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生产转型+产品优化乙烯工业再出发

文章来源：中国石油报更新时间：2025-04-09 08:47:10

编者按：

当前，全球石化产业正处于深度调整期。在能源转型、市场需求变迁等因素驱动下，石化产业迈向高端已成必然趋势。从产能布局到技术创新，从产品结构优化到绿色可持续发展，各环节都在重塑。在此背景下，本期《国际导刊》聚焦全球石化行业迈向高端进程，探究产业新格局，剖析企业新策略，旨在为业界把握趋势、抢占先机提供思路。

王红秋中国石油石油化工研究院

乙烯工业的重重挑战

形势之变

当前，地缘政治冲突升级、保护主义加剧、多边贸易体制受阻以及关税壁垒增多等多重因素相互交织，严重冲击全球产业链、供应链的稳定性。这使得我国石化产品出口、企业海外拓展以及科技创新面临更大挑战。

在国内，经济长期向好的基本趋势没有改变，仍处于战略机遇期，新质生产力的发展为长期增长注入新动能。2025年政府工作报告明确将“因地制宜发展新质生产力，加快建设现代化产业体系”列为年度重点任务，强调通过科技创新与产业创新双轮驱动，推动经济发展质量变革与动能转换。

对标国际先进水平，在产业集群、绿色低碳、数智化、产品结构、科技创新等方面，我国乙烯工业仍存在一定差距，特别是产品结构性问题仍较突出。一方面，同质化产品生产成本高、质量不稳定、竞争力不强，导致开工率走低；另一方面，高端产品对外依存度高，自主保障能力弱，根源在于基础研究能力不足。企业研发基本局限于“跟跑”，自主创新能力薄弱，叠加乙烯产能增速远高于需求增速的影响，短期内石化产品盈利水平难有起色。

“十四五”以来，化工企业生产经营面临严峻挑战，一些新建项目投产时间进一步推迟。考虑到交通领域的电动革命正加速将炼油向化工转型，根据在建、拟建及规划产能测算，预计到2030年，我国乙烯产能将超过8000万吨。同时，受经济发展方式转变及绝对量基数增大等因素影响，近5年乙烯需求年均增速约为5%，较上一个5年下降约4个百分点，预计未来乙烯及下游产品需求增速将继续放缓。

与此同时，乙烯行业的减碳与发展压力并存。一方面，减碳是刚性要求。2021年10月，国家发展改革委等部门发布《石化化工重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案（2021—2025年）》（以下简称《方案》），对乙烯工业的绿色低碳发展提出了行动目标和重点任务。要求到2025年，通过实施节能降碳行动，石油基乙烯能耗达到标杆水平（590千克标油/吨）的产能比例超过30%，而目前部分产能能耗平均水平与基准水平目标（640千克标油/吨）相比尚有差距。《方案》中明确提出，推动30万吨/年及以下乙烯装置加快退出，加快低碳乙烯生产技术、装备制造技术、智能化技术、能量优化技术、电气化技术的探索攻关和推广，修订完善《乙烯装置单位产品能源消耗限额》等产业政策标准。另一方面，目前我国人均乙烯当量消费量为45千克，与美国、西欧和日本等主要发达国家和地区的消费水平相比，仍有较大增长空间。如果不采取有效措施，碳排放也将随之增加。根据原料的不同，通常生产一吨乙烯的碳排放在1—2吨之间。存量乙烯的减碳任务已经很艰巨，而行业的快速发展又要面对增量乙烯的减碳问题。此外，碳税、碳关税的征收也将在2030年实施。因此，乙烯工业低碳发展是必然选择。

突破之道

原料结构的多元格局

考虑到要兼顾乙烯产业链安全、经济与绿色发展，预计未来10年，我国乙烯原料仍将以石油基原料为主，低碳原料比重将逐步提高，乙烯原料结构将呈现石脑油、加氢尾油、柴油、丙烷及液化气、乙烷、生物质、废弃高分子材料、二氧化碳、甲烷等多元化格局。

首先是废塑料生产乙烯。该方法因兼具减污、减碳和资源循环利用的特点，近年来备受关注。废塑料通过热解或催化裂解等化学回收方法生成废塑料油，经净化处理脱除氯、硅等杂质，进入蒸汽裂解装置生产乙烯，再进一步生产聚乙烯等下游产品。BASF、埃克森美孚等公司已采用自主技术建有每年万吨级的工业装置或工业示范装置。但该路线也存在一些问题，例如，对于聚乙烯、聚丙烯等加聚类塑料来说，反应温度通常在500摄氏度以上，废塑料油中的氯、硅等杂质含量是石油产品的数千倍，净化难度较大。

其次是生物质生产乙烯。这一方式可从源头上减少碳排放，主要通过3条路线实现：一是以生物基石脑油为原料，利用现有蒸汽裂解装置生产，与石油基原料相比可减碳50%到80%。日本出光兴产和三井化学近期计划合并各自在日本千叶的乙烯装置，合并后，其生产原料将从化石石脑油转向其可持续航空燃料（SAF）业务的副产品生物石脑油。二是以生物质为原料经由合成气间接法或直接法制取乙烯。前者先生成甲醇，再生成烯烃，技术较成熟；后者由于催化剂积碳等问题的存在，目前发展仍较缓慢。三是以生物质为原料，通过微生物发酵工艺得到乙醇，再脱水生成乙烯。巴西在这方面有较多实践，该国利用成本相对低廉的甘蔗资源建有20万吨/年的工业装置。该路径第1代技术以玉米、甘蔗等粮食作物为原料，存在与人畜争粮的局限性；第2代以秸秆、木屑等农林废弃物为原料，由于木质素含量偏高，难以生成适合发酵的糖类，乙醇的转化率和选择性、乙烯产率都还有待提高；第3代以微藻为原料，目前仍处于实验阶段，微藻规模化培养过程的低效率和高能耗，以及优良藻种的筛选等问题还有待解决。总体来说，该路径的产业前景主要取决于成本、效益的竞争力，低成本规模化原料的连续稳定供应是关键因素之一。

再次是甲烷一步法制乙烯技术。它具有工艺流程短、耗能少、可利用温室气体等优势。这一技术主要包括甲烷氧化偶联制乙烯和甲烷无氧一步法制乙烯2条路线。国内外许多研究机构在这一技术领域做了大量工作，但未达到工业预期。前者的典型例子是2015年Siluria公司与巴西Braskem公司、德国林德公司等合作在得克萨斯州建成365吨/年的试验装置。中国科学院大连化学物理研究所则对后者进行了深入研究，开发出单中心铁催化剂，甲烷单程转化率高达48.1%，乙烯的选择性为48.4%。

最后是二氧化碳生产乙烯，在降低碳排放的同时实现资源化利用。二氧化碳电化学还原生成乙烯、二氧化碳加氢制甲醇、二氧化碳定向转化合成聚酯等技术成为关注热点。但二氧化碳是非常稳定的分子，其分子分解需要较大的能量，因此该技术还需持续提高转化效率，降低二氧化碳的还原成本。

降碳之策

蒸汽裂解的绿色发展

在全球积极推进绿色低碳发展的大背景下，乙烯工业作为石油化工的核心领域，其减碳进程备受瞩目。蒸汽裂解装置作为乙烯生产的主流工艺，在降低碳排放方面占据关键地位。深入剖析其碳排放源构成及相应的降碳策略，对于推动乙烯工业可持续发展意义重大。

以主流工艺蒸汽裂解装置为例，碳排放源主要有裂解炉燃料燃烧排放、热力和电消耗间接排放及火炬排放等。其中燃料燃烧排放和热力消耗间接排放合计占总排放的80%以上，所以过程降碳是重点。

过程节能与提高能效的技术主要有3种：一是辐射段裂解炉管强化传热技术。通过改变炉管内部构造来改变炉管内流体流动状态，降低边界层厚度和炉管管壁温度，同时增加接触面积、强化传热，可将运行周期延长1.2—2倍，燃料效率提高6%—10%，减少4%—7%的二氧化碳排放。该技术已应用到全球上千台裂解炉中，是各家乙烯生产企业和技术专利商一直在升级迭代的技术。二是辐射段裂解炉管涂层技术。通过降低结焦速率，延长裂解炉运行周期和炉管使用寿命，减少燃料气消耗。该技术按功能可分为屏障涂层技术和催化涂层技术，前者主要通过惰性阻隔抑制结焦，后者在阻隔基础上，通过蒸汽气化反应，催化去除焦炭。美国GE、韩国SK等公司都开发了系列相关技术。Westaim公司的屏障涂层技术则可将结焦速率降低50%—90%。三是传统分离技术的优化和新型分离技术。前者通过优化分离流程，达到提高裂解产物分离效率、降低生产用能的目标；后者将MOFs等新材料作为吸附剂，实现乙烷/乙烯的高效分离，目前还处于实验室研究阶段。

就过程用能清洁化、电气化来说，以天然气等低碳燃料替代煤、重油等高碳燃料的方式主要取决于我国的资源禀赋和能源结构。绿氢替代是全球关注的热点，但绿氢的使用推广仍须等待制输储用等各环节技术、成本、安全等问题的解决。要实现绿电电气化供热、供能，则不仅需要能源供应领域的重大转型，更需要对相应的基础设施、工艺技术等进行变革。目前，将物料温度加热到800摄氏度以上的大功率电加热炉尚处于研发阶段，长寿命和大功率电热炉、新型高效电热体材料、先进控制系统等均需实现技术突破。各大石油石化公司都对相关技术的研发进行了布局。巴斯夫、沙比克与林德三家公司共同开发的电加热裂解炉技术进展较快，去年4月，首套大型示范装置在路德维希港基地建成投产。不过，该路线的发展除了需要技术突破外，还需要解决经济性和安全性等问题。

变革之需

转型发展的关键举措

在乙烯工业的发展进程中，生产流程集约化、数字化以及产品高端化、系列化成为关键的发展方向，旨在通过工艺改进、技术组合、流程优化、数智赋能、分子管理等多种方式，实现能源和原料消耗最小化，同时最大化提升装置运行效率与生产灵活性。

原油直接制乙烯技术是其中重要的路径。它通过减少中间过程，达成减少投资、降低生产成本、提高石油资源利用效率以及节能减碳的目标。此技术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学品两条路线。原油直接蒸汽裂解制乙烯主要取决于原油的品质。埃克森美孚于2014年在新加坡建成全球首套商业化装置，采用API-43的页岩油。因原油与石脑油的价差较大，该技术具备一定成本优势。而原油直接催化裂解制化学品的核心在于催化剂，沙特阿美、印度信实、中国石化、中国石油等多家企业都在积极研发。今年2月，沙特阿美宣布其在韩国蔚山的Shaheen原油制化学品（COTC）项目建设已完成55%，预计2026年投产。不过，该技术的应用仍面临在同一反应环境下“小分子难裂解、大分子易结焦”的问题。

运营管理数字化智能化同样不可忽视。数字化运营能够使生产力提高3%—5%，成本降低10%—40%，实现产量、能耗、物耗的整体优化。近年来，乙烯生产企业虽已完成一定程度的自动化升级，主要包括DCS、MES、裂解原料模拟、过程控制等系统的使用，但这一过程中产生的大量数据由于各种原因未能充分收集和利用，其数字化进程缺乏系统理论指导和成功经验借鉴，距离应用5G、AI、物联网、大数据、云计算等新一代信息技术，实现装置能耗、收率等运行指标最优化的智能制造阶段仍有一定差距。

应对激烈的市场竞争、快速变化的需求以及绿色发展的压力，必须以技术突破为核心，以绿色低碳为支撑，通过产业链协同和数字化赋能，在细分产品赛道发力，实现产品的高端化、差异化、系列化。一方面，要解决高端产品对外依存度高，无法有效支撑下游新兴产业发展壮大的问题。以高端聚烯烃为例，随着乙烯新增产能的释放，下游聚烯烃产能出现快速增长，然而，下游产品的性能、质量却未同步提升。另一方面，要推动产品供给侧结构性改革，形成全系列产品解决方案，满足下游用户的个性化、定制化需求，在单个产品取得突破后，及时扩大产品系列。同时，围绕下游用户需求，借助催化剂、工艺创新或后改性等，不断迭代优化现有产品，推动产品差异化和高端化发展，构建 “基础+定制”体系，利用智能化配方系统优化催化剂/助剂配伍，形成金字塔产品结构，如埃克森美孚的车用Exxtral聚丙烯系列就拥有上百个牌号。

来源：中国石油报

编辑：郭梓沣

责编：金雨婷

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