规模化炼厂一体化绿色线路规划研究

摘要：炼化企业规模化成为盈利的重要手段。在油品相对过剩的背景下，炼化一体化在整合资源、打通全产业链后路、提升原油附加值、充分利用中间组分等方面更能适应发展需求。为应对气候变化和保护生态环境的要求，绿色低碳的炼化发展成为更迫切的需求。充分剖析新型炼化企业在资源优化配置、流程优化方向、绿色低碳发展等方面的措施，为实现炼油/化工一体化线路规划、生产经营优化、降本减耗提效等方面提供方向性参考和实施措施。

当前我国炼油企业结构性过剩现象严重，成品油价格常态倒挂，乙烯产能大规模增加，芳烃单装置规模化，炼油化工市场竞争激烈，市场严峻局面凸显。为灵活应对外部市场环境和内部经营的各种变化和挑战，炼化企业追求规模化发展，以摊薄成本。规模化炼厂积极优化生产线路及产品结构，力求原料加工整体效益最大化、产品结构流程最优化，从而实现企业整体效益最大化，一体化发展就是集上游炼油厂到下游化工厂的产品生产、出厂于一体化，其核心是实现工厂流程和总体布局的整体化与最优化。规模化炼厂形成一体化模式的同时，加强节能减排投入，提升整体盈利能力，为适应气候变化和保护生态环境，推动绿色转型成为必需。

1 炼化工厂向规模化聚集发展

石油炼化是典型的加工制造业，处于国民经济中游制造环节，主要产品为标准化大宗商品，年产量均在千万吨以上。在工艺流程相同的情况下，1000万t/a炼厂的单吨完全操作成本比500万t/a炼厂要低10%左右。在产能面临全面过剩、收入端溢价空间有限的情况下，装置规模大型化在成本端的摊薄作用对炼厂的市场竞争力至关重要，甚至是炼厂生存发展的首要条件，规模化成为生存首要条件，千万吨级加工能力已成为进入石化行业的“入场券”。现阶段炼化行业将面临全面过剩危机，叠加国家推动碳达峰的政策背景，石油炼化行业的竞争主体愈发多元，炼厂面临更为激烈的竞争，石油炼化已经走到了调整升级、格局重塑的关键节点。而小型（500 万t/a以下）炼厂在降低成本、向下游发展、整合资源等方面无法与规模化炼厂比较，已成为淘汰的主体。中型炼厂初步具备整合资源、组织出百万吨级乙烯或芳烃装置原料的条件，优先考虑炼油+烯烃一体化发展。大型炼厂则具有较好的一体化优化条件，应发挥资源规模化利用优势，向炼油+烯烃+芳烃一体化发展。

在此背景下，国内逐渐形成恒力石化、浙江石化、盛虹石化、裕龙石化等规模化炼化工厂为主体的七大石化基地，大型炼化一体化项目的相继投产，在市场竞争中规模优势和经济效益优势日渐凸显，对中小型炼厂造成冲击。

2 炼化一体化发展已成为定式

在规模化发展的基础上，产业链一体化是企业在大炼化时代杀出重围的关键手段。企业间的竞争不再局限于自身从事的领域，更是上下游全产业链的竞争，企业活下去、活得好的关键是如何提升整个产业链的竞争能力。

炼化一体化模式通过常减压蒸馏、加氢裂化、轻烃回收、芳烃联合等多套装置的整体化布局和“分子炼油”理念的落地，最大限度地提高了石油资源的利用效率，炼化行业正快速进入炼油、化工紧密一体化的新时期。这样的紧密一体化不仅能够降低投资和生产成本、提高石油资源的利用效率，而且生产灵活性大，能够适应市场油品和石化产品变化的需求，并获取更多环节的利润。相比于传统的燃料型炼厂，具备产品多样性的炼化一体化工厂盈利能力随着化工、甚至精细化工的叠加而相应增加，投资回收期最多可缩短2年左右。

更重要的是，炼化一体化赋予了炼厂极大的加工灵活性和高端产品延展性。具备炼化一体化项目在实际运行过程中可以针对油品和化工品的需求变化，灵活调整产品结构，做到“宜油则油、宜烯则烯、宜芳则芳”，拥有“三烯三苯”原料的炼厂理论上也具备了生产下游各类高端化工品的能力。

为推动产业结构优化升级，国家积极鼓励民营和外资企业参与重组改造，新兴民营炼化开始登上历史舞台。与传统地炼生产汽柴油为主不同，类似于浙石化这类长期扎根于下游聚酯化纤行业的新兴民营炼化为了自下而上打通产业链全流程，实现原料自给，投产项目选择了最大化生产化工原料，进一步发展出了炼油芳烃、炼油乙烯芳烃、炼油发电蒸汽等多种一体化模式。这样的一体化无疑巳成为炼油的发展方向，炼化一体化程度高，更符合产业升级的发展方向。

3 炼化工厂的主加工线路优化

本文以浙石化为模型，以物料组分为切入点，以“少产成品油、多产化工品、最大化经济效益”为理念，介绍新型炼化一体化工厂在装置选择和产品结构设计上的先进性，体现主加工线路的优化。

3.1 原油适应性强，可以加工全球80%～90%以上的原油品类

一般说来，低硫轻质原油加工流程简单，投资、维护轻，但原油适应性差，原油成本高；高硫重质原油加工流程复杂，投资、维护重，原油适应性高，原油成本低。浙石化两系列进料分为高硫中质和高硫含酸分级处理，高硫中质系列按伊朗轻质、沙特中质1:1，混合API 31.6，该系列混合原油属高硫中间基，减压渣油金属含量不高，和常渣一期去固定床渣油加氢脱硫。高硫含酸系列按伊朗重质、巴西Frade 7:3，混合API 26.7，伊朗重质金属含量高，而巴西Frade是典型高酸重质机会油种，该系列渣油固定床难以直接处理，去延迟焦化脱碳，提高原油适应性。

炼厂按高硫设计，同时具备加工低硫能力，投产后在设计加工原油的基础上根据原油供应价格和采购情况灵活调整，可以加工全球80%～90%以上的原油品类，大大提升原油的选择性，为采购机会油种预留了充足空间。

3.2 设置多套加氢裂化装置，重油轻质化的产品结构合理

重油加工平衡是炼厂二次加工的制约因素,往往会影响到渣油平衡,又影响石脑油平衡,进而影响原油选择、限制加工量。浙石化考虑到PX是该企业的优势产品,在华东地区又有较大市场需求, 通过设置裂化装置，优化生产流程,完善装置结构,实现重油轻质化，增产重石脑油，进而做大芳烃产量。

本企业炼油部分重油加工采用常减压装置-延迟焦化+渣油/蜡油加氢（+催化裂化）+加氢裂化的加工路线，对大分子的重油进行深加工，使分解液化成小分子轻质油。50%的减压渣油和催化油浆、重芳烃作为320万t/a延迟焦化装置原料，生产焦化干气、焦化液化气、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油和石油焦。另外50%的减压渣油与焦化蜡油、直馏重蜡油作为500万t/a渣油加氢装置原料，生产石脑油、加氢柴油和加氢重油。渣油加氢装置产的加氢重油作为450万t/a催化裂化装置原料，生产催化干气、催化液化气、催化汽油、催化柴油、催化油浆。

3.3 氢气线路优化，降低加工成本

在炼化一体化工厂内要多产乙烯等化工品，需要氢气对柴油、蜡油、减压渣油等原料进行加氢裂化反应，从而产生足够的轻质石脑油作为裂解制烯烃原料。而炼厂最为廉价的氢气来源是重整工艺，在主产芳烃原料的同时副产氢，因此重整装置规模越大，烯烃装置也容易同步做大。

浙石化等新兴民营炼化以涤纶化纤行业起家，通过向一体化发展，最终形成了“原油-PX-PTA-聚酯”的全产业链。原料的自给自足使得新兴民营炼化能在内部消化中间化工品，带来可观的成本优势和抗周期风险能力。掌握终端产能意味着他们能够充分利用重整副产氢为烯烃提供裂解原料的同时，不必担心PX的外销问题，真正实现炼油-烯烃-芳烃三条主要产品线的一体化协同，产业链完整性方面显著优于传统炼厂。

浙石化总加氢工艺能力占原油加工能力的135%以上。根据氢气用户压力等级及氢气纯度要求，设置两个氢气管网系统（见图1），分别为4.8MPa混合氢气管网以及2.3MPa重整氢气管网。2.3 MPa重整氢气管网部分作为芳烃异构化单元和硫磺回收装置用氢，富余部分和乙烯氢一起作为重整氢提浓装置原料；加氢装置低分气、化工部分来苯乙烯脱氢尾气、丙烷脱氢氢气、膜分离富氢气体等经PSA进入4.8MPa管网，作为渣油加氢、蜡油加氢裂化、1#柴油加氢裂化、2#柴油加氢裂化、煤油加氢、芳烃装置歧化单元用氢。

企业在充分利用好重整氢和富氢的基础上，开拓出多种氢气来源：一是优化制氢装置的原料结构，改传统的天然气制氢为油渣制氢，将原本为废料的浆态床渣油加氢装置的油渣转化为氢气，是变废为宝的重大优化项目。二是企业充分发挥炼化一体化的优势，将乙烯裂解装置、丙烷脱氢装置、苯乙烯脱氢装置副产的氢气供炼油，经统一设置的两级PSA装置提浓氢气，一并汇入氢气大管网。

3.4 彰显“分子炼油”的理念，实现最大限度的物尽其用

从组分层面认识石油及其炼制规律，最大化利用石油中原生态分子，为特定组分量身定制合理的炼制路线和加工技术，对石化企业在低成本、低排放前提下实现产品结构的升级方面发挥重要作用。传统炼厂存在干气不干、干气回收设施欠缺、饱和液化气回收能力不足的问题，使得液化气没有充分分离和回收利用,而是直接作为燃料烧掉,造成效益损失。浙石化引入“分子炼油”思维，按照“细分物料，细分装置，精心匹配”的优化思路，将一、二次加工资源用好用尽，尽可能分离为单体烃组分,充分发挥炼化一体化的优势,提升轻烃综合利用水平,达到效益最大化。设置 C1/C2 分离装置，将炼油部分的歧化干气、异构化干气、重整干气及PSA解析气中 C2 加以回收，分离出富乙烷气和富乙烯气；其中乙烷供化工区的乙烯裂解装置作为裂解原料，乙烷的乙烯转化率接近80%，是良好的裂解原料，效益明显；富乙烯气体中乙烯含量达60%以上，与化工区乙烯裂解装置的粗乙烯混合，经精馏后直接得到乙烯单体。通过C3/C4分离装置回收全厂饱和液化气，采用液化气正异构分离技术,将催化、焦化、重整液化气、轻烃回收等装置的液化气作为C3/C4分离装置的原料，在装置内分离，得到高纯度的丙烷、正丁烷和异丁烷。其中丙烷送化工区的丙烷脱氢装置，直接得到高附加值的丙烯单体，其价值高于作为乙烯裂解的原料；正丁烷送达化工区的乙烯裂解装置作为裂解原料，正丁烷的双烯收率高达57%左右，效益明显；异丁烷主要供全厂燃料系统，富裕量可送至异丁烷反异构装置，将其转化为正丁烷后继续作裂解原料。通过C5正异构分离装置处理重整戊烷油和HC轻石脑油，乙烯收率高的正构C5作为乙烯裂解原料，辛烷值高的异构C5作为调油组分，充分利用C5资源。设置MTBE装置和烷基化装置，其中MTBE装置是将液化气中的异丁烯与甲醇反应，生产甲基叔丁基醚（MTBE）产品；烷基化装置是将液化气中其他不饱和C4与异丁烷反应，得到烷基化油（2,2,4三甲基戊烷）产品；这两种产品有效地将气体转化为油品，大幅提高汽油的辛烷值和质量，增效显著。

3.5 丙烷脱氢工艺优势明显，原料可自给自足稳定性供应

由于裂解原料正构比例高、异构比例低，蒸汽裂解装置丙烯收率16.4%有所降低，但项目将气分、C3/C4分离装置副产的丙烷通过PDH增产丙烯，考虑蒸汽裂解和PDH两个装置的丙烯总收率已达到24.3%。与传统工艺相比，浙石化的PDH原料由上游装置稳定供给，不再依赖进口渠道。综合来看，PDH线路产业链更短、盈利性更好，比传统蒸汽裂解工艺更具竞争力，近几年 PDH 的投资规模一直呈现爆发式增长，已成为丙烯扩产的主要工艺路线。

3.6 乙烯进料正构烷烃占比高，收率高、能耗低

近年来为提升乙烯的收率，裂解原料逐步多元化、轻质化。在裂解反应下，随着原料从化工轻油向轻烃转变，三烯收率整体提升，从而致使烯烃产量相对增加，产生更大的经济效益。本企业的裂解原料供应处处体现“分子炼油”的概念。轻烃、解析气等经C1/C2装置分离得到高纯度的乙烷，液化气经C3/C4分离装置细分出正丁烷，均为裂解装置提供高品质的原料。设置异丁烷反异构装置，使异丁烷在临氢条件下与含铂的强酸性催化剂接触生成正丁烷，生成的正丁烷供乙烯作原料，其双烯收率比异丁烷的收率增加10.6%。设置轻石脑油正异构分离装置，将部分轻石脑油经正异构分离得到正戊烷和异戊烷,以实现正异构组分差别化利用。正戊烷为乙烯裂解装置提供了优良的原料，其双烯收率比加氢石脑油的收率增加16%，价值得到大幅度提升；异戊烷则作为优良的调油组分而参与调和汽油；真正做到“宜烯则烯、宜芳则芳、宜油则油”,不仅使炼油、乙烯、芳烃互不争料,而且达到不同板块优势共同发挥。

3.7 推动高端新材料为主的化工产品升级

依托于丰富的基础化工原料库，大型炼化一体化项目可以迅速向高端聚烯烃、锂电池材料、工程塑料、石油基可降解塑料等下游新材料领域延伸布局，提升附加值的同时内部消化中间产品，有效缓冲上游激烈的同质化竞争。聚烯烃方面：一是改进催化剂体系，如采用茂金属催化剂体系可获得比传统齐格勒－纳塔催化剂体系下性能更优的聚乙烯和聚丙烯产品，即茂金属聚乙烯及茂金属聚丙烯产品；二是改变共聚单体，如采用高碳a 烯烃（如己烯－1、辛烯－1）共聚的聚乙烯产品。添加乙烯、丁烯作为共聚单体的三元无规共聚聚丙烯和添加乙烯形成较高含量乙丙橡胶相的抗冲共聚聚丙烯等；三是通过工艺设备和操作参数调整形成的特殊分子结构和应用性能产品，如双峰、多峰牌号，高融指牌号，低嗅味牌号等。新材料方面：光伏胶膜、可降解塑料、工程塑料等高附加值产品的化工新材料是炼化的主要发力方向，而炼化+聚酯+新材料的全产业链深度布局也将进一步增强其竞争优势。随着新技术新业态的不断涌现，高端制造产业、大卫生大健康、新基建、环保及民生等领域的产业消费升级，对化工材料的性能提出了新的要求。

4 炼化工厂的绿色发展方向

4.1 能源转型，推动炼化行业继续加速绿色转型

为有效应对气候变化和保护生态环境，绿色低碳发展已成为国际社会的共识。绿色低碳发展的要求推动能源消费加速向绿色低碳化转变。经济可行的节能降碳将贯穿石油炼制的全过程。这包括原油原料能流、物流优化，具体体现在一体化协同、分子炼油、单元装置和单元设备的节能，同时也包括引入低碳、负碳原料。未来炼厂的燃料也会发生重大变化，从使用煤、轻烃、天然气，转变为使用绿电、绿氢，未来炼厂将从石油炼制这样一个单纯的过程变成一个综合性炼厂，功能和面貌发生重大变化。

4.2 新技术推动节能管理，发挥区域优势开拓新能源

一是深入挖掘节能潜力，将节能作为“第五能源”统筹管理。开展总流程节能优化工作，挖掘节能降耗潜力；采用先进控制技术，实现卡边控制；合理采用变频调速、液力耦合调速、永磁调速技术等机泵调速技术提高系统效率；采用保温强化节能技术降低散热损失；推动低温热综合利用技术应用，采用低温热制冷、低温热发电和热泵技术实现升级利用；推进循环水场节电、系统管网的智能优化等新技术的应用；新建雨水监控池，改造雨水收集系统，实现雨污分流、雨水外排常规因子实时监控，提升污水回用率。新建蒸汽抽凝机组，将催化余热所发蒸汽转化为电力，节约能源；部分生产装置照明实现分层控制，采用自动定时装置根据季节调节照明时间，实施部分厂区道路太阳能路灯改造。二是拥抱清洁低碳能源，着力推进系统性绿色低碳。增加风力发电、太阳能发电等新能源，稳步降低煤炭消耗量，降低碳排放，灵活调节热、氢来源，保持生产灵活度，降低生产成本；结合舟山整体规划，利用浙石化周围资源，布局建设海上风电、海上光伏、分布式光伏等新能源项目，发展电解水制氢，并利用绿氢作为基地新材料产业发展的重要原料，降低全厂碳排放。稳步推进高温气冷堆核电项目，实现核能与石化项目热电联供，满足石化基地绿色低碳发展需要。

4.3 大力发展膜技术

膜技术可应用于石化行业诸多领域，在石化行业绿色发展中主要有固液分离、液液分离、气体分离、气固分离和强化五大方面的应用，可助推行业高质量、绿色化发展。鼓励已有膜技术的推广应用，如分子筛绿色工艺、膜反应器技术、中水回用技术、油气回收技术、氢分离技术等。有效整合产学研用资源，建立膜技术研发单位和企业的高效合作平台，规划膜技术中长期战略发展目标，推进石化行业分离过程的绿色发展，力争形成石化行业的颠覆性技术。

4.4 实现碳达峰和碳中和路径

根据公司炼化产业规模大、能源用量多、碳排放总量较大的特点，为了实现“双碳”目标，必须使用低碳新技术以及绿色发展等措施，实现绿色低碳转型，有效推进“双碳”目标的实现。一是对循环水系统进行节能优化改造，通过更换高效水泵及相关配套设施，提高循环水输送效率，控制循环水温差，根据实际水质情况提高浓缩倍数，降低循环水补水用量。优化挖掘低温热水潜力，利用富余的低温热水加热动力站脱盐水。二是积极谋划CO2捕集回收利用措施。乙二醇装置产生高浓度CO2用于生产碳酸二甲酯产品外销或直接作为液体产品外销，远期规划CO2 用于生产可降解塑料PPC；煤焦制气装置的CO2 用于双重整技术生产合成气、CO 等作为化工原料，用于生产合成氨、甲醇、醋酸等基础原料，进而生产尼龙66、聚氨酯等高端化工产品，在减排的同时实现CO2资源的高值化利用。

4.5 加强大气污染防治力度，打赢蓝天保卫战

完善大气污染防治设施，建成催化烟气脱硫脱硝装置，对动力锅炉、工艺加热炉全部实施了低氮燃烧器改造，硫磺回收装置进行尾气排放达标治理，催化工艺废气、锅炉燃烧废气、硫磺回收尾气等排放口安装了在线连续监控系统，各项污染物排放满足《石油炼制工业污染物排放标准》特别限制要求，废气达标外排。积极实施VOCs综合治理措施，实施含硫污水原料水罐顶气、延迟焦化装置冷焦水罐顶气、渣油罐区罐顶气、沥青罐区罐顶气等治理项目，改造部分浮顶罐为全接液浮盘和高效密封，严格控制有机液体储存与调和环节的VOCs排放。增上气柜密封油闪蒸设施、完善污水处理场VOCs及异味治理设施，实现污水处理场全流程密闭处理，逐步消除装置无组织排放源污染。

4.6 加强污水排放管理，打好碧水保卫战

按照清污分流、污污分治的原则，建设污水系统收集和输送管网；逐步实施污水管道上管架改造项目，将汽提净化水和电脱盐排水通过管道密闭送至污水处理场；实施污水处理场深度处理改造项目，在现有流程基础上，增加了臭氧氧化、流砂过滤和后置反硝化等设施。严格污水分级控制管理，改善污水场来水水质，外排废水达标率保持100%。

5 结语

炼化工厂的规模化发展是必然趋势，在此基础上发挥一体化有效整合资源的优势，实现资源优化配置，决定了企业的资源创效能力和社会的整体效益水平。对于全产业链比较完整的炼化企业应用新技术，节能减排、绿色生产的同时创造效益。最终，实现盈利水平强、生产效率高、产业结构优、资源消耗低、环境污染少的目标。