石油炼制工业面临的挑战

早在公元1世纪，东汉班固著《汉书·地理志》中就有“高奴有洧水可”的记载。北魏郦道元著《水经注》引述西晋张华于公元267年著《博物志》中的一段记载，对石油有了较详细描述：“酒泉延寿县南山出泉水，大如筥，注地为沟。水有肥，如肉汁，取著器中，始黄后黑，如凝膏，燃极明，与膏无异。膏车及水碓缸甚佳，彼方人谓之石漆。”“石油”一词的出现则始于北宋沈括著的《梦溪笔谈》：“鄜延境内有石油，旧说高奴县出脂水即此也”（见彩图）。至北宋神宗时期(1068～1085)，中央军器监属下的作坊中就有加工原油的“猛火油作”和使用猛火油的器械“猛火油柜”。可见此时石油已用于军事。但将石油进行加工利用，并形成炼制工业，则始于19世纪初的欧美。经过100多年的发展，特别是第二次世界大战的刺激，现在石油炼制工业已成为最大的加工工业之一。炼油工业的产生　1823年，俄国杜比宁三兄弟在莫兹多克建立俄国的第一座釜式蒸馏工厂炼制石油。1854年，美国B.西利曼建立最早的原油分馏装置。1860年，美国人W.巴恩斯代尔和W.A.艾博特在宾夕法尼亚州的泰特斯维尔建造了美国第一座炼油厂，投资15000美元。至19世纪末全世界已建设了许多炼油厂或炼油装置，大都采用釜式间歇蒸馏或釜式连续蒸馏，主要生产照明用的煤油。当时，汽油和重质油没有找到用途，一度成了炼油厂难以处理的废料。1876年，俄国根据化学家Д.И.门捷列夫的提议，建造了一座从重质油大规模炼制润滑油的工厂。不久，石油润滑油开始在各个应用领域取代动植物油脂。随后，发明了燃烧重质油的喷嘴（燃烧器），重质油开始用作锅炉燃料，并逐渐成了各工业部门以至铁路和水运部门不可缺少的燃料。特别是将这种液体燃料用于军事以后，石油的作用更加扩大了。近代炼油工业　19世纪80年代初，煤油灯因电灯的发明而相形见绌，并逐渐被淘汰。特别当19世纪末叶，汽车发动机和柴油发动机相继问世以后，汽油和柴油很快取代灯用煤油的地位。由于汽车工业的突飞猛进，以及第一次世界大战的刺激，汽油需要量激增，仅从原油蒸馏(即一次加工)中得到的汽油已远不能满足需要，人们进行了把大分子烃类裂化成小分子烃类的试验。1913年W.M.伯顿液相裂化工艺首先实现了工业化，在一定的压力和温度下进行石油馏分的热裂解，获得了更多的汽油。1930年，美国建成延迟焦化装置，对减压渣油进行焦化，生产轻质油品和石油焦。自20世纪20年代初，杜布斯裂化装置等一系列热裂化装置先后投产时，炼油技术就开始从一次加工发展到二次加工（见石油炼制过程）。1925年后，化学工程的发展和实际应用，管式炉、泡罩塔、汽提塔等设备的采用，促进了炼油技术的发展。1930年，汽油在全世界油品需要量中所占的体积百分比，已从1920年的26.1％上升到42.0％，其中裂化汽油已从0.5％激增到17.7％，而同期煤油的比例却从12.7％骤降到5.3％。此外，30年代前后炼油工业的另一重要的进展是润滑油生产技术日臻成熟，为了分馏出粘温性能好的润滑油料和获得更多的轻质油品，发展了减压蒸馏（见原油蒸馏）。为了脱除润滑油料中的石蜡和其他杂质，开发了离心脱蜡、溶剂脱蜡、溶剂精制、丙烷脱沥青等工艺。与此同时，润滑油添加剂的使用，大大改善了润滑油的质量，延长了使用寿命。因此，润滑油在全世界油品需要量中所占体积百分比，从1930年的3.7％下降到1940年的2.8％，而不是与原油加工量成比例增加。现代炼油工业　开始于第二次世界大战前后。40年代　是炼油工业由热加工转向催化加工的时期。转变的原因是为了增产汽油和提高辛烷值，以满足第二次世界大战的需要。由于热裂化汽油中含有大量烯烃和二烯烃，在贮存过程中容易生成胶质。为此，E.J.胡德利发明了用活性白土作催化剂（见固体酸催化剂）的固定床催化裂化工艺，并于1936年实现工业化。这是炼油工业发展中的一项重大突破。以后相继出现的流化床催化裂化装置(1942)和移动床催化裂化装置(1943)，掀起了建设催化裂化装置的高潮。其中流化床催化裂化在发展中居于优势地位，该工艺所采用的流态化反应、再生烧焦以及粉体物料输送等技术促进了工程设计技术的发展，并广泛应用到炼油工业及其他工业过程。从30年代炼厂气加工开始工业化，至40年代叠合装置和烷基化装置套数也有所增加，还出现了异构化装置。在此期间，石油化工因战争刺激而兴起，提供大量生产硝酸铵炸药所需的氨、生产梯恩梯(三硝基甲苯)炸药所需的甲苯、生产合成橡胶所需的丁二烯和苯乙烯等。50年代　是炼油工业催化加工全面发展的时期。各炼油公司继续开发出各种形式的流化床催化裂化工艺。为了把质量差的直馏汽油转化成高辛烷值汽油，以满足市场需要，美国环球油品公司于1949年开发了固定床铂重整工艺；此后又出现了流化床催化重整(1952)和移动床催化重整(1955)工艺，其中以固定床催化重整占主导地位（见催化重整）。重整装置副产大量廉价氢气，又促进了加氢技术的发展，于是汽油、柴油和润滑油的加氢精制装置相继投产。此外，开始使用电化学精制和分子筛精制工艺（见石油产品精制），并出现了流化焦化装置，同时开始大量生产合成润滑油。50年代也是世界石油化工的重要发展时期。战后，催化裂化和催化重整装置的大量建设，以及石油、天然气的广泛利用，为石油化工提供了含有大量烯烃的炼厂气和充足的芳烃（苯、甲苯、二甲苯）原料，促进了石油化学工业的全面发展（见石油化工发展史）。60年代　初期，全世界原油年加工能力已达到1.046Gt，催化裂化加工能力约占原油加工能力的21.45％（质量），催化重整加工能力约占9.9％（质量），加氢精制加工能力约占10.6％（质量）。催化重整副产大量氢气以及喷气式飞机的发展，促进了加氢裂化工艺的开发。1959年，第一套加氢裂化装置在美国投产以后，其发展愈来愈快，大有取代催化裂化的趋势。面对这一挑战，催化裂化工艺不断革新；60年代出现的含分子筛的催化裂化催化剂（见分子筛催化剂），以及采用极短反应接触时间的提升管裂化技术，大大提高了产品产率、油品质量，并降低了催化剂的损耗，使催化裂化工艺经住了冲击。70年代　1973年中东战争开始后，随之而来的两次石油价格上涨给炼油工业带来了冲击，迫使一些炼油公司停建新炼油厂，并关闭一部分炼油厂，而致力于增加二次加工能力，以便充分利用原油，提高石油产品的产率。因此，全世界的原油加工总能力上升速度明显减慢，并从1982年起，出现了逐年下降的情况。另一方面，催化裂化、催化重整、延迟焦化等加工能力却继续增加。这使得炼油工业的装置结构发生了变化，加工深度增加了。随着供应的原油日益变重变差，它的密度和含硫量增加，各炼油公司都大力改进催化剂、革新工艺流程、改变操作条件、采用高效节能设备，以适应原料变劣、操作变苛、产品方案要求灵活、环保要求日益严格的需要。出现了更多的含硫重质油转化新工艺，各种产品的加氢精制和重质油加氢脱硫工艺的应用更加普遍，同时也研制出不少新型催化剂。这使炼油装置的能耗明显下降，并且使世界炼油工业在节能和环保方面都取得了大进展。中国炼油工业　中国虽然很早就发现了石油，但现代炼油工业的起步却比较晚。1905年，陕西地方当局兴办了延长石油官厂，1907年开钻出油，并生产了煤油。1937年该厂改名为延长石油厂。到1942年，年加工原油量达到16000余桶，用釜式蒸馏法生产了汽油、煤油、柴油、机油（即润滑油）和石蜡等产品。1939年，甘肃玉门老君庙油田开始钻井采油，1941年成立甘肃油矿局，建设了以釜式蒸馏为主的炼油厂，1942年原油加工量达64kt。1949年，中国原油产量只有120kt，原油加工能力约170kt，只拥有蒸馏、热裂化、叠合、离心脱蜡等少数炼油装置，而且规模都很小。50年代除了恢复已有石油炼厂和页岩油厂外，还利用苏联的技术建设了以兰州炼油厂为代表的年加工原油量1Mt级的现代化炼油厂，掌握了移动床催化裂化和润滑油生产等技术。进入60年代以后，随着原油产量的迅速增加，依靠自己的力量建设了以大庆炼油厂为代表的年加工原油量1.5Mt级的炼油厂，掌握了延迟焦化、流化床催化裂化、铂重整、尿素脱蜡等技术和相应的催化剂制造工艺，以及加氢裂化、天然气蒸汽转化制氢、烷基化等工艺，如1965年中国自行开发的铂重整装置在大庆炼油厂投产，流化床催化裂化装置在抚顺石油二厂投产，缩短了与世界炼油技术先进水平的差距。70年代起，建成了多座年加工原油量2.5Mt级的炼油厂，以及多金属催化重整、分子筛脱蜡、喷雾蜡脱油、软蜡裂解、加氢精制、提升管催化裂化、同轴式流化床催化裂化等新型装置，如1974年使用分子筛催化剂的提升管催化裂化装置在玉门炼油厂投产。在炼油厂节能和环保技术方面已达到了一定的水平。1984年中国原油产量达到114.53Mt，居世界第六位。原油年加工能力超过103Mt，名列世界第七位（见图）。参考书目申力生主编：《中国石油工业发展史》，第一卷，石油工业出版社，北京，1984。　W.L.纳尔逊著，左鹿笙译：《石油炼制工程》，上，下册，中国工业出版社，北京，1964。(W.L.Nelson，PetroleumRefineryEngineering，4thed.，McGraw-Hill.NewYork，1958.)

中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院。

本标准适用于石油炼制企业的废水治理工程，可作为环境影响评价、可行性研究、设计、施工、安装、调试、验收、运行和监督管理的技术依据。 2100433B