頁巖油深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展評述

陳 松，周 揚(yáng)，王曉棟

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，哈爾濱 150090）

頁巖油深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展評述

陳 松，周 揚(yáng)，王曉棟

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，哈爾濱 150090）

本文敘述了國內(nèi)頁巖油深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的背景，介紹了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，分析評價(jià)了國內(nèi)頁巖油深加工的技術(shù)水平，最后對頁巖油深加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了預(yù)測。

頁巖油；深加工產(chǎn)業(yè)；加氫技術(shù)

頁巖油是煉制汽、柴油等運(yùn)輸燃料和生產(chǎn)化學(xué)品的原料，其用途包括直接利用和深加工利用。直接利用是傳統(tǒng)的利用途徑，即頁巖油直接作為船用或爐用燃料油的調(diào)合組分直接使用。深加工利用分為兩個(gè)利用途徑：一是采用常規(guī)石油煉制工藝加工生產(chǎn)汽柴油，副產(chǎn)的液化石油氣LPG用作工業(yè)和民用燃料。二是以催化熱裂解工藝作為龍頭加工生產(chǎn)低碳烯烴，為下游的新材料和精細(xì)化工等提供原料，LPG作為原料進(jìn)行深加工生產(chǎn)丙烯和異丁烯。

1　頁巖油的組成和性質(zhì)

頁巖油是油頁巖干餾時(shí)有機(jī)質(zhì)受熱分解的產(chǎn)物，也稱“頁巖原油”，其碳?xì)浔阮愃铺烊皇汀Ｒ蚋鞯赜晚搸r生成的地質(zhì)條件不同加之熱解條件的差異使得其頁巖油組成和性質(zhì)不同。但是，我國頁巖油的典型性質(zhì)表現(xiàn)為“三高一低”，即石蠟含量高、凝固點(diǎn)高、氮含量高及瀝青質(zhì)含量低，均屬高氮石蠟基油種。

因頁巖原油與常規(guī)石油的組成有很大差異，所以需經(jīng)過特殊的加工處理工藝改質(zhì)為“合成原油”才能作為常規(guī)煉廠的原料。

2　頁巖油的深加工

2.1頁巖油的深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景

頁巖油深加工方法包括非加氫技術(shù)和催化加氫技術(shù)，非加氫技術(shù)包括熱加工、酸堿精制、溶劑精制、吸附精制等，其目的是脫除頁巖油中硫、氧、氮等雜原子化合物，獲得所需液體燃料［1］。

我國頁巖油深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展始于20世紀(jì)50年代，由于非加氫技術(shù)具有投資少、工藝操作簡單、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)勢，成為當(dāng)時(shí)頁巖油深加工的主流技術(shù)，即撫順石油三廠所采用的熱加工——酸堿精制工藝生產(chǎn)汽柴油。但是非加氫技術(shù)無法從根本上解決頁巖油的非理想組分高、產(chǎn)品安定性差的問題。該工藝存在輕油收率低（57.3%）、產(chǎn)品質(zhì)量差、能耗物耗高和酸堿渣污染環(huán)境等缺點(diǎn)。

1953年，撫順石油三廠在原熱加工——酸堿精制流程基礎(chǔ)上，率先將催化加氫技術(shù)引入到頁巖油深加工工藝中，開發(fā)了頁巖油熱加工——酸堿洗滌——加氫精制工藝。該工藝使產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯改善，但仍存在輕柴油質(zhì)量較差和環(huán)境污染等問題。

20世紀(jì)50年代后期，撫順石油二廠開發(fā)了熱加工——加氫精制工藝并進(jìn)行了中試。該工藝與非加氫工藝相比具有輕油收率高（67%）、可獲得優(yōu)質(zhì)噴氣燃料和輕柴油、副產(chǎn)的煉廠氣用于制氫等優(yōu)勢。此外，該工藝取消了酸堿洗滌單元，改善了煉廠環(huán)境。

1956——1958年，前石油工業(yè)部撫順石油煉制研究所對撫順頁巖油全餾分進(jìn)行了加氫精制——加氫裂化小試試驗(yàn)，輕油收率可達(dá)78.5%。隨后又進(jìn)行加氫精制——催化裂化試驗(yàn)，汽油收率約35%，柴油收率31%，總液收率達(dá)74%。1958年，該研究所在進(jìn)行焦化——輕油中壓加氫精制工藝研究的基礎(chǔ)上，提出了撫順頁巖油全餾分焦化——輕油中壓加氫精制流程方案并搭建中試，取得較好的效果：輕油收率63.4%（對原料油），化學(xué)氫耗量1.3%。

中科院前大連石油研究所進(jìn)行了茂名和撫順頁巖油全餾分高壓固定床加氫精制的研究，并與撫順石油煉制研究所合作進(jìn)行了中試放大試驗(yàn)，產(chǎn)品主要有輕柴油、錠子油、重油及石蠟等。

20世紀(jì)60年代初期，石油資源大量開發(fā)，撫順和茂名的頁巖油裝置全部改造為石油煉制和加工，熱加工——加氫精制工藝方案未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。此后由于頁巖油可直接作為燃料油出售，頁巖油深加工發(fā)展趨于停滯。20世紀(jì)80年代，為了滿足國內(nèi)提高油品質(zhì)量和生產(chǎn)化學(xué)品的需要，撫研院提出了延遲焦化——加氫精制——加氫裂解新工藝，即頁巖油全餾分延遲焦化，焦化輕油經(jīng)酸堿抽提回收酚類、吡啶類后，加氫精制獲取合格石腦油；焦化柴油經(jīng)經(jīng)酸堿抽提回收環(huán)烷酸、喹啉類后，加氫裂解制取合格石腦油、噴氣燃料和輕柴油組分，延遲焦化的焦炭可用作電極焦。受當(dāng)時(shí)條件限制，該工藝研究未能邁出實(shí)驗(yàn)階段。

2005年以來，隨著油頁巖開采量的增加，促使油頁巖煉油技術(shù)水平不斷提升，一批效率高、處理量大的Galoter爐、Petrosix爐、Taciuk爐及配套干餾新工藝、新設(shè)備的投產(chǎn)運(yùn)營，為企業(yè)增產(chǎn)增效提供了有效途徑。針對國內(nèi)成品油升級換代提速及尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)不斷苛刻的現(xiàn)狀，加氫技術(shù)以其產(chǎn)品質(zhì)量“高端化”和加工過程“綠色化”的獨(dú)特優(yōu)勢，一舉成為國內(nèi)研發(fā)機(jī)構(gòu)在頁巖油深加工領(lǐng)域中研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。同時(shí)，企業(yè)為了提高產(chǎn)品的附加值，提升市場競爭力，紛紛將目光匯聚到以加氫工藝作為主要技術(shù)手段來完成頁巖油的深加工過程。目前，加氫技術(shù)已成為頁巖油深加工行業(yè)的支柱技術(shù)。

2.2頁巖油深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

國外頁巖油加工利用大多以本國油頁巖資源為基礎(chǔ)，根據(jù)油頁巖的組成和性質(zhì)，由不同的產(chǎn)品方案催生出各種加氫和裂化組合工藝。

巴西石油公司采用Petrosix爐加工伊拉提油頁巖，生產(chǎn)的頁巖油分餾為輕、重餾分，輕餾分經(jīng)FCC制取汽油，重餾分作為燃料油，高熱值干餾氣經(jīng)CLAUS制取硫磺后經(jīng)壓縮分離得到LPG，剩余干餾氣作燃料或城市煤氣使用。

澳大利亞SPP/CPM公司合作，采用加拿大ATP干餾技術(shù)加工司道特油頁巖。該公司2009年實(shí)現(xiàn)頁巖油產(chǎn)量430萬噸，2013年產(chǎn)量預(yù)計(jì)增至700萬噸。所生產(chǎn)的粗頁巖油經(jīng)分餾后，輕餾分加氫制取超低硫石腦油和中餾分油，中質(zhì)頁巖油用作燃料油稀釋油。

美國聯(lián)合油公司于20世紀(jì)80年代建成巖石泵干餾爐加工綠河油頁巖，其處理量為10 000t/d。加工后的頁巖油送煉廠經(jīng)加氫處理——加氫裂化制取汽油、噴氣燃料和柴油等輕質(zhì)油品。

愛沙尼亞利用 Kiviter爐和 Galoter爐加工Kukersite油頁巖，目前正在開展頁巖油的加氫中試，以制取石腦油、低硫柴油及低硫瓦斯油；部分頁巖油用于生產(chǎn)精細(xì)化工產(chǎn)品［2］277。

LC-fining和H-oil工藝是頁巖油深加工比較成熟的技術(shù)，該技術(shù)采用沸騰床加氫裝置可加工頁巖油、渣油、油砂瀝青、煤煉油等重質(zhì)油，有效解決原料油中有害雜質(zhì)對煉制過程造成的危害，提高合成油的質(zhì)量。該技術(shù)不足點(diǎn)在于，投資成本高、操作復(fù)雜，存在約占30%未轉(zhuǎn)化渣油（＞538℃）的出路和產(chǎn)品需二次加工等問題。目前，國外已有14套裝置投入商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)［3］，且均以重渣油作為裝置原料。

總之，在當(dāng)前頁巖油加氫技術(shù)領(lǐng)域中，國外從事該研究和開發(fā)的科研機(jī)構(gòu)并不多，且多數(shù)研究還處于數(shù)學(xué)模擬、概念研究、實(shí)驗(yàn)室研究階段，僅有澳大利亞SPP公司達(dá)到工業(yè)試驗(yàn)階段。

國內(nèi)頁巖油深加工技術(shù)經(jīng)過幾十年的努力和沉淀，已形成自己的特點(diǎn)。特別是“十二五”期間，國家對油頁巖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的鼓勵(lì)政策出臺后，油頁巖生產(chǎn)企業(yè)與科研院所、高等院校紛紛共建多種形式的“油頁巖產(chǎn)學(xué)研用”合作模式，積極開展頁巖油深加工技術(shù)的研究和開發(fā)工作。撫研院開展了以頁巖油全餾分為原料制取清潔燃料的研究，開發(fā)出加氫裂化——加氫處理反序串聯(lián)（FHC-FHT）組合工藝技術(shù)，中試結(jié)果可生產(chǎn)滿足歐V標(biāo)準(zhǔn)的清潔柴油、優(yōu)質(zhì)石腦油，且柴油收率高達(dá)81%，總液收率可達(dá)97%，化學(xué)氫耗僅為2.93%。中國石油大學(xué)和北京石油化工學(xué)院進(jìn)行了頁巖油柴油餾分加氫精制生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)清潔柴油技術(shù)的研究，均獲得比較滿意的結(jié)果。

我國頁巖油深加工技術(shù)與國外相比還有一定差距，其原因在于雖然我國油頁巖工業(yè)起步較早，干餾工藝水平與世界同步，但自20世紀(jì)60年代至21世紀(jì)初，油頁巖下游的深加工技術(shù)沒有長足進(jìn)步。從根本上講，一是近40年來基本上沒搞下游深加工，起步晚、底子薄。二是多數(shù)已開發(fā)的工藝沒有達(dá)到工業(yè)示范階段，缺少工程放大經(jīng)驗(yàn)，造成上下游無法銜接。三是老的工藝方案明顯帶有時(shí)代特點(diǎn)，即“高耗能”、“高污染”、“低產(chǎn)出”，無法適應(yīng)當(dāng)前行業(yè)推行的“節(jié)能降耗、減排增效”的要求。四是一些新技術(shù)、新工藝仍處于實(shí)驗(yàn)室開發(fā)階段，有些已經(jīng)申請專利并授權(quán)，但是這些新技術(shù)、新工藝距工業(yè)化生產(chǎn)尚有一定的距離。

因此頁巖油深加工的總體水平還有待提高，其研究開發(fā)的空間和潛力還很大。

目前，國內(nèi)有30多家企業(yè)從事油頁巖綜合利用項(xiàng)目，但由于部分企業(yè)采取項(xiàng)目分期建設(shè)，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)；部分企業(yè)等待國家出臺優(yōu)惠政策，深加工的配套設(shè)施緩建；部分企業(yè)持觀望態(tài)度；甚至還有部分企業(yè)打著深加工的旗號，將頁巖油直接投入燃料油市場銷售。截至2013年底，只有撫礦集團(tuán)配套年40萬噸頁巖油加氫精制裝置投入試生產(chǎn)，其他企業(yè)仍以油頁巖開采和干餾煉油為主。

3　國內(nèi)頁巖油深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展及預(yù)測

我國油頁巖資源豐富，根據(jù)2004——2006年新一輪中國油氣資源評價(jià)結(jié)果，國內(nèi)油頁巖預(yù)測資源高達(dá)7 199.4億噸，油頁巖可采資源量2 432.4億噸，折算成頁巖油資源量476.4億噸，頁巖油可采資源量159.7億噸，頁巖油可回收資源量119.8億噸［2］250，為我國頁巖油深加工發(fā)展奠定了雄厚的資源基礎(chǔ)。21世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對石油需求正在不斷的增長，加之油頁巖開發(fā)利用技術(shù)的不斷進(jìn)步，非常規(guī)石油資源——油頁巖——的開發(fā)和利用正在升溫。像撫順、樺甸、羅子溝等老礦區(qū)先后恢復(fù)了頁巖油生產(chǎn)，尤其是2005年國際原油價(jià)格持續(xù)攀升，國內(nèi)油頁巖的開采量也隨之增加，為油頁巖下游深加工的發(fā)展帶來了良好的機(jī)遇。

當(dāng)前國內(nèi)油頁巖煉油的生產(chǎn)成本約2 800～3 400 元/噸，頁巖油深加工成本約1 000～1 500元/噸，如果以國際原油價(jià)格長期高于60美元/桶，深加工方案暫按加氫石腦油、柴油為主產(chǎn)品的燃料型方案進(jìn)行預(yù)測并估算（國內(nèi)燃料油市場加氫石腦油6 800～6 900元/噸、加氫柴油7 150～7 300元/噸），頁巖油深加工項(xiàng)目將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。受世界性的能源危機(jī)、石油價(jià)格波動(dòng)和對液體燃料需求增長的影響，油頁巖產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)能源領(lǐng)域的“朝陽產(chǎn)業(yè)”，頁巖油深加工作為上游油頁巖煉油產(chǎn)業(yè)的延伸，其推廣應(yīng)用的前景廣闊。

［1]趙桂芳，姚春雷.頁巖油的加工利用及發(fā)展前景［J］.當(dāng)代化工，2008，37 （5）：496-499.

［2]錢家麟，尹亮.油頁巖——石油的補(bǔ)充能源［M］.北京：中國石化出版社，2008.

［3]李大東.加氫處理工藝與工程［M］.北京：中國石化出版社，2004，：77-81.

A Review of the Development of Shale Oil Deep Processing

CHENSong，ZHOUYang，WANGXiao-dong
（Energy and Environmental Research Institute of Heilongjiang Province，Harbin 150090，China）

This paper describes the industrial background of the development of domestic shale oil deep processing，introduces the present situation ofindustrial development，analyzes the technology ofdomestic shale oil deep processing，andfinally forecasts the development of shale oil deep processingindustry.

Shale oil；Shale oil deep processing；Hydrotreatingtechnology

TE664

A

1674-8646（2015）07-0010-03

2015-04-30

黑龍江省科學(xué)院科學(xué)研究基金“頁巖油深加工工藝關(guān)鍵技術(shù)的研究”

陳松（1969-），男，遼寧大連人，碩士，高級工程師，主要從事石油化工及煤化工能源應(yīng)用研究和技術(shù)開發(fā)工作。