石化缘推荐：某石化企业绿色低碳转型发展案例研究与分析！|加氢|燃料|石油焦|重油|锅炉

某石化企业绿色低碳转型发展案例研究与分析

孔亮，王金兰，郭杰，赵建炜

(中石化广州工程有限公司，广东省广州市)

摘要：国内石化行业正逐步由高速发展阶段转向高质量发展阶段。以某企业为例，对存量石化企业绿色低碳转型发展的规划思路进行了深入研究。通过将重油加工由“延迟焦化+催化裂化”脱碳加工路线调整为“渣油加氢+延迟焦化+催化裂解”部分加氢加工路线，提升了加工路线清洁性，同时结合多项总流程优化措施，柴汽比由1.3降低至1.0以下，芳烃及化工产品产率增加约7%。通过“以新带老”的装置结构调整和新增环保设施，提高了装置安全、技术和环保水平。通过用能结构调整，降低了碳排放。根据财务评价各项指标，企业盈利能力也得到了大幅提升。

关键词：石化企业绿色低碳转型发展重油加工路线催化裂解柴油转化碳排放

伴随着炼油产能过剩和新能源行业的迅速发展，石油功能逐渐由能源向化工原料转变[1]。2030年前“碳达峰”，2060年前“碳中和”的奋斗目标给石化行业的发展带来了更大的挑战[2-3]。面对日益严峻的形势，石化企业亟需结合自身条件，制定转型发展建设方案。

1 研究基础及规划目标

某石化企业设计原油加工规模为13 Mt/a，目前重油加工采用“延迟焦化+催化裂化”为主的脱碳型加工路线。其产品中汽油+煤油+柴油占比超过65%，柴汽比大于1.3，远大于市场需求。该企业部分规模小、技术落后的老旧装置影响了全厂的技术水平，现有加工路线及产品结构也不适应市场发展趋势。上述石化企业发展需求结合环保要求，提出了绿色、低碳、转型高质量发展的规划目标。

2 优化措施及结果 2.1 总流程优化调整

目前国内成品油需求即将达峰，而石化产品消费势头强劲，带动了乙烯、丙烯、对二甲苯等主要基本有机原料需求旺盛[4]。结合区域市场需求，产品结构目标调整为增产化工产品、降低柴汽比、适量增产喷气燃料。对总流程进行优化调整。

2.1.1 重油加工路线调整

重油加工路线是原油加工路线的核心，常见重油加工路线包括以延迟焦化为代表的“脱碳型”加工路线和以渣油加氢为代表的“加氢型”加工路线。脱碳型加工路线优势是投资低，但液体收率和轻油收率均低于加氢型加工路线，需要副产大量低附加值的石油焦，同时焦化工艺污染源较多，生产的高硫石油焦在储存、运输等环节也容易造成污染。加氢路线可以有效去除原料中的杂质，在环保方面具有明显的优势[5]。

案例企业重油加工目前采用的是脱碳路线，有两套延迟焦化装置。基于结构调整的目标，结合现有装置结构，保留一套已增建密闭除焦改造的焦化装置，新建一套渣油加氢装置，采用渣油加氢+催化裂解部分替代延迟焦化+催化裂化。加工过程更加清洁，提高了轻质产品的收率，并取消了高硫石油焦产品。

目前重油加氢工艺主要有固定床、沸腾床、浆态床3种工艺，采用不同重油加氢技术，重油加工路线略有差异。据此编制了3个方案，如图1所示。表1为各方案主要新建装置。

图1 重油加工路线示意
Fig.1 Heavy oil processing route

表1 主要新建装置
Table 1 Major new units

方案1采用固定床渣油加氢，由于该方案催化原料中加氢渣油馏分比例较高，对现有催化裂化装置进行富氧再生改造以增加其掺渣能力，优化催化裂解装置原料性质。方案2、方案3渣油加氢蜡油去蜡油加氢装置处理后作为催化原料，未转化油去延迟焦化装置。为满足新建催化裂解装置热平衡，将一部分低硫偏石蜡基原油的渣油直接作为装置进料。由于浆态床渣油加氢对原料适应性强，转化率高，根据重油平衡情况，停用溶剂脱沥青装置。

2.1.2 采用催化裂解部分代替催化裂化

为了实现保油增化的目标，计划停用1套 1.0 Mt/a催化裂化装置，新建1套2.4 Mt/a催化裂解装置，采用较缓和的催化裂解工艺，在兼顾汽油生产的情况下适量增产低碳烯烃。为满足汽油调合要求，催化裂解装置在分离流程中侧线抽出部分含苯C6馏分，其余催化汽油精制后作为调合组分，简化下游加工流程。

2.1.3 增加柴油转化深度

通过两方面措施增加柴油转化深度，压减柴油产量，大幅减少柴油产品：①对常减压装置进行适应性改造，提高常一线收率约1.4%；②对现有蜡油加氢裂化装置进行改造，改造后以柴油进料为主，提高喷气燃料收率兼顾生产重整料。

2.1.4 石脑油及轻烃加工

石脑油馏分维持现有加工路线，但增大了催化重整装置规模，减少了外售化工轻油量，副产更多重整氢，可作新建渣油加氢装置氢源。

催化裂解装置增产的丙烯可作为化工板块聚丙烯原料，配套建设烷基化装置利用碳四烯烃生产高辛烷值汽油调合组分，同时，配套建设稀乙烯气制乙苯装置，低成本提高催化裂解干气中乙烯资源的附加值。

2.2 安全环保水平提升

案例企业建厂时间较早，部分装置生产规模小，服役时间长，工艺技术相对落后，对全厂稳定生产、环保及能耗水平产生不利影响。结合总工艺流程进行优化调整，停运1套重油催化、1套连续重整和1套气体分馏装置，由采用先进技术的新建装置代替，消除不稳定因素，提高全厂技术水平。

2.3 绿色低碳发展

石化行业作为耗能大户和碳排放大户，为控制企业碳排放水平，新建装置考虑均采用具有国际先进水平的工艺技术，同时充分考虑装置间热联合、热供料以及能量的回收利用，并选择高效设备，确保新建装置能效处于先进水平。

由于案例企业加工能耗已处于较先进水平，节能降耗潜力有限，故对能源工质进行调整，减少煤炭、石油焦等碳排放强度较高的燃料用量。

将现有燃煤锅炉改造为燃气锅炉备用，同时循环流化床锅炉(CFBB)不再掺烧煤，动力系统优先保证装置蒸汽需求，用电缺口主要由外部电网补充。减少了碳排放强度较高的燃料用量，相应增加电能在能源消费中的比例。估算在现条件下，动力站改造后碳排放量可减少约260 ktCO2/a，锅炉SO2排放量减少约5.4 t/a，NOx排放量减少约87.4 t/a，颗粒物排放量减少约4.2 t/a，动力系统碳排放明显降低，环保水平得到提高。

3 优化结果与分析 3.1 产品结构优化

通过总流程优化调整，大幅缩减了石脑油、液化石油气、沥青、石油焦等低附加值产品，提高了丙烯、乙苯及芳烃等化工产品的比例。柴油产量大幅降低，汽油及喷气燃料产量增加，柴汽比由1.3降至1.0以下。表2为各方案主要原料、产品结构及技术指标变化。

表2 主要原料及产品结构及技术指标增量
Table 2 Increment in feedstock and products and technical indicators

3.2 安全环保水平

通过提高加工路线的清洁性，采用新工艺新技术替代落后技术，规划停运装置以及多项改造提升措施，全厂安全环保水平得到明显提高。减少SO2排放量约72 t/a、减少NOx排放量约132 t/a，减少颗粒物排放量约18 t/a。实现了“以新带老”，确保污染物排放总量不增加。

3.3 碳排放

表3为各方案全厂碳排放增量情况。从表3可以看出，虽然通过用能结构调整大幅降低了燃料燃烧导致的碳排放，但各方案碳排放总量均有所增加，方案1<方案2<方案3。这是因为伴随着原油加工深度和总工艺流程复杂程度的增加。新建催化裂解装置在增加低碳烯烃产量的同时，烧焦成为了新增碳排放的主要来源。

表3 全厂碳排放增量情况
Table 3 Carbon emission increment of the total plant ktCO2/a

通过用能策略的调整，碳排放增量主要来自外购电力的间接排放，为未来采用绿电，进一步降低碳排放创造了有利条件，如可规划利用厂内建筑屋顶建立分布式光伏发电项目、提高电机效率等措施进一步降低电耗。过去5 a中，可再生能源发电量在全球发电量的增长中占比约60%[6]，可以预期未来电力行业发电碳排放强度将逐步降低，间接降低企业碳排放水平。

该项目需要天然气制氢装置补充氢气，制氢过程中产生的高浓度CO2可回收利用，或者将氢气缺口改为补充“绿氢”，也是未来进一步降低碳排放的主要方向。

3.4 投资及效益

根据投资估算结果，案例中3个方案建设投资(不含增值税)依次为54亿元、59亿元、68亿元，在每桶布伦特原油60美元、80美元价格体系下，按照有无对比增量法进行效益测算，结果如表4 所示。各方案增量部分税后IRR(内部收益率)均好于基准值，具有较好的经济效益，其中方案2的效益最好。

表4 主要技术经济指标
Table 4 Economic evaluation indicators

4 结论

(1)对案例企业采用3种不同的重油加氢工艺进行综合比较，各方案均可实现转型发展目标。沸腾床方案总体效益最好，固定床渣油加氢方案碳排放最低。不同企业转型规划过程中，应根据自身客观条件及发展目标合理选择工艺技术。

(2)采用催化裂解工艺替代现有催化裂化，可以在全厂总工艺流程调整变动较小的情况下增产低碳烯烃，助力炼油厂转型发展，但仍需考虑其对全厂能耗的影响。

(3)通过总工艺流程优化，结合转型发展方案消除企业现有短板及瓶颈等措施，可以实现“以新带老”，提高全厂安全环保水平。

(4)在现有技术条件下，石化企业如何兼顾转型升级与低碳发展仍面临较大的挑战。在节能降耗面临瓶颈的情况下，调整用能结构，降低高碳排放量燃料的用量是值得考虑的途径。

参考文献

[1] 乞孟迪,张硕,柯晓明,等.我国炼油工业“十三五”回顾与“十四五”发展趋势展望[J].当代石油石化，2021，29(3)：12-20.

[2] 曹湘洪.炼油行业碳达峰碳中和的技术路径[J].炼油技术与工程，2022，52(1)：1-10.