原油（重油）制化学品的技术及其进展——I．原油蒸汽裂解技术
吴 青1,2
（1.中国海洋石油集团有限公司科技信息部；2.中海油分子工程与海洋油气资源高效利用实验室）
摘要：石油需求下降，油品消费峰值提前来临，但化工品需求旺盛的大格局下，产能已经严重过剩的炼油产业向化工转型已是必然趋势 。原油制化学品（COTC）技术包括原油蒸汽裂解、催化裂解、DPC碱催化等 。介绍了COTC已经工业化和研发中的各类技术的现状、发展趋势，并对COTC技术发展做了展望 。本文为COTC的之一部分，介绍遵循热裂化反应自由基机理的原油蒸汽裂解技术的现状、进展以及蒸汽裂解技术与加氢、催化裂解等技术集成、耦合情况，重点分析、探讨了原油蒸汽裂解技术本身的核心问题解决方案，即如何处理原油中难气化的高沸点大分子化合物夹带，以避免裂解炉结焦的问题，归纳了相关技术并探讨了发展方向 。
关键词：原油制化学品 原油蒸汽裂解技术 催化裂解技术 液相重油馏分 结焦
进入“十四五”的我国炼化行业，在新冠肺炎疫情防控常态化、中美贸易摩擦与科技战加剧等大背景以及我国经济面临国内、国际“双循环”和“碳达峰”“碳中和”的“双碳”愿景约束下，整个行业发展的大环境将面临深度调整，非化石类可再生新能源替代特别是交通电气化的迅猛发展，石油需求总量渐近峰值，预计“十四五”年均石油表观消费增速仅2.1%，远低于“十三五”期间年均5.7%的增速，“十四五”末石油表观消费量约为7.12亿吨 。石油消费结构将发生较大变化，其中交通用油占比将从2020年的46%下降到2025年的45%左右，而化工用油的比例则将从同期的19%上升到24%左右[1] 。炼化企业生产重心正在由“十三五”主要保障成品油需求和提升产品质量逐步向生产高端化工产品、化工新材料和更清洁的交通运输能源与高品质的Ⅲ/Ⅳ类润滑油基础油、环保及特色沥青、高端碳材料和石蜡等炼油特色产品并重方向发展，行业“油转化”“油产化”“油产特”特征明显并成为转型发展方向 。
上述产业转型的技术解决方案业界说法较多，如被称为炼化一体化技术[2]、“减油增化”技术、炼油向化工转型技术[3-8]、全化学品型炼厂技术[9]、原油深度加工技术[10]以及原油更大化生产化工品技术和原油直接制化学品技术[11]等 。本文从原油制化学品（Crude Oil to Chemicals，简称COTC）技术的现状出发，介绍原油蒸汽裂解技术的现状、进展以及蒸汽裂解技术与加氢、催化裂解等技术集成、耦合情况，重点分析、探讨了原油蒸汽裂解技术本身的核心问题解决方案，即如何处理原油中难气化的高沸点大分子化合物夹带，以避免裂解炉结焦的问题，归纳了相关技术并探讨了发展方向 。
1、原油蒸汽裂解制烯烃技术
蒸汽裂解技术即热裂解过程属于自由基反应机理[12-13]，是当今世界乙烯工业处于绝对垄断地位的生产 ***。原油蒸汽裂解制烯烃技术因可以绕开炼油环节，直接以原油为原料生产烯烃而备受瞩目，是目前热点技术与发展方向 。
自上世纪七十年代ExxonMobil公司最早开展原油蒸汽裂解制烯烃的技术研究起，到2014年1月ExxonMobil在新加坡建成全球首套1 000 kt/a原油蒸汽裂解直接制乙烯的工业装置，该领域已经走过了四十多年的历史 。除了ExxonMobil以外，过去几十年中，众多中外能源公司如Saudi Aramco公司、LyondellBasell公司、Lummus公司、Shell公司和中国石化等均开展了相应的研究 。各家均首选轻质石蜡基原油，但如何处理原油中难以气化的重组分，特别是沸点超过520 ℃（或更高，如590 ℃）馏分中的胶质、沥青质等非挥发性液相物（以下简称液相物），使之避免在蒸汽裂解炉中沉积结焦、堵塞炉管、影响装置长周期运行与目标裂解产品收率与分布，是各家研究开发工作的重点，并因此而构成了各家技术的特色 。如何在炼油厂利用成熟的催化裂解技术、加氢技术或其他技术对不进入蒸汽裂解炉转化的原油中的最重组分进行处理也构成了各家技术的特色 。
1.1 ExxonMobil技术
ExxonMobil公司是原油蒸汽裂解制烯烃研究开发的先驱，也是迄今为止唯一以自有技术建成工业化示范装置的公司 。该公司早期的原油蒸汽裂解工艺采用两个外置分馏塔和轻油、重油两套裂解炉，即将轻质石蜡基原油引入裂解炉的对流段预热，然后出对流段进入外置的之一蒸馏分离塔进行原油的轻重馏分分离，轻馏分即石脑油进入轻油裂解炉进行蒸汽裂解，重馏分与蒸汽混合进入重油裂解炉对流段换热后再进入第二蒸馏分离塔，进一步分离出沸点230~590 ℃重馏分与塔底油（渣油），重馏分进入重油裂解炉进行蒸汽裂解，渣油则经过汽提后作燃料油产品 。轻油和重油裂解炉串联并在各自优化的操作条件下运行，乙烯产品收率高，且因有效利用了轻重两台裂解炉对流段的热量，整体能耗较低 。
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