镇海炼化含硫原油加工实践

-1-镇海炼化含硫原油加工实践任炽刚[2007年7月]自20世纪九十年代以来，中国经济快速增长，GDP增长率年均达10.1％左右。国民经济的快速发展推动了国内石油及其产品的需求，其中原油的消费量从1.10亿吨起逐年增长，年均增长7.2％；成品油消费量年均增长8.4％；乙烯的表观消费量年均增长15.5%；五大合成树脂表观消费量年均增长15.9%；合成纤维表观消费量年均增长15.9％；合成纤维原料表观消费量年均增长17%。而与中国经济的持续增长，国内石油消耗总量也迅速放大相背离的是国内石油的生产和供应增速相对缓慢，致使国内石油供求矛盾显现。1980年以来，中国石油产量增速极其有限，1979～1985年间年均增速为3.6％；1985～1990年间年均增速为2.0％；1990～1995年间年均增速为1.6％；1995～2000年间年均增速为1.5％。预计到2010年和2020年中国的石油产量将会分别位于1.56～1.87亿吨和1.35～2.20亿吨区间；而同时中国石油需求量将会分别达到3.35～3.68亿吨和4.30～5.50亿吨区间，供求缺口在不断扩大。石油进口的快速增长是中国石油供求矛盾发展的必然结果。1985年以前中国石油出口基本保持在2000～4000万吨的水平，但是，自1985年后石油进口逐步升高，1993年中国成为石油净进口国，1996年后上升幅度迅速放大。随着中国对外石油依赖程度不断加深，中国需要建设相应的加工国外原油的炼油基地。镇海炼化拥有非常好的作为加工进口原油基地条件，其中拥有良好的港口和交通运输条件，可以有效地降低原油运输费用，例如，使用25万吨级的油轮从中东运输原油到我国沿海港口的运费约为9.8-14.4US$/吨，要比使用10万吨级的油轮平均节约运费3.6US$/吨，原油从沿海港口向内地运输又需要一大笔运费，而镇海炼化有可以停泊25万吨油轮的固定码头，码头和炼油厂的距离很近，原油的运输和装卸成本大大降低。其次镇海炼化地处经济发达的华东地区，靠近成品油消费中心地区；并拥有可以充分利用的土地、水源、电力等资源及可依托的社会条件。-2-中东地区拥有丰富的油气资源，储量大、产量高、开采成本低，是世界上无可替代的主要能源供应地，也是世界最主要的原油出口基地。据油气杂志统计，2005年中东已探明石油储量为1014亿吨，占世界总探明储量的57.5%，是石油探明储量最高的地区。从长远考虑，由於中国与中东各国一直保持着良好的国际关系，经贸合作不断扩大，并保持着较大的贸易顺差，中国有可能将中东原油作为主要进口地区之一。而中东国家也在努力寻找亚太地区的石油贸易伙伴。无论在石油资源量上，还是在地缘关系、交通条件上，中东地区将是中国石油进口贸易的主要供应地。因此选择中东地区的原油作为国内加工进口原油的基础是可行的。但是中东原油的性质与国内原油性质差别很大，主要表现在原油硫含量比国内所有的原油都高，但轻油收率比国内原油高，渣油收率较低。因此建设加工中东含硫原油基地不仅要有良好的外部条件，还要选择好适合的加工路线。表1中东原油主要性质原油种类伊朗锡瑞伊朗轻质伊朗重质沙特轻质沙特中质科威特硫含量,w%1.951.492.122.032.632.72氮含量，ppm14251742248479410881105密度，20℃,Kg/m3964.2859.4879.6866.0875.3876.0凝点，℃-20-10-17-20-20-20酸值，mgKOH/g0.110.130.180.220.180.16残碳，w%4.324.546.554.686.497.35盐含量，NaCl/l4.829.815.47.06.75.6蜡含量,w%1.57*2.781.581.55*胶质,w%14.84*14.515.6810.91*沥青质,w%0.62*2.620.653.38*镍含量,ppm13.0115.3624.803.609.3513.90钒含量,ppm41.5649.7179.1913.9228.6741.65汽油15-160℃收率，w%17.4417.8715.7915.4515.4213.96煤油140-240℃收率，w%17.9317.4715.8218.7715.8916.16柴油140-240℃收率，w%32.2029.9727.8231.1527.4728.72蜡油140-240℃收率，w%26.3025.3825.9426.8423.8424.05渣油140-240℃收率，w%20.2922.6827.1022.1428.5029.52汽油含硫，ppm187440950430400248煤油含硫，w%0.2750.1550.260.1460.170.2柴油含硫，w%1.330.7451.020.9471.051.29蜡油含硫，w%2.601.642.282.662.733.02减渣含硫，w%3.633.143.983.914.614.88一、镇海炼化加工中东含硫原油的路线选择如何建设含硫原油加工基地，合理利用和深度加工中东原油，是镇海炼化加工中东含硫原油所要解决的难题。-3-建设中东原油基地有两种途径：一是新建一套单独加工中东含硫原油的炼油系列；二是在现有生产装置的基础上进行改扩建。90年代初，镇海炼化已建成并投产的主要生产装置包括：常减压装置三套，1#常减压250万吨/年，设计加工胜利原油，2#常减压250万吨/年，设计加工东南亚低硫原油，3#常压拔头装置150万吨/年，设计加工低硫超轻原油，一次加工能力已经有750万吨/年。主要二次加工装置包括：140万吨/年重油催化、80万吨/年加氢裂化、40万吨/年焦化汽油、柴油加氢、80万吨/年柴油加氢、4万标立/时制氢、15万吨/年和30万吨/年固定床重整等。另外还有5万吨/年沥青、0.5万吨/年和0.75万吨/年两套硫磺回收、30吨/时含硫污水汽提等装置。从生产装置的构成分析，镇海炼化已经拥有比较好的加工含硫原油基础；另外，石油产品的消费与国民经济发展相适应，中间会有起伏，过早新建一套千万吨级的含硫原油加工系列有可能会造成石油产品的过剩；再者由于依托老厂，通过改扩建提高含硫原油加工能力的投资远低于新建炼油厂的投资。因此通过改扩建来建设中东含硫原油加工基地对镇海炼化是合适的。经过反复多次的研究和讨论，不断地对方案修改和完善，镇海炼化从1997年起，分两步进行了加工含硫原油加工基地的改扩建工程：第一步：将原油综合加工能力扩大到1200万吨，其中加工含硫原油800万吨。第一步改扩建的主要生产装置包括：1#常减压扩能到500万吨/年，3#常减压扩能到1000万吨/年；焦化扩能到110万吨/年，沥青产能扩到50万吨/年，新建了300万吨/年催化裂化，80万吨/年连续重整、45万吨/年芳烃抽提，200万吨/年柴油加氢，120万吨/年灵活加氢系列，新建3万吨/年和7万吨/年硫磺回收装置，新建120吨/时污水汽提装置、2×210吨/时循环流化床（CFB）锅炉等。镇海炼化加工含硫原油改扩建工程第一步在2000年完成。第二步：将原油综合加工能力进一步扩大到2000万吨，其中加工高硫原油为1500万吨。第二步改扩建的主要生产装置包括：2#常减压扩能到600万吨/年，新建120万吨/年连续重整装置、55万吨/年PX联合装置、45万吨/年苯抽提装置、300万吨/年柴油加氢、180万吨/年蜡油加氢脱硫、150万吨/年加氢裂化、扩建110万吨/年焦化到150万吨/年，新建240万吨/年焦化装置，新建7万吨/年和10万吨/年硫磺回收装置，扩建80吨/时和新建120吨/时污水汽提装置等。镇海炼化加工含硫原油改扩建工程第二步在2006年完成。镇海炼化含硫原油改造全部完成后，加工劣质含硫原油的能力提高到了1500万吨，总加工能力达到了2000万吨/年。㈠、加工含硫原油需考虑的因素-4-选择合适的加工路线，首先要考虑中东原油的特点。中东原油的主要特点是硫含量高,因此在后加工过程中要考虑脱硫。对于汽油、煤油、柴油馏份，采用加氢脱硫工艺可以直接生产目的产品；对于蜡油、馏份，则有两种方案可供选择：一种是加氢裂化工艺，蜡油加氢裂化后直接生产目的产品，一种是加氢脱硫工艺，加氢后作为催化裂化装置原料，由催化裂化生产目的产品。这两种工艺生产的目的产品不同，宜根据总流程的需要合理配置；对于渣油馏份，也有两种方案可供选择：一种是直接加氢脱硫工艺，加氢后作为催化裂化装置原料，由催化裂化生产目的产品，一种是采用先脱碳后加氢工艺，即先采用焦化工艺，然后再对焦化各侧线产品进行脱硫，同样两种方案的目的产品也不同，宜根据加工总流程的技术经济状况来决定。其次中东原油各馏份中轻油收率相对于国内原油都比较高，重油收率较低，宜根据各馏份不同性质特点优化中东原油的加工，建设适当的装置规模。再次从产品质量上要有前瞻性。随着环境保护的加强，对产品中硫的限制会越来越苛刻，比如柴油硫含量，最早的标准中规定由含硫0.5%以上的原油制得的柴油，硫含量许可不大于1.0%，目前的柴油产品质量要求中硫含量不大于0.2%，供三大城市的柴油质量中硫含量不大于0.05%，即将实施的国Ⅲ标准中硫含量要求低于350ppm，未来柴油硫含量还要限制到低于50-10ppm以下。因此在装置的建设上要充分考虑未来对产品质量的要求，避免重复建设。最后要考虑降低生产成本。在加工中东原油的生产过程中，最大的成本来自氢气。通常炼油厂获得氢气的途径包括石脑油重整和轻油蒸汽转化。重整氢气成本是很低的，但对重整装置的规模受到石脑油产量及石脑油的用途（部分石脑油作为乙烯原料）限制，重整规模也不可能大到氢气产量满足整个炼厂的需要，大量用氢还是需要建设轻油蒸汽转化制氢装置。而随着国际原油价格的上涨，轻油制氢工艺生产的氢气成本变高，由此增加整个加工含硫原油的成本。低成本氢气的生产成为降低加工中东原油生产成本的重要手段。㈡、镇海炼化含硫原油加工实践镇海炼化加工含硫原油起于1994年加工第一船伊朗轻油，历经十余年的实际生产。期间加工含硫原油改扩建方案也经历了从总流程方案调整到生产装置配置调整的多次优化，为提高镇海炼化加工含硫原油的盈利水平，提升炼油竞争能力打下了基础。1、石脑油的加工：重整装置和芳烃装置中东含硫原油直馏石脑油收率较高，15-160℃馏份收率有15%左右；芳烃潜含量不高，在30%以下；硫含量较高，通常在200-600ppm；族组成中烷烃含量较高。表2为镇海炼化加工过的主要中东原油直馏石脑油主要性质。-5-表2中东原油直馏石脑油主要性质原油品种伊朗轻油伊朗重油锡瑞沙特轻质沙特中质科威特15-160℃收率，W%17.2514.7417.4415.4515.4215.21硫含量，ppm279950187430400230族组成P61.5961.0861.0170.2274.3072.73O00.0200.0100N26.5327.7325.3116.5816.3617.79A11.8811.1813.0813.189.349.48芳潜，%31.3430.2130.7824.2519.8025.57从上表性质来看，由于芳潜含量不高，烷烃含量又较高，中东含硫原油的直馏石脑油作为重整原料不是很理想，但鉴于镇海炼化在进行加工中东含硫原油总体规划时，还未考虑建设乙烯工程，国内乙烯产量也很有限，对石脑油需求不是很大，中东原油直馏石脑油的收率又高，并且加工含硫原油又大量需要氢气，再考虑到国内芳烃市场的发展，因此必须建设重整装置。对于重整原料中芳潜含量不高的问题，由于加氢裂化石脑油有非常高的芳潜含量，镇海炼化建设有规模较大的加氢裂化装置，可以解决这一问题。为了适应加工含硫原油，镇海炼化先后在1996年和2003年建成投产了两套连续重整装置。其中Ⅲ套重整装置于1999年由80万吨/年扩能改造为100万吨/年。重整催化剂再生部分的设计规模为908kg/h，采用UOP第二代超低压连续重整工艺。Ⅳ套重整装置设计规模为120万吨/年，催化剂再生规模为907kg/h(2000lb/h)，采用UOP第三代催化剂再生工艺“Cyc