王 琪， 曾宿主， 解增忠， 龍 軍

(中國石化 石油化工科學研究院， 北京 100083)

低油價下典型中東原油溶劑脫瀝青組合工藝的市場前景分析

王 琪， 曾宿主， 解增忠， 龍 軍

(中國石化 石油化工科學研究院， 北京 100083)

在35～100 USD/bbl(1 bbl≈159 L)國際油價下，針對阿曼原油和沙中原油典型的重油加工工藝路線，如溶劑脫瀝青組合工藝、固定床渣油加氫工藝和延遲焦化工藝進行了經(jīng)濟效益分析。結果表明，當國際原油價格大于35 USD/bbl時，溶劑脫瀝青組合工藝經(jīng)濟效益優(yōu)于延遲焦化工藝，當國際原油價格小于42 USD/bbl時，溶劑脫瀝青組合工藝經(jīng)濟效益優(yōu)于固定床渣油加氫工藝；當國際原油價格小于55 USD/bbl時，對于氫源不足，延遲焦化裝置原料具有進一步劣質化潛力的煉油企業(yè)，可考慮采用溶劑脫瀝青組合技術實施技術改造，以提升經(jīng)濟效益與提高對加工原油的適應性。溶劑脫瀝青裝置脫瀝青油收率越高，經(jīng)濟效益越好，對于加工原油硫含量較低的企業(yè)，可考慮脫瀝青油不經(jīng)過加氫直接去催化裂化裝置加工。

溶劑脫瀝青組合工藝； 固定床渣油加氫； 延遲焦化； 重油加工； 技術經(jīng)濟； 脫瀝青油

世界范圍內(nèi)煉油廠所加工原油越來越重質化、劣質化已成為“新常態(tài)”，預計2020年后，重質原油儲量占全球可采原油儲量的50%左右[1]。中國加工的原油中大于350℃餾分占原油全餾分的55%以上，煉油企業(yè)重油加工技術路線的選擇越來越成為決定其盈利能力的關鍵。在重油加工的過程中，最為棘手的問題就是如何處理渣油。因為渣油中含有大量的瀝青質，以及金屬、硫、氮等化合物。如果采用催化裂化工藝直接加工較為劣質原油的渣油，幾乎所有瀝青質會在催化裂化過程中形成焦炭，金屬會沉積在催化裂化催化劑上使催化劑永久性失活。固定床渣油加氫技術能獲得更高的輕質油品與高附加值產(chǎn)品收率，在較高油價下取得很好的經(jīng)濟效益，且近年來發(fā)展很快[2]。但固定床渣油加氫工藝的反應特性決定了它很難將瀝青質轉化，催化劑的容金屬能力也決定了該工藝在加工金屬含量較高的渣油原料時，為脫除渣油中的金屬，需要以犧牲催化劑壽命為代價，同時氫氣分子在渣油中的溶解與擴散速度對原料的黏度提出較高要求，需要摻煉大量的蠟油餾分或者其他稀釋油。這些因素都會導致操作成本的飆升。延遲焦化技術雖然有對原料適應性強、工藝成熟、投資低、操作費用少等優(yōu)勢，但該技術高附加值產(chǎn)品產(chǎn)率低，柴油產(chǎn)率較高，與降低柴/汽質量比的市場需求不符。

由于瀝青質、金屬、硫和氮在渣油中的分布與脫瀝青油的收率并非線性關系，尤其是瀝青質和金屬分布的非線性更為明顯，40%左右的硫、50%左右的氮、80%以上的金屬以及90%以上的瀝青質會濃縮在約為20%的萃余殘渣中[3]。由于溶劑脫瀝青組合技術可以使減壓渣油中易轉化組分與難轉化組分選擇性分離，該技術成為了催化裂化技術與延遲焦化技術之間原料優(yōu)化的樞紐[4]。溶劑脫瀝青組合工藝的典型流程為減壓渣油通過溶劑脫瀝青裝置加工后分為脫瀝青油(De-Asphalting Oil, DAO)和脫油瀝青(De-Oil Asphalt, DOA)，脫瀝青油可與減壓蠟油一起作為蠟油加氫原料，也可視脫瀝青油硫含量情況直接作為催化裂化裝置原料，脫油瀝青一般作為延遲焦化裝置原料或瀝青調和組分，也可作為聯(lián)合發(fā)電發(fā)氣循環(huán)裝置(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)氣化原料[5]。

從2014年到2016年年初，受世界經(jīng)濟低迷與全球原油供應量飽和供需兩方面的影響，國際原油價格從100 USD/bbl(1 bbl≈159 L)滑落至30 USD/bbl左右，且有很大可能在低于50 USD/bbl的區(qū)域內(nèi)徘徊較長時間，煉油業(yè)進入低油價時期[6]。筆者主要運用流程模擬技術研究低油價下溶劑脫瀝青組合工藝的市場前景，研究內(nèi)容包括以下4項。

(1)低油價下溶劑脫瀝青組合工藝經(jīng)濟效益分析；

(2)脫瀝青油收率對溶劑脫瀝青組合工藝經(jīng)濟效益的影響；

(3)脫瀝青油加氫與否對經(jīng)濟效益的影響；

(4)溶劑脫瀝青組合工藝加工不同種類原油的經(jīng)濟效益。

以上問題的研究可以為溶劑脫瀝青組合工藝在低油價下尋找最優(yōu)的操作區(qū)間，為煉油廠在低原油價下運用溶劑脫瀝青組合工藝提供重要方向。

借助Aspen公司的PIMS(Process industry modeling system)軟件，建立了不同重油加工路線經(jīng)濟技術評價模型系統(tǒng)。在該模型系統(tǒng)中，建立了連接常減壓蒸餾裝置和二次加工裝置并最終到產(chǎn)品調和的物流供應鏈和物性傳輸鏈。在原油評價數(shù)據(jù)基礎上，采用常減壓模擬切割工具進行常減壓蒸餾實沸點切割，得到常減壓各個側線產(chǎn)品收率和性質數(shù)據(jù)，結合常減壓工程數(shù)據(jù)進行校核。建立從常減壓蒸餾裝置連接所有二次加工裝置的全煉油廠硫分布以及主要物性傳遞鏈，如密度、酸值、殘?zhí)恐?、金屬含量、十六烷值、辛烷值、烴類組成等。產(chǎn)品調合采用非線性調合規(guī)則。單元裝置工藝數(shù)據(jù)如溶劑脫瀝青工藝、催化裂化工藝、蠟油加氫工藝、渣油加氫工藝、延遲焦化工藝均采用單元裝置模擬數(shù)據(jù)、實驗室數(shù)據(jù)、工藝裝置實際運行數(shù)據(jù)、專家系統(tǒng)四者結合方式獲得。此外，還充分考慮所有工藝裝置以及熱電裝置的水、電、蒸汽、燃料氣以及輔助材料消耗與全煉油廠的平衡。

1 運用流程模擬技術研究低油價下溶劑脫瀝青組合工藝市場前景的方案設計

采用流程模擬技術，針對阿曼和沙中2種原油的常壓渣油餾分(餾程大于350℃)設計不同的重油加工路線，包括溶劑脫瀝青組合工藝路線、固定床渣油加氫工藝路線和渣油焦化工藝路線，通過設定不同的加工方案重點測算上述4項研究內(nèi)容。

溶劑脫硫瀝青組合工藝路線中，減壓蠟油經(jīng)加氫后進入催化裂化裝置加工；減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青裝置加工分為脫瀝青油和脫油瀝青兩部分，可由改變脫瀝青溶劑和操作溫度等條件調節(jié)脫瀝青油收率；脫瀝青油進入蠟油加氫裝置加氫后去催化裂化裝置，或者直接去催化裂化裝置，脫油瀝青作為延遲焦化裝置原料。

固定床渣油加氫工藝路線中，常壓渣油經(jīng)過固定床渣油加氫裝置后，其精制重油作為重油催化裂化裝置原料。

渣油焦化工藝路線中，常壓渣油經(jīng)由減壓蒸餾裝置分為減壓蠟油和減壓渣油，減壓渣油進入延遲焦化裝置加工后，所產(chǎn)焦化蠟油與減壓蠟油一起作為蠟油加氫精制裝置原料，生產(chǎn)出的精制蠟油作為蠟油催化裂化裝置的原料。

方案設計基礎條件包括以下4點。(1)所有測算方案均按照加工2.2×106t/a常壓渣油(餾程大于350℃)設計；(2)采用35～100 USD/bbl國際原油價格，產(chǎn)品價格為對應國際原油價格下中國石化下屬煉油廠同期產(chǎn)品批發(fā)價格；(3)假定煉油裝置均為新建，按照7 a快速折舊核算固定成本；(4)催化裂化汽油經(jīng)由S Zorb裝置處理，生產(chǎn)國Ⅴ標準汽油，催化裂化輕循環(huán)油與各方案的焦化柴油和固定床加氫柴油一起作為柴油加氫改制裝置的原料，生產(chǎn)國Ⅳ標準普通柴油。

沙中和阿曼2種原油的減壓渣油性質列于表1。

表1 沙中和阿曼原油的減壓渣油(VR)的性質Table 1 The properties of VR from Arab medium oil and Oman crude oil

CCR—Conradson carbon residue

阿曼原油和沙中原油均為中國石化乃至全國其他企業(yè)加工量較大的進口原油。從表1可以看出，阿曼原油為典型的中間基含硫原油，其減壓渣油更適合作為固定床渣油加氫裝置的原料。中國石化下屬煉油廠加工阿曼原油所得減壓渣油，一部分作為渣油加氫裝置原料，另一部分作為延遲焦化裝置原料。沙中原油是典型的高硫中質原油，其減壓渣油的金屬質量分數(shù)和瀝青質質量分數(shù)均明顯高于阿曼原油。據(jù)此設計2種原油共計8個加工方案。

1.1 阿曼原油重油加工的6個方案設計

方案1(No.1)：采用渣油延遲焦化工藝加工阿曼常壓渣油；

方案2(No.2)：采用固定床渣油加氫工藝加工阿曼常壓渣油；

方案3(No.3)：采用溶劑脫瀝青組合工藝加工阿曼常壓渣油，溶劑脫瀝青裝置DAO收率為70%，DAO直接進入催化裂化裝置加工；

方案4(No.4)：采用溶劑脫瀝青組合工藝加工阿曼常壓渣油，溶劑脫瀝青裝置DAO收率為60%，DAO直接進入催化裂化裝置加工；

方案5(No.5)：采用溶劑脫瀝青組合工藝加工阿曼常壓渣油，溶劑脫瀝青裝置DAO收率為50%，DAO直接進入催化裂化裝置加工；

方案6(No.6)：采用溶劑脫瀝青組合工藝加工阿曼常壓渣油，溶劑脫瀝青裝置DAO收率為70%，DAO進入蠟油加氫裝置加工，所產(chǎn)精制蠟油再進入催化裂化裝置加工。

1.2 沙中原油重油加工2個方案設計

方案7(No.7)：采用渣油延遲焦化工藝加工沙中常壓渣油；

方案8(No.8)：采用溶劑脫瀝青組合工藝加工沙中常壓渣油，溶劑脫瀝青裝置的DAO收率為70%，DAO進入蠟油加氫裝置加工，所產(chǎn)精制蠟油再進入催化裂化裝置加工。

2 重油加工8個方案模擬測算結果與分析

根據(jù)上述的各方案加工流程與基礎條件，采用流程模擬技術模擬計算上述8個加工方案。

阿曼常壓渣油和沙中常壓渣油各加工方案物料平衡分別列于表2和表3。2種原油常壓渣油各加工方案綜合指標列于表4。

從表2可知，對于阿曼常壓渣油，固定床渣油加氫方案在汽油產(chǎn)量、丙烯產(chǎn)量以及高附加值產(chǎn)品產(chǎn)量均優(yōu)于渣油焦化加工方案，柴/汽質量比下降明顯；溶劑脫瀝青組合工藝加工方案的各項指標介于兩者之間，且隨著脫瀝青油收率的增加，高附加值產(chǎn)品產(chǎn)量進一步增加，柴/汽質量比進一步下降。相對于脫瀝青油不加氫直接進催化裂化裝置的加工方案，脫瀝青油通過蠟油加氫進催化裂化裝置加工方案的汽油產(chǎn)量優(yōu)于前者，且燒焦量減少，但氫耗與燃料氣消耗明顯增加。

從表3可知，對于加工沙中常壓渣油，利用溶劑脫瀝青組合技術相比于渣油焦化技術可小幅度提高汽油產(chǎn)量和丙烯產(chǎn)量，柴/汽質量比有所下降，石油焦產(chǎn)量有所減少。

表2 阿曼常壓渣油6個加工方案物料平衡Table 2 The material balance of six processing projects for Oman’s atmospheric residue(AR)

No.1—Processing by residue coking; No.2—Processing by residue fixed-bed hydroprocessing; No.3—Processing hy solvent deasphalting(70% DAO); No.4—Processing by solvent deasphalting(60% DAO); No.5—Processing by solvent deasphalting(50% DAO); No.6—Processing solvent deasphalting(70%DAO with hydrotreating)

表3 沙中常壓渣油各加工方案物料平衡Table 3 The material balance of processing project of Arab medium’s AR

No.7—Processing by residue cocking; No.8—Processing by solvent deasphalting

表4 各重油加工技術路線不同方案綜合指標Table 4 The complex index value of processing route of each heavy oil

從表4可知，對于加工阿曼常壓渣油，固定床渣油加氫方案的高附加值產(chǎn)品產(chǎn)率和丙烯產(chǎn)量均優(yōu)于渣油焦化加工方案，柴/汽質量比下降明顯；溶劑脫瀝青組合工藝方案的各項指標介于二者之間，且隨著脫瀝青油收率的增加，其高附加值產(chǎn)品產(chǎn)率和丙烯產(chǎn)率進一步增加，柴/汽質量比進一步下降；相對于脫瀝青油直接進催化裂化裝置的加工方案，脫瀝青油通過蠟油加氫后進催化裂化裝置加工方案的高附加值產(chǎn)率和丙烯產(chǎn)量要高于前者，柴/汽質量比也低于前者。

對于加工沙中常壓渣油，溶劑脫瀝青組合工藝方案的高附加值產(chǎn)品產(chǎn)率和丙烯產(chǎn)率略高于渣油焦化加工方案，分別提高了0.84百分點和0.55百分點；利用溶劑脫瀝青組合工藝方案加工阿曼常壓渣油的高附加值產(chǎn)品產(chǎn)率和丙烯產(chǎn)率與渣油焦化加工方案相比，分別提高了1.47百分點和1.14百分點，提高幅度要大于加工沙中常壓渣油。

3 各方案經(jīng)濟效益對比分析

根據(jù)各方案流程模擬計算結果，結合各方案下裝置的物耗成本、投資成本、公用工程消耗成本等數(shù)據(jù)，在35～100 USD/bbl國際原油價格下，計算每個方案在不同原油價格下的經(jīng)濟效益，在此基礎上分析4項主要研究內(nèi)容。

3.1 低油價下溶劑脫瀝青組合工藝經(jīng)濟效益分析

對于阿曼常壓渣油，渣油焦化、固定床渣油加氫和溶劑脫瀝青組合工藝(脫瀝青油收率為70%，DAO加氫)加工方案在35～100 USD/bbl國際原油價格下，其經(jīng)濟效益對比如圖1所示。

圖1 方案1、方案2和方案6的經(jīng)濟效益隨國際原油價格的變化Fig.1 The profit vs international crude oil price of plan No.1, No.2 and No.6

從圖1可知，在本研究的國際原油價格范圍內(nèi)，溶劑脫瀝青組合技術的經(jīng)濟效益優(yōu)于渣油焦化技術；隨著國際原油價格的上升，經(jīng)濟效益優(yōu)勢逐漸擴大。由于在較低國際原油價格下(小于45 USD/bbl)時，國內(nèi)成品油價格隨著國際原油價格的降低幅度相對較小，形成“地板價”，出現(xiàn)了在“地板價”區(qū)間，盈利能力突然升高的現(xiàn)象；如果按照新加坡成品油市場價格趨勢從45 USD/bbl國際原油價格往下自然延伸，溶劑脫瀝青組合技術在國際原油價格40 USD/bbl 以下時，其經(jīng)濟效益優(yōu)于固定床渣油加氫技術；在較大價格區(qū)間內(nèi)，溶劑脫瀝青組合技術的經(jīng)濟效益介于渣油焦化技術與固定床渣油加氫技術之間。在國際原油價格小于55 USD/bbl時，對于氫源不足，延遲焦化裝置原料尚不夠劣質化的企業(yè)推薦采用溶劑脫瀝青組合技術。

3.2 脫瀝青油收率對溶劑脫瀝青組合工藝經(jīng)濟效益的影響

對于阿曼常壓渣油，脫瀝青油收率分別為70%、60%和50%的加工方案在35～100 USD/bbl國際原油價格下，其經(jīng)濟效益對比示于圖2。

圖2 方案1、方案3、方案4和方案5的經(jīng)濟效益隨原油價格的變化Fig.2 The profit vs international crude oil price of plan No.1, No.3, No.4 and No.5

從圖2可知，溶劑脫瀝青裝置DAO收率對經(jīng)濟效益的影響十分敏感。對于阿曼渣油，DAO收率50%時的該工藝經(jīng)濟效益大體與延遲焦化工藝相當；隨著DAO收率上升，經(jīng)濟效益逐漸升高。對于常規(guī)原油，建議煉油企業(yè)采用重溶劑深脫操作模式操作溶劑脫瀝青裝置，有利于經(jīng)濟效益提升。

3.3 脫瀝青油加氫與否對盈利能力的影響分析

對于用溶劑脫瀝青裝置加工阿曼減壓渣油，其DAO先通過蠟油加氫處理后再進入催化裂化裝置和DAO直接進入催化裂化裝置加工2種加工方案在35～100 USD/bbl國際原油價格下，其經(jīng)濟效益對比示于圖3。

圖3 方案1、方案3和方案6的經(jīng)濟效益隨原油價格的變化Fig.3 The profit vs. international crude oil price of plan No.1, No.3, and No.6

如圖3所示，在40～100 USD/bbl國際原油價格區(qū)間內(nèi)，溶劑脫瀝青裝置生產(chǎn)的DAO是否通過蠟油加氫裝置精制后再進入催化裂化裝置加工，對經(jīng)濟效益的影響并不明顯，當國際原油價格大于100 USD/bbl時，DAO加氫方式開始顯現(xiàn)出一定的經(jīng)濟效益優(yōu)勢，可以推測，對于加工原油硫含量較低的企業(yè)(如硫含量小于1.0%)，如果具備S Zorb工藝裝置可以處理較高硫含量的催化裂化汽油，可以考慮DAO直接去催化裂化裝置加工。

3.4 溶劑脫瀝青組合工藝加工不同種類原油盈利能力對比

對于用溶劑脫瀝青組合工藝加工阿曼常壓渣油和沙中常壓渣油2種加工方案在35～100 USD/bbl國際原油價格下，其經(jīng)濟效益對比示于圖4。

圖4 方案1、方案3、方案7和方案8的經(jīng)濟效益隨原油價格的變化Fig.4 The profit vs. international crude oil price of plan No.1, No.3, No.7 and No.8

如圖4所示，在本研究的價格體系內(nèi)，用溶劑脫瀝青組合工藝方案加工阿曼和沙中2種常壓渣油，其經(jīng)濟效益均優(yōu)于渣油焦化加工方案。相比于渣油焦化加工方案，溶劑脫瀝青組合工藝加工較為輕質的阿曼原油的經(jīng)濟效益提升要明顯好于加工較為重質的沙中原油的經(jīng)濟效益提升，說明用溶劑脫瀝青組合工藝加工較為輕質原油的經(jīng)濟效益提升更為顯著。對于延遲焦化裝置原料已經(jīng)十分劣質化的企業(yè)，不推薦采用溶劑脫瀝青組合工藝，對于延遲焦化裝置原料尚有較大劣質化空間的企業(yè)如中國石化沿江企業(yè)，推薦采用溶劑脫瀝青組合工藝實施改造。

4 結 論

(1)在 35～100 USD/bbl 國際原油價格區(qū)間內(nèi)，溶劑脫瀝青組合技術的經(jīng)濟效益均優(yōu)于渣油焦化加工方案，當國際原油價格低于42 USD/bbl時，溶劑脫瀝青組合技術經(jīng)濟效益優(yōu)于固定床渣油加氫技術，說明在低油價下溶劑脫瀝青組合工藝具有經(jīng)濟效益優(yōu)勢。

(2)溶劑脫瀝青裝置DAO收率對經(jīng)濟效益的影響十分敏感。隨著DAO收率上升，經(jīng)濟效益逐漸升高。對于加工常規(guī)原油，建議煉油企業(yè)采用重溶劑深脫操作模式操作溶劑脫瀝青裝置，有利于經(jīng)濟效益提升。

(3)在40～100 USD/bbl國際原油價格區(qū)間內(nèi)，DAO是否加氫對經(jīng)濟效益的影響并不明顯。對于氫源不足，加工原油硫含量不高且具備S Zorb工藝的煉油企業(yè)，推薦采用DAO直接去催化裂化裝置加工的操作模式。

(4)利用溶劑脫瀝青組合工藝加工較輕質原油帶來的經(jīng)濟效益提升要明顯好于加工較重質原油。針對氫源不足，延遲焦化裝置原料尚不夠劣質化的企業(yè)(如中國石化沿江企業(yè))，采用溶劑脫瀝青組合技術實施改造優(yōu)化可以提升經(jīng)濟效益，值得推薦。

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The Market Prospect of Using Solvent Deasphalting Combination Process toProcess Typical Middle East Crude Oil Under the Low Oil Price

WANG Qi, ZENG Suzhu, XIE Zengzhong, LONG Jun

(ResearchInstituteofPetroleumProcessing,SINOPEC,Beijing100083,China)

Contrastive analysis is made to the economic benefits of several processing routes of Oman crude oil and Arab medium oil under 35-100 USD/ bbl(1 bbl≈159 L) international crude oil price. Processing routes including fixed-bed residual oil hydroprocessing, delayed coking and solvent deasphalting(SDA). The result showed that the economic benefits of SDA is superior to the delayed coking, when the international oil price is more than 35 USD/bbl. When the international oil price is less than 42 USD/bbl, the economic benefits of SDA are superior to the fixed-bed residual oil hydroprocessing. The refinery, with insufficient hydrogen source and delayed coking unit being able to process more inferior raw material, may consider to use SDA to improve the economic benefit and improve the adaptability of processing crude oil, when the international oil price is less than 55 USD/bbl. The more DAO yield the SDA unit can reach, the more economic benefit the refinery can get. The refinery processing low sulphur content oil may consider to let its DAO go directly into FCC unit as the feed without any hydrorefining processing.

solvent deasphalting; fixed-bed residual oil hydroprocessing; delayed coking; heavy oil processing; technical economy; deasphalting oil

2016-05-09

中國石化溶劑脫瀝青組合技術路線研究與開發(fā)項目(CLY14050)資助

王琪，男，碩士，從事煉油廠流程優(yōu)化與工藝評估領域工作；Tel：010-82368024；E-mail:wangqi.ripp@sinopec.com

1001-8719(2017)02-0379-07

TE624

A

10.3969/j.issn.1001-8719.2017.02.025