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炼油发展趋势对加氢能力及加氢技术的影响!

摘要:在展望世界炼油发展趋势的基础上,分析了影响炼厂加氢能力及加氢技术的关键因素,并对中国炼油产业及未来加氢技术的发展进行了展望,提出了提升加氢装置竞争力的建议(作者:史昕等中国石化集团公司经济技术研究院)。

炼油发展趋势对加氢能力及加氢技术的影响

一、世界炼油发展趋势及加氢能力预测

1、世界炼油能力持续增长

2013年,世界炼油能力已经达到47.9亿吨/年。尽管全球经济危机导致一些炼油项目延迟甚至取消,但2011-2013年全球炼油能力年增长速度仍分别为1.73%、0.74%和1.14%,预计2013-2030年将以年均1%的速度增长,2015年、2020年和2030年世界炼油能力将分别达到49亿吨/年、52亿吨/年和56亿吨/年,见图1。

炼油发展趋势对加氢能力及加氢技术的影响

2、世界炼油产业格局发生变化

2000年前,世界炼油工业格局基本处于北美、西欧、亚太“三足鼎立”状况,三个地区炼油能力约占全球的70%。进入21世纪以来,随着中东炼化工业的崛起、亚太地区市场的繁荣和美国页岩气技术的突破,世界炼油产业格局重新洗牌。预计到2030年,亚太地区炼油能力占比将达到35%,中东将与欧洲比肩。欧洲是唯一炼油能力减少的地区,将核减能力2000万吨/年以上,亚太增长最多,约4.7亿吨/年;其次是中东,增长3亿吨/年以上。

3、世界炼油装置结构调整加快

加氢装置将成为炼厂中最重要装置之一:加氢裂化能力增长更快,将从2013年的4.6亿吨/年增加到2030年的6.4亿吨/年;加氢处理将从2013年的34亿吨/年增加到2030年的45亿吨/年。

二、影响加氢能力及技术的关键要素分析

原料、产品、环保和效益是近、中期国内外炼油技术发展的主要推动力,炼油技术的进步与原料侧、产品侧的变化,以及环境的新要求和提高炼厂效益等紧密相关。

1、原油重质化、劣质化将驱动加氢技术的发展和应用

未来原油品质总体呈现劣质化和重质化。据预测,2012-2030年,全球原油平均API将从33.3下降到32.8,API下降0.5,平均硫含量从1.15%上升到1.24%。增量原油的品质将呈现两极化的态势:由于致密油的快速上产,使美国的原油产量增长到2013年的4.5亿吨/年,致密油已占25%以上的产量。致密油属轻质低硫原油,API大致在40左右。因此,由于美国致密油的增产,2015年前将使北美地区原油的API提升0.7,但中长期看北美地区的原油产量增长将更多来自于加拿大油砂,预计到2030年北美地区的原油API将下降1.6。

劣质重质原油高效转化技术将不断进步,渣油加氢技术的开发和应用将日益广泛,沸腾床加氢裂化技术在重质原油及油砂沥青加工方面的工业应用需求呈增长趋势;浆态床渣油加氢技术研究已取得突破,预计也将结合工业应用进一步得到完善和发展。

炼油发展趋势对加氢能力及加氢技术的影响

炼油发展趋势对加氢能力及加氢技术的影响

原油重质化、劣质化也将促使炼油厂加氢装置的增加和扩能。2013-2030年加氢处理能力的年均增长率将达到1.70%,远高于炼油能力增速,见表1和图2。

2、轻质油品需求增长将推动加氢能力快速增加,亚太和中东地区增量最大

据预测,2012-2030年,全球石油产品需求年均增速约1.31%,石油产品新增需求量将达10亿吨;中间馏分油年均增速将高达2.1%,新增需求量约5.7亿吨,约占总需求增量的49.3%;燃料油需求量将明显降低。轻质油品的需求增长将推动加氢裂化能力以约2%的年均增速快速增长,远高于一次原油加工能力的增速。全球对中间馏分油的需求将促使炼油厂通过增加其产量来提高效益,使得中间馏分油加氢能力从11.1亿吨/年增至16.5亿吨/年,年均增长2.20%,高于加氢精制/处理的增速。

石油产品需求增量最多的地区主要是亚太和中东。预计,2012-2030年,在全球石油产品需求量增加的10亿吨中,亚太地区增量最大,约占50%左右;中东和前苏联等地区增速较快,占全球的比例持续提高。相应地,这些地区的加氢能力也会增长较快,亚太地区约占全球新增加氢能力的41%,中东和前苏联地区分别约占25%和12%。

3、日益严格的环保要求将促使加氢装置在炼油厂发挥更大的作用

有数据显示,未来油品质量将趋于严格。近期内全球约60%的汽油含硫量低于100ppm,北美、西欧和日本的汽油硫含量已降至50ppm以下,甚至10ppm以下。欧盟国家已要求柴油硫含量不大于10ppm,美国要求不大于15ppm。到2030年,除非洲以外,汽油硫含量将下降至25ppm,甚至10ppm;苯含量小于1.0%(v);车用柴油硫含量将下降至35ppm以下,甚至10ppm;十六烷值在47~51;密度变化不大。各地日趋严格的油品质量要求必然促使企业新增更多的加氢精制能力。

2030年,全球新增汽油和石脑油加氢精制能力将达到2.4亿吨/年,其中增长前三位的是亚太、拉美和中东地区,新增量分别占全球同期新增能力的45%、27%和21%;全球将新增柴油加氢精制能力5.3亿吨/年,其中增长前三位的是亚太、中东和俄罗斯中亚地区,新增量分别占全球同期新增能力的43%、24%和13%,见图3、图4。

炼油发展趋势对加氢能力及加氢技术的影响炼油发展趋势对加氢能力及加氢技术的影响

4、炼厂低毛利将不断驱使加氢技术向低成本和高附加值方向发展

从炼油效益来看,盈利水平不足已成为全球炼厂的共同问题,且该状况将长期存在。尤其是为解决气候变暖和能源安全问题,鼓励新能源发展,各国政府对化石能源的补贴将会减少或取消,这对于成本不断增长的炼油业来说更是雪上加霜。

为提高炼厂效益,从加氢技术发展趋势上看,一方面要通过加氢技术自身的进步和价值链分析,将日益苛刻化及多样化的原料尽可能地转化为高附加值的目标产品,向价值最大化方向发展;另一方面要通过应用新型催化材料技术、新型制氢与储氢技术等,降低生产成本,获取最大的经济效益。

三、中国炼油产业的发展约束及对加氢能力的影响

1、整体过剩及结构调整的双重压力将促使加氢裂化占一次加工能力比重不断提高

炼油工业是我国能源工业中的关键行业,既涉及我国经济和社会发展的能源安全,也对提高能源效率和减少污染物排放影响重大。

2013年我国加工原油4.78亿吨,炼油能力达到7.11亿吨/年,开工负荷率由2010年的75%降到了67.5%。尽管我国已成为仅次于美国的全球第二大原油消费国和炼油国,但开工负荷却远低于美国的86.0%和全球80.4%的平均水平。应对炼油能力整体过剩将使一次加工能力增速减缓,预计到2020年,中国炼油能力将保持在8亿吨/年左右。

我国炼油装置结构的特点:一是催化裂化比例较高,而加氢裂化、催化重整比例较低,以多生产轻质油品为目标,未来加氢裂化能力将持续增长,预计到2020年,中国的加氢裂化能力将达到1.18亿吨/年,年均增速4.33%,占一次加工能力的比重将从2013年的9%增加到15%左右;二是延迟焦化比例较高,能力超过1.3亿吨/年,这使石油资源利用效率难以得到有效提高。2013年全国生产石油焦2356万吨,未来以提高原油使用效率为目的,重油加氢转化能力将有较大幅度提高。

2、油品质量升级及环境约束的双重压力将促使加氢精制能力快速增加

随着未来中国城镇化的推进和相关产业的发展,对轻质油品的需求量将显著增加,汽油、柴油的大量需求将促使汽柴油加氢等能力稳步增长;同时,严重的雾霾天气已引起政府及民众对环境治理的高度重视,要求炼油企业必须积极应对,转变发展方式。油品质量不断升级以及降低生产过程中的“三废”排放都将推动加氢精制能力的快速发展。预计到2020年,加氢精制将达到6亿吨/年,年均增速为4.62%,是二次加工装置中增速最快的装置。

四、结论与建议

1、综合资源、市场和环境分析,未来10~20年加氢技术将大有作为

从资源看,国内石油开采难度不断加大,生产成本呈现逐年上升趋势。预计未来10年,国内原油产量将维持在2亿吨左右。随着进口原油中的中东原油API进一步降低,需要更多的渣油加氢能力来加工这些原油。

从市场看,一是轻质油品的需求和高品质油品的硬约束将推动炼厂加氢裂化和加氢处理能力的持续增长;二是由于非常规油气的持续上产,改变了炼化的既有格局,为降低成本,轻烃最大化作为乙烯原料,炼油厂将更多地提供交通运输燃料,也会影响未来柴汽比的进一步下降;三是炼油产业的市场化进程将加快,对炼油企业的考验更大,只有应变性强、能够及时调整产品结构、适应需求变化的企业才能获得更大的收益。

从环境看,受日益严格的环保因素影响,尤其是城市炼油厂的安全环保压力,必然促使炼油厂新建或扩建更多的加氢精制和处理装置。过去,加氢处理装置被看作是满足工艺或环保法规要求不得不做的,而不是增加经济效益的装置。随着加氢装置能力的快速增长,未来加氢装置的经济性将更多地影响炼油厂的经济效益。

2、持续创新是未来产业发展的着力点,应更加重视加氢技术水平的前瞻性研发

炼油行业内部竞争激烈,行业外部替代燃料突飞猛进,要求炼油业必须有危机意识,通过持续创新来应对竞争。一方面现有技术升级,另一方面以新技术突破创造炼油业的新增长点。尤其是加氢技术,我们还没有走在世界最前列,面对未来加氢装置加速发展的态势,提高加氢技术水平显得尤为重要。

一是要立足前瞻。利用纳米技术、现代新材料技术及第三次工业革命手段提高加氢催化剂的各种性能;利用学科间的相互交叉和渗透,由注重单项技术创新向注重技术集成创新转变,从整体上提高加氢技术水平和经济效益。

二是要面向未来。针对炼厂原料多元化的发展趋势,开展适合加工多种原料(常规原油、超重油、页岩油、油砂沥青、煤、天然气、生物质等)炼油厂的方案和技术研究,最大限度提高炼油厂加工效益,尤其是重视煤油共炼的加氢技术。

三是要结合现实。在传统炼油工艺基础上,结合低污染物排放、低碳排放和油品高效转化等要求,开展多产轻质油的催化蜡油加氢和缓和催化裂化集成技术(IHCC)、Sheer柴油加氢二代技术和最大量生产馏分油的渣油浆态床临氢改质技术(RMD)研发等。

3、获得廉价氢源将是加氢装置提高竞争力的关键,炼油企业应做好制氢路线的比选

美国页岩气革命为其炼油产业的发展带来新的机遇,廉价页岩气为炼油厂提供了更廉价的燃料和氢源。随着天然气产量的不断突破,美国天然气制氢(甲烷蒸汽制氢)的成本已降至历史最低点,利用廉价氢可以增加液收以及增产高附加值产品,为炼油厂带来更好的经济效益。据EIA测算,氢气成本每变化1美元/千标立方英尺,加氢装置的净收益变化约180万美元。尽管这个经济分析不一定那么准确,也不一定适用国内装置,但仍启示我们需要重视氢气来源,这将直接影响到加氢装置的竞争力。炼油企业要积极做好煤制氢、天然气制氢及炼厂重整氢气之间的经济性分析,提高加氢装置的竞争力。

4、催化剂技术仍将是加氢装置卓越运行的重点,应持续攻关占领制高点

实现加氢装置效益的最大化,最常用且经济的方法就是催化剂技术的突破。CLG公司、UOP公司、Criterion催化剂公司、Albemarle公司、HaldorTopse公司和Axens公司等国外大炼油公司和科研单位,始终重视在新一代加氢裂化系列催化剂开发方面加大技术创新的投入,使催化剂性能获得不断提升。

未来加氢催化剂体系将呈现两大特点:一是多目标的最优催化剂体系,如加氢裂化催化剂要求同时实现较高的收率、较长的催化剂寿命和较低的氢耗。二是专用催化剂体系,如通过催化裂化原料加氢脱硫、催化裂化汽油加氢或吸附脱硫可满足对汽油硫含量的要求,生产出超低硫汽油。目标是柴油收率最大化的催化剂体系、专有脱砷催化剂等。

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