原油（重油）制化學(xué)品的技術(shù)及其進展——I．原油蒸汽裂解技術(shù)

吳青1,2

（1.中國海洋石油集團有限公司科技信息部；2.中海油分子工程與海洋油氣資源高效利用實驗室）

摘要：石油需求下降，油品消費峰值提前來臨，但化工品需求旺盛的大格局下，產(chǎn)能已經(jīng)嚴(yán)重過剩的煉油產(chǎn)業(yè)向化工轉(zhuǎn)型已是必然趨勢。原油制化學(xué)品（COTC）技術(shù)包括原油蒸汽裂解、催化裂解、DPC堿催化等。介紹了COTC已經(jīng)工業(yè)化和研發(fā)中的各類技術(shù)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢，并對COTC技術(shù)發(fā)展做了展望。本文為COTC的第一部分，介紹遵循熱裂化反應(yīng)自由基機理的原油蒸汽裂解技術(shù)的現(xiàn)狀、進展以及蒸汽裂解技術(shù)與加氫、催化裂解等技術(shù)集成、耦合情況，重點分析、探討了原油蒸汽裂解技術(shù)本身的核心問題解決方案，即如何處理原油中難氣化的高沸點大分子化合物夾帶，以避免裂解爐結(jié)焦的問題，歸納了相關(guān)技術(shù)并探討了發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：原油制化學(xué)品原油蒸汽裂解技術(shù)催化裂解技術(shù)液相重油餾分結(jié)焦

進入“十四五”的我國煉化行業(yè)，在新冠肺炎疫情防控常態(tài)化、中美貿(mào)易摩擦與科技戰(zhàn)加劇等大背景以及我國經(jīng)濟面臨國內(nèi)、國際“雙循環(huán)”和“碳達峰”“碳中和”的“雙碳”愿景約束下，整個行業(yè)發(fā)展的大環(huán)境將面臨深度調(diào)整，非化石類可再生新能源替代特別是交通電氣化的迅猛發(fā)展，石油需求總量漸近峰值，預(yù)計“十四五”年均石油表觀消費增速僅2.1%，遠低于“十三五”期間年均5.7%的增速，“十四五”末石油表觀消費量約為7.12億噸。石油消費結(jié)構(gòu)將發(fā)生較大變化，其中交通用油占比將從2020年的46%下降到2025年的45%左右，而化工用油的比例則將從同期的19%上升到24%左右[1]。煉化企業(yè)生產(chǎn)重心正在由“十三五”主要保障成品油需求和提升產(chǎn)品質(zhì)量逐步向生產(chǎn)高端化工產(chǎn)品、化工新材料和更清潔的交通運輸能源與高品質(zhì)的Ⅲ/Ⅳ類潤滑油基礎(chǔ)油、環(huán)保及特色瀝青、高端碳材料和石蠟等煉油特色產(chǎn)品并重方向發(fā)展，行業(yè)“油轉(zhuǎn)化”“油產(chǎn)化”“油產(chǎn)特”特征明顯并成為轉(zhuǎn)型發(fā)展方向。

上述產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的技術(shù)解決方案業(yè)界說法較多，如被稱為煉化一體化技術(shù)[2]、“減油增化”技術(shù)、煉油向化工轉(zhuǎn)型技術(shù)[3-8]、全化學(xué)品型煉廠技術(shù)[9]、原油深度加工技術(shù)[10]以及原油最大化生產(chǎn)化工品技術(shù)和原油直接制化學(xué)品技術(shù)[11]等。本文從原油制化學(xué)品（CrudeOiltoChemicals，簡稱COTC）技術(shù)的現(xiàn)狀出發(fā)，介紹原油蒸汽裂解技術(shù)的現(xiàn)狀、進展以及蒸汽裂解技術(shù)與加氫、催化裂解等技術(shù)集成、耦合情況，重點分析、探討了原油蒸汽裂解技術(shù)本身的核心問題解決方案，即如何處理原油中難氣化的高沸點大分子化合物夾帶，以避免裂解爐結(jié)焦的問題，歸納了相關(guān)技術(shù)并探討了發(fā)展方向。

1、原油蒸汽裂解制烯烴技術(shù)

蒸汽裂解技術(shù)即熱裂解過程屬于自由基反應(yīng)機理[12-13]，是當(dāng)今世界乙烯工業(yè)處于絕對壟斷地位的生產(chǎn)***。原油蒸汽裂解制烯烴技術(shù)因可以繞開煉油環(huán)節(jié)，直接以原油為原料生產(chǎn)烯烴而備受矚目，是目前熱點技術(shù)與發(fā)展方向。

自上世紀(jì)七十年代ExxonMobil公司最早開展原油蒸汽裂解制烯烴的技術(shù)研究起，到2014年1月ExxonMobil在新加坡建成全球首套1000kt/a原油蒸汽裂解直接制乙烯的工業(yè)裝置，該領(lǐng)域已經(jīng)走過了四十多年的歷史。除了ExxonMobil以外，過去幾十年中，眾多中外能源公司如SaudiAramco公司、LyondellBasell公司、Lummus公司、Shell公司和中國石化等均開展了相應(yīng)的研究。各家均首選輕質(zhì)石蠟基原油，但如何處理原油中難以氣化的重組分，特別是沸點超過520℃（或更高，如590℃）餾分中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等非揮發(fā)性液相物（以下簡稱液相物），使之避免在蒸汽裂解爐中沉積結(jié)焦、堵塞爐管、影響裝置長周期運行與目標(biāo)裂解產(chǎn)品收率與分布，是各家研究開發(fā)工作的重點，并因此而構(gòu)成了各家技術(shù)的特色。如何在煉油廠利用成熟的催化裂解技術(shù)、加氫技術(shù)或其他技術(shù)對不進入蒸汽裂解爐轉(zhuǎn)化的原油中的最重組分進行處理也構(gòu)成了各家技術(shù)的特色。

1.1ExxonMobil技術(shù)

ExxonMobil公司是原油蒸汽裂解制烯烴研究開發(fā)的先驅(qū)，也是迄今為止唯一以自有技術(shù)建成工業(yè)化示范裝置的公司。該公司早期的原油蒸汽裂解工藝采用兩個外置分餾塔和輕油、重油兩套裂解爐，即將輕質(zhì)石蠟基原油引入裂解爐的對流段預(yù)熱，然后出對流段進入外置的第一蒸餾分離塔進行原油的輕重餾分分離，輕餾分即石腦油進入輕油裂解爐進行蒸汽裂解，重餾分與蒸汽混合進入重油裂解爐對流段換熱后再進入第二蒸餾分離塔，進一步分離出沸點230~590℃重餾分與塔底油（渣油），重餾分進入重油裂解爐進行蒸汽裂解，渣油則經(jīng)過汽提后作燃料油產(chǎn)品。輕油和重油裂解爐串聯(lián)并在各自優(yōu)化的操作條件下運行，乙烯產(chǎn)品收率高，且因有效利用了輕重兩臺裂解爐對流段的熱量，整體能耗較低。

后來，ExxonMobil公司改進了上述工藝，形成了僅需一座閃蒸塔和一臺裂解爐的新工藝：將原油先與稀釋蒸汽混合，然后通過裂解爐對流段增設(shè)的閃蒸塔將原油分成輕重兩個餾分（或稱氣態(tài)組分和液相組分），輕餾分（氣態(tài)組分）再次預(yù)熱后在裂解爐中就地進行蒸汽裂解，而重餾分（液相組分）則去煉油廠[14-15]進一步加工（如生產(chǎn)高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油），核心工藝流程示意見圖1。

新工藝能有效脫除原油中的高沸點物質(zhì)和各種無機鹽或微粒，使得進入裂解爐對流段的原油完全汽化，從而避免對流段結(jié)焦堵塞[16-17]。具體做法是在閃蒸塔中采用垂直罐和直徑小于該罐的圓柱形接收器等特殊設(shè)計設(shè)備以最大化增加氣液接觸面，從而保證最大化減少非揮發(fā)性液相物的夾帶[17]14，并在操作上采取了新的控制***，使進入閃蒸塔的物料溫度相對恒定從而使得閃蒸塔出口汽液（蒸汽與液體）比例也同步保持相對恒定。在此基礎(chǔ)上，再在原油中添加石腦油、加氫尾油、乙烷和丙烷等汽提介質(zhì)[18]，改善其流動性并進一步提高汽化性能，這樣就可以選擇更高的裂解爐管溫度，從而獲得更高的烯烴收率。新工藝還考慮了裂解爐爐管在線燒焦技術(shù)[18]1。如果所選原油足夠輕，沒有593℃以上餾分即無塔底渣油，可不依托煉油廠。

以API°為42.7的超輕質(zhì)石蠟基塔皮斯原油為原料，ExxonMobil公司2014年在新加坡裕廊島建成并投產(chǎn)了全球首套1000kt/a原油直接制乙烯裝置，其中關(guān)鍵設(shè)備閃蒸塔設(shè)計的塔頂氣相組分占70%~75%，塔底重油占25%~30%。IHS研究認(rèn)為，由于國際市場原油與石腦油價格走勢呈正相關(guān)且兩者之間的價差較平穩(wěn)，因此在油價50美元/桶時，ExxonMobil原油蒸汽裂解制烯烴技術(shù)對比傳統(tǒng)的石腦油蒸汽裂解技術(shù)，因原料價差在100美元/t左右而具備一定的成本優(yōu)勢[19]。

1.2SaudiAramco技術(shù)

SaudiAramco是全球第二個宣布以自有技術(shù)準(zhǔn)備建設(shè)COTC的公司。該公司2016年就與SABIC公司簽署協(xié)議，采用API°為34的沙輕原油和自有的熱COTC技術(shù)（ThermalCrudeoiltoChemicals，簡稱TC2CTM），投資200億美元在該國的延布建設(shè)一個規(guī)模為40萬桶/d（20Mt/a）、生產(chǎn)約9Mt/a基本石化原料和Ⅲ類潤滑油基礎(chǔ)油（化學(xué)品收率為45%）的COTC綜合體，并將于2025年開始運營[20]。

SaudiAramco技術(shù)特色在于采取了原油預(yù)處理技術(shù)[21]與加氫處理技術(shù)[22-23]，以最大幅度減少原油中非揮發(fā)性組分對蒸汽裂解的影響。同時，還在蒸汽裂解爐的對流段與輻射段之間設(shè)有汽液（蒸汽與液體）分離設(shè)備以脫除非揮發(fā)性液體（液相物），確保進入輻射段物料不夾帶液體從而保證爐管不結(jié)焦。

SaudiAramco技術(shù)可分為TC2CTM技術(shù)和催化COTC（CatalyticCrudeoiltoChemicals，簡稱CC2CTM）技術(shù)兩類。其中，TC2CTM技術(shù)采用一體化的加氫處理、蒸汽裂解和焦化工藝直接加工原油，生產(chǎn)烯烴和芳烴石化產(chǎn)品以及石油焦，加工總流程示意見圖2。SaudiAramco以此技術(shù)為基礎(chǔ)，與麥克德莫特（McDermott）的乙烯技術(shù)、雪佛龍魯姆斯全球公司（CLG）的加氫處理技術(shù)共同組成了一個技術(shù)聯(lián)盟與平臺，后來又在這個平臺上嫁接了美國SiluriaTechnologies公司的甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯技術(shù)以進一步提高乙烯收率[24-25]。

CC2CTM技術(shù)是在由SaudiAramco技術(shù)公司與德希尼布福默詩（TechnipFMC）、法國阿克森斯（Axens）組成的技術(shù)聯(lián)盟平臺上開發(fā)的，其技術(shù)核心在于對原油加氫處理后的重組分采用高苛刻度流化催化裂化（HS-FCCTM）技術(shù)加以催化轉(zhuǎn)化。HS-FCCTM技術(shù)由沙特阿美與法赫德國王石油礦產(chǎn)大學(xué)、日本JXTG能源集團聯(lián)合開發(fā)，Axens和TechnipFMC公司同為HS-FCCTM技術(shù)專屬授權(quán)商[26]。CC2CTM技術(shù)的全廠工藝總流程示意見圖3。

1.3中國石化技術(shù)

2021年8月，中國石化宣布在其下屬的天津分公司建成并投產(chǎn)了輕質(zhì)原油直接裂解技術(shù)側(cè)線試驗設(shè)施，工業(yè)試驗表明主要技術(shù)指標(biāo)均好于預(yù)期，COTC的收率約50%，為中國石化在新疆塔河石化建設(shè)百萬噸級原油蒸汽裂解制乙烯成套技術(shù)開發(fā)和工程設(shè)計，建成COTC的工業(yè)示范裝置奠定了基礎(chǔ)[2]96,[27]。

中國石化原油蒸汽裂解制烯烴技術(shù)由中國石化工程建設(shè)有限公司、中國石化北京化工研究院（簡稱北化院）和南京天華化學(xué)工程有限公司等單位聯(lián)合研發(fā)。通過對我國部分輕質(zhì)原油和中質(zhì)原油分別進行裂解評價試驗，證實石蠟基輕質(zhì)原油是最合適的裂解原料，且如果是采用現(xiàn)有蒸汽裂解爐技術(shù)，則任何原油均必須脫除重油后方可實現(xiàn)原油直接蒸汽裂解制烯烴，為此中國石化開發(fā)了扭曲片等強化技術(shù)，以使裂解爐的原油裂解運行周期控制在較為合理的范圍內(nèi)[2]95,[27]45。

北化院研究過不同原油直接蒸汽裂解制烯烴的效果，積累了原油性質(zhì)影響的較多經(jīng)驗，并提出了原油直接蒸汽裂解制烯烴技術(shù)[18]3，如適合重質(zhì)原料和不飽和原料烯烴裂解技術(shù)、寬餾分油品裂解技術(shù)和重質(zhì)油品裂解技術(shù)。

北化院以脫鹽脫水處理后的中質(zhì)原油（終餾點大于653℃）為原料，考察了直接蒸汽裂解性能，證實部分原料汽化困難，結(jié)焦嚴(yán)重，短時間即造成爐管堵塞，低碳烯烴收率較低。而以脫除了520℃以上組分后的輕組分為原料進行原油蒸汽裂解試驗，原料汽化明顯改善、結(jié)焦得以緩解，三烯收率可達到44.31%。因此，脫除液相物即“脫重”確實是關(guān)鍵技術(shù)。

1.4其他研發(fā)中的原油蒸汽裂解技術(shù)

（1）LyondellBasell技術(shù)

LyondellBasell公司原油蒸汽裂解技術(shù)沿用原油輕重分離的主流思想與流程，重點研究原油如何汽化與分離脫除重組分。原油經(jīng)裂解爐對流段預(yù)熱后進入特殊設(shè)計的汽化裝置[18]3進行氣液分離，汽化過程包括兩個區(qū)：汽化一區(qū)采用離心分離、旋風(fēng)分離等常規(guī)氣液分離設(shè)備，汽化二區(qū)重點解決原油重質(zhì)部分的蒸發(fā)分離，保證汽液接觸與液體分布，因此帶有液體分布設(shè)備，如多孔板的汽化塔或帶有填料或塔板的汽化塔等。汽化產(chǎn)物即氣相組分就地進入裂解爐進行蒸汽裂解，液體餾分則去進一步處理。

LyondellBasell公司提出了液相產(chǎn)物加氫處理工藝并與原油汽化、蒸汽裂解工藝耦合，加氫后的液體產(chǎn)物直接返回汽化單元，而加氫后的氣相產(chǎn)物則并入裂解裝置烯烴分離單元。為更好地處理原油重組分、進一步減少非揮發(fā)性液相物，LyondellBasell公司還提出了采用焦化或者催化裂化對原油進行預(yù)處理的***，但還沒有工業(yè)化方面的信息。

（2）Shell技術(shù)

Shell公司原油蒸汽裂解制烯烴技術(shù)工藝流程同上，最大特點在于Shell采用緩和熱解（熱裂化）技術(shù)來消除非揮發(fā)性液相物的影響[18]2。

經(jīng)裂解爐對流段預(yù)熱后的原油進入氣液分離單元，氣相產(chǎn)物返回對流段就地進行蒸汽裂解，而塔底液體則去緩和熱裂解塔裂解，熱解后的氣相產(chǎn)物返回輻射段進一步高溫裂解，塔底液相產(chǎn)物作為瀝青產(chǎn)品出裝置。

Shell描述了專利設(shè)計的氣液分離器更多細(xì)節(jié)，以保證能夠很好地脫除夾帶的非揮發(fā)性液相物，也提出了采用多個氣液分離塔組合以將原油分成不同餾分，并匹配單獨的輻射管組進行餾分細(xì)分的原油蒸汽裂解工藝。不過如此復(fù)雜的組合將很難工業(yè)化。

（3）Lummus技術(shù)

Lummus公司原油蒸汽裂解制烯烴技術(shù)的特點在于如何有效阻止汽化原料中的液體夾帶[18]2。氣液分離方面用了兩套（級）分離器，第一套氣液分離器是常規(guī)的閃蒸手段，而第二套分離器稱為HOPS系統(tǒng)即專利的重質(zhì)油加工系統(tǒng)。HOPS系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有裝或不裝填料的分布器，其分離的理論塔板數(shù)為2~10。

經(jīng)過兩套（級）氣液分離后，氣相中液體夾帶量極小，因此能大幅減少蒸汽裂解時的結(jié)焦。Lummus技術(shù)將第二氣液分離器的液相產(chǎn)物和乙烯裂解焦油合并，作為燃料油出廠。Lummus還曾提出過原油先加氫預(yù)處理、再氣液分離的流程與技術(shù)，也提出過擴大原料范圍、增加工藝靈活性等技術(shù)。

（4）其他

Dow化學(xué)公司與千代田化工建設(shè)株式會社、富士石油株式會社合作，采用間歇式絕熱反應(yīng)器實現(xiàn)原油裂解制烯烴目的。其中部分原油用作燃料，原油燃燒產(chǎn)生的熱量加熱原油達到高溫并發(fā)生熱裂解而生成低碳烯烴[2]95。中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所也采用同樣方式進行了探索。這種方式能解決原油裂解過程中流動性差、汽化困難、易結(jié)焦等問題，但間歇式反應(yīng)器效率低，原油利用率也較低。

2、集成（耦合）技術(shù)

本文所說的集成或耦合技術(shù)包含以下3方面：①圍繞原油蒸汽裂解技術(shù)，與改善原料性質(zhì)、輕重餾分分離、重餾分處理等相關(guān)技術(shù)組合的技術(shù)；②利用現(xiàn)有蒸汽裂解與煉油成熟技術(shù)，實現(xiàn)原油最大化生產(chǎn)化學(xué)品（烯烴+芳烴）的技術(shù)組合；③以最大化生產(chǎn)低碳烯烴為目的的蒸汽裂解技術(shù)與催化裂解技術(shù)的集成。其中第一方面已在前面介紹了，下面簡單介紹其余兩方面技術(shù)。

2.1蒸汽裂解技術(shù)與加氫類技術(shù)的集成組合

對原油切割分離的各種餾分（或二次加工組分）分別利用成熟可靠的石腦油、輕烴蒸汽裂解技術(shù)和加氫裂化、連續(xù)重整等煉油技術(shù)進行加工，形成技術(shù)集群實現(xiàn)原油最大化生產(chǎn)低碳烯烴和芳烴BTX，特別是PX（對二甲苯）的目的。本集成技術(shù)群中最核心的轉(zhuǎn)化工藝是加氫類技術(shù)，最終的目標(biāo)產(chǎn)物包括芳烴尤其是PX和低碳烯烴，因此這類技術(shù)也稱為原油最大化生產(chǎn)化學(xué)品的集成技術(shù)[5]4402。

（1）恒力石化和浙江石化模式

飽和輕烴（乙烷、丙烷、丁烷）和富含鏈烷烴的輕石腦油、芳烴抽余油是優(yōu)質(zhì)的乙烯裂解原料。通過配置溶劑脫瀝青、渣油沸騰床加氫等技術(shù)，為蠟油加氫裂化裝置提供原料并按照輕油型運營，再配置柴油加氫裂化裝置，煉油廠可以為連續(xù)重整裝置最大化提供優(yōu)質(zhì)重石腦油以生產(chǎn)BTX類芳烴。圖4、圖5分別是這一領(lǐng)域典型代表的大連恒力石化和浙江石化（二期）20Mt/a煉油核心加工裝置配置的示意[5]4402。

上述兩家企業(yè)為達到最大化生產(chǎn)化學(xué)品（芳烴、乙烯料）目的，幾乎所有餾分均進行加氫，且規(guī)模巨大，為此不得不配置規(guī)模巨大的煤制氫等配套裝置，項目總投資大、成本高昂，且二氧化碳排放量也巨大。

采用以上思路建成的恒力石化和浙江石化（一期、二期），其每條生產(chǎn)線規(guī)模均為20Mt/a，包括乙烯料在內(nèi)的化學(xué)品收率分別為33.6%（恒力石化，含醋酸、硫磺），35.7%（浙江石化一期，含丙烷、硫磺）和50.9%（浙江石化二期，含丙烷、硫磺）。

恒力石化、浙江石化的成功投產(chǎn)，也啟發(fā)了中外煉化行業(yè)工程公司在總流程方面的持續(xù)優(yōu)化研究，紛紛推出結(jié)合各自專有技術(shù)的COTC技術(shù)構(gòu)思與總流程。

（2）UOP的未來煉油廠與深度原油加工技術(shù)

鑒于傳統(tǒng)汽煤柴等燃料與烯烴芳烴化工品之間的價值差異，UOP公司檢視了其所擁有的各類技術(shù)，通過研究某企業(yè)23.80Mt/a***輕質(zhì)原油加工案例，整合形成了其未來煉油廠（零燃料）、原油深度加工技術(shù)的工藝總流程方案[10]8?；A(chǔ)方案配置為轉(zhuǎn)化減壓渣油的延遲焦化裝置、轉(zhuǎn)化減壓蠟油的加氫裂化裝置、柴油精制裝置、石腦油連續(xù)重整芳烴聯(lián)合裝置、輕烴與石腦油蒸汽裂解裝置（均1套）。該廠產(chǎn)品包括63%的燃料產(chǎn)品和25%的化學(xué)品。在此基礎(chǔ)上，提出了4個替代方案：方案1，用UOPUniflexTMMCTM替代渣油延遲焦化；方案2，用UOPUnicrackingTM替代蠟油加氫裂化多產(chǎn)石腦油；方案3，用UOPUnicrackingTM替代柴油加氫精制繼續(xù)多產(chǎn)石腦油；方案4，整合UOP甲苯甲醇烷基化技術(shù)，更大幅度生產(chǎn)PX。表1為基礎(chǔ)方案與替代方案的比較。圖6為未來煉油廠（零燃料）的工藝流程示意。

原油的深度加工技術(shù)主要是指采用UOP公司的UniflexTMMCTM技術(shù)實現(xiàn)渣油最大化輕質(zhì)化目的。UOP公司還提出了進一步整合其丙烷脫氫的UOPC3OleflexTM技術(shù)、UOPMaxEneTM吸附分離技術(shù)，進一步優(yōu)化蒸汽裂解原料，實現(xiàn)原油最大化制化學(xué)品目的。

（3）FLUOR公司的方案

美國FLUOR公司研究了原油全轉(zhuǎn)化燃料型煉廠、油化一體化、原油制烯烴以及全化學(xué)品煉油廠等4種技術(shù)路線下的化學(xué)品收率及其技術(shù)經(jīng)濟效果。圖7為總流程構(gòu)想示意，表2為4種技術(shù)路線的技術(shù)經(jīng)濟分析。由表2可見，化工型煉油廠所產(chǎn)乙烯成本及其盈利（毛利）具有明顯優(yōu)勢，而且，原油轉(zhuǎn)化生成的化學(xué)品產(chǎn)率越高，油價波動對煉廠盈利能力的影響越小。因此，“減油增化”、煉油向化工轉(zhuǎn)型具有經(jīng)濟方面的內(nèi)生驅(qū)動力。

（4）CLG的COTC技術(shù)構(gòu)想

圖8為CLG公司的COTC技術(shù)構(gòu)想流程的示意。CLG公司擁有渣油沸騰床加氫LC-FiningTM技術(shù)，該技術(shù)轉(zhuǎn)化渣油會有30%的未轉(zhuǎn)化油，適合與延遲焦化裝置形成聯(lián)合裝置。蠟油加氫裂化技術(shù)也是CLG的看家技術(shù)，可以部分或全部將VGO轉(zhuǎn)化為高價值的石腦油。

2.2蒸汽裂解與催化裂解技術(shù)耦合技術(shù)

經(jīng)過多年實踐，中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院（簡稱石科院）成功開發(fā)了系列催化裂解家族技術(shù)：以石蠟基蠟油為原料多產(chǎn)丙烯的催化裂解(DCC)技術(shù)和以大慶原油為原料最大量生產(chǎn)乙烯和丙烯的催化熱裂解(CPP)技術(shù)以及多產(chǎn)化工原料的催化丙烯(SHMP)技術(shù)等。孫麗麗[2]97提出了基于原油蒸汽裂解技術(shù)和重油催化裂解技術(shù)集成的思路，見圖9。

由于蒸汽裂解與重油催化裂解分別遵循自由基反應(yīng)機理和正碳離子反應(yīng)機理，即兩者技術(shù)原理不同，必須深入研究各種原油的加工特性并緊密關(guān)聯(lián)煉化一體化全加工路線的“物流、能流、信息流”[2]97。研究開發(fā)了輕重不同原油閃蒸過程氣相脫液與控制夾帶、原油加氫改質(zhì)等預(yù)處理技術(shù)，最終實現(xiàn)“較輕氣相組分蒸汽裂解-較重液相組分催化裂解”的耦合工藝，并達到50%的化學(xué)品收率。新工藝最終生成約10%的裂解重油，可通過渣油加氫或延遲焦化處理。

以假設(shè)新建煉化一體化企業(yè)進行案例研究，乙烯規(guī)模1.50Mt/a原料自給，選擇API°為45的低硫石蠟基的沙特輕質(zhì)原油、沙特超輕質(zhì)原油及其混合原油3種原油直接裂解制烯烴，形成3個方案，即單獨原油的方案1和2采取“原油蒸汽裂解-渣油加氫-重油催化裂解”流程，混合原油的方案3采取“常減壓蒸餾-渣油加氫-催化裂化-加氫裂化”流程，以方案3作基準(zhǔn)，用作對比。結(jié)果表明，方案1和2的投資分別為基準(zhǔn)方案的73%和50%，但收益率由高到低為方案2、方案3、方案1。

同時,對如何對現(xiàn)有煉油企業(yè)實施改造、“嵌入”輕油蒸汽裂解技術(shù)進行了案例研究，發(fā)現(xiàn)相較于傳統(tǒng)的煉化一體化概念，通過“原油蒸汽裂解-蠟油加氫-重油催化裂解”的集成耦合***，“減油增化”效果更好，且內(nèi)部收益率也較高。

3、原油蒸汽裂解技術(shù)發(fā)展趨勢

原油不經(jīng)過煉油過程，直接蒸汽裂解生產(chǎn)乙烯、丙烯、丁二烯等低碳烯烴，具有流程短、原油利用率高的顯著特點，有望較大幅度降低低碳烯烴生產(chǎn)成本，如上文介紹的ExxonMobil公司的原油生產(chǎn)低碳烯烴工藝相比石腦油裂解制烯烴原料成本可節(jié)100~200美元/t乙烯，因此本技術(shù)的吸引力較大。但是，迄今為止也只有ExxonMobil公司建成了全球首套工業(yè)化裝置，SaudiAramco/SABIC公司雖2016年就披露了其首套COTC工業(yè)示范裝置建設(shè)計劃，但實際投產(chǎn)實踐仍較遙遠。最近，ExxonMobil公司惠州乙烯項目據(jù)說也不提原油直接蒸汽裂解制乙烯了。究其原因，能直接用于蒸汽裂解制烯烴的原油必須是超輕質(zhì)的石蠟基原油，原油資源具有特殊性與稀缺性為主要原因之一。雖說理論上其他原油也可以實現(xiàn)直接蒸汽裂解轉(zhuǎn)化，但為了控制液相重組分（液相物）的夾帶或?qū)⒅馁|(zhì)，增加的投資與運行費用導(dǎo)致整體技術(shù)經(jīng)濟表現(xiàn)下降或不利，影響了技術(shù)的工業(yè)化進程，但也指明了技術(shù)發(fā)展方向。

科學(xué)研究與工業(yè)實踐均表明，遵循自由基反應(yīng)機理的高溫蒸汽裂解技術(shù)，原料結(jié)焦是必然發(fā)生、無法避免的，同時，原料越重結(jié)焦越快、越嚴(yán)重。即使是輕質(zhì)、超輕質(zhì)原油也存在高沸點（如大于520℃）液相物，只是數(shù)量多少而已，這些液相物難揮發(fā)、以液相形式存在，一旦被氣相輕組分夾帶進入裂解爐，就一定會導(dǎo)致結(jié)焦堵塞爐管、影響乙烯收率和裝置長周期運行。因此，根據(jù)處理原油中難揮發(fā)的液相物的思路與***的不同，原油蒸汽裂解制烯烴技術(shù)可以分為以下兩種。

（1）減少氣相夾帶液體方面的技術(shù)

原油分離成輕重組分可以采用閃蒸、旋風(fēng)分離、蒸餾等***。為了保證氣相組分不夾帶液相物，可以采用特殊設(shè)備、溫度控制等技術(shù)。ExxonMobil、中國石化以及Lyondellbasell，Shell，Lummus等公司均各自有這方面的專有技術(shù)。

（2）液相物改質(zhì)處理技術(shù)

液相物相對分子質(zhì)量大、難以汽化，可以考慮采取加氫（裂化或精制處理）、溶劑脫瀝青、焦化（包括緩和熱裂化、減黏）、催化裂化、芳烴抽提等***，或改質(zhì)（變成可汽化物）或脫除或轉(zhuǎn)化，以消除液相物的影響。這方面，SaudiAramco、中國石化以及Lyondellbasell，Shell等均有研究心得。

因此，先進可靠且經(jīng)濟合理的解決液相物問題的技術(shù)與蒸汽裂解技術(shù)的組合、集成或耦合，是原油蒸汽裂解制烯烴技術(shù)的發(fā)展方向。

4、小結(jié)

汽柴油消費峰值提前來臨，煉油產(chǎn)能與成品油雙雙過剩，但化工品需求卻持續(xù)旺盛，引發(fā)了行業(yè)對原油制化學(xué)品的極大興趣與熱情。ExxonMobil在原油蒸汽裂解制百萬噸級乙烯的工業(yè)化以及恒力石化與浙江石化千萬噸級原油最大化制化學(xué)品的工業(yè)化實踐，啟發(fā)、引發(fā)了各石油巨頭、技術(shù)研發(fā)與工程公司紛紛加大原油制化學(xué)品技術(shù)方面的研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐。

蒸汽裂解技術(shù)屬于自由基反應(yīng)機理。原油蒸汽裂解制烯烴技術(shù)可以“繞開”傳統(tǒng)的煉油過程，大幅降低煉油裝置投資和生產(chǎn)運營成本，從而節(jié)約乙烯原料成本，因此技術(shù)“誘惑力”較大?，F(xiàn)有原油直接蒸汽裂解制烯烴技術(shù)還只適合API°在45左右的低硫石蠟基原油。一旦原油中不易汽化的液相物組分引起裂解爐管結(jié)焦難題能被攻克，原料可選范圍必將進一步擴大。而如何解決液相物的夾帶或?qū)Υ诉M行改質(zhì)、脫除或轉(zhuǎn)化，將催生各類組合、集成或耦合技術(shù)的出現(xiàn)，并促進催化材料、反應(yīng)工程、分離工程的技術(shù)進步。原油直接蒸汽裂解制烯烴技術(shù)及其與其他技術(shù)集成、耦合的成功工業(yè)化，也將改變煉油與石化兩個產(chǎn)業(yè)各自的運營模式，推動煉油與石化產(chǎn)業(yè)的深度融合，促進煉化產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

第一作者簡介：吳青，正高級工程師，工學(xué)博士，中國海洋石油集團有限公司科技信息部總工程師，本刊指導(dǎo)委員會委員。