带你了解全球炼化行业的百年发展史。
浣溪沙，细雨，斜风造就了晓寒。
苏轼
细雨和斜风造就了晓寒，
轻烟疏柳清滩。
进入淮海和罗清的时间越来越长了。
雪沫奶花飘午灯，
试试青蒿何首乌竹笋。
人类的口味是纯粹的快乐。
俗话说“经历了多少沧桑，人间的味道才是纯粹的欢乐。”面对格局的变化，平头哥以史为鉴，对全球炼化行业的发展历史进行了高度全面的回顾，以期追根溯源，为中国炼化行业的发展提供方向性的指导。
1.全球炼油化工装置技术发展史回顾:从蒸馏器的诞生说起。
1849年，苏格兰的JamesIbung生产了石蜡油，用于照明。原料最初是煤矿渗出的油，后来是煤。这种方法在英国获得了专利。这项技术被转移到英美的许多工厂。
与此同时，根据美国石油工业史，是加拿大地质学家亚伯拉罕·格斯纳博士首先从煤中提炼出点灯用的煤油。1852年，他开发了类似的工艺，并获得了美国专利。专利权是从煤(希腊语是蜡和油)中生产煤油。)1853，纽约一家公司用他的技术生产煤油，投放市场。
然而，美国人叫萨姆。M.Kier是炼油工业的创始人，因为他不仅成功地应用蒸馏原理加工原油和生产石油产品，而且还制造了第一台商用蒸馏器。基尔本是匹兹堡的毒贩。他拥有一座煤矿和一家铸铁厂，是匹兹堡-费城航运公司的创始人之一。多年来，他在宾夕法尼亚州塔拉顿附近的阿勒哈尼河上经营一口盐井。一些盐井渗出原油。盐场老板把它作为讨厌的副产品扔进了河里，这让划船的人非常讨厌。基尔把它们收集起来，装在玻璃瓶里当药卖。产品名称为“石油”或“石蜡油”。
基尔拿到一些原油样本，送给费城的詹姆斯·布思教授(他是美国化学会的会长)，请他做分析，为狼蛛的原油想办法。布斯在实验室里做了一个实验，证实原油可以通过蒸馏加工成很好的照明油，并为基尔画了一幅蒸馏器的草图。因此，布斯也被认为是石油界的第一个化学家。
图:世界上第一张剧照。
基尔根据布斯的草图制作了美国第一个蒸馏器，直径110.5cm，高度142.2cm，容量0.8m3..釜内装塔兰屯原油，釜下烧煤。水壶里产生的油蒸汽通过一根小管进入水桶，凝结成淡黄色的煤油。1850年，基尔开始在匹兹堡的第七街上卖灯用煤油，这种煤油被称为“碳油”。售价为每加仑65438美元+0.5英镑。这种油燃烧起来很亮，但有一股难闻的气味。
A.纽约的咖啡和香料零售商C.Ferris看中了这款灯油，回购了12加仑。他想出了一个办法，用硫酸和苛性钾处理，精炼油呈柠檬色，几乎没有气味。他称这一过程为“煤-油”过程。这种油很受欢迎。于是，他到处寻找原油，扩大原料来源。首先，他买下了基尔狼蛛盐场生产的所有原油。然后，派人去加州、荷属东印度等地考察。他答应以每桶20美元的价格买进。
在加拿大，Ferris找到经营恩宁斯基林油田的Jeames Miller Williams，向他购买原油。1858年，Ferris加工原油1183桶(161吨)，成为当时美国最大的炼油商。据记载，1859年，美国有50多家炼油厂，分别用烟煤、页岩或天然沥青生产煤油。
热裂解技术是在1910年前左右发明的，当时汽车开始大规模生产，随后拖拉机和飞机被广泛使用。市场对汽油的需求增长迅速，汽油已经取代煤油成为最重要的石油产品。
图:精炼过程的持续研究
那么问题来了，如何才能从单位原油中提炼出更多的汽油呢？
这方面的第一个突破是热裂解。热裂解的发明者是威廉·m·伯顿。伯顿出生于美国克利夫兰。1886毕业于WesternReserve大学，1889获得霍普金斯大学博士学位。1890加入标准石油公司任化学家，后任炼油厂助理兼总经理。1911成为印第安纳标准石油公司董事，1915成为副总裁，1918成为总裁。第一次世界大战期间，他在怀汀炼油厂，然后是实验室主任罗伯特·汉弗莱斯。罗杰斯和布兰斯基也参与了这项研究。他们俩都是霍普金斯大学的医生。
他们将反应温度设置为850华氏度(454摄氏度)。当时没有焊接技术，钢板做的筒体只能铆接。实力够吗？我们必须一次又一次地尝试。
经过两年多的工作，到1910年底，伯顿和汉弗莱已经确信在高温高压下生产“合成汽油”是可行和安全的。为此，他做了一份报告，建议65438000套容量为8000加仑的工业热裂解釜。但当时印第安纳标准石油公司还是洛克菲勒标准石油公司的子公司，母公司被“反垄断法”的官司压得喘不过气来。董事会的一些人也担心高温高压会像锅炉一样引起爆炸，没有批准他的提议。
图:世界炼油工业发展迅速。
1911年，标准石油公司被迫解体，印第安纳标准石油公司独立。伯顿建造了世界上第一个半工业热裂解装置。它的直径仍为8英尺(2.44米)，高度为10英尺(约3.05米)，容量为150桶(约20吨)。汽油的回收率提高了一倍多。1913 65438+10月7日，公司获得伯顿热裂解工艺专利权。当时热裂解的原料油是原油中的瓦斯油，初步得到的馏分油约占原料油的25% ~ 30%；迅速提高到65% ~ 70%，汽油最终回收率在50%左右。热裂解工艺已显示出巨大的优势，许多地方已建立了新的装置。
这时，一项顺应时代发展的新技术诞生了，那就是催化裂化工艺，这项技术的诞生也标志着炼油工艺的一项重要成就。
所谓催化裂化，就是催化剂作用下的裂化反应。与热裂解相比，轻油收率更高，汽油辛烷值更高，柴油稳定性更好。同时产生大量富含烯烃的液化气，是很好的有机化工原料。到目前为止，催化裂化仍然是几乎所有炼油厂的主要二次加工技术。
催化裂化工艺的发明者是法国工程师和实业家EugeneHoudry。1937年3月5日，一套完全商业化的呼得利催化裂化装置在其马库斯胡克炼油厂诞生，日处理能力为12000桶(约60万吨/年)。在1938的api gravity年会上，Arthur Pew宣布了这一全新技术的成功，各石油公司纷纷要求技术转让。
照片:尤金·哈德里
印第安纳标准石油公司组织了一个以副总裁兼炼油部主任保罗斯为首的团队。经过论证，认为技术转让费太贵，引进的技术还不如自己研究。其他几家公司也有同样的看法。从1938到10组成合作研究机构——催化研究会。参与者包括:印第安纳标准石油公司、新泽西标准石油公司、德国法本工业公司和凯洛格公司(注:这是一家专业化的石油工程和建筑公司)。
很快，英博石油公司、荷兰皇家壳牌集团、德州公司、大华石油也加入进来。该小组合作研究和开发流化催化裂化技术。
流化床的概念是由新泽西州标准石油公司的威廉·奥德尔提出的，并在1936获得专利。由于对催化剂再生和积碳燃烧的控制知之甚少，流化床的问题被暂时搁置。胡德利在美国《石油与天然气》杂志上发表的关于催化裂化的论文，激发了科技人员研究流化催化裂化的热情。新泽西标准石油公司的研究人员突破了“上流式”催化裂化的关键问题，使催化剂、原料油、产品和烟气分别在反应器和再生器中向上流动，然后从顶部分离。
照片:新泽西标准石油公司。
1941 2月11日，美国新泽西州标准石油公司宣布，催化研究协会成功开发出流化催化裂化工艺。三套1.2万桶/日(约60万吨/年)的流化催化裂化装置相继建成。第一个是巴吞鲁日炼油厂的凯洛格公司设计和建造的。生产日期是1942年5月25日。
这项新技术发展迅速。第一代“上流”很快被第二代“下流”取代。上述第一套升流式装置尚未投产，第二代10套降流式装置已经开工建设。1947，该组开发了第三代，1951，开发了第四代流化催化裂化技术。由于这个合作研究协会以新泽西标准石油公司为核心，这些技术统称为ESSO流化催化裂化工艺。
此外，为了进一步提高石油产品的产量和质量，扩大石油产品向化工产品转化的发展方向，全球石油公司的技术人员加入了研究催化重整的技术。1949年3月29日，该公司公布了环烷烃在催化剂作用下脱氢异构化生产高品质汽油的方法，开创了提高其辛烷值的新途径。
新工艺的关键是找到一种有效的催化剂。经过多年的努力，他们开发出了一种铂催化剂。1949，10年10月28日，世界首台铂重整装置在美国密歇根州马斯克根的“老荷兰”炼油厂建成。初期处理能力为每天238.5立方米。这台设备在10年后仍在运行，处理能力已扩大到477立方米/日。
图:铂催化剂
环球石油公司在1951公布了另一种铂催化剂，另一套设备在1953年底投产。
从65438到0955，出现了两个新的催化重整过程。一个是Hudley的配套催化重整，可以在中等强度条件下从产品中回收芳烃。另一种是全球石油公司的Rex重整法，将铂重整和芳烃抽提结合起来。20世纪60年代开发了多种催化剂。
全球石油公司在60年代后期将铂重整工艺发展为连续再生催化重整工艺，并于1971成功投产第一套重整装置，包括立式换热器、箱式加热炉和立式烟囱反应器。该工艺使反应系统和再生系统具有更高的运转率和更高的产品辛烷值。
2.全球炼化工业规模发展历史回顾:技术驱动下的快速增长
炼油是一个成熟的过程，从历史发展演变来看主要伴随着规模和复杂系数的增加；近年来，由于加工重油的需求，炼油厂的一般加氢能力得到了提高。2014以来，由于成品油需求放缓，化工产品盈利能力提升，炼油加工致力于提高化工产品比重。因此，大型化、复杂系数升级和炼化一体化成为炼油发展的新趋势。
由于近年来化工品利润较好，以及原油轻油和重油加工结构的变化，炼油加工技术的总体方向变成了:生产更多的轻烃作为化工原料，加大轻重油的进料调整，提高加工渣油的能力。炼油产业链中不同设备的功能可总结如下:
催化裂化(FCC):催化裂化是炼油厂重油二次转化的主要手段。目前全球催化裂化加工能力约占原油一次加工能力的16%。催化裂化是重油在热量和催化剂作用下的裂化反应，转化为裂解气、汽油馏分和柴油馏分。它的原料是原油蒸馏得到的重馏分油，或者在重馏分油中掺入少量渣油，或者全部是常压渣油或减压渣油。催化裂化除生产油品外，还生产化工丙烯，占全球丙烯产量的近30%，是仅次于蒸汽裂化的第二大丙烯来源。催化裂化生产的汽油辛烷值高，裂化气(炼厂气)含有大量丙烯、丁烯和异构烃。典型炼油厂的汽油主要由轻直馏汽油、焦化轻汽油、烷基化油、重整油、FCC汽油和MTBE组成。
催化重整:主要将石脑油转化为富含芳烃和副产氢气的重整油，是PX生产的主要路线。重整生成油可直接作为汽油的调和组分，也可通过芳烃抽提提取苯、甲苯和二甲苯，副产氢气是炼油加氢装置的主要来源之一。
渣油加氢裂化:加氢裂化技术是重油深加工的主要技术手段之一，也是在轻质化原料的同时直接生产清洁燃料和优质化工原料的重要技术手段。渣油的处理分为两种，脱碳和加氢。目前，代表渣油加氢最先进的加工技术是沸腾床加氢裂化和悬浮床加氢裂化(或称浆态床)。恒力石化采用法国Axens技术，今年单线320万吨/年(合计2320万吨/年)流化床渣油加氢裂化顺利开工，成功将原油中的重油全部转化为石脑油、柴油、蜡油和未转化油等中间产品，为下游石脑油加氢、柴油加氢裂化、蜡油加氢裂化和溶剂脱沥青提供了充足的原料保障。而意大利ENI公司在Sannazzaro炼油厂年产654.38+35万吨悬浮床加氢裂化已经工业化。
延迟焦化:未来重、劣质油加工比例越来越大仍是长期趋势，延迟焦化是脱碳的技术路线选择。延迟焦化是一种热裂解工艺，主要目的是将残碳高的渣油转化为轻质油。美国是焦化产能最大的国家，但由于美国轻质原油过剩，焦化装置利用效率下降。延迟焦化是炼油厂加工劣质重油不可缺少的手段之一。可以对厂内其他装置的尾渣进行深加工，包括减压渣油、减粘渣油、催化裂化油浆、加氢裂化尾油等。还可用于提高炼油厂的汽柴油比，为乙烯工业和重整装置提供原料。延迟焦化的优点主要有:对原油适应性强，提高柴汽比，加工高硫含量的催化油浆。
炼油厂制氢:一体化炼油厂需要大量氢气，主要用于渣油加氢和加氢精制。同时，炼化一体化装置在生产过程中也会产生副产品氢气，因此氢气的综合利用非常重要。大型炼化项目氢气的主要来源有:1)石油焦或煤制氢，美国大部分炼厂外购天然气SMR制氢；2)氢气的催化重整。正常情况下，重整副产氢气约占总原油的0.5-1%，全加氢精制工艺，氢气量一般占原油加工量的0.8-2.7%；3)石脑油裂解的副产物氢气；4)丙烷/丁烷脱氢副产物；5)低浓度氢气的回收，如来自加氢、催化裂化和延迟焦化的氢气副产物，通过三种方法提取:变压吸附(PSA)、膜分离和深冷处理。
图:炼厂类型及设备配套关系。
地炼产能自2018开始进入快速扩张阶段，意味着未来将面临行业需求下行的风险。根据BP能源统计，全球炼油产能在2010005万桶/日(500240万吨/年)同比增加1.4%或增加85683000吨/年。2019起，全球新增炼油产能增速将扩大，随着单个炼油厂规模的扩大，下游也将配备乙烯等化工品。
图:全球产能从1965快速增长到2019。
乙烯是重要的化工产品原料，对国民经济的带动作用明显。一个乙烯项目的投资往往伴随着许多下游精细化工产品的投资。乙烯项目投资往往会产生更大的辐射效应，有望达到供给创造需求的效果。
除煤化工中煤制烯烃的CTO/ MTO外，世界上绝大多数乙烯生产都是由裂解形成的。生产规模的核心在于裂解炉的规模和压缩机的功率。目前，乙烯生产的趋势是大型化和炼化一体化。传统的乙烯生产大多是通过裂解外购石脑油来生产。一般情况下，生产654.38+0万吨乙烯需要330万吨石脑油原料，同时生产近50吨丙烯，654.38+0.8万吨丁二烯，20万吨纯苯，以及其他芳烃混合物、异丁烯、丁烯、C5、乙烯焦油等。都是副产品。目前，世界上有近270个乙烯装置，年生产能力为65438+7亿吨。2010以后，由于美国的页岩气革命，在开发过程中也带来了大量乙烷副产物，是裂解乙烯的优质原料。
图:自2005年以来，全球乙烯产能快速增长。
除常减压蒸馏外，目前石油的主要加工技术有加氢裂化、催化重整、延迟焦化、加氢精制、减粘裂化和烷基化。经过多年的发展，石油炼制和加工技术已经形成了一个完整的体系，但是石油加工的原理和工艺并没有发生很大的变化。技术进步主要体现在装置规模、炼化一体化能力、催化剂进步、重油和渣油加氢处理能力、生产智能化等方面。
规模化主要体现在石化园区的大型化、集成化和集约化。综合比较中国台湾省麦寮台塑基地、印度贾姆讷格尔新城公司生产基地、韩国蔚山SK生产基地、新加坡裕廊岛、沙特朱拜勒、沙特延布、阿联酋鲁威斯。通过分析可以得出，该厂的规模有利于降低设备投资成本，提高原料收率，增加生产的稳定性。园区的集中管理可以降低公共工程的成本，增加各种产品之间的优化，实现物料平衡和物尽其用。
图:炼油装置中全球单体规模最大的企业统计。
对于不同的原油品种可以选择不同的加工工艺，对于不同的下游应用要求也可以选择合适的工艺路线。总的来说，原油加工分为初级加工、二级加工和三级加工。初级加工主要是原油的初级加工，即原油蒸馏分为几种不同的沸点(馏分)，其加工装置为常压蒸馏或常减压蒸馏。二次加工是原油的深加工，即将一次加工得到的馏分再加工成商品，其加工装置有催化裂化、加氢裂化、延迟焦化、催化重整、减粘裂化等。
炼油的产品切割主要基于馏分、烃比等。对应的碳含量为:c 1-C4 lpg；C5-C9石脑油；C5-C10汽油；C10-C16煤油；C14-C20柴油；C20-C50润滑油；C20-C70燃料油；
原油重质化的长期趋势和炼化一体化后对裂解乙烯原料的需求，使得渣油加氢裂化更适合中国国情。近年来，随着美国页岩油产量的增加，轻油供应增加；另一方面，美国对委内瑞拉的制裁减少了重质原油的产量。从最近山东地炼进口原油比例也可以看出，加工原油硫含量和酸值有所下降，变得略轻。由于美国炼油厂历史悠久，轻油加工带来的汽油收率较高，但柴油市场较好；因此，催化裂化进料将减少，柴油产量将增加，这将导致炼油厂效率下降。同时，美国的炼油厂仍以加工燃料为主，延迟焦化占很大比重；而且美国乙烷供应充足，乙烯裂解原料多为页岩气的乙烷副产物，炼厂渣油加氢裂化对轻烃需求较少，渣油加氢裂化应用空间较小。
我国新建大型炼化项目主要以增加化工产品比重为主，总体设计路线是多生产PX和轻烃，尽量减少成品油产量。成品油加氢精制和渣油裂化过程中氢气消耗量大，往往需要用煤或石油焦制氢来保证氢气供应。
三、未来50年全球炼化行业发展预测:一体化带来的多元化和深化发展
对于全球炼油行业的发展趋势，平头哥认为，“炼油控化增”是全球成品油供大于求背景下全球炼油一体化的正常发展，炼油一体化的企业发展模式已经成为化工原料交换、能源共享、公共设施使用的紧密结合的发展模式，大大降低了产品的生产成本，提高了产品的附加值。
对于未来50年全球炼化一体化的发展趋势，平头哥总结了以下几个方向:
(1)全球炼化一体化正快速向更加多元化的模式发展。
本文开头提到的浙江石化公司是一个4000万吨/年的炼油厂，下游有280万吨/年的乙烯装置和654.38+00.4万吨/年的芳烃装置。下游化工厂位于国内综合企业前列。此外，埃克森美孚开发并应用了IGCC气电联产技术，该技术在中国福建炼化得到了工业化应用，成为中国第一台IGCC供氢、供汽、发电的热电联产装置。以其溶剂脱沥青装置的脱油沥青为原料生产氢气、超高压蒸汽和发电，副产氧气和氮气，满足其12万吨/年炼化一体化项目的全部电、蒸汽和40%。
因此，平头哥认为，自上世纪90年代以来，随着芳烃市场的需求，炼厂自身要满足氢气和蒸汽、电力或热电联产的需求，炼化一体化跨越了炼厂自身的业务范围，涵盖了多种化工产品的生产，进一步提高了芳烃、烯烃等产品的产量，增强了炼厂的多元化发展模式。而且随着石油供应规模的过剩，未来全球炼化一体化企业将走向更加多元化的产品结构，下游将涉及特种化学品等领域。
(2)全球炼化一体化向纵深发展。
中国石油、沙特基础工业公司和中国科学院大连化学工程研究所正在合作开发由天然气直接生产烯烃/芳烃的技术。与现有的天然气转化传统路线相比，该技术不需要高能合成气的制备过程，缩短了工艺路线，反应过程本身实现了二氧化碳零排放，碳原子利用效率可达100%。一旦研制成功，将进一步把炼化一体化拓展到天然气、煤化工等领域。
埃克森美孚、Saudi Aramco和沙特基础工业公司都开发了原油直接裂解制烯烃技术。通过省略常减压蒸馏、催化裂化等主要精制环节，简化了工艺，降低了投资。为了最大限度的生产化学品，生产更多的烯烃、芳烃等化工原料，化学转化率可达50%~70%。而且，埃克森美孚计划在广东推出全球首个原油直接裂解制烯烃技术。
此外，全球技术研究方向(平头哥后期将重点介绍全球新技术的研究成果，希望大家密切关注)还包括天然气直接制烯烃/芳烃技术、催化裂解多产低碳烯烃技术、催化重整多产芳烃技术和加氢裂化多产乙烯技术。加氢裂化正在成为炼化一体化的核心技术。广泛应用于采用新型催化剂，优化工艺流程或条件，多产石脑油或加氢尾油的生产技术中。
虽然炼化一体化是炼油和乙烯生产的重要载体，但平头哥认为，随着技术的发展，全球炼化一体化呈现出新的模式和发展趋势，已经成为全球炼化一体化企业优化资源配置、降低生产成本、提高产品附加值的主要战略选择。全球炼化一体化的深化发展也将成为未来全球炼化行业的长期趋势。