高1.5百分點,通過發(fā)展專用化學品提高0.5百分點,通過調整資產結構提高2.5百分點,通過提高效率和集成提高2.5百分點,2013年達到9.5%,2015年達到13%。到2017年一體化平臺將占所用資本的70%,占煉化凈收入的75%。煉油和化工的一體化包括烴類物流、服務和能量等多方面的集成。在美國的工廠中將利用乙烷和LPG作蒸汽裂解原料,在比利時工廠中將利用煉油廠尾氣作蒸汽裂解原料,在沙特新建的加工阿拉伯重油的煉化一體化企業(yè)正在投產,在韓國工廠將新建芳烴聯(lián)合裝置,韓國工廠一體化平臺的產品中有50%為化學品,另外50%為石油產品(噴氣燃料、柴油)。公司發(fā)展規(guī)劃中重點關注的3項優(yōu)先要務是:安全、預防重大環(huán)境風險、利用率[7]。
俄羅斯是歐洲最主要的石油進口來源國,其變化對歐洲的影響不容小覷。據(jù)俄羅斯石油公司ROSNEFT介紹,俄羅斯石油產量將持續(xù)緩慢增長,原油出口仍將維持50%以上。與此同時,原油加工量將略有降低,但受稅收政策刺激,輕質油品產量增加。2011年,稅收政策明顯收緊,稅收刺激主要在于加強提高轉化率和提升質量的投資,促進產業(yè)升級。高品質汽油、柴油產品的繳稅額低于低品質產品,且稅額差將進一步擴大。政府已明確到2020年煉油產業(yè)升級的3大關鍵目標:輕油收率將由2012年的55%提高到2020年的66%;燃料標準結構從2012年的歐Ⅴ以下占70%,至2020年全部實現(xiàn)歐Ⅴ;老裝置升級。煉油產業(yè)升級主要是滿足質量要求和進行產品結構調整,適應市場需求。ROSNEFT旗下Tuapse煉油廠擬實施升級計劃,成為俄羅斯煉油業(yè)的領頭羊,煉油規(guī)模自5Mt/a提高到12Mt/a,輕油收率達到90%以上,納爾遜復雜度指數(shù)達到8[6]。
本專題報告主要介紹了從分子管理的角度出發(fā),利用溶劑脫瀝青和脫瀝青油中膠質加氫組合(SDA-RT)工藝,經濟有效地提高渣油加工的液體收率[9];利用軟件預防原油預熱單元結垢[10];利用更高活性的生產超低硫柴油和進行加氫裂化預處理的催化劑來延長裝置運轉周期、提高處理量、加工更劣質更便宜的原料、改進加氫裂化裝置產品結構[11];加工油頁巖的技術進展[12];利用加氫異構脫蠟技術提高生產的靈活性,根據(jù)市場需求調節(jié)脫蠟程度,滿足苛刻的產品質量要求,提高柴油收率,加工劣質原料[13];用來源于廢舊輪胎的碎橡膠改質渣油,生產高品質橡膠瀝青,提高煉油廠利潤[14]。
Foster Wheeler公司介紹了SDA-RT組合工藝及其與焦化相結合作為渣油加工方案的優(yōu)勢,分別對比了基于餾分油加氫裂化和基于FCC的煉油廠中不同渣油加工方案的產品產率和經濟性。SDA-RT組合工藝是將溶劑抽提后的脫瀝青油(DAO)中的膠質分離出來進行加氫處理,然后再一次抽提以增加高質量DAO收率。其中用到分子管理的理念,將富含稠環(huán)芳烴的膠質大分子分出來單獨加氫處理,使其部分轉化為適于用作加氫裂化原料的分子。與僅有焦化相比,SDA與焦化集成能增加液體收率,減少焦炭產率,增加煉油廠利潤;SDA-RT與焦化組合能以低成本達到渣油加氫裂化的效果,有利于提高柴油收率,不產生重質殘渣液體產品;現(xiàn)場利用石油焦發(fā)電和產汽可以進一步提高利潤[9]。
IHS公司的SmartPM軟件用動態(tài)的結垢模型來預測不同原油構成的結垢情況,可進行數(shù)據(jù)回歸,優(yōu)化裝置性能,控制操作條件,用于減少煉油廠原油預熱單元結垢、提高經濟性,已在北美和南美、歐洲、澳洲、印度和中國的17個原油預熱單元中得到應用[10]。
丹麥Haldor Topsoe公司基于HyBRIMTM工藝制備的以NiMo為活性組分的催化劑TK-609主要針對生產超低硫柴油(ULSD)及加氫裂化預處理而設計,可延長裝置運轉周期、提高進料量、加工更劣質更便宜的原料、改進加氫裂化產品結構。HyBRIMTM這一理念是在BRIMTM工藝基礎上的創(chuàng)新發(fā)展,使用一種改進的制備步驟,制備出更加理想的載體孔結構,優(yōu)化了活性金屬和催化劑載體之間的相互作用,使催化劑兼?zhèn)涓呋钚院透叻€(wěn)定性。與前一代的TK-607BRIMTM相比,TK-609HyBRIMTM的催化活性高出40%而穩(wěn)定性相當:在生產相同目標質量的產品時,起始運行溫度降低了7~8℃;在相同的操作條件下,所得產物的硫、氮含量更低,密度下降更多[11]。
Petrobras公司將油頁巖轉化為頁巖油的PETROSIX工藝的近期發(fā)展是:設計了發(fā)電廠;熱氣體分布器的新設計;建設了一套中試裝置;開發(fā)了工藝模擬軟件;工藝集成和CFD研究;減少水耗;研究Irati巖層以外的其它油頁巖。該公司油頁巖加工面臨的挑戰(zhàn)和機遇有:從廢頁巖中回收熱量;利用細粉進行發(fā)電或生產肥料;工藝集成;油頁巖是一種被開采程度低的能源;PETROSIX工藝適于加工許多種油頁巖;擁有專業(yè)的研發(fā)力量[12]。
??松梨谘芯抗こ坦荆‥MRE)的異構脫蠟技術MIDW與UOP公司的加氫精制(Unifining)/加氫裂化(Unicreaking)工藝組合形成了生產優(yōu)質燃料及潤滑油的集成工藝。MIDW在保證較高的柴油收率以及十六烷值的前提下,能夠顯著改善柴油的低溫流動性,可以應用于生產在寒冷氣候下的低凝點柴油。最新的MIDW采用新的非貴金屬催化劑,適用于原料中S、N雜質含量高的情況。MIDW的技術關鍵是防止原料過分裂化,使加氫異構化產品的餾程仍在原料餾程范圍之內,改進餾分油的低溫流動性;通過較高的芳烴飽和性能來維系較高的十六烷值。還具有適當降低柴油干點的作用(可以提高原料干點以生產更多柴油)以及顯著的脫硫活性(可以降低前面加氫脫硫裝置的苛刻度)。目前已經有11個商業(yè)化裝置在運行,6個正在設計或建造當中。最近的應用包括:采用貴金屬催化劑在很低的壓力下(氫分壓為1.86MPa)用于加工低硫原料(加氫裂化柴油),可生產出無雜質的柴油,并可應用于極寒氣候;貴金屬催化劑被放置于生產超低硫柴油裝置的最后一個床層中,根據(jù)季節(jié)變化調節(jié)脫蠟深度;采用非貴金屬催化劑的MIDW與加氫精制和加氫裂化工藝相結合加工超高硫含量(8 600μg/g)的原料,生產超低硫柴油,與催化脫蠟相比,柴油體積收率高約16百分點[13]。
MOL公司開發(fā)的化學穩(wěn)定的橡膠改性瀝青RmB 45/80-55,由瀝青、粉碎的橡膠、專用添加劑(0.1%~0.3%)加工而成,其性能與添加SBS聚合物的PmB性能相當,而生產成本更低。用來源于廢舊輪胎的碎橡膠改質渣油,可在煉油廠生產RmB,是一種提高煉油廠利潤的渣油改質方案[14]。
本專題報告主要介紹了針對重油和超重油加工設計的模擬軟件[15]、用于渣油加工的催化裂化催化劑[16]、懸浮床渣油加氫技術 EST[17]、以及解決蒸餾塔之前重質原油加工問題的助劑[18],主要注重技術對劣質原料的適用性,其中EST技術首次工業(yè)應用是本次大會最引人注目的一項技術突破。
Invensys公司專門為重油和超重油開發(fā)了一款更精確的模擬方法。從2007年開始,逐步解決了表征、黏度、熱導率、汞溶解度等問題,目前正在解決氫溶解度問題。精確模擬可顯著減少設計和運行成本[15]。
Grace公司的第二代多產低碳烯烴催化劑比第一代產率更高,丙烯和丁烯產率分別由原來的10%提高到11.8%和11.5%,已在西歐某煉油廠得到驗證。在西歐某重油催化裂化(RFCC)裝置中,Grace公司的NEKTOR催化劑與競爭對手的低Z/M催化劑相比,干氣產率更低、汽油產率提高、塔底油轉化率提高、催化劑磨損改善。利用EnhanceR平臺開發(fā)的MIDAS?催化劑,具有更好塔底油裂化性能,已在全球100多家煉油廠應用。EnhanceR平臺在多產輕質烯烴和改善焦炭選擇性方面處于開發(fā)的最后階段[16]。
ENI公司的渣油懸浮床加氫技術EST的首套工業(yè)裝置已于2013年10月14日在意大利圣納扎羅煉油廠進油投產,11月中旬加工負荷達到70%。該裝置加工能力為23kbbl/d(約1.30Mt/a),包括兩個懸浮床反應器和兩個改質反應器,以減壓渣油為原料。反應器高度58m,直徑5 400mm,壁厚267mm,質量2 000t。設置第二個改質反應器是為了進一步脫除所得VGO餾分中的氮。EST技術將渣油轉化為較輕質產品,轉化率達97%以上。ENI公司還提出了一個“Simplex完全轉化煉油廠方案”的概念,相對于“復雜(Complex)煉油廠方案”來說,加工流程較簡單,能耗較低[17]。
Dorf Ketal公司開發(fā)了用于重油脫鹽單元的破乳劑、不含酸的新型脫鈣助劑、洗滌水pH管理助劑、脫胺助劑和用于預熱單元的抗結垢劑,解決加工質量較差的機會原油時存在的問題,使煉油廠獲得更高利潤[18]。
本專題報告主要介紹了生產超低硫柴油的更高活性的加氫精制催化劑[19]、適用于不同類型原料和生產目標的催化裂化催化劑和助劑以及用于催化裂化裝置優(yōu)化的模擬方法[20]、增產中間餾分油和生產用作蒸汽裂解原料的高質量加氫蠟油的加氫裂化催化劑[21],主要通過催化劑技術進步,以較低成本增產高價值產品(超低硫柴油、烯烴或化工輕油)來提高利潤。
Axens公司的ImpulseTMHR1246催化劑在TOTAL公司位于法國巴黎郊區(qū)的Grandpuits煉油廠用于生產超低硫柴油。該催化劑為CoMo催化劑,已授權16套裝置,有6套在運轉中。Grandpuits煉油廠2號超低硫柴油生產裝置第一床層采用30%的再生催化劑,第二床層采用70%的新鮮ImpulseTMHR1246催化劑,2012年1月投產。工業(yè)應用結果表明:對于API重度為34.8,硫質量分數(shù)0.15%~0.4%,95%餾出溫度(ASTM D86)為365℃的進料,在氫分壓3.2~3.5MPa、體積空速2.25h-1、氫油體積比180、氫純度85%~90%的操作條件下,產品硫質量分數(shù)平均為8.5μg/g;與之前使用的催化劑相比,可以處理更多劣質原料,裝置加工能力可增加到設計能力的110%~115%,在相同穩(wěn)定性條件下催化劑活性增加約10℃。通過研究不同物流對催化劑壽命周期的影響,仔細調配原料的調合比例,可以獲得更大的利潤提升[19]。
BASF公司能夠為煉油廠提供催化劑置換服務、適用于不同類型原料(輕質原料、渣油原料)和生產目標(多產汽油、多產柴油、多產丙烯和異丁烯、降低SOx排放)的催化裂化(FCC)催化劑和助劑以及用于FCC裝置優(yōu)化的多元統(tǒng)計模擬。2013年新推出低稀土催化劑Phinesse。其新的循環(huán)提升管裝置成功在美國新澤西州Iselin實驗室投用并滿負荷運轉。將在其位于德國海德堡的子公司HTE啟動新的FCC催化劑測試和研究實驗室[20]。
Criterion/Zeolyst公司的加氫裂化催化劑Z-FX10用于多產噴氣燃料A-1和超低硫柴油、減少氫耗、生產高質量加氫蠟油用作蒸汽裂解原料,于2012年11月開始在殼牌公司Pernis裝置上使用。Z-FX10采用具有更高純度、更好產品選擇性、更高活性的新型分子篩和具有改進擴散、降低壓降功能的新型三葉草形狀,比前一代催化劑Z-3723的中間餾分油選擇性高出3~4百分點,而氫耗和加氫蠟油的氫含量與使用Z-3723時相近。Z-FX10的應用,增加了油化一體化的經濟效益,年邊際效益增量大于500萬美元[21]。
本專題報告主要介紹了煉油廠排放檢測技術、煙氣凈化技術、FCC裝置大氣排放控制技術,主要是針對SOx、NOx、顆粒物和HCN等大氣污染物的排放控制和處理,指出HCN的排放已開始受到關注。
Technip公司的EDWare技術用于煉油廠排放檢測,通過構建一個環(huán)境數(shù)據(jù)管理平臺,滿足HSE管理的各種需求,技術成熟,已有近20年的應用經驗,2011年起在意大利曼托瓦的MOL集團IES煉油廠應用[22]。
Haldor Topsoe公司的SNOXTM技術可在使用高硫燃料的煉油廠中高效低成本地脫除煙氣SOx、NOx和顆粒物,技術特點為:①NOx脫除率可達96%,可將98%的SOx轉化為商品等級的H2SO4,顆粒物全部脫除;②一般可提高5%的熱效率和蒸汽產量;③除使用氨進行NOx脫除外,不增加任何消耗,尤其是不消耗石灰和石膏,不耗水;④無新三廢產生;⑤還可用于處理酸性氣、克勞斯尾氣及其它含硫氣體等;⑥可維護性好,碳排放低[23]。
Johnson Matthey公司分析了FCC裝置大氣排放控制的大趨勢,介紹了SOx、NOx和HCN排放控制措施。指出:①在完全再生工況下,當前的降低SOx排放助劑可滿足排放限值要求;②在完全再生工況下,降低NOx排放助劑可降低排放60%~70%;③HCN排放已開始受到關注。分析了HCN生成規(guī)律:在450℃下,HCN開始生成;在650℃下,產生HCN第二個峰值;溫度繼續(xù)升高,HCN向NO和N2轉化。在較低溫度、高氧濃度下,HCN易于形成;HCN向NO和N2轉化需要高溫和充分的床層停留時間;在較高溫度下,含鉑CO助燃劑傾向于將HCN轉化為NOx,無鉑CO助燃劑傾向于將HCN轉化為N2。該公司正在開發(fā)新的煙氣排放控制技術,可實現(xiàn)NOx零排放,并降低85%的 HCN 排放[24]。
Praxair公司的CONOx技術將高速氧氣噴射器安裝于FCC再生煙氣管道,通過噴射熱氧,破壞CO和NOx的生成。該技術投資低、運行成本可控,可降低NOx達60%。在不完全再生工況下,可在高CO下實現(xiàn)NOx低排放;在完全再生工況下,在低過剩氧含量下實現(xiàn)低NOx排放和低CO排放。對于節(jié)能,可降低CO鍋爐燃料消耗;具有降低CO2排放潛力。通過下游處理、添加助劑或調整再生條件,可進一步降低NOx或CO??稍谘b置不停工條件下進行安裝。該技術目前已在美國瓦萊羅石油公司阿德莫爾煉油廠應用[25]。
Belco公司對EDV?水洗技術升級,以滿足日益嚴格的大氣排放標準。目前排放標準為SOx不高于,顆粒物(干)不高于25mg/m3,NOx不高于。EDV升級主要措施為:①脫硫:溶劑pH從6.8調整為7.1;增加噴嘴數(shù)量,增加氣液相接觸;循環(huán)前換熱,降低工藝溫度;②減少顆粒物排放:增加過濾模塊,改善過濾性能;③脫氮:增加LoTOx過程,采用專利注臭氧工藝,使NOx脫除率不低于95%,NOx排放濃度不高于10μL/L,具體措施包括提高水洗塔高度、增加臭氧注入點、在現(xiàn)有水洗塔前增加LoTOx塔等[26]。
本專題報告主要介紹了利用換熱器和實時在線能量管理系統(tǒng)來降低煉油廠能耗。
Heatmatrix公司介紹了一種塑料材質的高通量防腐、輕質換熱器,具有易于安裝、易于維護的特點,尤其耐露點腐蝕、硫腐蝕性能較佳,可原位清污??蓱糜诙喾N類型工藝加熱爐和干燥器的空氣預熱。典型案例下,通過3%的煙道氣循環(huán)可降低高達40%的NOx減排。通過降低排煙溫度,可回收50%的低溫余熱,投資回收期約1.5年[27]。
Bazan集團的HDS裝置反應產物冷換系統(tǒng)由于分配不均勻造成各路溫度不同,從而產生空冷效果不理想、換熱器管程腐蝕、末段空冷管束變形移位、氨吸收循環(huán)氣超溫等現(xiàn)象。通過重新設計,形成對稱型結構,實現(xiàn)物料平均分配,效果大大改善[28]。
科威特國家石油公司(KNPC)在 Mina Al-Ahmadi煉油廠采用SOTEICA的實時在線能量管理系統(tǒng)來進行公用工程系統(tǒng)的整體優(yōu)化,降低能量消耗和排放,2012年6月投用。該系統(tǒng)在科威特國家石油公司MAA,MAB,SHU 3個煉油廠同時實施,年收益均在百萬美元級[29]。
本專題報告主要介紹了GTI公司的IH2?生物質直接轉化制油技術的商業(yè)化進程,CEPSA公司的藻油、生物噴氣燃料、生物柴油項目進展,雅寶公司的合成氣熱化學轉化制乙醇技術。
GTI公司開發(fā)的IH2?技術是一項美國能源部財政補貼的、前景可觀的生物質直接轉化制油技術,適應多種原料,收率可達67~172gal/t(1gal≈3.785L),針對不同目標產品開發(fā)了3代技術,催化劑得到了較好的改進,產品收率和產品質量得到較大提升。目前2 000L/d的裝置已完成工程設計[30]。
Cepsa公司研發(fā)中心的植物油制生物燃料技術于2005年開始開發(fā),目前已實現(xiàn)工業(yè)化,摻兌比例約3%。微藻制油技術尚處于研發(fā)中。生物噴氣燃料技術仍在改進中,目前正致力于從2代、3代植物油,經過加氫、異構、分離等過程生產生物噴氣燃料,有一個項目擬于明年完成。鑒于全球許多國家同意實施全球碳交易路線,歐盟擬收窄其溫室氣體項目范圍,將對生物噴氣燃料項目產生影響。利用丙酮、丙三醇生產縮酮作為柴油添加劑的項目在不同公司各有其研發(fā)側重點,但仍存在一些挑戰(zhàn)[31]。
雅寶公司的合成氣熱化學轉化制乙醇技術旨在滿足美國可再生燃料標準對先進生物燃料用量的要求。該技術大致可分為4部分:①生物質氣化和合成氣凈化;②合成氣壓縮、轉化,生成混合乙醇;③H2、CO和甲烷循環(huán);④混合乙醇精餾和甲醇循環(huán)。其中轉化部分采用的 MA-15催化劑特點為:CoMo系催化劑,可達百噸級產量;可進行器內或器外硫化;對進料不要求無硫,100μL/L左右的硫含量可使催化劑保持最佳活性;活性和選擇性高[32]。
本專題報告主要介紹了GTC公司的從FCC汽油中回收芳烴的抽提技術和中國石油化工股份有限公司(簡稱中國石化)的DCC技術。
GTC公司的GT-BTX PluS?技術通過溶劑抽提對70~150℃的FCC汽油進行分離,抽提出來的硫和芳烴去加氫脫硫,得到C6~C10芳烴。該技術的好處是:如果產品全部作汽油,則硫質量分數(shù)可以降至10μg/g以下而沒有辛烷值損失;如果用于生產芳烴,除了抽提出來的這部分芳烴之外,富含烯烴的抽余液可以再去芳構化,裂化汽油中苯的體積分數(shù)低于0.5%;抽余液也可去增產丙烯[33]。
中國石化多產丙烯的DCC技術目前已完成18套裝置授權,12套在中國,2套在泰國,3套在印度,1套在沙特阿拉伯(最大的1套,4.60Mt/a,丙烯產率18.5%)[34]。
本專題報告主要介紹了利用動態(tài)優(yōu)化技術對渣油加氫裝置的優(yōu)化[35];通過使用天然氣代替石腦油、增加預轉化裝置以及設置低變反應器等方法降低制氫成本[36];通過使用高性能反應器內構件和先進的催化劑,以較少的投資改進超低硫柴油生產裝置[37];通過使用無級調量控制系統(tǒng)改進煉油過程壓縮機控制[38];提升穩(wěn)步停工的方法[39];以及利用反應器模型診斷和解決FCC裝置的操作、可靠性和排放問題[40]。
Neste Oil公司波爾沃煉油廠渣油加氫裝置由沸騰床加氫(LCF)和緩和加氫裂化(MHC)兩個單元組成,LCF包括3個沸騰床反應器和一個精餾單元,MHC是傳統(tǒng)的兩段單元;裝置還包括制氫單元,生產99.9%純度的氫氣,大部分氫氣用于渣油加氫過程。APEX公司采用通用的動態(tài)優(yōu)化技術(GDOT)優(yōu)化對渣油加氫裝置的重蠟油切割點控制和噴氣燃料閃點控制,可快速、精確地變更生產模式,比如生產 WWFC等級的柴油(Neste Pro柴油)或瑞典 MK1標準柴油[35]。
Clariant公司介紹了氫氣生產和操作的優(yōu)化。制氫裝置有多種流程結構;每種結構有各自的優(yōu)勢和不足;高原油價格導致高石腦油價格;用液化天然氣(LNG)代替石腦油制氫的成本更低;增設預轉化器可以增加制氫裝置的原料靈活性,降低能耗和過程成本;設置低變反應器有助于降低制氫原料成本[36]。
巴西石油公司Reduc煉油廠采用殼牌催化劑及反應器分布器等內構件改造原有超低硫柴油裝置,提高了催化劑使用效率和裝置處理能力,改善了產品質量。生產超低硫柴油結果如下:原料餾程范圍200~375℃(5%~95%)、密度851kg/m3、硫質量分數(shù)9 300μg/g、氮質量分數(shù)1 000μg/g、十六烷指數(shù)50;低硫柴油產品餾程范圍205~368℃(5%~95%)、密度833kg/m3、硫質量分數(shù)6μg/g、氮質量分數(shù)10μg/g、十六烷指數(shù)56。裝置改造投資只相當于新建裝置成本的一小部分[37]。
Hoerbiger公司介紹了利用無級調量提高煉油過程壓縮機控制的觀點。無級調量控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢:相比循環(huán)閥控制和步進式控制,具有很高的節(jié)能效果;每一級壓縮段具有最大的效率和操作靈活性,減少壓縮機資金和維護成本;推動組合壓縮機的概念:一臺壓縮機可以為煉油廠的幾個過程提供氫氣;無級調量對過程的可控性具有快速響應能力;現(xiàn)有的壓縮機易于集成[38]。
本專題報告主要介紹了新的加氫和重整催化劑技術、控制結垢技術、降低三廢排放技術以及催化劑評價技術。
ART公司2013年新推出的SmART加氫催化劑體系產品包括用于催化直接脫硫的CoMo催化劑425DX和用于催化飽和/脫除路徑的NiMo催化劑545DX。ART公司的加氫裂化催化劑適用于各種工藝流程結構和雪佛龍魯姆斯全球公司(CLG)授權的所有加氫裂化裝置。在CLG授權的2004—2015年間投產的加氫裂化產能中,從轉化率來看,90%~100%的占66.2%,70%~80%的占20.1%,70%以下的占13.7%;從工藝流程結構來看,采用兩段循環(huán)(TSREC)流程的占75.2%,采用單段一次通過(SSOT)流程的占22.6%,其余占2.2%[41]。
2013年UOP公司推出新的重整催化劑R-334,提高環(huán)化相對于裂化的選擇性,從而提高C5+、H2和芳烴產率;與2000年推出的R-234相比,目標產物產率提高約2百分點。新的高中間餾分油選擇性加氫裂化催化劑HC-130LT,具有提高中間餾分油產率、在噴氣燃料和柴油之間靈活調節(jié)、將氫氣加給目標轉化產品、降低氫耗、改進餾分油產品的冷流動性能等作用[42]。
Baker Hughes公司提出,轉化率是減黏裂化經濟性的主要驅動力;轉化率最大化要求操作條件的精細控制和優(yōu)化,不僅是減黏裝置,而且也包括蒸餾裝置,對不同的裝置具體方案是不同的;新的監(jiān)控技術關鍵是減黏裝置的優(yōu)化,同時采用阻垢劑減緩結垢。IES Mantova煉油廠的優(yōu)化實現(xiàn)了很好的效果:轉化率增加26%,長周期運行提高64%,減少低價值產品4%,對熱清焦次數(shù)和廢焦的產生無不利影響[43]。
Bechtel公司稱其設計的延遲焦化裝置能滿足當前最嚴格的環(huán)保要求,已得到實踐證實。設計了雨水回收系統(tǒng);對加工過程水進行利用:讓蒸發(fā)水在密閉排污系統(tǒng)中冷凝,冷凝水被循環(huán)用于切焦水或循環(huán)回酸性水汽提系統(tǒng);利用ThruPlus的密閉排放系統(tǒng)控制VOC排放;對PM排放進行控制[44]。
Merichem公司的腐蝕性排放物的處理工藝MERICONTM技術,是一種對腐蝕性排放物通過化學方法(深度中和及分離)進行預處理使其達到后續(xù)處理或回收工藝原料質量要求的技術。其特點為:投資成本低;反應較溫和;操作簡單;效率高;化學需氧量(COD)可以降低90%;可以處理不同排放物的混合原料。該技術在某歐洲煉油廠用于處理來源于液化石油氣的含硫化合物、FCC的含硫、含酚化合物和煤油等生產過程中的酚類物質等混合的腐蝕性蒸氣,并預留了未來煉油廠發(fā)展產生的焦化單元酸性水的處理能力,安裝了兩套相同的 MERICON Ⅲ裝置,處理量為2.3m3/h,應用效果:可除去81%的酚醛樹脂;滿足COD指標;沒有鹽水的污染,滿足商業(yè)化要求;如果進一步優(yōu)化處理工藝,COD及酚醛樹脂的脫除率能達到90%以上。未來可以用于酸性氣體以及固形物的處理[45]。
Avantium公司介紹了其用于評估ULSD加氫處理、重整、異構化、加氫裂化催化劑性能的試驗平臺。該公司研發(fā)的小型加氫處理實驗裝置具有以下優(yōu)點:高效的操作平臺,重復性強;本質安全;極少的物料消耗,極少的廢料排放;降低實驗室基礎設施的投入;操作條件更容易控制;試驗數(shù)據(jù)與實際結果關聯(lián)性強。通過該試驗平臺進行催化劑性能評估測試的優(yōu)點為:催化劑評價成本低,運行周期長(壽命長,穩(wěn)定性好),應用范圍廣,有利于提出解決方案[46]。
HTE公司介紹了高通量試驗方法和HTE公司進行的商業(yè)催化劑測試——緩和加氫裂化、柴油加氫脫硫、重油加氫的催化劑評價。該高通量實驗裝置具有以下特點:能夠為不同反應要求設計不同規(guī)格的催化劑評價裝置;能夠為小試裝置提供理想的數(shù)據(jù)分析和處理手段;小試裝置可滿足工業(yè)催化劑的評價需要;對催化劑的測試使用量為1~100mL[47]。
本次大會傳達的重要信息主要有:
(1)全球煉油發(fā)展的趨勢是或者離資源更近,或者離市場更近,煉油廠正朝著市場或資源優(yōu)勢地區(qū)靠攏,而歐洲兩者都缺乏。歐洲總煉油能力的20%已經易手,而約10%產能已經關閉。更多歐洲煉油廠在未來幾十年將面臨倒閉的風險。
(2)煉油廠結構是決定煉油廠競爭力的重要因素,復雜度較高的歐洲煉油廠現(xiàn)金利潤也較高。為了提高利潤,煉油廠要調整產品結構,轉向柴油和石化產品等能夠帶來更高利潤的產品。煉油廠的效率要進一步提高,讓現(xiàn)有資源得到更有效的利用,這也是提高煉油廠利潤的重要途徑。
(3)歐洲煉油行業(yè)的“適應度調查”與未來相關監(jiān)管框架的政策決策息息相關,最終報告將于2014年8月至9月發(fā)布,歐洲煉油業(yè)處于觀望和期待之中。
(4)英國部分石油產品對外依存度已超過國際能源署短期能源安全模型提出的凈進口指標基線45%,噴氣燃料凈進口已達56%,柴油已達48%;如果煉油廠倒閉增加,到2030年,英國噴氣燃料凈進口可能達到78%,柴油將達77%,于國家能源安全不利。
(5)俄羅斯通過稅收政策刺激了對提高原油轉化率和提升產品質量的投資,到2020年輕油收率將由2012年的55%提高到2020年的66%;燃料標準結構從2012年的歐Ⅴ以下占70%,至2020年全部實現(xiàn)歐Ⅴ。
(6)不論是生物乙醇還是生物柴油,歐洲都是凈進口地區(qū)。生物燃料有助于實現(xiàn)能源結構的多元化,但決不能依賴其解決所有問題。歐盟已決定將2020年第一代生物燃料在運輸燃料中的占比下調至6%。
(7)煉油和石化一體化是提高利潤率的有效途徑。道達爾公司計劃通過在美國、歐洲、中東、韓國的6個主要工廠投資煉化一體化新改擴建大型項目將利潤率提高1.5百分點,通過發(fā)展專用化學品提高0.5百分點,通過調整資產結構提高2.5百分點,通過提高效率和集成提高2.5百分點;煉油和化工的一體化包括烴類物流、服務和能量等多方面的集成。
(8)意大利ENI公司宣布渣油懸浮床加氫EST技術首次工業(yè)應用。在意大利圣納扎羅煉油廠建成加工能力約為1.30Mt/a的工業(yè)裝置,2013年10月14日進油投產,可將渣油97%以上轉化為較輕質產品。EST技術具有原料適應性強、產品質量高、環(huán)保以及經濟性好等較強的比較優(yōu)勢,是未來重油加工發(fā)展的一個方向。同時提出了一個“Simplex完全轉化煉油廠方案”的概念。
(9)Foster Wheeler公司基于分子管理的理念,開發(fā)了SDA-RT組合工藝,即將溶劑抽提后的DAO中的膠質分離出來進行加氫處理,然后再一次抽提以增加高質量DAO收率。與僅有焦化相比,SDA與焦化集成能增加液體收率,減少焦炭產率;與渣油加氫裂化相比,SDA-RT與焦化組合能以低得多的成本達到相近的效果。
從這次大會來看,盡管歐洲煉油工業(yè)前景黯淡,但人們還是對通過投資技術來提高煉油利潤抱有希望。歐洲煉油工業(yè)缺少原油資源,面臨來自中東、美國和俄羅斯的激烈競爭,這個關系到國家能源安全的重要產業(yè)如何生存發(fā)展,對于同樣缺少資源的我國煉油工業(yè)的未來發(fā)展有重要參考意義。
致謝:中國石化科技開發(fā)公司駐歐洲科技代表楊嶺博士、中國石化撫順石油化工研究院韓照明主任參加了本文的編寫工作,中國石化科技開發(fā)公司布志捷副總經理為本文提供了寶貴意見,在此表示感謝。
[1]Zsoldos I.Of rocks and hard places—Oil demand &refining[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[2]Delgado L.European Commission’s fitness check for refining[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[3]Hunt C.A UK focus:The UK refining market and preparing for a‘Perfect Storm’[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[4]Cooper S.European refinery competitiveness and challenges ahead[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[5]Eerola M.MOL Group downstream plans to meet the changing industry demands[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[6]Karimov O.Effects of current &planned changes in taxation& refining on Russian production[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[7]Bontemps X.Higher profitability through intgration of refining &petrochemicals[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[8]Szalkowska U.EU biofuels policy:Choppy waters[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[9]Beeston S.Pathway to maximizing residue upgrading margins[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[10]Simon P,Ishiyama E.Effective management of crude preheat train fouling—New SmartPM software[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[11]Zeuthen P.TK-609HyBRIMTM,the new hype[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[12]Aguiar W N.Shale oil production in Brazil[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[13]Hilbert T,Kalyanaraman M,Ravella A.MIDWTMtechnology enables premium distillate production—Commercially proven integrated technology solutions for low-cloud/high cetane diesel[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[14]HollóA,Geiger A,Varga G.Residue upgrading-MOL’s chemically stabilized asphalt rubber[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[15]McMullen J.Processing heavy &extra heavy oils[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[16]Mc Queen D.Creating value for refiners through innovation in technology and technical service[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[17]Rispoli G.EST complex in Sannazzaro Refinery:Maximizing value from the bottom of the barrel[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[18]Ramaswamy P N.Key changes in feedstock and how additives can help in making the most of the price differentials[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[19]Da-Silva P,Dorbon M.Production of ULSD using ImpulseTMHR 1246in total’s grandpuits refinery[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[20]Keeley C,Komvokis V,Riva S,et al.Improving refinery prof-itability through ongoing innovation in FCC catalysts,services & modelling[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[21]Sietsma J,de Haan D.New hydrocracking catalyst brings higher diesel yield and increases refiner’s profitability[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[22]Alderisio M,Rigoni M.Importance and evolution of emission monitoring for today’s refineries[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[23]Topsoe H.SNOX-efficient and cost-effective removal of SOx,NOxand particulates from flue gas in oil refineries burning high sulphur fuels[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[24]Martin E,F(xiàn)letcher R,Ventham T,et al.Significant trends in FCC emissions control—SOx,NOxand HCN[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[25]Lenhert D.CONOxfor FCC regenerator CO & NOxcontrol[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[26]Eagleson S T,Weaver E H,Billemeyer G.EDV?wet scrubbing upgrades to meet tightening air emission regulations[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[27]van den Berg B.New generation heat exchanger improves refinery energy efficiency—“Turn waste heat into profit”[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[28]Blum B.Correct two phase flow design can reduce risk of overheating & debottleneck unit capacity[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[29]Ershaid M,Al-Tarkeet A,Ruiz C,et al.Real time online energy management at KNPC Mina Al-Ahmadi Refinery[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[30]Paggio A D.Advancements in IH2?technology biomass direct-to-h(huán)ydrocarbon fuels[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[31]Elía M F,F(xiàn)rontela J,Lazaro J,et al.Increasing the biofuel content of transport diesel in a sustainable way[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[32]Sams D.Thermochemical conversion of syngas to ethanol[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[33]Maglalang R P.GT-BTX PluS?:Recovering aromatics from FCC gasoline[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[34]Yang L.DCC technology for maximum propylene yield[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[35]L?ms?J,Hamstrom B,Dahlgren K,et al.Optimising the operation of residue hydrocracking unit at Neste Oil’s Porvoo Refinery[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[36]Richardson J.Optimize hydrogen production and operations[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[37]Machado S.Petrobras ULSD revamp[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[38]Stachel K.Improved control concepts for reciprocating compressors in refining processes[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[39]Dyer D.Sustainable shutdown improvement[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[40]Riley C.Case studies of optimizing and troubleshooting FCC reactors and regenerator[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[41]Tombolesi B.Hydrocracking and diesel HDS catalyst strategies to meet stringent EU diesel specs[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[42]Donk S.Optimizing hydrogen production and usage with UOP’s latest CCR PlatformingTMand hydrocracking catalysts[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[43]Zanella C,Munaretti F,Respini M,et al.Increase visbreaker conversion through best practice fouling control techniques[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[44]Chaplin D,Wodnik R,Leung V,et al.Delayed coking design for stringent environmental requirements—A holistic approach to emission controls with ThruPlus delayed coking technology[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[45]Mc Gehee J.MERICONTM:A practical low cost solution to spent caustic treating[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[46]Elfring R,van der Puil N,Huizinga T,et al.Fact based strategic support of hydrocracking and diesel hydrotreating operations[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20
[47]Huber F,Sauer T,Berg J,et al.From high throughput lab to pilot plant scale—Parallel testing of hydroprocessing catalysts[C].ERTC 18th Annual Meeting,Budapest,Hungary,2013-11-20