浣溪沙，細雨，斜風造就了曉寒。
蘇軾
細雨和斜風造就了曉寒，
輕煙疏柳清灘。
進入淮海和羅清的時間越來越長了。
雪沫奶花飄午燈，
試試青蒿何首烏竹筍。
人類的口味是純粹的快樂。
俗話說“經歷了多少滄桑，人間的味道才是純粹的歡樂。”面對格局的變化，平頭哥以史為鑒，對全球煉化行業的發展歷史進行了高度全面的回顧，以期追根溯源，為中國煉化行業的發展提供方向性的指導。
1.全球煉油化工裝置技術發展史回顧:從蒸餾器的誕生說起。
1849年，蘇格蘭的JamesIbung生產了石蠟油，用於照明。原料最初是煤礦滲出的油，後來是煤。這種方法在英國獲得了專利。這項技術被轉移到英美的許多工廠。
與此同時，根據美國石油工業史，是加拿大地質學家亞伯拉罕·格斯納博士首先從煤中提煉出點燈用的煤油。1852年，他開發了類似的工藝，並獲得了美國專利。專利權是從煤(希臘語是蠟和油)中生產煤油。)1853，紐約壹家公司用他的技術生產煤油，投放市場。
然而，美國人叫薩姆。M.Kier是煉油工業的創始人，因為他不僅成功地應用蒸餾原理加工原油和生產石油產品，而且還制造了第壹臺商用蒸餾器。基爾本是匹茲堡的毒販。他擁有壹座煤礦和壹家鑄鐵廠，是匹茲堡-費城航運公司的創始人之壹。多年來，他在賓夕法尼亞州塔拉頓附近的阿勒哈尼河上經營壹口鹽井。壹些鹽井滲出原油。鹽場老板把它作為討厭的副產品扔進了河裏，這讓劃船的人非常討厭。基爾把它們收集起來，裝在玻璃瓶裏當藥賣。產品名稱為“石油”或“石蠟油”。
基爾拿到壹些原油樣本，送給費城的詹姆斯·布思教授(他是美國化學會的會長)，請他做分析，為狼蛛的原油想辦法。布斯在實驗室裏做了壹個實驗，證實原油可以通過蒸餾加工成很好的照明油，並為基爾畫了壹幅蒸餾器的草圖。因此，布斯也被認為是石油界的第壹個化學家。
圖:世界上第壹張劇照。
基爾根據布斯的草圖制作了美國第壹個蒸餾器，直徑110.5cm，高度142.2cm，容量0.8m3..釜內裝塔蘭屯原油，釜下燒煤。水壺裏產生的油蒸汽通過壹根小管進入水桶，凝結成淡黃色的煤油。1850年，基爾開始在匹茲堡的第七街上賣燈用煤油，這種煤油被稱為“碳油”。售價為每加侖65438美元+0.5英鎊。這種油燃燒起來很亮，但有壹股難聞的氣味。
A.紐約的咖啡和香料零售商C.Ferris看中了這款燈油，回購了12加侖。他想出了壹個辦法，用硫酸和苛性鉀處理，精煉油呈檸檬色，幾乎沒有氣味。他稱這壹過程為“煤-油”過程。這種油很受歡迎。於是，他到處尋找原油，擴大原料來源。首先，他買下了基爾狼蛛鹽場生產的所有原油。然後，派人去加州、荷屬東印度等地考察。他答應以每桶20美元的價格買進。
在加拿大，Ferris找到經營恩寧斯基林油田的Jeames Miller Williams，向他購買原油。1858年，Ferris加工原油1183桶(161噸)，成為當時美國最大的煉油商。據記載，1859年，美國有50多家煉油廠，分別用煙煤、頁巖或天然瀝青生產煤油。
熱裂解技術是在1910年前左右發明的，當時汽車開始大規模生產，隨後拖拉機和飛機被廣泛使用。市場對汽油的需求增長迅速，汽油已經取代煤油成為最重要的石油產品。
圖:精煉過程的持續研究
那麽問題來了，如何才能從單位原油中提煉出更多的汽油呢？
這方面的第壹個突破是熱裂解。熱裂解的發明者是威廉·m·伯頓。伯頓出生於美國克利夫蘭。1886畢業於WesternReserve大學，1889獲得霍普金斯大學博士學位。1890加入標準石油公司任化學家，後任煉油廠助理兼總經理。1911成為印第安納標準石油公司董事，1915成為副總裁，1918成為總裁。第壹次世界大戰期間，他在懷汀煉油廠，然後是實驗室主任羅伯特·漢弗萊斯。羅傑斯和布蘭斯基也參與了這項研究。他們倆都是霍普金斯大學的醫生。
他們將反應溫度設置為850華氏度(454攝氏度)。當時沒有焊接技術，鋼板做的筒體只能鉚接。實力夠嗎？我們必須壹次又壹次地嘗試。
經過兩年多的工作，到1910年底，伯頓和漢弗萊已經確信在高溫高壓下生產“合成汽油”是可行和安全的。為此，他做了壹份報告，建議65438000套容量為8000加侖的工業熱裂解釜。但當時印第安納標準石油公司還是洛克菲勒標準石油公司的子公司，母公司被“反壟斷法”的官司壓得喘不過氣來。董事會的壹些人也擔心高溫高壓會像鍋爐壹樣引起爆炸，沒有批準他的提議。
圖:世界煉油工業發展迅速。
1911年，標準石油公司被迫解體，印第安納標準石油公司獨立。伯頓建造了世界上第壹個半工業熱裂解裝置。它的直徑仍為8英尺(2.44米)，高度為10英尺(約3.05米)，容量為150桶(約20噸)。汽油的回收率提高了壹倍多。1913 65438+10月7日，公司獲得伯頓熱裂解工藝專利權。當時熱裂解的原料油是原油中的瓦斯油，初步得到的餾分油約占原料油的25% ~ 30%；迅速提高到65% ~ 70%，汽油最終回收率在50%左右。熱裂解工藝已顯示出巨大的優勢，許多地方已建立了新的裝置。
這時，壹項順應時代發展的新技術誕生了，那就是催化裂化工藝，這項技術的誕生也標誌著煉油工藝的壹項重要成就。
所謂催化裂化，就是催化劑作用下的裂化反應。與熱裂解相比，輕油收率更高，汽油辛烷值更高，柴油穩定性更好。同時產生大量富含烯烴的液化氣，是很好的有機化工原料。到目前為止，催化裂化仍然是幾乎所有煉油廠的主要二次加工技術。
催化裂化工藝的發明者是法國工程師和實業家EugeneHoudry。1937年3月5日，壹套完全商業化的呼得利催化裂化裝置在其馬庫斯胡克煉油廠誕生，日處理能力為12000桶(約60萬噸/年)。在1938的api gravity年會上，Arthur Pew宣布了這壹全新技術的成功，各石油公司紛紛要求技術轉讓。
照片:尤金·哈德裏
印第安納標準石油公司組織了壹個以副總裁兼煉油部主任保羅斯為首的團隊。經過論證，認為技術轉讓費太貴，引進的技術還不如自己研究。其他幾家公司也有同樣的看法。從1938到10，組成了合作研究機構——催化研究會。參與者包括:印第安納標準石油公司、新澤西標準石油公司、德國法本工業公司和凱洛格公司(註:這是壹家專業化的石油工程和建築公司)。
很快，英博石油公司、荷蘭皇家殼牌集團、德州公司、大華石油也加入進來。該小組合作研究和開發流化催化裂化技術。
流化床的概念是由新澤西州標準石油公司的威廉·奧德爾提出的，並在1936獲得專利。由於對催化劑再生和積碳燃燒的控制知之甚少，流化床的問題被暫時擱置。胡德利在美國《石油與天然氣》雜誌上發表的關於催化裂化的論文，激發了科技人員研究流化催化裂化的熱情。新澤西標準石油公司的研究人員突破了“上流式”催化裂化的關鍵問題，使催化劑、原料油、產品和煙氣分別在反應器和再生器中向上流動，然後從頂部分離。
照片:新澤西標準石油公司。
1941 2月11日，美國新澤西州標準石油公司宣布，催化研究協會成功開發出流化催化裂化工藝。三套1.2萬桶/日(約60萬噸/年)的流化催化裂化裝置相繼建成。第壹個是巴吞魯日煉油廠的凱洛格公司設計和建造的。生產日期是1942年5月25日。
這項新技術發展迅速。第壹代“上流”很快被第二代“下流”取代。上述第壹套升流式裝置尚未投產，第二代10套降流式裝置已經開工建設。1947，該組開發了第三代，1951，開發了第四代流化催化裂化技術。由於這個合作研究協會以新澤西標準石油公司為核心，這些技術統稱為ESSO流化催化裂化工藝。
此外，為了進壹步提高石油產品的產量和質量，擴大石油產品向化工產品轉化的發展方向，全球石油公司的技術人員加入了研究催化重整的技術。1949年3月29日，該公司公布了環烷烴在催化劑作用下脫氫異構化生產高品質汽油的方法，開創了提高其辛烷值的新途徑。
新工藝的關鍵是找到壹種有效的催化劑。經過多年的努力，他們開發出了壹種鉑催化劑。1949，10年10月28日，世界首臺鉑重整裝置在美國密歇根州馬斯克根的“老荷蘭”煉油廠建成。初期處理能力為每天238.5立方米。這臺設備在10年後仍在運行，處理能力已擴大到477立方米/日。
圖:鉑催化劑
環球石油公司在1951公布了另壹種鉑催化劑，另壹套設備在1953年底投產。
從65438到0955，出現了兩個新的催化重整過程。壹個是Hudley的配套催化重整，可以在中等強度條件下從產品中回收芳烴。另壹種是全球石油公司的Rex重整法，將鉑重整和芳烴抽提結合起來。20世紀60年代開發了多種催化劑。
全球石油公司在60年代後期將鉑重整工藝發展為連續再生催化重整工藝，並於1971成功投產第壹套重整裝置，包括立式換熱器、箱式加熱爐和立式煙囪反應器。該工藝使反應系統和再生系統具有更高的運轉率和更高的產品辛烷值。
2.全球煉化工業規模發展歷史回顧:技術驅動下的快速增長
煉油是壹個成熟的過程，從歷史發展演變來看主要伴隨著規模和復雜系數的增加；近年來，由於加工重油的需求，煉油廠的壹般加氫能力得到了提高。2014以來，由於成品油需求放緩，化工產品盈利能力提升，煉油加工致力於提高化工產品比重。因此，大型化、復雜系數升級和煉化壹體化成為煉油發展的新趨勢。
由於近年來化工品利潤較好，以及原油輕油和重油加工結構的變化，煉油加工技術的總體方向變成了:生產更多的輕烴作為化工原料，加大輕重油的進料調整，提高加工渣油的能力。煉油產業鏈中不同設備的功能可總結如下:
催化裂化(FCC):催化裂化是煉油廠重油二次轉化的主要手段。目前全球催化裂化加工能力約占原油壹次加工能力的16%。催化裂化是重油在熱量和催化劑作用下的裂化反應，轉化為裂解氣、汽油餾分和柴油餾分。它的原料是原油蒸餾得到的重餾分油，或者在重餾分油中摻入少量渣油，或者全部是常壓渣油或減壓渣油。催化裂化除生產油品外，還生產化工丙烯，占全球丙烯產量的近30%，是僅次於蒸汽裂化的第二大丙烯來源。催化裂化生產的汽油辛烷值高，裂化氣(煉廠氣)含有大量丙烯、丁烯和異構烴。典型煉油廠的汽油主要由輕直餾汽油、焦化輕汽油、烷基化油、重整油、FCC汽油和MTBE組成。
催化重整:主要將石腦油轉化為富含芳烴和副產氫氣的重整油，是PX生產的主要路線。重整生成油可直接作為汽油的調和組分，也可通過芳烴抽提提取苯、甲苯和二甲苯，副產氫氣是煉油加氫裝置的主要來源之壹。
渣油加氫裂化:加氫裂化技術是重油深加工的主要技術手段之壹，也是在輕質化原料的同時直接生產清潔燃料和優質化工原料的重要技術手段。渣油的處理分為兩種，脫碳和加氫。目前，代表渣油加氫最先進的加工技術是沸騰床加氫裂化和懸浮床加氫裂化(或稱漿態床)。恒力石化采用法國Axens技術，今年單線320萬噸/年(合計2320萬噸/年)流化床渣油加氫裂化順利開工，成功將原油中的重油全部轉化為石腦油、柴油、蠟油和未轉化油等中間產品，為下遊石腦油加氫、柴油加氫裂化、蠟油加氫裂化和溶劑脫瀝青提供了充足的原料保障。而意大利ENI公司在Sannazzaro煉油廠年產654.38+35萬噸懸浮床加氫裂化已經工業化。
延遲焦化:未來重、劣質油加工比例越來越大仍是長期趨勢，延遲焦化是脫碳的技術路線選擇。延遲焦化是壹種熱裂解工藝，主要目的是將殘碳高的渣油轉化為輕質油。美國是焦化產能最大的國家，但由於美國輕質原油過剩，焦化裝置利用效率下降。延遲焦化是煉油廠加工劣質重油不可缺少的手段之壹。可以對廠內其他裝置的尾渣進行深加工，包括減壓渣油、減粘渣油、催化裂化油漿、加氫裂化尾油等。還可用於提高煉油廠的汽柴油比，為乙烯工業和重整裝置提供原料。延遲焦化的優點主要有:對原油適應性強，提高柴汽比，加工高硫含量的催化油漿。
煉油廠制氫:壹體化煉油廠需要大量氫氣，主要用於渣油加氫和加氫精制。同時，煉化壹體化裝置在生產過程中也會產生副產品氫氣，因此氫氣的綜合利用非常重要。大型煉化項目氫氣的主要來源有:1)石油焦或煤制氫，美國大部分煉廠外購天然氣SMR制氫；2)氫氣的催化重整。正常情況下，重整副產氫氣約占總原油的0.5-1%，全加氫精制工藝，氫氣量壹般占原油加工量的0.8-2.7%；3)石腦油裂解的副產物氫氣；4)丙烷/丁烷脫氫副產物；5)低濃度氫氣的回收，如來自加氫、催化裂化和延遲焦化的氫氣副產物，通過三種方法提取:變壓吸附(PSA)、膜分離和深冷處理。
圖:煉廠類型及設備配套關系。
地煉產能自2018開始進入快速擴張階段，意味著未來將面臨行業需求下行的風險。根據BP能源統計，全球煉油產能在2010005萬桶/日(500240萬噸/年)同比增加1.4%或增加85683000噸/年。2019起，全球新增煉油產能增速將擴大，隨著單個煉油廠規模的擴大，下遊也將配備乙烯等化工品。
圖:全球產能從1965快速增長到2019。
乙烯是重要的化工產品原料，對國民經濟的帶動作用明顯。壹個乙烯項目的投資往往伴隨著許多下遊精細化工產品的投資。乙烯項目投資往往會產生更大的輻射效應，有望達到供給創造需求的效果。
除煤化工中煤制烯烴的CTO/ MTO外，世界上絕大多數乙烯生產都是由裂解形成的。生產規模的核心在於裂解爐的規模和壓縮機的功率。目前，乙烯生產的趨勢是大型化和煉化壹體化。傳統的乙烯生產大多是通過裂解外購石腦油來生產。壹般情況下，生產654.38+0萬噸乙烯需要330萬噸石腦油原料，同時生產近50噸丙烯，654.38+0.8萬噸丁二烯，20萬噸純苯，以及其他芳烴混合物、異丁烯、丁烯、C5、乙烯焦油等。都是副產品。目前，世界上有近270個乙烯裝置，年生產能力為65438+7億噸。2010以後，由於美國的頁巖氣革命，在開發過程中也帶來了大量乙烷副產物，是裂解乙烯的優質原料。
圖:自2005年以來，全球乙烯產能快速增長。
除常減壓蒸餾外，目前石油的主要加工技術有加氫裂化、催化重整、延遲焦化、加氫精制、減粘裂化和烷基化。經過多年的發展，石油煉制和加工技術已經形成了壹個完整的體系，但是石油加工的原理和工藝並沒有發生很大的變化。技術進步主要體現在裝置規模、煉化壹體化能力、催化劑進步、重油和渣油加氫處理能力、生產智能化等方面。
規模化主要體現在石化園區的大型化、集成化和集約化。綜合比較中國臺灣省麥寮臺塑基地、印度賈姆訥格爾新城公司生產基地、韓國蔚山SK生產基地、新加坡裕廊島、沙特朱拜勒、沙特延布、阿聯酋魯威斯。通過分析可以得出，該廠的規模有利於降低設備投資成本，提高原料收率，增加生產的穩定性。園區的集中管理可以降低公共工程的成本，增加各種產品之間的優化，實現物料平衡和物盡其用。
圖:煉油裝置中全球單體規模最大的企業統計。
對於不同的原油品種可以選擇不同的加工工藝，對於不同的下遊應用要求也可以選擇合適的工藝路線。總的來說，原油加工分為初級加工、二級加工和三級加工。初級加工主要是原油的初級加工，即原油蒸餾分為幾種不同的沸點(餾分)，其加工裝置為常壓蒸餾或常減壓蒸餾。二次加工是原油的深加工，即將壹次加工得到的餾分再加工成商品，其加工裝置有催化裂化、加氫裂化、延遲焦化、催化重整、減粘裂化等。
煉油的產品切割主要基於餾分、烴比等。對應的碳含量為:c 1-C4 lpg；C5-C9石腦油；C5-C10汽油；C10-C16煤油；C14-C20柴油；C20-C50潤滑油；C20-C70燃料油；
原油重質化的長期趨勢和煉化壹體化後對裂解乙烯原料的需求，使得渣油加氫裂化更適合中國國情。近年來，隨著美國頁巖油產量的增加，輕油供應增加；另壹方面，美國對委內瑞拉的制裁減少了重質原油的產量。從最近山東地煉進口原油比例也可以看出，加工原油硫含量和酸值有所下降，變得略輕。由於美國煉油廠歷史悠久，輕油加工帶來的汽油收率較高，但柴油市場較好；因此，催化裂化進料將減少，柴油產量將增加，這將導致煉油廠效率下降。同時，美國的煉油廠仍以加工燃料為主，延遲焦化占很大比重；而且美國乙烷供應充足，乙烯裂解原料多為頁巖氣的乙烷副產物，煉廠渣油加氫裂化對輕烴需求較少，渣油加氫裂化應用空間較小。
我國新建大型煉化項目主要以增加化工產品比重為主，總體設計路線是多生產PX和輕烴，盡量減少成品油產量。成品油加氫精制和渣油裂化過程中氫氣消耗量大，往往需要用煤或石油焦制氫來保證氫氣供應。
三、未來50年全球煉化行業發展預測:壹體化帶來的多元化和深化發展
對於全球煉油行業的發展趨勢，平頭哥認為，“煉油控化增”是全球成品油供大於求背景下全球煉油壹體化的正常發展，煉油壹體化的企業發展模式已經成為化工原料交換、能源共享、公共設施使用的緊密結合的發展模式，大大降低了產品的生產成本，提高了產品的附加值。
對於未來50年全球煉化壹體化的發展趨勢，平頭哥總結了以下幾個方向:
(1)全球煉化壹體化正快速向更加多元化的模式發展。
本文開頭提到的浙江石化公司是壹個4000萬噸/年的煉油廠，下遊有280萬噸/年的乙烯裝置和654.38+00.4萬噸/年的芳烴裝置。下遊化工廠位於國內綜合企業前列。此外，埃克森美孚開發並應用了IGCC氣電聯產技術，該技術在中國福建煉化得到了工業化應用，成為中國第壹臺IGCC供氫、供汽、發電的熱電聯產裝置。以其溶劑脫瀝青裝置的脫油瀝青為原料生產氫氣、超高壓蒸汽和發電，副產氧氣和氮氣，滿足其12萬噸/年煉化壹體化項目的全部電、蒸汽和40%。
因此，平頭哥認為，自上世紀90年代以來，隨著芳烴市場的需求，煉廠自身要滿足氫氣和蒸汽、電力或熱電聯產的需求，煉化壹體化跨越了煉廠自身的業務範圍，涵蓋了多種化工產品的生產，進壹步提高了芳烴、烯烴等產品的產量，增強了煉廠的多元化發展模式。而且隨著石油供應規模的過剩，未來全球煉化壹體化企業將走向更加多元化的產品結構，下遊將涉及特種化學品等領域。
(2)全球煉化壹體化向縱深發展。
中國石油、沙特基礎工業公司和中國科學院大連化學工程研究所正在合作開發由天然氣直接生產烯烴/芳烴的技術。與現有的天然氣轉化傳統路線相比，該技術不需要高能合成氣的制備過程，縮短了工藝路線，反應過程本身實現了二氧化碳零排放，碳原子利用效率可達100%。壹旦研制成功，將進壹步把煉化壹體化拓展到天然氣、煤化工等領域。
埃克森美孚、Saudi Aramco和沙特基礎工業公司都開發了原油直接裂解制烯烴技術。通過省略常減壓蒸餾、催化裂化等主要精制環節，簡化了工藝，降低了投資。為了最大限度的生產化學品，生產更多的烯烴、芳烴等化工原料，化學轉化率可達50%~70%。而且，埃克森美孚計劃在廣東推出全球首個原油直接裂解制烯烴技術。
此外，全球技術研究方向(平頭哥後期將重點介紹全球新技術的研究成果，希望大家密切關註)還包括天然氣直接制烯烴/芳烴技術、催化裂解多產低碳烯烴技術、催化重整多產芳烴技術和加氫裂化多產乙烯技術。加氫裂化正在成為煉化壹體化的核心技術。廣泛應用於采用新型催化劑，優化工藝流程或條件，多產石腦油或加氫尾油的生產技術中。
雖然煉化壹體化是煉油和乙烯生產的重要載體，但平頭哥認為，隨著技術的發展，全球煉化壹體化呈現出新的模式和發展趨勢，已經成為全球煉化壹體化企業優化資源配置、降低生產成本、提高產品附加值的主要戰略選擇。全球煉化壹體化的深化發展也將成為未來全球煉化行業的長期趨勢。