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產業技術評析

原油製化學品技術新廠發展狀態
發表日期:2018-12-26
作者:劉致中(工研院)
摘要:
有一種新興趨勢正在改變煉油產業:原油煉油投資者正在找尋從運輸燃料轉向利潤率更高的化學品產品的方法。

全文:

一、前言
 

隨著世界化學產業的發展,煉油廠產品種類從早期發展的燈油和煤油,演進到當代以汽油、柴油和噴射燃料等運輸用燃料為主力。近20年更發展成於原油煉油廠附近設立化工廠,就近將運輸燃料以外的副產品,升級為價值更高的化學產品,以提升附加價值。從純粹生產運輸燃料的傳統中型煉油廠來說,比例約為95%的運輸燃料和5%的化學品。
 

今天,有一種新興趨勢正在改變煉油產業:原油煉油投資者正在找尋從運輸燃料轉向利潤率更高的化學品產品的方法。由於在照顧民眾與平抑大宗物價的前提下,世界各國燃料油品的價格與稅賦往往受到政府較多的管控,難以有高獲利的機會;因此生產運輸燃料的煉油廠與化工公司在考量增加營收與盈餘的情況下,希望藉由一方面降低燃料商品生產比例,一方面提高化學品生產比例的方式來提升營運效益,此種方式成為各國煉油與石化公司近期關注的焦點。
 

一方面降低燃料商品生產比例,一方面提高化學品生產比例的技術最受關注的是「原油直接製造化學品」(Oil to Chemical, OTC)的技術。以往做法是煉油廠商將原油經煉製製程後產出各式燃料油品與石油腦(輕油),石化公司再以石油腦為原料生產乙烯、丙烯等各式石油化學產品。近年新建的煉製廠與石化廠商,已經開始應用OTC技術做為提升自身營運效能並因應市場的快速變化;應用此類新技術的公司與新建工廠,也受到市場高度的關注與其它競爭廠商的防備。因此,此項新生產技術的擁有與操作廠商對於技術細節相當保密,外界所能獲取的資料相對較少。本文彙整分析此項技術應用廠商的動態與商業行為,及國際研討會中各家顧問機構所公布的資料來介紹與探討此項技術。
 

二、OTC技術的相關應用計畫
 

目前全球應用OTC技術的建廠計畫主要有四項,最早的是2014年ExxonMobil在新加坡裕廊島所建造的100萬噸乙烯裂解廠計畫,此計畫已經完成且已經開始商轉;近期則是中國大陸恆力集團在遼寧省大連市長興島的恆利石化工業園區內的Integrated Complex計畫;與中國大陸浙江石化在舟山島的Integrated Complex計畫;最後是SABIC與Saudi Aramco公司合作的Crude Oil-To-Chemicals(COTC) Complex計畫,底下將詳細介紹與分析。
 

(一)ExxonMobil新加坡裕廊島的乙烯裂解廠計畫
 

2014年ExxonMobil公司在新加坡裕廊島建立了直接從原油中生產100萬噸/年乙烯的工廠,省略了傳統的石腦油裂解方法。根據IHS公司的描述,ExxonMobil公司的製程完全繞過現有的煉油製程,直接將原油輸送到裂解爐,這些製程都需經過重新設計。
 

此廠包含兩條65萬噸/年的PE製程,一條年產能50萬噸的PP製程 一條30萬噸/年應用茂金屬觸媒生產彈性體的製程,一條12.5萬噸/年的oxo alcohols製程,一條8萬噸PX製程與34萬噸/年的苯製程。
 

ExxionMobil公司2018年5月發佈的Market Insights on the Crude-to-Chemicals Trend: Refining the Product Slate一文中,提及ExxionMobil公司Crude oil to Chemical計畫的關鍵設計原則,包括:1.將原油最大化的轉化為輕質化學品和最小化的轉化為燃料產品。2.進料和產品比例須隨著市場需求的變化隨時靈活調整。3.能源可靠度與經濟效益滿足下,能源(製程使用的燃料和電力)使用的最適化。4.環境能力可符合更嚴格的排放法律要求。5.配置最佳化滿足CAPEX和OPEX目標。
 

(二)中國大陸恆力集團的Integrated Complex計畫
 

中國大陸的恆力集團創建於1994年,集團主要業務來自於紡織產業,目前擁有全球產能最大的PTA產線。恆力集團的石化相關業務主要由旗下的恆力石化公司運作,恆力石化公司從2010年開始投資遼寧省大連市長興島的恆利石化工業園區,園區總規劃面積10平方公里,分兩期進行建設。第一期為PTA項目,第二期是煉油廠和化工廠。
 

第一期的三套PTA製程採用美國Invista的技術,總投資額為人民幣340億元,年產660萬噸的PTA,為全球產能最大的PTA工廠之一。2010年開工建設,2012年9月試生產,2016年產值已達600多億元人民幣。
 

第二期的煉油廠為2000萬噸/年的煉化一體化項目,採用法國Axens 公司技術,總投資額740億元人民幣,2018年建成後可達到年產值3,000億元人民幣的規模。本項目的原油一次加工能力為2000萬噸/年,芳烴聯合裝置規模為450萬噸/年(以PX產量計算);採用加拿大油沙取的中、重油與卡達原油作為進料,運用常、減壓蒸餾、加氫裂解、芳烴加氫等製程,加氫規模達2,300萬噸/年。
 

(三)浙江石化在舟山島的Integrated Complex計畫
 

依據中國大陸浙江省政府2017年5月3日發布的環境評估報告中,浙江石化的新建項目包括兩條40萬桶/天的煉油製程(一條製程煉量2000萬噸/年)與兩條140萬噸/年的乙烯生產製程。浙江石化公司是由紡織品製造商的榮盛控股集團、桐昆集團與石化生產商的巨化集團共同合資1,730億元人民幣(254.4億美元)所成立,浙江石化並與浙江地區最大的地方國企—浙能集團投資110億元人民幣(浙能60%,浙江石化40%)成立浙江省石油股份有限公司(簡稱浙江石油),讓浙江石化這間民營企業正式進入中國大陸的煉油行業。
 

浙江石化公司的Integrated Complex計畫由中國大陸惠生工程承包,計畫的第一階段將先建成1,000萬噸煉油,140萬噸的乙烯生產線,將於2018年12月開車,第二階段計畫於2021年第一季完成另外140萬噸乙烯的生產線。2018年11月第一階段140萬噸乙烯生產線的9座裂解爐安裝完畢,單台乙烯產能為20萬噸/年,為目前世界上最大的單一乙烯裂解爐,其高度達53米,總重量約3,700噸。目前在該廠製程資料的資訊極少,因此無法得知其技術細節。
 

(四)SABIC與Saudi Aramco公司合作的Crude Oil-To-Chemicals(COTC) Complex計畫
 

2016年6月Saudi Aramco公司宣布與SABIC建立合資企業,並於2017年11月27日簽署了一項歷史性協議,旨在沙烏地阿拉伯投資200億美金建立從原油到化學品(COTC)的複合廠,引發全球關注。該廠預計將將建在紅海沿岸的Yanbu,每天可處理40萬桶的原油,每年能夠生產約900萬公噸的化學品和基礎油,並包括兩條總產能為300萬噸/年的乙烯生產線。
 

該廠可能採用Aramco製程,Aramco的技術與ExxionMobil公司的技術完全不同。Aramco的技術一開始即將整桶原油送入加氫裂解製程,該製程將除硫並產出較輕質的化合物。加氫裂解製程後產出之Gas oil和較輕的成分被送進傳統的蒸汽裂解爐(Steam Cracker),而較重的成分被送到由Aramco自行開發的流體催化裂解裝置(FCC),將烯烴產量最大化。
 

IHS化學公司警告:Aramco製程目前仍然只是一個未經測試的製程,實際上沒有試驗工廠(pilot plant)來試驗過這個製程。
 

IEK View
 

(一)OTC技術主要運用熱裂解與加氫裂解來增加化學品煉製比例
 

由ExxonMobil、SABIC與Saudi Aramco釋出的OTC技術資料來看,都採用原油作為進料,ExxonMobil技術利用Flex-coking單元將塔底油再度裂解,SABIC與Saudi Aramco技術則利用加氫裂解方式先裂解原油後,再利用流體催化裂解裝置將重質成分進一步裂解,均為利用熱能將多碳重質成分進一步裂解成輕質成分。中國大陸恆力公司技術則瞄準乙烯與對二甲苯兩項產品,利用加氫裂解方式將乙烯與對二甲苯產出量極大化。
 

(二)各家OTC技術製成單元都不相同,運用實績至為重要
 

由上述4家已經發布OTC技術訊息的公司,ExxonMobil與中國大陸恆力公司已有實際運轉工廠,浙江石化與SABIC/Saudi Aramco公司的技術尚待實廠運轉驗證,浙江石化應用中國大陸自身的惠生工程設計公司,雖有其它設計運作實績,但對OTC技術的製程設計應屬頭一遭,後續應持續觀測浙江石化舟山島計畫的運作狀況,方可了解中國大陸OTC技術的程度與進展。SABIC/Saudi Aramco公司的技術仍留在專利階段,一個月內設計公司由Wood Group轉換成KBR,顯示此技術可能對某些經驗相對較少的公司構成相當的設計阻礙。
 

(三)運輸燃料與化學品在當地的需求決定OTC技術的價值
 

由此四家公司的設廠地點可以發現位於亞洲與中東地區,其瞄準的均為亞洲這塊全球石化化學品價位較高的區塊,如何從煉油產業中努力挪出更高的附加價值已成為不具原料價格優勢的亞洲煉油廠所必須思索的問題。台灣未來在運輸燃料使用量日趨下滑的情況下,如何將多出的煉油餘裕量轉換為價值較高的化學品,小型OTC技術或許是可以考量的方向。
 

(本文作者為工研院產科國際所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)


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更新日期:2020-04-08

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