炼油厂轻烃资源利用现状与加工趋势分析！

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摘要：从炼油厂轻烃资源的来源和组成特点出发，总结了不同类型轻烃资源的加工途径，重点分析了国内典型燃料型炼油厂和一体化型炼油厂的轻烃资源综合利用现状。在此基础上，结合国内炼油厂的转型发展趋势和油品质量升级要求，进一步分析了炼油厂轻烃资源的综合利用发展趋势。随着炼油厂大型化、一体化、基地化的发展趋势和加工技术的发展，轻烃将不再是炼油厂副产廉价产品，而逐渐成为可利用的高价值低碳资源。与典型燃料型炼油厂相比，一体化型炼油厂的轻烃资源综合利用水平更高，资源集约化利用程度更强。不论是燃油型还是一体化型炼油厂，在油品升级和转型过程中，轻烃资源在转化为优质油品组分的同时，轻烃资源利用将更加分子化和多元化，轻烃技术也将朝着绿色化和集成化方向发展。

关键词：炼油厂 轻烃 综合利用 一体化

近年来,为适应国内市场需求的新变化，炼油厂部分柴油和石脑油资源继续深度转化和化工利用，以满足乙烯、芳烃的生产需要，同时调整炼油厂产品结构，提升油品质量。在重油、蜡油、柴油及石脑油资源的转化利用的过程中，炼油厂也副产了大量的轻烃资源。对于典型千万吨级燃油型炼油厂而言，全厂每年的气体轻烃(C4及以下)产量可达到百万吨，占原油加工量的10%左右。对于炼化一体化企业或化工型炼油厂，由于原油资源转化深度进一步提高，全厂的轻烃产量和比例将会大幅度增加。为了实现企业“降本、提质、增效”的目标，如何高效利用这部分轻烃资源已成为炼化行业关注和研究的重点。基于此，下文将详细分析国内炼油厂轻烃资源的加工现状，分析未来炼油厂轻烃资源的加工方向和技术发展趋势，以期为国内炼油厂的转型发展和清洁化生产提供参考和指导。

1、炼油厂轻烃资源

1.1 轻烃来源

炼油厂轻烃主要来自于常减压蒸馏、催化裂化、延迟焦化、加氢处理、加氢裂化和催化重整等装置。据统计，2017年中石化30余家炼制企业的轻烃(C4及以下)产量达到26 Mt/a以上，约占原油加工总量11%，其中主要装置的轻烃产量见表1。

*催化重整装置包含连续重整和固定床重整装置。

催化裂化装置不仅是炼油厂生产油品的核心装置，也是炼油厂轻烃的主要来源。为了实现催化裂化干气(催化干气)和催化裂化液化石油气的加工利用，相关的轻烃分离技术及转化技术相继开发和应用[1-4]。炼油厂轻烃的第二主要来源也是重油和蜡油加工装置，如延迟焦化、加氢裂化和加氢处理等。但随着炼油厂的清洁化生产和转型发展需求，未来延迟焦化装置的加工量将会逐步下降，而加氢类装置的加工量将逐步提升，炼油厂气体轻烃中的饱和轻烃比例可达到40%～50%。

此外，催化重整装置也是炼油厂副产轻烃的主要装置，气体轻烃产量占全厂轻烃总量的9%～10%。对于以生产芳烃为主的炼油厂，重整芳烃联合装置副产的轻烃产量可达到全厂轻烃产量的30%～40%。随着芳烃市场需求和炼油厂氢气需求量的增加，炼油厂重整轻烃和芳烃歧化/异构化气体的产量也将会继续增加。虽然常减压蒸馏装置加工规模庞大，但由于蒸馏过程主要是物理过程，除在加热过程中发生极少量的热裂解反应产生少量轻烃外，其余均为被加工原油自身所含轻烃。常减压装置的轻烃收率较低(小于1%)，并且与所加工原油性质密切相关。

1.2 轻烃组成

催化裂化装置的气体轻烃组成与工艺技术密切有关[6]。表2列出了国内炼油厂几种典型催化裂化工艺的轻烃组成。可以看出，催化裂化干气中C2资源丰富，乙烯和乙烷体积分数高达60%，尤其是DCC干气中的乙烯体积分数高达40%，因此在炼化企业中常常回收得以利用。对比几种工艺的液化石油气组成，可以发现DCC液化石油气中丙烯和异丁烯含量最高，而MIP和MIP-CGP工艺的异丁烷含量较高，这主要归因于这几种工艺氢转移反应的差异。液化石油气收率较高，轻烃类型多，其综合利用一直是企业关注的重点。

对于延迟焦化和加氢裂化装置，工艺类型对气体轻烃的组成影响不大。表3列出两类装置的典型气体轻烃组成。延迟焦化装置所产干气中甲烷和乙烷含量较高，液化石油气中丙烷和丁烷含量远高于同碳数的烯烃含量，并且正丁烷含量也远高于异丁烷含量，这与催化裂化装置的气体轻烃组成差异较大。与延迟焦化相比，加氢裂化装置的气体轻烃为饱和轻烃，液化石油气中异丁烷含量略高于正丁烷。由于这两类装置的气体轻烃组成不同，在炼油厂的用途也有较大的差别。

2、炼油厂轻烃资源的利用途径

2.1 干气资源的利用

炼油厂干气资源包含饱和干气和不饱和干气，干气收率为原油加工总量3%～5%，其中常减压塔顶气和加氢处理装置的饱和气体收率较低，一般常作为装置的燃料自用。但随着加工量的增加和加氢原料比例的提升，这部分气体资源产量也大幅增加。因此，大型炼油厂和新建炼油厂一般都配套设置了轻烃回收装置，回收部分高价值的饱和轻烃资源，剩余干气再作为装置燃料或制氢原料，从而实现资源的高效利用，同时保证企业的安全生产。

表3 延迟焦化和加氢裂化装置轻烃组成

对于炼油厂的不饱和干气资源，如延迟焦化干气和催化干气等，传统炼油厂和小型炼油企业一般作为燃料自用。但随着炼油厂加工规模的增大、炼油厂转型发展和炼化一体化的深度融合，这部分富含C2的气体资源也通常被回收利用或作为乙烯原料。据统计，2017年中石化炼油厂副产的催化干气达到2.5 Mt，其中约有1.1 Mt催化干气送至C2提浓装置，回收的富C2气体444.8 kt/a，折合乙烯气产量可高达337.0 kt/a。此外，为了直接回收利用催化干气的乙烯资源，部分炼油厂直接采用稀乙烯法制乙苯-苯乙烯工艺，2017年中石化炼油厂稀乙烯法的苯乙烯产量达到759.4 kt/a，折合催化干气消耗量约为781.9 kt/a。上述两种途径的催化干气回收利用率达到75%以上，未来炼油厂催化干气以及其他C2资源的利用率还将会继续提高。

此外，随着环保要求的日益严格，国内炼油厂加氢装置品种逐渐增多，加氢装置规模也不断扩大，全厂氢气资源需求量大幅提升，企业对低分气和各种富氢气体的回收利用非常重视。炼油厂低分气中氢气体积分数较高(约70%)，低分气中氢气量占全厂氢气消耗总量的10%～20%。除加氢装置的低分气外，炼油厂富氢气体还包括重整氢、乙烯氢、苯乙烯烃化尾气、加氢装置排放废氢等。对于上述富氢气体，炼油厂一般采用净化处理后送至变压吸附装置回收氢气，变压吸附尾气经压缩增压后作为全厂燃料气使用或作为制氢原料。

目前，炼油厂或炼化企业干气的主要利用途径。

2.2 液化石油气资源的利用

国内炼油厂的液化石油气资源十分丰富，全厂液化石油气收率占原油加工总量的8%～10%。对于大部分炼油厂而言，催化裂化液化石油气收率高达12%～22%，催化裂解(DCC)和催化热裂解(CPP)的则更高，可达到30%～40%。催化裂化液化石油气中烃类组成较多，以烯烃和异构烃类为主。目前，炼油厂催化裂化液化石油气基本不作为燃料使用或商品液化石油气外卖，而是经脱硫脱硫醇处理后进行C3/C4分离，并回收其中的高价值丙烯和丙烷。分离出来的C4资源在不同类型炼制企业中加工路线略有差异。在燃油型炼油厂中，气分C4资源主要用于生产高辛烷值的汽油调合组分，如醚化汽油、烷基化油和芳构化汽油等；在化工型炼油厂中，也可采用烯烃裂解技术继续转化为乙烯和丙烯或进行高价值C4轻烃回收；对于含有催化裂解装置的炼油厂，通常将部分C4资源继续返回催化裂解装置增产烯烃产品。

但自2017年以来，国内大力推广车用乙醇汽油，导致异丁烯生产醚化汽油路线受到严重限制。相关研究单位相继开发了C4烯烃叠合技术，可依托炼油厂现有MTBE装置进行改造生产高辛烷值的叠合汽油，为汽油质量升级提供了新的技术保障。

对于饱和液化石油气资源，如加氢裂化液化石油气和重整液化石油气等，现有燃油型炼油厂一般作为商品液化石油气外卖或作为制氢装置原料。但也有部分炼油厂作为全厂装置燃料使用，这种情况在资源丰富的国外炼油厂较为常见。在炼化一体化企业中，饱和液化石油气通常作为乙烯原料。

炼油厂或炼化企业液化石油气主要利用途径

3、国内炼油厂轻烃资源的加工现状

3.1 典型燃油型炼油厂的轻烃综合利用

图3为国内某大型燃料型炼油厂的轻烃综合利用简图。该炼油厂以生产汽油、煤油、柴油为主，油品收率达到65%以上，同时副产部分芳烃和化工产品，重油采用延迟焦化-蜡油加氢-催化裂化工艺组合路线，因此炼油厂轻烃资源(含液相轻烃)主要有：①催化裂化和延迟焦化装置的不饱和干气和不饱和液化石油气；②常减压蒸馏、催化重整、加氢裂化和加氢处理等装置的饱和轻烃和部分粗石脑油；③催化重整和加氢裂化等装置的富氢气体。

在燃油型炼油厂中，催化裂化装置的加工规模一般较大，催化干气和催化裂化液化石油气的产量较高，占全厂气体轻烃总量的45%左右。对于催化干气的利用，炼油厂采用了稀乙烯制乙苯-苯乙烯工艺路线，在生产苯乙烯同时，副产的脱氢尾气也经PSA最大化回收氢气资源。对于催化裂化液化石油气，炼油厂设置气体分离装置回收丙烷和丙烯，丙烷作为优质的化工原料外卖，丙烯则用于生产聚丙烯，进一步提升炼油厂轻烃资源利用价值；考虑到国Ⅵ乙醇汽油的生产需要，炼油厂将气分装置的C4资源一部分采用了烯烃叠合技术(该装置正在规划建设中)生产高辛烷值的清洁汽油调合组分，另一部分C4资源和重整抽余油采用芳构化技术生产芳构化汽油，大幅提升了全厂的汽油质量。

对于延迟焦化装置副产的不饱和轻烃资源，考虑到全厂的燃料需要，净化后的焦化干气作为炼油厂装置燃料使用，净化后的焦化液化石油气作为商品液化石油气外卖。而对于饱和轻烃、直馏粗石脑油和加氢粗石脑油等资源，炼油厂设置了轻烃回收装置，实现了低价值资源的集中回收和高效利用，其中回收的C3,C4资源将作为商品液化气外卖，回收的轻石脑油馏分作为化工轻油外卖，回收的重石脑油经加氢处理后送至催化重整装置生产高辛烷值的汽油调合组分和芳烃产品，剩余的干气直接作为装置燃料或制氢原料。此外，催化重整和加氢裂化等装置副产了大量的富氢气体，因此炼油厂设置了PSA装置对重整氢和低分气中氢气进行回收提纯。同时考虑到PSA尾气组成中以甲烷等低碳轻烃为主，炼油厂直接将其作为干气制氢装置的原料。PSA、制氢和加氢装置的工艺组合实现各类气体资源的分类梯级利用，提高了气体资源的利用效率。

3.2 典型一体化炼油厂的轻烃综合利用

国内现有的某大型炼化一体化企业和正在建设中的一体化企业的轻烃综合利用简图。与典型的燃油型炼油厂相比，一体化企业的炼油厂加工规模一般较大，加工流程较长，轻烃资源的利用途径更加多元化，精细化利用程度也更高。

图4炼油厂以生产油品为主，乙烯和芳烃为辅，因此全厂轻烃遵循“宜油则油、宜烯则烯、宜芳则芳”的加工利用原则:①催化干气富含乙烯资源，直接作为乙烯原料，催化裂化液化石油气经C3/C4分离后，丙烷作为乙烯原料，丙烯聚合生产聚丙烯，C4馏分中异构烃类含量较高，直接采用叠合技术和烷基化技术生产高辛烷值清洁汽油调合组分(规划建设中)；②焦化干气富含乙烷资源，焦化液化石油气以饱和轻烃为主，因此炼油厂设置焦化气体回收装置回收富乙烷气体和饱和液化石油气，回收的饱和轻烃直接作为乙烯裂解原料，焦化石脑油富含链烷烃和烯烃，经加氢处理后将作为优质的乙烯原料；③对于C5/C6等轻石脑油资源，炼油厂设置了正异构分离装置，其中富含的异构烷烃馏分作为清洁汽油调合组分，富含正构烷烃馏分作为优质的乙烯原料；④在生产PX过程中，歧化和异构化装置单元副产了部分轻烃资源，也将作为优质的乙烯原料；⑤其他轻烃的加工利用与燃油型炼油厂基本相同。可以看出，油化芳一体化促进了炼油厂轻烃资源更加精细化和多元化利用。

在建炼油厂以生产芳烃和乙烯为主，油品为辅，因此全厂轻烃资源的加工方向更偏向于生产更优质的化工原料和化工产品。对于全厂的富氢气体、干气、液化石油气和轻石脑油馏分，炼油厂从资源的结构特点出发，采用分离技术分别设置了PSA氢气回收、C2回收、液化石油气分离和石脑油正异构分离装置，最大限度回收高价值的轻烃资源和优质的乙烯原料，实现了资源的结构级别利用甚至是分子级别的利用。因此，炼油厂转型发展的需要决定了轻烃资源的加工方向，而分离应用技术的进步大幅提升了国内轻烃的综合利用水平。

“十三五”期间，国内还将有一批大型炼化企业相继启动建设和投产运营，炼油产能过剩加剧。同时随着国内油品消费需求的放缓，油品质量升级步伐加快，安全环保要求不断提高，炼油工业发展将面临着巨大的挑战，炼油企业未来的竞争将愈演愈烈。未来炼油厂将更加强化全厂资源的精细化管理，低价值轻烃资源将逐步变“废”为“宝”，资源的综合利用水平将明显提高。

4、炼油厂轻烃资源加工趋势

世界经济的发展和能源结构的调整，推动了全球炼油行业加快向化工行业转型。未来的炼油厂不再单一生产燃料油品，而更趋向于提供优质的化工原料或化学品[5]。在炼油厂的油品升级和转型发展过程中，涌现出一批新的炼油工艺技术[6-8]，如渣油加氢裂化技术、催化裂解技术、催化柴油加氢转化技术、芳烃技术等。这些技术的发展一方面使得炼油厂轻烃资源大幅增加，另一方面也大力推动着炼油厂轻烃资源综合利用技术的发展。

未来炼油厂轻烃资源利用和技术发展趋势将呈现以下特点。

(1)轻烃资源油品化。基于油品质量升级和结构调整需要，轻烃资源转化为清洁汽油组分是当前主要的利用方向之一。尤其是乙醇汽油的推广和实施，大幅限制了炼油厂MTBE的生产和应用，导致汽油池缺乏高辛烷值的汽油调合组分。C4轻烃采用烷基化技术、烯烃叠合技术和芳构化技术等可生产高辛烷值的清洁汽油组分，可为炼油厂解决燃眉之急。但部分油品生产技术还有待成熟完善，未来还需加强相关技术的开发应用。

(2)轻烃利用分子化和多元化。目前，炼油厂基本实现了轻烃资源中氢气、C2、丙烷和丙烯资源的分子级利用。但对于C4及C5资源，由于分离技术、市场需求和加工经济性等因素，限制了企业对高价值组分的回收利用，如丁烯-1、丁二烯、异戊烯、环戊二烯、间戊二烯以及异戊二烯等。未来，炼化企业C4和C5资源的分离和利用将是重点研究方向之一。与此同时，随着产品市场需求的变化，轻烃资源利用形式将更加多元化。全厂轻烃利用应遵循适宜原则，做到全局优化，使得轻烃资源在油品-化工品-芳烃上得到综合利用。

(3) 轻烃技术绿色化。在转化为清洁油品或其他高价值资源的同时，轻烃加工技术本身应绿色化和清洁化，即应加强开发高效率、低消耗、低排放的绿色生产工艺，从源头上减少能源资源消耗和污染物产生。对于烷基化工艺而言，虽然硫酸法和氢氟酸法工艺技术成熟，已在国内外多家炼油厂应用，但两种烷基化技术存在环境污染、设备腐蚀、以及安全生产等问题。固体酸烷基化法具有生产过程无废酸排放、污染少、设备腐蚀轻等优点，已成为烷基化工艺在工业应用上的一个新的发展方向[9]。

(4)轻烃技术集成化。轻烃集成技术应包括分离技术与转化技术的集成、多种分离技术之间的集成和多种转化技术之间的集成等。由于不同技术具有不同的优缺点，多种技术的集成化应用将会进一步提升轻烃资源的利用效率，降低转化能耗，从而提高整体效益。以炼油厂氢气回收为例，通过膜分离技术与PSA技术的集成，可形成技术优势互补，既能提高氢气回收率，也能让氢气纯度达到目标要求。此外，气体分离技术与油品-乙烯-芳烃生产技术的集成可同步实现多种资源的高效利用，一方面提升炼油厂汽油品质，为乙醇汽油推广普及奠定技术基础，另一方面助力炼油厂的化工转型。但目前由于部分炼油厂规模较小、炼化一体化程度不高，轻烃资源综合利用水平较低。但随着炼油厂大型化的发展趋势和化工转型的发展要求，炼油厂轻烃技术集成化应用将会进一步加强。

5、结论

随着炼油厂大型化、一体化、基地化的发展趋势和炼油厂加工技术的发展，轻烃将不再是炼油厂副产的廉价产品，而逐渐成为可高价值利用的低碳资源。炼油厂干气中的富C2轻烃可回收作为生产乙烯原料或直接转化利用，富氢轻烃可通过分离技术回收高价值氢气，富甲烷轻烃也可作为炼油厂制氢原料。与干气相比，炼油厂液化石油气资源更加丰富，利用途径也更加多样化。丙烷和丙烯可作为优质的化工原料，C4轻烃可生产汽油调合组分或芳烃，也可作为化工原料进一步转化为乙烯、丙烯和丁二烯等。与典型燃料型炼油厂相比，一体化型炼油厂的轻烃资源综合利用水平更高，资源集约化利用程度更强。但不论是燃油型炼油厂还是一体化型炼油厂，在油品升级和转型发展过程中，炼油厂部分轻烃资源在转化为优质油品组分的同时，轻烃资源利用将更加分子化和多元化，轻烃技术也将朝着绿色化和集成化方向发展。