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竞争主体多元化 新技术不断涌现 低碳烯烃产业迎变革
2020年7期 发行日期:2020-03-31
作者:■中国化工学会 任云峰

  现代化学工业的发展对低碳烯烃的需求日渐攀升,供需矛盾日益突出。低碳烯烃的生产正受到全球越来越多的关注,低碳烯烃原料趋于多样化、轻质化,新生产技术不断涌现,市场竞争主体呈现多元化,将对化学工业的发展产生深刻影响。


全球低碳烯烃产需两旺


  以乙烯、丙烯、丁二烯为代表的低碳烯烃(碳原子数小于或等于4)是石油化学工业的最基本有机化工原料,可用于生产聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈、环氧乙烷、乙二醇、合成橡胶等有机化合物及高分子材料。
  2017年世界乙烯产能达到1.71亿吨/年,比2010年增长18.4%;产量达到1.52亿吨,比2010年增长24%;消费量达到1.54亿吨,比2010年增长25.8%。预计到2020年,世界乙烯产能将达到1.95亿吨/年,比2017年增长14.0%;产量达到1.73亿吨,比2017年增长13.8%。
  2017年世界丙烯产能达到1.32 亿吨/年,比2010年增长28.7%;产量达到1.05亿吨,比2010年增长31.9%;消费量达到1.05亿吨,比2010年增长33.3%。预计到2020年,世界丙烯产能将达到1.50亿吨/年,比2017年增长13.6%;产量达到1.21亿吨,比2017年增长15.2%;
  2017年世界丁二烯产能达到1498万吨/年,比2010年增长21.2%;产量达到1146万吨,比2010年增长19.4%;消费量达到1139万吨,比2010年增长18.3%。预计到2020年,世界丁二烯产能将达到1583万吨/年,比2017年增长5.6%;产量达到1228万吨,比2017年增长7.1%;
  从产能产量数据看,丙烯需求增长速度快于乙烯,同时国内低碳烯烃自给率不断提升。
  从表1所示乙烯下游产品看,各产品总体供应不足,多数仍需大量进口。
  从表2所示丙烯下游产品看,多数产品趋于平衡,但整体来看市场竞争压力较大。
  丁二烯下游需求领域较为分散,其中70%左右的供应量用于顺丁橡胶、丁苯橡胶和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的生产,丁苯胶乳、丁腈橡胶、丁腈胶乳等其他产品约占丁二烯需求量的30%。

低碳烯烃原料趋于多样化、轻质化

  我国低碳烯烃供需缺口大,吸引大量投资者建设乙烯装置、PDH装置和MTO装置,特别是浙江石化、盛虹炼化、恒力石化等民企大力向上游产业链进军,借助炼化一体化项目打造“炼油—PX—PTA—聚酯—涤纶”全产业链,使国内低碳烯烃市场呈现多元化趋势,市场竞争愈发激烈,产能大幅增加。低碳烯烃产业,多种原料路线并举,相互竞争的格局已初步形成。
  随着北美页岩气、中国煤化工以及中东石化工业的发展,乙烯原料结构中乙烷、甲醇和LPG所占比重不断上升,石脑油所占比重不断下降。
  丙烯原料结构中,来自裂解的丙烯呈现萎缩态势,丙烯增量主要由炼厂FCC丙烯分离、丙烷脱氢(PDH)、甲醇制烯烃(MTO)/甲醇制丙烯(MTP)、煤制烯烃等装置提供,呈现原料多元化趋势。
  丁二烯原料结构中,目前丁二烯抽提约占94%。预计未来几年随着煤/甲醇制烯烃增多,丁烯氧化脱氢制丁二烯工艺占比会有所增加,但抽提工艺仍将是丁二烯的最主要来源,2025年前占比仍将维持在总量的94%左右。
  目前已建成12套煤制烯烃装置,总能力688万吨/年;2017年产量571万吨;建成19套甲醇制烯烃装置,总能力619万吨/年,2017年产量436万吨;煤制烯烃和甲醇制烯烃路线已占乙烯总能力的20%、丙烯总能力的24%。
  煤制烯烃虽然由于煤炭产能过剩和产业转型压力,发展驱动力仍在。但随着油价下跌,项目竞争力及盈利能力大幅下降,且投资规模巨大,加之水资源、环保约束加强,投资态度需谨慎,企业需重视产品市场深化研究,关注聚烯烃牌号差异化、高端化发展。
  甲醇制烯烃由于行业进入门槛低,东部地区仍有部分项目推进,但甲醇价格高企、原料成本竞争力较弱,当前盈利状况不佳,发展热情在消退,企业需结合自身条件优化下游一体化延伸方案。


低碳烯烃技术概况


  当前,制取低碳烯烃的方法主要有三大类:
  一是石油基低碳烯烃技术。目前,世界低碳烯烃生产原料主要来自石油。在石油基低碳烯烃生产技术中,管式炉蒸汽裂解仍是最主要的工艺技术,未来重点向低能耗、低投资、提高原料适应性和延长运转周期方向发展。此外,还有石脑油催化裂解制乙烯技术、重油催化裂解制乙烯技术、丙烷脱氢制丙烯、炼厂FCC生产丙烯、丁烯氧化脱氢制丁二烯、烯烃催化裂解制低碳烯烃技术和原油直接裂解制乙烯技术等。
  二是煤基低碳烯烃技术。煤制低碳烯烃工艺中最关键的一步是甲醇制烯烃,其主要技术有甲醇制烯烃技术(MTO)和甲醇制丙烯技术(MTP)。世界主流MTO技术有美国UOP公司与挪威Hydro公司合作开发的MTO技术、中国科学院大连化学物理研究所开发的DMTO技术和中国石化开发的SMTO技术,三种技术都较为成熟,均已取得了成功的工业应用。
  三是天然气基低碳烯烃技术。目前,天然气制烯烃技术主要有天然气直接转化制乙烯和天然气间接转化制乙烯两大类路线。天然气直接转化制乙烯,是指将甲烷通过一步转化反应直接得到乙烯,主要技术有甲烷氧化偶联制乙烯技术(OCM)、甲烷无氧脱氢制乙烯技术等。天然气间接转化制乙烯,是指天然气首先转化为合成气,然后合成气再进一步反应制取乙烯,主要技术有合成气经甲醇制烯烃技术(GSMTO)、合成气经费托反应制烯烃技术(FTO)、合成气由双功能催化剂直接制烯烃技术(STO)、合成气经乙醇制烯烃技术以及合成气经二甲醚制烯烃技术等。
  除了传统路线,近年来国内外也有其他新技术涌现,其中有代表性的是原油直接裂解制低碳烯烃技术。
   2014年1月,埃克森美孚公司在新加坡正式启用了一套产能100万吨/年由原油直接制烯烃的世界级商业化装置,该装置可使石化生产商越过原油精炼过程,将原油直接供给裂解炉,新工艺分别在裂解炉的对流段和辐射段间加入一个闪蒸罐。接着,将原油预加热通过闪蒸分离出较轻组分,这部分提取油气被返回到炉内的辐射段盘管,并以通常的方式裂解。在闪蒸罐底部收集的重质液体组分被送至邻近的埃克森美孚炼油厂。截至目前,这是世界上第一套采用原油直接制烯烃新工艺的商业化运营装置。
  沙特阿美工艺技术是将原油直接送到加氢裂化装置,先脱硫分离出较轻组分,较轻组分被送到传统的蒸汽裂解装置进行裂解,而较重的组分则被送到沙特阿美专门开发的深度催化裂化装置进行烯烃最大化生产。同时,SABIC也在研究原油直接制烯烃技术。


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