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超級石化推薦:我國煉油向化工轉型現狀與思考!

 1.中國石油和石化工程研究會定于2022年4月在四川成都舉辦“2022(第 二屆)中國石油化工倉儲及儲運罐區產業技術大會”。2.中國化工學會定于2022年5月16-18日在寧波舉辦“2022年(第三屆)中國石油化工設備檢維修技術大會”。3.中國化工學會定于2022年4月20~22號在江蘇南京召開“2022 年(第二屆)中國石油化工企業電氣技術高峰論壇”。4.中國化工學會定于2022 年 5月 24-26 日在寧波舉辦2022年(第六屆)國際烯烴及聚烯烴大會。超級石化(ID:superpc91 )

超級石化主要內容:介紹了現階段煉油向化工轉型的兩個主要途徑——原油最大化生產化工原料和原油直接蒸汽裂解生產化工原料,闡述了各工藝的發展現狀和特點,并從供需兩個層面分析了我國煉化行業的總體市場態勢。結論認為,隨著烯烴、芳烴產能的快速增長以及來源路線的多元化、低成本化,“煉油向化工原料轉型”的矛盾將會顯現;企業在煉化產業一體化、基地化、智能化升級的同時,還是要以效益最大化為指導思想,充分結合自身特點、定位、物流以及區域市場環境等因素進行綜合考慮,如何最大程度地降低原料端成本、提升產品端價值以及生產過程的效率才是目前及未來一段時間我國煉化行業轉型的發展趨勢,也是我國煉化行業面臨的巨大挑戰。

截止到2019 年底,我國原油一次加工能力為8.63 億噸,原油加工量為6.03 億噸,開工率為69.9%,遠低于全球煉廠平均開工率(83%左右)。面對煉油產能嚴重過剩的局勢,煉油向烯烴、芳烴等基本化工原料轉型已成為行業主流。但隨著烯烴、芳烴產能的快速增長以及來源路線的多元化、低成本化,“煉油向化工原料轉型”的矛盾將會顯現。而如何利用好這些原料,進一步延伸生產差異化、功能化、高端化、精細化的下游產品,才是目前及未來一段時間我國煉化行業轉型的發展趨勢,也是我國煉化行業面臨的巨大挑戰。

  1 煉油向化工轉型現狀

  從催化裂化多產丙烯到最大化生產化工原料,再到原油直接蒸汽裂解制烯烴,煉油向化工轉型已經走過了30 多年的歷程,通過技術變革,原油制化學品的比例已從10%提高到76%,有望達到80%?;谀壳凹夹g現狀,我國的煉油向化工轉型主要是通過工藝改進、路線優化和技術組合實現生產化工原料產量最大化,是相對復雜的煉化一體化,還是原油深加工的初級階段。

  1.1 原油最大化生產化工原料

  原油最大化生產化工原料總體上分為芳烴和低碳烯烴兩條路線。對于以生產苯-甲苯-二甲苯(BTX)為主的工藝路線,渣油加氫裂化和溶劑脫瀝青是核心技術;對于以生產低碳烯烴為主的工藝路線,催化裂解是核心技術。

  1.1.1 原油最大化生產芳烴

  原油最大化生產芳烴(主要是對二甲苯)路線主要采用沸騰床或漿態床渣油加氫裂化工藝、蠟油加氫裂化工藝和柴油加氫裂化工藝以及優化工藝流程,將原油中的重質烴類轉化成分子較小的烴類并提高其氫碳比,為芳烴生產單元提供最大化的重石腦油原料,石腦油收率達到40%以上,進而實現芳烴產量最大化目標,其工藝流程如圖1 所示[1],該路線核心技術是加氫裂化工藝和溶劑脫瀝青工藝。恒力石化、浙江石化等國內多家民營煉化企業采用此路線。以恒力石化2000 萬噸/年煉化一體化項目為例,該項目以960萬噸/年連續重整、450萬噸對二甲苯(PX)裝置為核心,配套MTBE、異構化、烷基化裝置,采用Axens公司的沸騰床渣油加氫裂化H-Oil工藝、蠟油加氫裂化HyK工藝、柴油加氫裂化工藝和溶劑脫瀝青Solvahl工藝,年產992萬噸汽油、柴油、航空煤油,450萬噸PX,同時年聯產162萬噸化工輕油、96萬噸純苯、30萬噸聚丙烯、82萬噸甲基叔丁基醚(MTBE)、35萬噸乙酸、54 萬噸潤滑基礎油,還年副產13 萬噸重芳烴、50 萬噸硫黃等產品,原油生產化學品的轉化率高達42%。

  1.1.2 原油最大化生產低碳烯烴

  原油最大化生產低碳烯烴主要有三個方向,即最大量乙烯、最大量丙烯、最大量兼產丙烯和乙烯。催化裂解是原油最大化生產低碳烯烴的核心技術,由于目前重餾分催化裂解工藝的乙烯選擇性受甲烷生成速率過快影響無明顯改善,仍難以實現最大量生產乙烯,因此目標還是最大量生產丙烯或最大量兼產丙烯和乙烯。催化裂解原料來源廣泛,可以是常規催化裂化(FCC)的各種重質原料,包括減壓蠟油(VGO)、脫瀝青油(DAO)、焦化蠟油(CGO)、加氫減壓蠟油(HT-VGO)、加氫裂化尾油等重質餾分油,以及常壓渣油(AR)和摻入減壓渣油(VTB)的減壓蠟油混合油(Blending of VGO and VTB),也可以是石腦油餾分、C4/C5輕烴等,較蒸汽裂解操作條件苛刻度低,產物分布可靈活調節。我國是世界上開發重餾分催化裂解技術并且工業應用最早的國家,由中國石化集團公司開發的DCC(DCC-plus)、CPP 以及中國石油集團公司開發的TMP 等自主知識產權催化裂解技術已實現工業應用和推廣。以目前規模最大的大榭石化公司220 萬噸/年DCC-plus 裝置為例,如圖2 所示,乙烯和丙烯總收率可以達到26.7%。該裝置以常壓渣油和加氫裂化尾油的混合原料油為原料,采用專門研制的DMMC-2 催化劑,可根據實際情況靈活調整新鮮原料的處理量,并且通過調整操作參數有效提高乙烯和丙烯產率。

      淄博恒隆化工有限公司

 

圖1 原油最大化生產芳烴工藝流程

 

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圖2 大榭石化公司DCC-plus裝置流程

1.2 原油直接蒸汽裂解生產烯烴

原油直接蒸汽裂解路線最大的特點是省略了常減壓蒸餾等煉油裝置,使得工藝流程大為縮短。最具代表性的技術是??松梨诩夹g和沙特阿美/沙特基礎工業公司技術。值得注意的是,兩家技術采用的原料都是非常輕質的原油,??松梨诓捎玫脑虯PI 度在42.7 左右、沙特阿美采用的原油API度在34 左右,該路線對原油的品質有一定要求,受原料供應限制。

1.2.1 ??松梨诩夹g

??松梨诓捎迷椭苯又埔蚁┕に?,2014年在新加坡裕廊島建成了全球首套商業化裝置,乙烯產能為100 萬噸/年,主要工藝改進是在裂解爐對流段和輻射段之間加了一個閃蒸罐,原油(輕質原油)經過對流段預熱后與稀釋蒸汽一起進入閃蒸罐,氣液組分分離,其中氣態組分(質量分數為76%)進入輻射段進行裂解,液態組分(質量分數為24%)被送至鄰近的煉廠或直接銷售[6-7]。整體投資相對蒸汽裂解裝置略有增加,但原油與石腦油價格走勢呈正相關,且兩者間價差比較平穩。在50 美元/桶(365 美元/噸)油價下,蒸汽裂解的原料石腦油均價在480 美元/噸上下震蕩,兩者的原料平均價差在100 美元/噸左右。原料價差使原油直接制烯烴具有一定的成本優勢。

1.2.2 沙特阿美技術

沙特阿美/沙特基礎工業公司工藝過程是原油(沙特輕油)直接進入加氫裂化裝置,脫硫并將高沸點組分轉化為低沸點組分;之后經過分離,輕組分進入蒸汽裂解裝置,重組分進入沙特阿美自主研發的高苛刻度催化裂化裝置,最大化生產烯烴。該工藝的化學品收率大幅提高,原油制化學品的比例達到45%,相比石腦油蒸汽裂解制乙烯裝置噸油毛利提高100~200 美元/噸,但投資要高很多,因此,總體來看烯烴生產成本與石腦油蒸汽裂解成本相差不大[9]。

為了得到更高的化學品轉化率并將該技術推向商業化,2018 年1 月,沙特阿美與西比埃(CB&I)、雪佛龍魯姆斯(CLG)簽署了一項聯合開發協議,把CB&I的乙烯裂解技術、CLG的加氫處理技術和沙特阿美的原油制化學品技術(TC2CTM)結合起來,原油制化學品的比例可以達到70%~80%。2018年6月,沙特阿美又宣布在其原油直接制化學品(COTC)項目中采用美國Siluria 公司的甲烷氧化偶聯制烯烴(OCM)技術,該技術的應用將使乙烯產量提高10%以上[10-11]。目前沙特阿美/沙特基礎工業公司COTC 項目正在建設中。

2 我國煉化行業總體供需概況

近年來我國煉化產能迅速擴張,供應能力持續上升,隨著恒力石化、浙江石化等民營大煉化企業的投產,市場競爭主體更加多元化。同時隨著消費量基數的增大和經濟增速的放緩,特別是不確定影響因素的增多,我國煉化產品需求增速有所下降,對產品的階段性、個性化需求不斷增加。

2.1 煉廠開工率將大幅下降,供應過剩矛盾進一步加劇

從供應層面來看,近年來我國煉油能力增長迅速,截止到2019 年底,我國原油一次加工能力已由2009 年的4.77 億噸猛增至8.63 億噸[12],增幅和年均增速分別高達81%和6.1%。從需求層面來看,原油加工量和成品油表觀消費平穩增長,原油加工量由2009 年的3.75 億噸增至2019 年的6.03 億噸,增幅和年均增速分別為61%和4.9%;成品油表觀消費量由2009 年的2.07 億噸增至2019 年的3.30 億噸,增幅和年均增速分別為59%和4.8%。煉油能力增速快于消費增速,供應過剩態勢加劇,開工率由2009 年的78.6%下滑至2019 年的69.9%,遠低于全球煉廠平均開工率(83%左右)。2020年受全球經濟衰退、我國經濟放緩的影響,煉廠原油加工量和開工率將大幅下降,供應過剩矛盾更加凸顯。

2.2 乙烯產能增速快于需求增速,下游產品凈進口量減少

從供應層面來看,2019 年我國乙烯產能為2865 萬噸/年,預計到“十四五”末,將超過5000萬噸/年,產能增幅和年均增長率分別高達74.5%和9.7%[13]。從需求層面來看,2019 年,我國乙烯表觀消費量約2721 萬噸,當量消費量約4900 萬噸,仍需進口大量的聚乙烯、乙二醇等乙烯下游衍生物,其中聚乙烯凈進口量1610 萬噸,乙二醇進口量893 萬噸,苯乙烯進口量280 萬噸[14]。未來幾年,隨著我國經濟增速放緩以及乙烯下游再生料替代、材料間替代、庫存和貿易因素推動作用的減弱,預計2019—2025 年當量消費增速將下滑至4.8%左右,2025年消費量將達到約6200萬噸,乙烯下游衍生物的凈進口量將下降至2000萬噸左右。

2.3 丙烯當量需求自給率已超80%,未來將逐漸呈現供需平衡甚至本土供應過剩的局面

從供應層面看,2019 年我國丙烯產能為3987萬噸/年,其中來自于煤(甲醇)制烯烴(丙烯)裝置的產能超過了800 萬噸/年,來自于丙烷脫氫裝置的產能近700 萬噸/年,非石油基路線的產能占到了38%左右,預計到“十四五”末,我國丙烯總產能將達6000 萬噸/年,產能增幅和年均增長率分別高達50.5%和8.5%[15]。從需求層面來看,2019 年,我國丙烯產量約3230 萬噸,當量消費量約4000萬噸,除進口286.6萬噸的丙烯外,還需進口500多萬噸的丙烯下游衍生物,其中聚丙烯的凈進口量482萬噸,環氧丙烷凈進口量24.5萬噸,丙烯腈凈進口量26.6 萬噸。預計到2025 年丙烯下游產品除一時難以替代的高端產品外,市場將逐漸呈現供需平衡甚至本土供應過剩的態勢。

2.4 對二甲苯產能迅增,對外依存度大幅下降,未來供需格局將發生變化

從供應層面看,2019 年隨著恒力石化、海南煉化以及浙江石化等新建、擴建PX 裝置投產,我國PX 新增產能1075 萬噸/年,總產能達2462 萬噸/年[16]。預計到“十四五”末,將超過4000萬噸/年,產能增幅和年均增長率分別高達62.4%和8.4%。從需求層面來看,2019年,我國PX產量約1497萬噸,消費量約2898 萬噸,凈進口量1401 萬噸,對外依存度48.3%。預計到2025年,市場將逐漸呈現供需平衡甚至本土供應過剩的態勢。

3 我國煉油向化工轉型面臨的形勢

國際方面,在碳排放法規日益嚴格、發動機燃油經濟性提高以及替代燃料等多重因素的疊加影響下,原油作為油品的需求增速將放緩甚至出現下降,而作為化工產品的原料將成為其新增需求的主要引擎。國內方面,煉油能力增速快于消費增速,成品油產能過剩態勢加劇,開工率下滑。煉化產業一體化、基地化、智能化升級、煉油向化工轉型發展已成為行業共識,但如何轉、如何高質量轉是行業關注的熱點。

3.1 仍處于轉型的初級階段

受市場需求變化及技術發展的推動,煉廠已經向煉化一體化方向發展(圖3),煉化一體化也已經由早期的煉油與化工的簡單聯合(后建的化工裝置為了消化先期建設的煉廠石腦油等產物)進入完全一體化時期,不僅生產靈活性大,可根據市場需求變化調整油品和石化產品的產量,而且能夠降低投資和生產成本,提高石油資源的利用效率。盡管一體化促使化學品產量不斷提高,但化學品的轉化率仍然比較有限,不到50%,還是相對復雜的煉化一體化,仍無法解決產品同質化嚴重、高端化短缺的結構不平衡問題,仍屬煉油向化工轉型的初級階段。

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圖3 我國由獨立煉廠向煉化一體化發展示意圖

3.2 機遇與挑戰并存

從企業層面來說,對于煉化一體化企業,一方面,煉油從大量生產柴油、汽油轉向生產更多的高標號汽油、航空煤油和清潔柴油以及低成本化工原料,更多的低成本優質原料進入乙烯裂解裝置。另一方面,需要新技術利用好蒸汽裂解產物多樣化的優勢,最大價值地做好碳二、碳三、碳四、碳五和芳烴的綜合利用,適度延伸產業鏈,使下游配套產品充分體現差異化、高端化、功能化、高附加值化。對于獨立煉油企業,一方面利用煉廠丙烯以及液化氣、石腦油等資源,通過丙烷脫氫、深度催化裂化、烯烴裂化等路線多產丙烯并延伸產業鏈。另一方面,還要應對我國丙烯產業鏈自給率已超過80%、丙烯下游產品競爭激烈的現狀。

從行業層面來說,一方面通過新技術、新工藝、新產品的開發和應用以及外商在華煉化項目的投資,使我國煉化行業整體水平和競爭力得到提升;另一方面,可能會出現“盲目轉型”、轉型定位不清晰、造成低端產能重復建設、通用產品嚴重過剩、監管不到位、競爭混亂無序等問題。

3.3 中國煉化企業在本土直接參與國際競爭

目前,我國煉化行業已經形成中國石化、中國石油、中國海洋石油、中化等央企,中沙(天津)石化、中韓(武漢)石化、中海殼等合資企業、民營煉化企業等多主體互動的供應格局。未來,隨著??松梨诘韧馍酞氋Y煉化企業新建項目投產,市場競爭更加激烈,我國煉化企業不用走出國門,在本土就直接參與國際競爭。目前,我國煉化企業的同質化現象嚴重,在研發方向、生產工藝、原料、市場和服務等方面都大同小異,與??松梨诘缺3殖掷m增長的跨國石化企業相比,還有一定差距。

??松梨诠境^90%的化學品產能與其煉廠或天然氣處理廠實現了一體化,在全球共有17個一體化基地(包括廣州惠州項目)[18]。該公司始終堅持把技術創新視為核心競爭力之一,在重大、關鍵技術開發上持續創新,形成了由前瞻性技術、核心優勢技術、應用開發技術構成的層次遞進、滾動向前的技術體系,通過開發和采用領先的專有技術保持行業領先的業績。其化工產品的競爭力主要體現在聚合物的差異化和高端化,包括茂金屬聚乙烯、茂金屬聚丙烯、乙烯辛烯共聚物彈性體(POE)和熱塑性動態硫化彈性體™(TPV)以及丁基橡膠和三元乙丙橡膠(EPDM)Vistalon™等優勢彈性體產品。未來下游投資也主要集中在高端聚烯烴及彈性體項目,旨在進一步增強優勢領域。

3.4 自有技術尚不能支撐高質量轉型

雖然我國具備依靠自有技術建設千萬噸級煉廠、百萬噸級乙烯和芳烴裝置能力,但原始創新能力不強,缺少部分關鍵核心技術及下游配套技術,其中下游聚乙烯技術對外依存度超過了90%,仍然處于依靠引進技術、進行大規模投資建設的追趕期。特別是缺少高端石化產品生產技術。如聚烯烴彈性體、高端碳纖維、耐高溫耐油密封橡膠等高端合成材料生產技術;石化裝置用的高性能、高參數泵和閥門以及工業控制服務器、網絡設備、操作系統、數據庫等。以高端聚乙烯產品為例,2019年,己烯共聚聚乙烯、辛烯共聚聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、茂金屬聚乙烯、超高分子量聚乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)等高端聚乙烯進口量達640萬噸,約占聚乙烯總進口量的四成,自給率不足40%。

4 幾點建議

國家和行業層面,應建立高質量發展的標準體系,對于新建項目,從本質安全和環??煽啃?、產業布局合理性、產品高端化和技術先進性以及創新能力、經濟效益、國際競爭力等方面,進行全面系統評估,嚴格產業準入條件,避免重復建設;同時加快落后產能淘汰步伐,提升行業整體水平。企業層面建議主要從以下四個方面做好工作。

4.1 堅持效益優先,以明晰企業定位,尋求市場生存空間

煉廠轉型的指導思想應該是效益最大化。企業在進行轉型方案選擇時,應充分結合企業自身特點以及區域市場環境等因素進行綜合考慮,明晰企業的核心競爭優勢是什么。如果企業沒有核心競爭力,為轉型而轉型是有風險的。有些企業具有貼近市場或資源的優勢,有些企業具有產業配套的優勢,有些企業具有物流便利的優勢,還有些企業具有規模優勢或資金、人才、技術、產品等優勢,然而,隨著競爭激烈化程度的加劇,單一的優勢并不是不可替代的,不足以保持競爭地位。如果企業不能夠持續地提升自己的能力,不能夠持續地關注能力與自身優勢結合所產生的價值,企業就無法保持自己的核心競爭力。更重要的是,市場環境時時處在一個巨變和多變的狀態,其對于企業的要求就變得更加苛刻。因此企業需要不斷地面對環境做出調整,而調整的關鍵就是要明晰新的定位,尋找市場生存空間。

4.2 堅持產業升級,以智能化流程提升生產過程效率

積極有序推進煉化流程的智能制造和數字化,是實現煉化產業升級轉型的重要抓手。通過運用物聯網、大數據、云計算等先進信息技術,與生產工藝緊密結合,著力提升生產過程的實時感知、機理分析、模型預測和優化協同能力,進而分析、改造、優化管理模式和業務流程,以實現安全環保、經濟效益、競爭能力和管理效率的大幅度提升。目前,我國煉化行業總體還停留在傳統生產管理層面,需要學習借鑒和消化吸收國外智能煉廠建設經驗,進一步開展煉油物聯網技術研發和應用示范,深化生產運營和技術管理的智能化;同時結合煉化產業生產、經營、管理的特性,從設計、生產、管理和物流等方面加快智能化標準體系建設;還要加快相應軟件、系統、設備的國產化步伐,實現以智能化水平提高促進產品生產提質增效。

4.3 堅持科技創新,以突破關鍵核心技術,滿足市場需要的高端產品

目前,我國煉化企業研發機構的設置和投入還局限于引進技術的消化吸收,企業內外的創新體系尚未形成,導致產品集中在中低端領域。要改變產品結構性問題,企業就必須具備隨著市場需求和變化來研發新技術和新產品的能力。一方面,要加快建立以企業為主體、產學研用深度融合的技術創新體系,集中各環節優勢力量,努力研發高端石化產品,加大替代進口產品力度,滿足汽車、航空航天、高端制造等行業的需要。另一方面,要加大科技投入,加大對儀器儀表、機械、裝備制造和軟件開發,加快大宗產品生產技術升級換代,助力石化產業結構調整和轉型。

4.4 堅持降本增效,以全過程精細化管理挖掘降本潛力

從煉化過程整個產業鏈著手,要在各環節的精細化管理上狠下功夫,推動資源配置、生產組織、加工流程、裝置操作、產品結構不斷優化,提高核心裝置安穩長滿優水平,實現成本費用、能耗物耗、損失損耗持續下降,以全過程專業化精細化管理,建立超越行業平均水平的成本優勢。

面對瞬息萬變、錯綜復雜的環境,企業不要為了轉型而轉型,而是要將產業轉型升級緊緊圍繞培育、形成、提升核心競爭力這一根本目標來加以推進。要把握好目前及未來一段時間我國煉化行業轉型的發展趨勢,在做好煉化產業一體化、基地化、智能化升級的同時,要以效益最大化為指導思想,充分結合自身特點、物流以及區域市場環境等因素進行綜合考慮,調整明晰新定位,最大程度地降低原料端成本、提升產品端價值以及生產過程的效率,從而實現煉化企業的轉型升級。

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