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干货|简述乙烯产业发展现状及趋势

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【摘要】:

乙烯工业是石油化工产业的核心,我国是世界仅次于美国的第二大乙烯生产国。2019年,我国新增乙烯产能184万t,合计达到2734万t,同比增长7.2%; 产量约为2060万t,同比增长11.8%,行业平均开工率为75.3%; 乙烯进口量约为253万t,与上年度基本持平。目前,我国乙烯仍无法达到自给自足。由于乙烯仓储物流条件严苛,运输不便,因此,我国除了进口少量乙烯外,更多的是进口其下游衍生物。本工作从乙烯原料多元化角度出发,对乙烯生产工艺进行了评述,指出了未来乙烯生产工艺发展的趋势,以及下游产业发展的方向。

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原料多元化带来竞争主体的变化

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原料多元化

近年来,全球乙烯原料的多元化和轻质化发展趋势明显。美国页岩气的成功开发,不仅为本国乙烯提供了廉价的原料,还影响到世界乙烯原料的变化,使得乙烯原料的选择更具多样性。

采用页岩气乙烷或凝析液作为裂解原料,是降低乙烯原料成本的重要措施。以高成本石脑油为主要原料生产烯烃的国家,正逐步通过采购轻质化原料替代石脑油或新建乙烷裂解装置来生产烯烃。欧洲在加速关闭蒸汽裂解装置,而乙烷裂解制乙烯项目大幅增加;同时,中国许多炼化一体化、煤/甲醇制烯烃项目和轻烃利用项目正在实施,乙烯原料多元化进一步加深。

我国乙烯巨大的当量缺口,以及原油高进口依存度凸显了烯烃原料多元化的重要性。原料的可获性、价格水平、生产工艺等因素,使煤/甲醇制乙烯、乙烷裂解制烯烃项目各具优势。

2019 年,我国传统石化路线生产乙烯占总产能的73.1%,煤制烯烃和外购甲醇制烯烃的乙烯产能占比分别为13.6%,10.9%。2019年8月,我国首套110万t/a进口乙烷裂解制烯烃综合利用项目[新浦化学工业(泰兴)有限公司]投产,标志着采用该工艺的乙烯产能已经从无到有,并且占总产能的2.4%。

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竞争主体多元化

随着原料多样化的深入,以及石化行业外商投资政策的进一步放宽,乙烯产业投资主体也朝着多元化方向发展。2018 年,德国BASF 公司和美国Exxon Mobil 公司分别宣布在中国建设独资大型石化项目。2019年,BASF 公司广东湛江新型精细化工一体化项目开工,Exxon Mobil( 惠州)化工有限公司120万t/a乙烯基下游化工综合体项目获得批准。2019年底,随着辽宁大连恒力石化150万t/a 乙烯项目的中交,浙江石化(一期)140万t/a乙烯项目的投料试车,辽宁宝来化工有限公司100万t/a 蒸汽裂解装置的即将建成,预计到2020年底,乙烯新增产能将达到390 万t。届时,我国乙烯行业民营资本占比从不足10% 提高至20%以上,这将打破化工原料市场集中的格局。

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乙烯生产路线

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传统石化工艺

中国乙烯工业最初以石脑油为原料。对于原料短缺的企业,还会使用凝析油、轻柴油、抽余油、加氢尾油、轻烃等与石脑油的混合物作为原料进行裂解。总体来说,这些原料主要源自于石油,属于石化路线制乙烯。

2019年,我国共有26家生产企业采用石化路线制乙烯,装置总产能达到1995万t(见表1)。

2010年以来,受轻烃价格偏低的影响,我国石油制乙烯原料也步入轻质化轨道。2010—2019年,国内乙烯原料中石脑油占比逐年下降,相应的C3/C4/C5轻烃、加氢尾油等用量明显提高。2019年,国内蒸汽裂解制乙烯原料组成( 质量分数)为: 轻柴油6.1%,石脑油53.0%,抽余油1.6%,加氢尾油17.4%,轻烃与其他化合物21.9%。与2010年相比,石脑油下降了13.6个百分点,轻烃类物质提高了7.9个百分点。受成品油产销结构因素的影响,轻柴油作裂解原料比例有所回升。

为了避免过度依赖炼油厂或气体加工厂提供原料,Exxon Mobil 公司和Saudi Aramco 公司分别开发出新型蒸汽裂解工艺,省略了原油炼制过程,直接将原油转化为轻质烯烃。2014年,ExxonMobil公司在新加坡试运行了原油直接生产乙烯的100万t/a 世界级装置。与石脑油裂解工艺相比,采用新工艺每生产1t乙烯可创造利润100~200美元; 同时,该工艺不仅可以节约生产成本,在东南亚地区更具有石脑油裂解原料的溢价优势。

2019年,Exxon Mobil惠州化工综合体项目获批复,项目采用原油直接裂解制烯烃技术,以及先进、环保、成熟的专有工艺,生产具有高附加值的聚烯烃产品。项目一期为120万t/a 原油制乙烯与下游深加工装置,预计2023年建成投产;二期将建设第2套上述装置。项目投产后,将成为国内首套原油直接裂解制乙烯装置。

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煤/甲醇制烯烃工艺

该工艺主要是通过煤炭替代石油生产甲醇,进而转化为乙烯、丙烯等。2010年,第1套煤制乙烯装置——内蒙古神华包头煤化工有限公司60万t/a 煤制乙烯项目投入商业化运营,标志着我国已实现煤基甲醇制烯烃技术的工业化应用; 2011年,我国首套20万t/a 甲醇制乙烯项目(中原石油化工有限责任公司) 投产; 2014—2016 年是我国煤制烯烃项目的投产高峰期;截至2019年,我国煤/甲醇制烯烃总产能约为1 463万t(占烯烃总产能的近21%) ,新增产能约为220万t(同比增长17.6%) 。

就烯烃产能配置而言,乙烯产能(约670万t/a) 要少于丙烯(约793万t/a),2019年新增乙烯产能达到99 万t。从原料方面来看,内陆煤制烯烃与沿海外购甲醇制烯烃企业存在明显差异:前者主要分布在西北地区,以煤制烯烃工艺再配以煤制甲醇装置为主,基本遵循煤—甲醇—乙烯/丙烯—聚乙烯/聚丙烯工艺路线; 后者主要分布于华东地区,外购甲醇约占甲醇总消费量的20%,产业链受原料甲醇价格影响较大,烯烃装置的运行对甲醇也有明显影响,乙烯与丙烯产能达到15万t/a以上(约占总产能的36%) 。

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轻烃综合利用工艺

在美国页岩气革命的刺激下,我国部分企业也开始寻求进口乙烷,并发展乙烷裂解制乙烯工业,现如今该行业存在发展过热的现象。乙烷裂解制乙烯装置主要集中于美国、加拿大、中东和西欧,主要生产商有Exxon Mobil 公司、美国Ineos公司、美国Sweeny Texas 公司等。2019年8月,新浦化学工业(泰兴)有限公司的轻烃综合利用项目投产,年产聚合级乙烯65万t。目前,我国以进口乙烷裂解制乙烯为目标开展前期工作的产能已达到1720万t/a(见表2) 。

自2014年以来,我国煤/甲醇制烯烃路线的乙烯产能得到快速增长,截至2019年,已占乙烯总产能的24.5%左右。未来5~10a,国内在建和拟建的以乙烷为原料的轻烃利用项目多达20余项。预计到2024年,我国乙烯产能中的传统石化路线占比降至65%,煤/甲醇制烯烃降至20%,而轻烃综合利用路线升至15%。

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乙烯下游产业分析

我国乙烯产业已逐步进入成熟期。下游化工产品种类繁多,不同产品的产业发展均存在较大差异,市场化程度也不尽相同。由图1可知,在我国2019 年乙烯消费结构中,最大消费领域仍是聚乙烯,占总消费量的59%,其次是环氧乙烷和乙二醇。

聚乙烯是消费量最大的乙烯下游产品,2019年总产量约为1765万t,主要包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯和高密度聚乙烯,三者依次占聚乙烯总产量的40%,20%,40%。由于聚乙烯具有成本低、性能好的特点,广泛应用于工业、农业和日常生活中。我国聚乙烯供应缺口居高不下,对外依存度远高于其他树脂,具有广阔的消费前景。

乙二醇是乙烯的第二大应用领域,80%的乙二醇用于生产聚酯。近年来,对二甲苯—精对苯二甲酸—聚酯行业呈现出良好的发展态势,形成原料-成品-下游产品一体化的生产模式。未来,随着聚酯行业的发展,乙二醇消费增速将进一步提高。

环氧乙烷主要用于生产乙二醇,多数企业采用环氧乙烷、乙二醇联产装置。除此之外,环氧乙烷还可用于减水剂、聚醚、消毒杀菌等领域。目前,我国聚氯乙烯处于产能过剩的状态。在我国主要以电石法生产聚氯乙烯,污染严重,成本不具备优势。乙烯法生产聚氯乙烯具有产品质量优、工艺先进、更加环保等特点,具备替代电石法的潜力。

苯乙烯最主要的下游产品是聚苯乙烯。近年来,苯乙烯表观消费量逐渐萎缩,聚苯乙烯也逐渐由其他材料所替代。苯乙烯另一个应用是合成橡胶,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的消费前景比较乐观。

乙烯其他下游产品(如乙烯-乙酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶) 占比很小,当前既看不到应用领域急剧扩展的前景,也看不到被大量替代的威胁,应用前景相对稳定。乙烯的大多数下游产品符合社会经济发展的方向,以及消费升级的需要。乙烯及其衍生物的国内供应与消费的巨大差异,也为乙烯贸易创造了获利机会。

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结束语

在中国经济持续增长的背景下,乙烯需求将保持稳定增长态势。预计到2024年,国内乙烯产能将达到5000万t/a,年均复合增速为12.9%,当量需求量达到5800万t左右,当量需求缺口在1980万t左右,当量自给率提升至67%。未来一段时间,几大乙烯生产路线将齐头并进,传统石化路线仍是主流,但份额会逐渐减少。随着轻烃利用项目的不断推进,该路线将成为我国乙烯供应的主要来源之一,乙烯原料多元化发展已成为产业发展的必然趋势。

乙烯产业的发展离不开下游产业的消化。企业应充分重视下游装置配套,进一步完善乙烯产业链,形成原料-成品-下游产品一体化的生产模式,提高抗风险能力。从目前乙烯下游产业来看,聚乙烯、乙二醇仍是拉动乙烯消费的核心领域,未来国内需求仍保持较快增长,行业集中度的收益正逐步向产业链一体化企业倾斜。