文章插图
由于蒸汽裂解与重油催化裂解分别遵循自由基反应机理和正碳离子反应机理，即两者技术原理不同，必须深入研究各种原油的加工特性并紧密关联炼化一体化全加工路线的“物流、能流、信息流”[2]97 。研究开发了轻重不同原油闪蒸过程气相脱液与控制夹带、原油加氢改质等预处理技术，最终实现“较轻气相组分蒸汽裂解-较重液相组分催化裂解”的耦合工艺，并达到50%的化学品收率 。新工艺最终生成约10%的裂解重油，可通过渣油加氢或延迟焦化处理 。
以假设新建炼化一体化企业进行案例研究，乙烯规模1.50 Mt/a原料自给，选择API°为45的低硫石蜡基的沙特轻质原油、沙特超轻质原油及其混合原油3种原油直接裂解制烯烃，形成3个方案，即单独原油的方案1和2采取“原油蒸汽裂解-渣油加氢-重油催化裂解”流程，混合原油的方案3采取“常减压蒸馏-渣油加氢-催化裂化-加氢裂化”流程，以方案3作基准，用作对比 。结果表明，方案1和2的投资分别为基准方案的73%和50%，但收益率由高到低为方案2、方案3、方案1 。
同时,对如何对现有炼油企业实施改造、“嵌入”轻油蒸汽裂解技术进行了案例研究，发现相较于传统的炼化一体化概念，通过“原油蒸汽裂解-蜡油加氢-重油催化裂解”的集成耦合 ***，“减油增化”效果更好，且内部收益率也较高 。
3、原油蒸汽裂解技术发展趋势
原油不经过炼油过程，直接蒸汽裂解生产乙烯、丙烯、丁二烯等低碳烯烃，具有流程短、原油利用率高的显著特点，有望较大幅度降低低碳烯烃生产成本，如上文介绍的ExxonMobil公司的原油生产低碳烯烃工艺相比石脑油裂解制烯烃原料成本可节100~200美元/t乙烯，因此本技术的吸引力较大 。但是，迄今为止也只有ExxonMobil公司建成了全球首套工业化装置，Saudi Aramco/SABIC公司虽2016年就披露了其首套COTC工业示范装置建设计划，但实际投产实践仍较遥远 。最近，ExxonMobil公司惠州乙烯项目据说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烃的原油必须是超轻质的石蜡基原油，原油资源具有特殊性与稀缺性为主要原因之一 。虽说理论上其他原油也可以实现直接蒸汽裂解转化，但为了控制液相重组分（液相物）的夹带或将之改质，增加的投资与运行费用导致整体技术经济表现下降或不利，影响了技术的工业化进程，但也指明了技术发展方向 。
科学研究与工业实践均表明，遵循自由基反应机理的高温蒸汽裂解技术，原料结焦是必然发生、无法避免的，同时，原料越重结焦越快、越严重 。即使是轻质、超轻质原油也存在高沸点（如大于520 ℃）液相物，只是数量多少而已，这些液相物难挥发、以液相形式存在，一旦被气相轻组分夹带进入裂解炉，就一定会导致结焦堵塞炉管、影响乙烯收率和装置长周期运行 。因此，根据处理原油中难挥发的液相物的思路与 *** 的不同，原油蒸汽裂解制烯烃技术可以分为以下两种 。
（1）减少气相夹带液体方面的技术
原油分离成轻重组分可以采用闪蒸、旋风分离、蒸馏等 ***。为了保证气相组分不夹带液相物，可以采用特殊设备、温度控制等技术 。ExxonMobil、中国石化以及Lyondellbasell，Shell，Lummus等公司均各自有这方面的专有技术 。
（2）液相物改质处理技术
液相物相对分子质量大、难以汽化，可以考虑采取加氢（裂化或精制处理）、溶剂脱沥青、焦化（包括缓和热裂化、减黏）、催化裂化、芳烃抽提等 ***，或改质（变成可汽化物）或脱除或转化，以消除液相物的影响 。这方面，Saudi Aramco、中国石化以及Lyondellbasell，Shell等均有研究心得 。
因此，先进可靠且经济合理的解决液相物问题的技术与蒸汽裂解技术的组合、集成或耦合，是原油蒸汽裂解制烯烃技术的发展方向 。
4、小结
汽柴油消费峰值提前来临，炼油产能与成品油双双过剩，但化工品需求却持续旺盛，引发了行业对原油制化学品的极大兴趣与热情 。ExxonMobil在原油蒸汽裂解制百万吨级乙烯的工业化以及恒力石化与浙江石化千万吨级原油更大化制化学品的工业化实践，启发、引发了各石油巨头、技术研发与工程公司纷纷加大原油制化学品技术方面的研究开发与产业化应用步伐 。
蒸汽裂解技术属于自由基反应机理 。原油蒸汽裂解制烯烃技术可以“绕开”传统的炼油过程，大幅降低炼油装置投资和生产运营成本，从而节约乙烯原料成本，因此技术“诱惑力”较大 。现有原油直接蒸汽裂解制烯烃技术还只适合API°在45左右的低硫石蜡基原油 。一旦原油中不易汽化的液相物组分引起裂解炉管结焦难题能被攻克，原料可选范围必将进一步扩大 。而如何解决液相物的夹带或对此进行改质、脱除或转化，将催生各类组合、集成或耦合技术的出现，并促进催化材料、反应工程、分离工程的技术进步 。原油直接蒸汽裂解制烯烃技术及其与其他技术集成、耦合的成功工业化，也将改变炼油与石化两个产业各自的运营模式，推动炼油与石化产业的深度融合，促进炼化产业高质量发展 。
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