原油制化工品

支持能源转型

沙特阿美正携手公司成员沙特基础工业公司(SABIC)一道,努力推进原油制化工品创新转化技术的商业化进程,奠定我们在全球石化行业的龙头地位。

我们的原油制化工品(C2C)技术将去除或简化若干传统的工艺流程,不仅降低了化工产品的生产成本,同时还将减少与使用石油有关的碳足迹。

对于非化工行业从业者来说,这一计划的目标听起来颇为简单——以优化方式将原油直接转化为化工产品。但化学工程师和化学家都明白,这个看似简单的想法背后需要付出怎样的努力。在达兰总部的研发中心(R&DC),我们的科学家正在努力探索,寻求新的突破。

研究中枢

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研发中心位于我们的达兰总部,是一个大型研究机构。在这里,我们的科学家正在忙碌地工作着。他们当中有些人专注于燃料技术研究,有些人则致力于对未来内燃机的优化。

白板上写满了复杂的公式——这是我们最具智慧研究人员的灵感闪现。研发中心的研究课题多种多样,涵盖可持续发展、中下游业务;在这里,技术发展相当迅速。

为了实现我们的原油制化工品目标,我们已经进行了大量的合作与收购,并成立了许多合资企业。与此同时,一项雄心勃勃的技术战略正在中心全面铺开。

位于沙特阿拉伯达兰总部的研发中心。

通过解锁原油成分和原油转化为化学品背后的化学机制,我们正不断实现突破创新。

研发中心经理阿玛尔·纳维(Ammar A. Al Nahwi)表示,“这是一项真正的开创性研究,我们正在利用原油,研究如何通过催化剂和分离装置方面的突破,以最短、最优化的途径直接获得化工产品。”

“我们的目标是,将原油制化学品的转化率提升到70%至80%,从而提高竞争力。在这一领域,我们显然处于技术领先地位。”

阿玛尔·纳维,研发中心经理

当前的进展

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通常而言,原油会在炼油厂进行加工,被转化为各种馏分,如石脑油、柴油、煤油、汽油和高沸点残留物。

在这些分馏产品中,有一些会成为传统石化生产的原料。但这样做的成本很高,整个流程需要经过大量高成本且能源密集的精炼步骤。

可采用的改进方法是,优化整合目前的炼油工艺,提高每桶原油的化工产品产量。这包括调整炼油一体化装置现有的成熟技术和工艺,将每桶原油的化工品转化率从常规的8%提高到12%,最高可达50%。

沙特阿美和沙特基础工业公司最近在原油直接制化工品方面的合作就是这一做法的良好范例。但是,能不能在减少工艺步骤的同时再进一步提高收率呢?

科学家卡雷穆丁·谢赫(Kareemuddin M. Shaikh)检查原油直接制化工品技术试验装置的压力控制阀。

为了破解这一难题,我们的工程师和科学家正采取多种策略和技术开展研究,重点关注通过热力和催化途径将原油直接转化为化学品。每个研究方向都有其本身的特殊性和复杂性,所处的阶段也不尽相同。

化工产品研发部主管科学家兼首席技术专家易卜拉欣·阿巴(Ibrahim A. Abba)指出:“每个研究方向都会给我们提供不同的技术选择。”

“多条路径的研究同时进行,不仅让我们拥有更多选择,也为公司的未来发展提供了尽可能多的机会,因为这些技术路线涉及不同的原油类型、产品系列、时间安排和不同的资本密集度。”

阿巴领导着一个由80名科学家和工程师组成的团队。作为该计划的首席技术专家,他的职责包括提供技术指导、协调不同研究路径的活动,以及建立国际合作伙伴关系,包括与我们在世界各地的全球研究中心的合作伙伴关系。

“波士顿研究中心专门从事催化和先进材料的研究,我们正在与那里的同事展开密切合作,探索各种新型催化剂。这对我们在达兰总部的工作是一个补充,”阿巴说。“很幸运的是,我们今天形成了一个真正的全球人才网络,这对我们成功完成这项雄心勃勃的事业至关重要。”

携手合作,共创辉煌

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在所有研究方向中,最为前沿的是原油热处理直接制化工品(TC2CTM)计划。

沙特阿美已经与行业领先的美国技术提供商西比埃(CB&I,现为McDermott)和雪佛龙鲁玛斯全球(CLG)签订合作开发协议,以进一步加快这一技术的开发和示范。

这项合作将大大加快该技术的商业化进程。在雪佛龙鲁姆斯全球的里士满技术中心,我们的团队正致力于对这一技术进行更大规模的示范。

 

在一间原油直接制化工品(下称“C2C”)实验室里,实验室技术人员杜海曼·亚米(Duhaiman U. Yami)在监测原油处理装置上的湿式气体流量计,该装置是原油热处理直接制化工品中试装置的一部分。

对C2C团队来说,计划的成功离不开两个关键因素,即内部支持和全球合作。公司内部的合作伙伴关系,特别是与化工业务部门的合作伙伴关系至关重要。在推进研究进程的同时,必须要在技术、工程和经济方面与他们保持一致。

全球合作也极为关键。利用其他设施和知识,可以缩短我们的研发时间,优化我们的工作,同时建立可以强化我们业务的长期合作伙伴关系。

 

对催化剂的探寻

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对催化剂的探寻是所有CTC研究的共同主题。这是所有问题的关键。

催化剂的作用是与碳氢化合物混合,引发化学反应,最终制成化工品。这是达兰研发中心研究工作的核心。

“在实验室里,我们根据需要研制催化剂,以期实现乙烯和丙烯的产出最大化,”科学家戈佩尔·朱图(Gopel Juttu)谈到他在通过催化途径C2C方面的工作时说道。

他每天都与同事一起,对催化剂的各种成分进行试验。“除了化学反应,在评估催化剂性能之前,我们也必须识别合适的催化剂形态和强度,”他补充说。

“想象一下你正在做饭,菜谱中包含许多食材,”朱图解释说。“一开始,你会先放主要食材,对我们而言就是沸石,之后会再加入其他配料来获得想要的味道和口感。”

因此,团队与许多知名大学合作,建立测试实验室以优化和监测催化剂的性能——这是成功合作的又一典范。

 

奥拉·阿里(Ola Ali)正在与阿卜杜拉国王科技大学的研究团队合作,开发一种只需一步就能实现C2C的催化剂。

在原油直接制化工品计划的所有研究方向中,最雄心勃勃的是与阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)合作开展的项目。在沙特阿美设于阿卜杜拉国王科技大学的研究中心,我们的科学家奥拉·阿里正在探寻原油直接制化工品研究中的“圣杯”——创造一种催化工艺,只用一步就可完成对任何类型原油的预处理并将其直接转化为化工品。

“我们的目标是在一个步骤中完成所有反应,”她自信地说道。“其核心是一种多功能催化剂,能够同时实现裂化、脱氢、脱芳烃和脱硫等步骤。”

该研究仍处于早期阶段,阿里对任务的规模和难度有着清醒的认识。

“这个项目非常有挑战性,只用一个步骤就完成原油的预处理和裂化,这看起来就像是科幻小说。我们在2017年完成了和阿卜杜拉国王科技大学催化反应中心的三年合作,期间已经开发出了性能优越的第一代催化剂。”

奋发向前

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如果想要了解这些项目的进展情况,我们可以参考一项数据,就是沙特阿美在原油直接制化工品领域不断增加的专利数量——迄今为止已接近50项。

团队成员正继续开展他们的前沿研究并与合作伙伴展开合作,与此同时,他们对未来有着共同的愿景。

展望未来,他们看到,2025年,一套世界级的原油热处理直接制化工品装置正在建设中。他们相信其他研究方向也即将取得成果,并预计在一步直接转化技术上会有重大发现和突破。除此之外,预计到2025年,专利数量也会翻倍。

“这些想法确实有些大胆,但作为科学家,你必须如此,”纳维说。“任何研发过程,一开始并不总是一帆风顺。但如果你有一个很棒的团队、一份扎实的计划、坚定的执行力和热忱,那么你得到幸运之神眷顾的机会就要大得多。”