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        未來中國煉油技術(shù)預(yù)見探究

        2021-11-06 08:32:28劉曉宇鄒勁松
        當(dāng)代石油石化 2021年10期
        關(guān)鍵詞:催化裂化方向發(fā)展

        劉曉宇,傅 軍,鄒勁松,何 錚

        (1.中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院,北京100083;2.中國石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司,北京 100029)

        石油煉制是重要的基礎(chǔ)工業(yè),在促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中具有重要的地位和作用。經(jīng)歷了新中國成立70多年來突飛猛進(jìn)的發(fā)展,我國石油煉制工業(yè)從無到有、由弱到強(qiáng),如今已發(fā)展成為相對成熟的產(chǎn)業(yè),成功開發(fā)了一系列高水平、大型化煉油成套技術(shù),并得到全面推廣應(yīng)用。

        未來,我國煉油技術(shù)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。煉制原料、政策環(huán)境、市場需求以及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展對煉油技術(shù)提出了更高要求。一是我國石油對外依存度逐步提升,未來可獲得的國外石油資源差異化顯著,且石油資源中非常規(guī)油氣比重呈上升趨勢,對現(xiàn)有煉油技術(shù)和煉廠結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢提出了新的要求;二是《巴黎協(xié)定》正式生效,煉制過程和產(chǎn)品受到日益嚴(yán)格的環(huán)保和碳減排約束;三是信息化技術(shù)等其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展,也將帶動傳統(tǒng)煉油產(chǎn)業(yè)升級;四是當(dāng)前至2030年這一期間是我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要時(shí)期,汽柴油消費(fèi)量和石油需求量均將達(dá)到峰值,同時(shí)在綠色低碳化發(fā)展的趨勢下,新能源汽車迎來發(fā)展機(jī)遇,這些都將對煉化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大影響。未來我國煉油行業(yè)突破發(fā)展瓶頸依賴于煉油技術(shù)進(jìn)步,在此背景下,有必要運(yùn)用技術(shù)預(yù)見的方法對未來煉油技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行研究,提前進(jìn)行技術(shù)布局,在科學(xué)預(yù)見的基礎(chǔ)上制定和實(shí)施發(fā)展戰(zhàn)略,搶占產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型先機(jī)。

        1 我國煉油工業(yè)和技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

        1.1 我國煉油工業(yè)的現(xiàn)狀

        目前我國煉油能力已達(dá)到8.74億噸/年,居世界第二位,千萬噸煉廠達(dá)到28座。從單系列裝置規(guī)??矗堰_(dá)到世界先進(jìn)水平。其中常壓蒸餾、催化裂化、加氫裂化、延遲焦化裝置最大生產(chǎn)能力分別達(dá)到1 200萬噸/年、450萬噸/年、400萬噸/年、420萬噸/年。同時(shí),我國催化裂化、加氫裂化、加氫精制、催化重整能力占原油一次加工能力的比例分別為26.2%、 9.5%、56.9%、11.2%,具有裝置規(guī)模大、技術(shù)復(fù)雜程度高、產(chǎn)品質(zhì)量高的特點(diǎn)。

        1.2 我國煉油技術(shù)的現(xiàn)狀

        從煉油技術(shù)看,我國已掌握煉廠全流程技術(shù),具備依靠自有技術(shù)建設(shè)單系列千萬噸級煉廠的能力。以生產(chǎn)清潔汽油、柴油、航煤和潤滑油為主的煉廠技術(shù)構(gòu)成如圖1所示。在這些技術(shù)單元中,我國已擁有了較高水平的渣油加氫、催化裂化、催化重整、加氫精制等系列煉油技術(shù),形成了多產(chǎn)異構(gòu)烷烴催化裂化(MIP)、重油催化裂解技術(shù)(DCC)、吸附脫硫(S Zorb)等優(yōu)勢技術(shù);石腦油超低壓連續(xù)重整等具有競爭力的核心技術(shù);柴油超深度加氫脫硫等特色技術(shù)[1-5]。但部分技術(shù)的能耗、目標(biāo)產(chǎn)品選擇性、催化劑壽命等對煉廠經(jīng)濟(jì)效益有直接影響的技術(shù)指標(biāo),與國外先進(jìn)技術(shù)尚存在一定差距,一些新興先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)仍處于“跟跑”狀態(tài),如漿態(tài)床渣油加氫技術(shù)等。因此我國仍存在關(guān)鍵煉油技術(shù)創(chuàng)新不足的問題,特別需要在技術(shù)預(yù)見的基礎(chǔ)上,提前謀劃、盡早布局研發(fā)。

        圖1 我國煉廠基本技術(shù)組成

        2 技術(shù)預(yù)見的定義和方法

        2.1 技術(shù)預(yù)見的定義

        技術(shù)預(yù)見(Technology Forecasting,TF)是對潛在技術(shù)的特點(diǎn)和產(chǎn)生時(shí)間進(jìn)行預(yù)見的一類方法,可用于對技術(shù)的狀態(tài)、參數(shù)及其變化趨勢進(jìn)行預(yù)見。Martin 曾經(jīng)提出,所謂技術(shù)預(yù)見就是要對未來較長時(shí)期內(nèi)的科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展進(jìn)行系統(tǒng)研究,確定具有戰(zhàn)略性的研究領(lǐng)域,選擇那些對經(jīng)濟(jì)和社會利益具有最大化貢獻(xiàn)的通用技術(shù)。即技術(shù)預(yù)見是基于一系列假設(shè)和大趨勢,利用方法論提出未來技術(shù)發(fā)展的構(gòu)想和概況的系統(tǒng)研究,以期把握未來科技發(fā)展趨勢及其對經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的影響,提出方向性的看法,確定重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域,選擇對經(jīng)濟(jì)和社會利益具有最大貢獻(xiàn)的技術(shù)群[6]。

        2.2 常用的技術(shù)預(yù)見方法

        常見的技術(shù)預(yù)見方法有德爾菲問卷調(diào)查法、模型法、情景分析法、數(shù)據(jù)挖掘法、技術(shù)路線圖法等,其中應(yīng)用最為廣泛的是德爾菲問卷調(diào)查法。該法是1963年美國蘭德公司提出的一種預(yù)見方法,以問卷調(diào)查的統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行。與普通問卷調(diào)查方法不同,該法采用多次調(diào)查,將上一次的調(diào)查結(jié)果反饋給下一次的調(diào)查回答者,一般分兩輪進(jìn)行,調(diào)查的主要對象是各領(lǐng)域的專家[7-8],主要用于中長期技術(shù)預(yù)見。日本是最早開始由政府組織大規(guī)模應(yīng)用德爾菲法進(jìn)行技術(shù)預(yù)見的國家,從1971開始,每5年進(jìn)行一次,截至2015年,已進(jìn)行了10次,并且在此期間對技術(shù)預(yù)見方法進(jìn)行了逐漸調(diào)整。在1971年首次進(jìn)行技術(shù)預(yù)見調(diào)查中單一采用德爾菲法;在2001年第七次技術(shù)調(diào)查預(yù)見調(diào)查中,除德爾菲法外,增加了需求調(diào)查分析;在2005年第八次技術(shù)調(diào)查預(yù)見調(diào)查中首次增加了與德爾菲法平行的引文分析、社會經(jīng)濟(jì)需求調(diào)查分析和情景分析;在第十次技術(shù)調(diào)查預(yù)見調(diào)查中采用了德爾菲法、未來愿景、情景分析相結(jié)合的預(yù)見方法。日本科技預(yù)見調(diào)查成果用于制定“日本科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃”等科技戰(zhàn)略,在經(jīng)濟(jì)社會建設(shè)中發(fā)揮了巨大作用[9-12]。因此,本文選擇德爾菲問卷調(diào)查法開展未來煉油技術(shù)預(yù)見。研究框架如圖2所示。

        圖2 德爾菲法研究框架

        3 未來煉油技術(shù)預(yù)見

        煉油工業(yè)作為流程工業(yè),各項(xiàng)技術(shù)之間相互耦合關(guān)聯(lián)?;跓捰图夹g(shù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì),設(shè)定在煉油行業(yè)慣性發(fā)展的情景下,采用德爾菲問卷調(diào)查法,研究煉油技術(shù)演化性創(chuàng)新情況下的發(fā)展趨勢,設(shè)計(jì)研究時(shí)間段為當(dāng)前至2030年。

        3.1 德爾菲問卷調(diào)查內(nèi)容

        根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研、專家咨詢、同國外先進(jìn)煉油技術(shù)進(jìn)行對標(biāo)分析,初步確定具有發(fā)展前景的煉油技術(shù)清單,分別針對未來煉油技術(shù)的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域,重要發(fā)展方向以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行三輪次問卷調(diào)查。首先設(shè)計(jì)調(diào)查問卷,根據(jù)煉油行業(yè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)問題,并邀請煉油領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)專家進(jìn)行打分。其次建立評分機(jī)制,設(shè)計(jì)計(jì)算權(quán)重得出預(yù)見結(jié)果,并對預(yù)見結(jié)果進(jìn)行分析。最后分析問卷調(diào)查結(jié)果,分別提出來煉油技術(shù)的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域、重要發(fā)展方向以及關(guān)鍵技術(shù)。

        1)調(diào)查對象

        邀請煉油行業(yè)內(nèi)研究院、高校、企業(yè)的知名專家,設(shè)定選擇范圍為25人。

        2)問卷設(shè)計(jì)

        根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研、國內(nèi)外煉油技術(shù)研發(fā)動態(tài),分別針對當(dāng)前至2030年煉油技術(shù)加工原料、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品3個(gè)環(huán)節(jié)的發(fā)展趨勢,將煉油技術(shù)劃分為11個(gè)技術(shù)領(lǐng)域,25個(gè)技術(shù)方向和57個(gè)關(guān)鍵技術(shù),如表1~3所示。

        表1 德爾菲問卷調(diào)查煉油技術(shù)領(lǐng)域劃分

        表2 德爾菲問卷調(diào)查煉油技術(shù)方向

        表3 德爾菲問卷調(diào)查煉油關(guān)鍵技術(shù)劃分

        續(xù)表

        針對煉油技術(shù)的價(jià)值體現(xiàn)設(shè)計(jì)4個(gè)評價(jià)指標(biāo),以確定未來煉油技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域、方向和關(guān)鍵技術(shù),如表4所示。

        表4 德爾菲問卷調(diào)查評價(jià)指標(biāo)介紹

        3.2 德爾菲問卷調(diào)查分析方法

        1)專家熟悉度

        由于參加問卷調(diào)查的均是煉油技術(shù)專家,無跨領(lǐng)域?qū)<?,所以在本文德爾菲問卷調(diào)查結(jié)果分析中忽略了專家熟悉度對定量分析的影響。

        2)評價(jià)指數(shù)系數(shù)

        分別采用技術(shù)重要性、技術(shù)帶動性、經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要性和低碳發(fā)展重要性4個(gè)評價(jià)指標(biāo)對重要技術(shù)領(lǐng)域評價(jià)得分進(jìn)行分析。根據(jù)專家對技術(shù)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行排序:技術(shù)重要性權(quán)重指數(shù)>技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展性權(quán)重指數(shù)>技術(shù)低碳發(fā)展性權(quán)重指數(shù)>技術(shù)帶動性權(quán)重指數(shù),德爾菲問卷調(diào)查采用的定量分析方法為:技術(shù)評價(jià)得分=0.4×技術(shù)重要性指標(biāo)得分+0.1×技術(shù)帶動性指標(biāo)得分+0.3×經(jīng)濟(jì)發(fā)展性指標(biāo)得分+0.2×低碳發(fā)展性指標(biāo)得分。

        3.3 德爾菲問卷調(diào)查結(jié)果

        1)重點(diǎn)煉油技術(shù)領(lǐng)域

        第一輪問卷調(diào)查如圖3所示,排名前四分別為劣質(zhì)原油和重油加工、基于分子水平煉油、降低能耗和調(diào)節(jié)煉廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。劣質(zhì)原油和重油加工主要用于提高原料適應(yīng)性;基于分子水平煉油主要目的是降低生產(chǎn)成本;降低能耗主要是為了降低生產(chǎn)成本和滿足政策環(huán)境要求;調(diào)節(jié)煉廠產(chǎn)品主要面向解決適應(yīng)市場結(jié)構(gòu)變化,如表5所示。

        表5 主要重點(diǎn)煉油技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)目的

        圖3 重點(diǎn)煉油技術(shù)領(lǐng)域排序

        2)重要煉油技術(shù)方向

        第二輪問卷調(diào)查結(jié)果如圖4所示,排名前五分別為催化裂化、增加高附加值產(chǎn)品、渣油加氫、分子水平反應(yīng)過程優(yōu)化和廉價(jià)制氫。催化裂化主要發(fā)展方向是適應(yīng)市場結(jié)構(gòu)變化;增加高附加值產(chǎn)品主要發(fā)展方向是降低生產(chǎn)成本;渣油加氫主要發(fā)展方向是提高原料適應(yīng)性;分子水平反應(yīng)過程優(yōu)化主要發(fā)展方向是解決降低生產(chǎn)成本;廉價(jià)制氫主要發(fā)展方向是解決降低生產(chǎn)成本,如表6所示。

        表6 主要重點(diǎn)煉油技術(shù)方向技術(shù)目的

        圖4 重點(diǎn)煉油技術(shù)方向排序

        3)關(guān)鍵煉油技術(shù)

        第三輪問卷調(diào)查如圖5所示,排名前八分為石油資源分子水平利用、漿態(tài)床加氫、流程優(yōu)化、固體酸烷基化、精準(zhǔn)調(diào)合技術(shù)、多途徑制氫、靈活調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的催化裂化和催化裂化生產(chǎn)高辛烷值汽油組分技術(shù)。石油資源分子水平利用、精準(zhǔn)調(diào)合技術(shù)、多途徑制氫技術(shù)目的是降低生產(chǎn)成本;漿態(tài)床加氫技術(shù)目的是提高原料適應(yīng)性;固體酸烷基化和催化裂化生產(chǎn)高辛烷值汽油組分技術(shù)技術(shù)目的是適應(yīng)政策環(huán)境變化;靈活調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的催化裂化技術(shù)目的是適應(yīng)市場結(jié)構(gòu)變化,如表7所示。

        表7 主要關(guān)鍵技術(shù)目的

        圖5 關(guān)鍵煉油技術(shù)排序

        4 未來煉油技術(shù)預(yù)見結(jié)果的啟示

        采用德爾菲法對煉油技術(shù)進(jìn)行預(yù)見,通過三輪問卷分別對未來煉油技術(shù)的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域,重點(diǎn)發(fā)展方向以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行調(diào)查,根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果分析得出未來煉油技術(shù)的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域、技術(shù)方向和關(guān)鍵技術(shù)主要面向解決原料,市場需求,政策環(huán)境和生產(chǎn)成本4個(gè)方面的問題。

        1)面向原料方面,重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榱淤|(zhì)原油和重油加工,重點(diǎn)技術(shù)方向?yàn)樵图託洌P(guān)鍵技術(shù)為漿態(tài)床加氫。

        2)面向市場結(jié)構(gòu)變化方面,重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域?yàn)檎{(diào)節(jié)煉廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu),重點(diǎn)技術(shù)方向?yàn)榇呋鸦P(guān)鍵技術(shù)為靈活調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的催化裂化。

        3)面向政策環(huán)境方面,重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榻档湍芎?,關(guān)鍵技術(shù)為固體酸烷基化和催化裂化生產(chǎn)高辛烷值汽油組分。

        4)面向生產(chǎn)成本方面,重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榛诜肿铀綗捰秃徒档湍芎?,重點(diǎn)技術(shù)方向?yàn)樵黾痈吒郊又诞a(chǎn)品、分子水平反應(yīng)過程優(yōu)化、廉價(jià)制氫,關(guān)鍵技術(shù)為石油資源分子水平利用、流程優(yōu)化、精準(zhǔn)調(diào)合技術(shù)和多途徑制氫。

        通過德爾菲問卷調(diào)查分析結(jié)果可以看出,未來我國煉油技術(shù)發(fā)展路線如下:

        一是現(xiàn)有技術(shù)的本質(zhì)提升。在問卷調(diào)查結(jié)果分析得出的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域,重點(diǎn)發(fā)展方向以及關(guān)鍵技術(shù)中,有2個(gè)技術(shù)領(lǐng)域,3個(gè)技術(shù)方向和4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)集中在降低生產(chǎn)成本,如圖6所示。由此可見,未來我國煉油技術(shù)發(fā)展偏向于技術(shù)深度上精細(xì)化提升,現(xiàn)有技術(shù)在降低成本方面存在較大提升空間。主要是在現(xiàn)有技術(shù)理念和架構(gòu)的基礎(chǔ)上,以技術(shù)改進(jìn)為主,挖掘技術(shù)潛力,提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)價(jià)值優(yōu)化。

        圖6 未來煉油技術(shù)發(fā)展分類

        二是新興技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)。主要是基于新的技術(shù)理念,以技術(shù)創(chuàng)新為主,取代現(xiàn)有不具備發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)或?qū)ΜF(xiàn)有技術(shù)本質(zhì)提升。分子水平煉油成為未來煉油技術(shù)發(fā)展的技術(shù)理念,以分子層面優(yōu)化組分管理和定量定性加工過程為代表的煉油技術(shù)將成為我國煉油技術(shù)進(jìn)步的突破口。

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