生產(chǎn)轉(zhuǎn)型+產(chǎn)品優(yōu)化 乙烯工業(yè)再出發(fā)
文章來源：中國石油報 更新時間：2025-04-09 08:47:10
 編者按： 當(dāng)前，全球石化產(chǎn)業(yè)正處于深度調(diào)整期。在能源轉(zhuǎn)型、市場需求變遷等因素驅(qū)動下，石化產(chǎn)業(yè)邁向高端已成必然趨勢。從產(chǎn)能布局到技術(shù)創(chuàng)新，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化到綠色可持續(xù)發(fā)展，各環(huán)節(jié)都在重塑。在此背景下，本期《國際導(dǎo)刊》聚焦全球石化行業(yè)邁向高端進(jìn)程，探究產(chǎn)業(yè)新格局，剖析企業(yè)新策略，旨在為業(yè)界把握趨勢、搶占先機(jī)提供思路。
王紅秋 中國石油石油化工研究院
乙烯工業(yè)的重重挑戰(zhàn)
形勢之變
當(dāng)前，地緣政治沖突升級、保護(hù)主義加劇、多邊貿(mào)易體制受阻以及關(guān)稅壁壘增多等多重因素相互交織，嚴(yán)重沖擊全球產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性。這使得我國石化產(chǎn)品出口、企業(yè)海外拓展以及科技創(chuàng)新面臨更大挑戰(zhàn)。
在國內(nèi)，經(jīng)濟(jì)長期向好的基本趨勢沒有改變，仍處于戰(zhàn)略機(jī)遇期，新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展為長期增長注入新動能。2025年政府工作報告明確將“因地制宜發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，加快建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系”列為年度重點任務(wù)，強(qiáng)調(diào)通過科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新雙輪驅(qū)動，推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量變革與動能轉(zhuǎn)換。
對標(biāo)國際先進(jìn)水平，在產(chǎn)業(yè)集群、綠色低碳、數(shù)智化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、科技創(chuàng)新等方面，我國乙烯工業(yè)仍存在一定差距，特別是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性問題仍較突出。一方面，同質(zhì)化產(chǎn)品生產(chǎn)成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定、競爭力不強(qiáng)，導(dǎo)致開工率走低；另一方面，高端產(chǎn)品對外依存度高，自主保障能力弱，根源在于基礎(chǔ)研究能力不足。企業(yè)研發(fā)基本局限于“跟跑”，自主創(chuàng)新能力薄弱，疊加乙烯產(chǎn)能增速遠(yuǎn)高于需求增速的影響，短期內(nèi)石化產(chǎn)品盈利水平難有起色。
“十四五”以來，化工企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，一些新建項目投產(chǎn)時間進(jìn)一步推遲。考慮到交通領(lǐng)域的電動革命正加速將煉油向化工轉(zhuǎn)型，根據(jù)在建、擬建及規(guī)劃產(chǎn)能測算，預(yù)計到2030年，我國乙烯產(chǎn)能將超過8000萬噸。同時，受經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變及絕對量基數(shù)增大等因素影響，近5年乙烯需求年均增速約為5%，較上一個5年下降約4個百分點，預(yù)計未來乙烯及下游產(chǎn)品需求增速將繼續(xù)放緩。
與此同時，乙烯行業(yè)的減碳與發(fā)展壓力并存。一方面，減碳是剛性要求。2021年10月，國家發(fā)展改革委等部門發(fā)布《石化化工重點行業(yè)嚴(yán)格能效約束推動節(jié)能降碳行動方案（2021—2025年）》（以下簡稱《方案》），對乙烯工業(yè)的綠色低碳發(fā)展提出了行動目標(biāo)和重點任務(wù)。要求到2025年，通過實施節(jié)能降碳行動，石油基乙烯能耗達(dá)到標(biāo)桿水平（590千克標(biāo)油/噸）的產(chǎn)能比例超過30%，而目前部分產(chǎn)能能耗平均水平與基準(zhǔn)水平目標(biāo)（640千克標(biāo)油/噸）相比尚有差距。《方案》中明確提出，推動30萬噸/年及以下乙烯裝置加快退出，加快低碳乙烯生產(chǎn)技術(shù)、裝備制造技術(shù)、智能化技術(shù)、能量優(yōu)化技術(shù)、電氣化技術(shù)的探索攻關(guān)和推廣，修訂完善《乙烯裝置單位產(chǎn)品能源消耗限額》等產(chǎn)業(yè)政策標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，目前我國人均乙烯當(dāng)量消費量為45千克，與美國、西歐和日本等主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的消費水平相比，仍有較大增長空間。如果不采取有效措施，碳排放也將隨之增加。根據(jù)原料的不同，通常生產(chǎn)一噸乙烯的碳排放在1—2噸之間。存量乙烯的減碳任務(wù)已經(jīng)很艱巨，而行業(yè)的快速發(fā)展又要面對增量乙烯的減碳問題。此外，碳稅、碳關(guān)稅的征收也將在2030年實施。因此，乙烯工業(yè)低碳發(fā)展是必然選擇。
突破之道
原料結(jié)構(gòu)的多元格局
考慮到要兼顧乙烯產(chǎn)業(yè)鏈安全、經(jīng)濟(jì)與綠色發(fā)展，預(yù)計未來10年，我國乙烯原料仍將以石油基原料為主，低碳原料比重將逐步提高，乙烯原料結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)石腦油、加氫尾油、柴油、丙烷及液化氣、乙烷、生物質(zhì)、廢棄高分子材料、二氧化碳、甲烷等多元化格局。
首先是廢塑料生產(chǎn)乙烯。該方法因兼具減污、減碳和資源循環(huán)利用的特點，近年來備受關(guān)注。廢塑料通過熱解或催化裂解等化學(xué)回收方法生成廢塑料油，經(jīng)凈化處理脫除氯、硅等雜質(zhì)，進(jìn)入蒸汽裂解裝置生產(chǎn)乙烯，再進(jìn)一步生產(chǎn)聚乙烯等下游產(chǎn)品。BASF、埃克森美孚等公司已采用自主技術(shù)建有每年萬噸級的工業(yè)裝置或工業(yè)示范裝置。但該路線也存在一些問題，例如，對于聚乙烯、聚丙烯等加聚類塑料來說，反應(yīng)溫度通常在500攝氏度以上，廢塑料油中的氯、硅等雜質(zhì)含量是石油產(chǎn)品的數(shù)千倍，凈化難度較大。
其次是生物質(zhì)生產(chǎn)乙烯。這一方式可從源頭上減少碳排放，主要通過3條路線實現(xiàn)：一是以生物基石腦油為原料，利用現(xiàn)有蒸汽裂解裝置生產(chǎn)，與石油基原料相比可減碳50%到80%。日本出光興產(chǎn)和三井化學(xué)近期計劃合并各自在日本千葉的乙烯裝置，合并后，其生產(chǎn)原料將從化石石腦油轉(zhuǎn)向其可持續(xù)航空燃料（SAF）業(yè)務(wù)的副產(chǎn)品生物石腦油。二是以生物質(zhì)為原料經(jīng)由合成氣間接法或直接法制取乙烯。前者先生成甲醇，再生成烯烴，技術(shù)較成熟；后者由于催化劑積碳等問題的存在，目前發(fā)展仍較緩慢。三是以生物質(zhì)為原料，通過微生物發(fā)酵工藝得到乙醇，再脫水生成乙烯。巴西在這方面有較多實踐，該國利用成本相對低廉的甘蔗資源建有20萬噸/年的工業(yè)裝置。該路徑第1代技術(shù)以玉米、甘蔗等糧食作物為原料，存在與人畜爭糧的局限性；第2代以秸稈、木屑等農(nóng)林廢棄物為原料，由于木質(zhì)素含量偏高，難以生成適合發(fā)酵的糖類，乙醇的轉(zhuǎn)化率和選擇性、乙烯產(chǎn)率都還有待提高；第3代以微藻為原料，目前仍處于實驗階段，微藻規(guī)模化培養(yǎng)過程的低效率和高能耗，以及優(yōu)良藻種的篩選等問題還有待解決。總體來說，該路徑的產(chǎn)業(yè)前景主要取決于成本、效益的競爭力，低成本規(guī)模化原料的連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)是關(guān)鍵因素之一。
再次是甲烷一步法制乙烯技術(shù)。它具有工藝流程短、耗能少、可利用溫室氣體等優(yōu)勢。這一技術(shù)主要包括甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯和甲烷無氧一步法制乙烯2條路線。國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)在這一技術(shù)領(lǐng)域做了大量工作，但未達(dá)到工業(yè)預(yù)期。前者的典型例子是2015年Siluria公司與巴西Braskem公司、德國林德公司等合作在得克薩斯州建成365噸/年的試驗裝置。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所則對后者進(jìn)行了深入研究，開發(fā)出單中心鐵催化劑，甲烷單程轉(zhuǎn)化率高達(dá)48.1%，乙烯的選擇性為48.4%。
最后是二氧化碳生產(chǎn)乙烯，在降低碳排放的同時實現(xiàn)資源化利用。二氧化碳電化學(xué)還原生成乙烯、二氧化碳加氫制甲醇、二氧化碳定向轉(zhuǎn)化合成聚酯等技術(shù)成為關(guān)注熱點。但二氧化碳是非常穩(wěn)定的分子，其分子分解需要較大的能量，因此該技術(shù)還需持續(xù)提高轉(zhuǎn)化效率，降低二氧化碳的還原成本。
降碳之策
蒸汽裂解的綠色發(fā)展
在全球積極推進(jìn)綠色低碳發(fā)展的大背景下，乙烯工業(yè)作為石油化工的核心領(lǐng)域，其減碳進(jìn)程備受矚目。蒸汽裂解裝置作為乙烯生產(chǎn)的主流工藝，在降低碳排放方面占據(jù)關(guān)鍵地位。深入剖析其碳排放源構(gòu)成及相應(yīng)的降碳策略，對于推動乙烯工業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。
以主流工藝蒸汽裂解裝置為例，碳排放源主要有裂解爐燃料燃燒排放、熱力和電消耗間接排放及火炬排放等。其中燃料燃燒排放和熱力消耗間接排放合計占總排放的80%以上，所以過程降碳是重點。
過程節(jié)能與提高能效的技術(shù)主要有3種：一是輻射段裂解爐管強(qiáng)化傳熱技術(shù)。通過改變爐管內(nèi)部構(gòu)造來改變爐管內(nèi)流體流動狀態(tài)，降低邊界層厚度和爐管管壁溫度，同時增加接觸面積、強(qiáng)化傳熱，可將運行周期延長1.2—2倍，燃料效率提高6%—10%，減少4%—7%的二氧化碳排放。該技術(shù)已應(yīng)用到全球上千臺裂解爐中，是各家乙烯生產(chǎn)企業(yè)和技術(shù)專利商一直在升級迭代的技術(shù)。二是輻射段裂解爐管涂層技術(shù)。通過降低結(jié)焦速率，延長裂解爐運行周期和爐管使用壽命，減少燃料氣消耗。該技術(shù)按功能可分為屏障涂層技術(shù)和催化涂層技術(shù)，前者主要通過惰性阻隔抑制結(jié)焦，后者在阻隔基礎(chǔ)上，通過蒸汽氣化反應(yīng)，催化去除焦炭。美國GE、韓國SK等公司都開發(fā)了系列相關(guān)技術(shù)。Westaim公司的屏障涂層技術(shù)則可將結(jié)焦速率降低50%—90%。三是傳統(tǒng)分離技術(shù)的優(yōu)化和新型分離技術(shù)。前者通過優(yōu)化分離流程，達(dá)到提高裂解產(chǎn)物分離效率、降低生產(chǎn)用能的目標(biāo)；后者將MOFs等新材料作為吸附劑，實現(xiàn)乙烷/乙烯的高效分離，目前還處于實驗室研究階段。
就過程用能清潔化、電氣化來說，以天然氣等低碳燃料替代煤、 重油等高碳燃料的方式主要取決于我國的資源稟賦和能源結(jié)構(gòu)。綠氫替代是全球關(guān)注的熱點，但綠氫的使用推廣仍須等待制輸儲用等各環(huán)節(jié)技術(shù)、成本、安全等問題的解決。要實現(xiàn)綠電電氣化供熱、供能，則不僅需要能源供應(yīng)領(lǐng)域的重大轉(zhuǎn)型，更需要對相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施、工藝技術(shù)等進(jìn)行變革。目前，將物料溫度加熱到800攝氏度以上的大功率電加熱爐尚處于研發(fā)階段，長壽命和大功率電熱爐、新型高效電熱體材料、先進(jìn)控制系統(tǒng)等均需實現(xiàn)技術(shù)突破。各大石油石化公司都對相關(guān)技術(shù)的研發(fā)進(jìn)行了布局。巴斯夫、沙比克與林德三家公司共同開發(fā)的電加熱裂解爐技術(shù)進(jìn)展較快，去年4月，首套大型示范裝置在路德維希港基地建成投產(chǎn)。不過，該路線的發(fā)展除了需要技術(shù)突破外，還需要解決經(jīng)濟(jì)性和安全性等問題。
變革之需
轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵舉措
在乙烯工業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中，生產(chǎn)流程集約化、數(shù)字化以及產(chǎn)品高端化、系列化成為關(guān)鍵的發(fā)展方向，旨在通過工藝改進(jìn)、技術(shù)組合、流程優(yōu)化、數(shù)智賦能、分子管理等多種方式，實現(xiàn)能源和原料消耗最小化，同時最大化提升裝置運行效率與生產(chǎn)靈活性。
原油直接制乙烯技術(shù)是其中重要的路徑。它通過減少中間過程，達(dá)成減少投資、降低生產(chǎn)成本、提高石油資源利用效率以及節(jié)能減碳的目標(biāo)。此技術(shù)主要包含原油直接蒸汽裂解制乙烯和原油直接催化裂解制化學(xué)品兩條路線。原油直接蒸汽裂解制乙烯主要取決于原油的品質(zhì)。埃克森美孚于2014年在新加坡建成全球首套商業(yè)化裝置，采用API-43的頁巖油。因原油與石腦油的價差較大，該技術(shù)具備一定成本優(yōu)勢。而原油直接催化裂解制化學(xué)品的核心在于催化劑，沙特阿美、印度信實、中國石化、中國石油等多家企業(yè)都在積極研發(fā)。今年2月，沙特阿美宣布其在韓國蔚山的Shaheen原油制化學(xué)品（COTC）項目建設(shè)已完成55%，預(yù)計2026年投產(chǎn)。不過，該技術(shù)的應(yīng)用仍面臨在同一反應(yīng)環(huán)境下“小分子難裂解、大分子易結(jié)焦”的問題。
運營管理數(shù)字化智能化同樣不可忽視。數(shù)字化運營能夠使生產(chǎn)力提高3%—5%，成本降低10%—40%，實現(xiàn)產(chǎn)量、能耗、物耗的整體優(yōu)化。近年來，乙烯生產(chǎn)企業(yè)雖已完成一定程度的自動化升級，主要包括DCS、MES、裂解原料模擬、過程控制等系統(tǒng)的使用，但這一過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)由于各種原因未能充分收集和利用，其數(shù)字化進(jìn)程缺乏系統(tǒng)理論指導(dǎo)和成功經(jīng)驗借鑒，距離應(yīng)用5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)，實現(xiàn)裝置能耗、收率等運行指標(biāo)最優(yōu)化的智能制造階段仍有一定差距。
應(yīng)對激烈的市場競爭、快速變化的需求以及綠色發(fā)展的壓力，必須以技術(shù)突破為核心，以綠色低碳為支撐，通過產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同和數(shù)字化賦能，在細(xì)分產(chǎn)品賽道發(fā)力，實現(xiàn)產(chǎn)品的高端化、差異化、系列化。一方面，要解決高端產(chǎn)品對外依存度高，無法有效支撐下游新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的問題。以高端聚烯烴為例，隨著乙烯新增產(chǎn)能的釋放，下游聚烯烴產(chǎn)能出現(xiàn)快速增長，然而，下游產(chǎn)品的性能、質(zhì)量卻未同步提升。另一方面，要推動產(chǎn)品供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，形成全系列產(chǎn)品解決方案，滿足下游用戶的個性化、定制化需求，在單個產(chǎn)品取得突破后，及時擴(kuò)大產(chǎn)品系列。同時，圍繞下游用戶需求，借助催化劑、工藝創(chuàng)新或后改性等，不斷迭代優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品，推動產(chǎn)品差異化和高端化發(fā)展，構(gòu)建 “基礎(chǔ)+定制”體系，利用智能化配方系統(tǒng)優(yōu)化催化劑/助劑配伍，形成金字塔產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，如埃克森美孚的車用Exxtral聚丙烯系列就擁有上百個牌號。
來源：中國石油報
編輯：郭梓灃
責(zé)編：金雨婷
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