原油直接制化学品技术变革对我国煤制烯烃的影响分析_滕霄云.pdf

第2期原油直接制化学品技术变革对我国煤制烯烃的影响分析滕霄云（国能经济技术研究院有限责任公司，北京102211）摘要：“双碳”背景下成品油市场增长乏力，我国石化企业正在大规模进行由燃料型炼厂向化工型炼厂的战略转型，“减油增化”趋势明显，烯烃和芳烃是主要发展方向，国内外石化企业积极布局原油直接制化学品项目。原油直接制化学品技术是石化企业的下一个发展方向，将重塑石油化工行业，从上游原料端来看，我国新的烯烃竞争格局将演变为以油气增长为主，形成对煤制化学品的竞争压力，煤化工行业面临前所未有的减排压力，需要扬长避短，走差异化发展路线，打造低碳产业园区和多能协同产业集群，实现现代煤化工产业转型发展。关键词：原油直接制化学品；煤制烯烃；碳排放；能耗；成本中图分类号：TQ53文献标识码：A文章编号：2096-7691（2023）02-073-04作者简介：滕霄云（1980），女，高级工程师，现任职于国家能源集团技术经济研究院有限责任公司，主要从事能源信息情报工作。Tel：[phone]，E-mail：引用格式：滕霄云.原油直接制化学品技术变革对我国煤制烯烃的影响分析 J.能源科技，2023，21（2）：73-76.0引言从1921年世界第一套乙烯工厂在德国试运行，全球烯烃工业历经100年的发展，烯烃工业整体技术水平得到提升，石脑油裂解制烯烃技术最早实现工业化。但随着煤制烯烃技术的突破和美国页岩气技术的应用，由原来以石油为主的供应格局快速转变为油、气、煤发展趋势。2021年，中国石化先后发布两种不同的原油直接制化学品（Crude Oil to Chemicals，以下简称COTC）新型工艺。2022年3月，沙特阿美联合北方华锦化工集团公司和盘锦鑫诚实业集团成立的合资企业，计划在辽宁盘锦建设原油制化学品装置。国内外石油企业纷纷布局COTC项目，将改变未来炼化产业的技术方向，对烯烃市场产生重大影响。1原油直接制化学品将改变现有炼化产业发展方式1.1原油直接制化学品技术特征及演进目前，国际上原油直接制化学品技术可分为原油最大化制化学品和原油直接制化学品两类，如图1、图2所示。从原油转化为化学品的收率来看，传统燃料型炼油厂收率5%10%，常规炼化一体化工厂收率10%20%，原油最大化制化学品和原油直接制化学品，收率都超过40%，甚至达到80%。该技术将成为炼第21卷 第2期Vol.21 No.22023年4月Apr.2023常减压蒸馏轻烃回收煤油加氢精制柴油加氢裂化渣油加氢裂化C3/C4石脑油加氢裂化蜡油加氢裂化溶剂脱沥青蒸汽裂解连续重整润滑油基础油渣油乙烯/丙烯PX/苯图1原油最大化制化学品裂解装置其他产品蒸汽裂解烯烃芳烃芳烃抽提收率：70%80%化学品20%30%油品/炼厂燃料图2原油直接制化学品第2期油产业下一个发展方向，可应用于新建化工型炼厂或炼厂现有装置的升级改造，由于每个COTC项目生产的化学品规模和数量大，可以预期COTC将引领石化业进入前所未有的新时代。中国石化非常重视原油直接制化学品技术路线的研发应用，已自主研发出两条“油转化”技术路线：原油催化裂解技术1，在2022年4月实现了全球首次工业化应用，可直接将原油转化为轻质烯烃和芳烃，大幅增加乙烯、丙烯和轻芳烃等高价值化学品产量，降低综合能耗和碳排放。原油蒸汽裂解技术2，在2022年11月实现了国内首次工业化应用，将原油直接转化为乙烯、丙烯等化学品，整体技术达到国际先进水平。上述两种技术结合，有望把原油生产的化学品总量提高到70%以上，将成为未来“油转化”经济可行的技术路线。1.2国内外企业积极布局COTC项目，推动技术进步据估计，2030年前全球成品油的累计增长率仅为0.6%，而化学品的增长率将达到4%。在成品油需求递减的困境下，以沙特阿美、埃克森美孚、中国石化为代表的石化企业开始通过对传统炼化工艺集成创新工艺流程，将炼化一体化提升到原油直接制化学品（COTC）的新水平，使得原油生产化学品的收率提高到70%以上。2原油直接制化学品带来的影响分析2.1在“双碳”目标下，COTC 是石化企业发展的方向受经济增速、经济结构变化和新能源等因素的影响，石油消费结构将发生变化，用于制汽油、柴油和其他馏分油的需求将大幅减少，而用于化工产品生产的石油占比呈上升趋势3。化工产品的需求增速远大于油品需求增速是炼油行业产品调整的原动力，是COTC发展的根本原因。炼油技术会随着产品需求结构的变化而演化，目前中国民营大炼化项目是全球最先进的一批炼厂，化工产品的收率达到50%以上。我国的石化企业正从生产成品油向多产高附加值石化产品转变。2.2COTC技术实现商业化原油直接制化学品技术可以将化学品收率从目前的原油最大化制化学品40%50%，进一步提升到70%80%，国际上代表性的技术是埃克森美孚技术和沙特阿美技术4，其中埃克森美孚在新加坡已经实现了商业化。此外，霍尼韦尔旗下与石油化工UOP和中国石化的技术也在开发和工业示范过程中。2.3COTC的技术优势不同技术的优势主要体现在成本收益差，而成本和收益受到投资、原材料、主副产品价值、公共工程、人力成本等多种因素的影响。相对于传统的石脑油裂解，COTC技术的运营成本相对较低，但是投资成本相对较高，主要是需要一些特定的设备对原油进行前期加工。整体来看，不论是埃克森美孚技术还是沙特阿美技术，乙烯的成本优势主要来源是副产化工品收率较高抵偿了原材料成本。公开研究指出，埃克森美孚和沙特阿美的COTC技术成本较传统的石脑油制乙烯低100200 美元/t。2.4COTC技术重塑石油化工行业COTC技术若大规模商业化对原油、成品油、芳烃、烯烃及其下游都将产生深刻的影响。具体可以看出，将扩大轻质和重质原油价差，减小成品油过剩的程度，改变芳烃供应结构，冲击其他烯烃生产工艺路线，利好烯烃下游的产业。3我国新的烯烃竞争格局将演变为以油气增长为主3.1在“双碳”目标下，煤化工行业面临前所未有的减排压力炼厂与煤化工厂相比，能耗与碳排放都较低，且炼厂由于原油本身含氢量较高，转化为同等规模的烯烃产品，需要额外补充的氢气是煤化工厂的1/5，与可再生能源结合，碳中和路径更易实现。中国石化在新疆已开展绿氢示范，供应塔河炼化，替代现有天然气制氢，每年可减少CO2排放48.5万t。煤制烯烃项目碳排放量处于高位，见表1。同等规模下，碳中和就需要消耗更多的氢或者CCS，费用必将更高。表1不同技术路线制烯烃碳排放和能耗对比石脑油制乙烯煤制烯烃乙烷裂解制乙烯碳排放（CO2/t）111.10.43能耗（tce/t）标杆水平0.842.8（3.7）0.94基准水平0.913.3（4.0）来源：高耗能行业重点领域能效标杆水平和基准水平（2021年版）；煤制烯烃单位产品能源消耗限额GB301802013；榆林80 万t/a乙烷制乙烯项目；根据实际的产品进行氢平衡核算。3.2烯烃原料轻质化已成全球发展趋势（1）国内炼化一体化大型项目快速发展，民营、国滕霄云：原油直接制化学品技术变革对我国煤制烯烃的影响分析74第2期有、外资炼化企业千帆竞发，一批具有世界先进和领先水平的大型炼化一体化项目先后建成投产，原油制烯烃产品日益增加。（2）从全球范围来看，页岩气革命使美国成为全球低成本化工产品生产基地，大大提升了美国聚乙烯产品在全球市场的竞争力；在北美、中东产品成本优势领先的情况下，国内产能的扩张仍无法阻止进口产品大规模进入国内市场。（3）本土化乙烷脱氢制烯烃项目不断取得突破，中国石油连续 2 次完成炼化产业的突破：榆林80 万 t/a乙烷制乙烯项目，塔里木60 万t/a乙烷制乙烯项目投产。（4）大庆油田古龙页岩油勘探获重大战略突破，预测地质储量12.68 亿 t，按照美国页岩油气的开发经验，这种湿气乙烷含量高达12%35%；如果轻质原油和乙烷都能得到有效利用，将对我国乙烯工业带来冲击和提升，将带动乙烯产业链、价值链实现跨越发展。据不完全统计，国内原油炼化制烯烃在建项目20 个，产能合计近2 500 万t/a。乙烷裂解制乙烯（包括部分或全部以乙烷为原料）意向项目共15 个，产能合计约2 000 万t/a，在建390 万t/a，需2 500 万t/a左右的乙烷；其中，除中国石油2 个项目采用本土资源外，像卫星石化项目所需乙烷资源均依赖美国进口，将造成不确定性风险。截至2021年底，油、气、煤制烯烃的占比从 2020 年的 63%17%20%转变为60%21%19%；丙烷脱氢和混合烷烃脱氢产能占比增长4 个百分点，煤（甲醇）制烯烃产能占比减少1个百分点。综合来看，煤制烯烃由于能耗高、碳排放量大，在“双碳”背景下，项目审批持续收紧，后期规划的项目有限，随着一大批千万吨级炼厂“十四五”期间陆续投产，煤制烯烃产能占比将持续下降。4煤制烯烃产业发展的建议原油直接制化学品技术变革带来的影响短期还不能得到充分体现，但从长期来看成品油消费将逐步减小。随着“减油增化”的不可逆转之势和原油直接制化学品技术日益成熟，将进一步加速原油制烯烃的步伐，油气制烯烃的产能占比将不断增加，届时将形成对煤制化学品的竞争压力。同时，烯烃行业面临“两高”的限制，但是油气制烯烃，碳排放及能耗都低于煤制烯烃，随着中国石化新疆塔河炼厂绿氢的示范，炼厂实现碳中和似乎找到了一条更加经济可行的路径。煤制烯烃在“内忧”（高碳、高能耗）和“外患”（COCT、乙烷）中，如何寻找面向未来的生存之道，需要系统谋划。4.1扬长避短，走差异化发展路线（1）“双碳”背景下，煤制烯烃应向差异化、高端化下游产品发展。为延续煤制烯烃产业的可持续发展，就需要延链、补链、强链，研究高价值下游产品与碳中和方案，以进一步扬长避短。基于现代煤化工中的羰基化（CO羰基，有机官能团）是煤制合成气后独有的反应路线，富含“碳”和“氧”的特征，更适合做含氧化合物、芳烃等缺氢的产品，并进一步发展煤基聚乙醇酸（PGA）生物可降解塑料、煤基特种燃料、煤基碳素新材料和高端润滑油，以提高项目的综合效益和整体竞争力。另外，充分利用煤化工工艺烯烃转化率高、纯度高的特点，适度发展茂金属聚烯烃弹性体、双峰聚烯烃、超高分子量聚乙烯等高端聚烯烃产品；提高汽车油箱专用料、燃气管道专用料、汽车保险杠专用料等高端料、专用料的生产比例，提升产业持续盈利和抗风险能力。（2）关注合成气“一步法”烯烃和经费托合成直接制烯烃等煤炭高效清洁前沿技术。合成气“一步法”制烯烃技术，摒弃了高耗能和高耗水的水煤气变换反应；中科院大连化学物理所技术已经完成千吨级中试，低碳烯烃收率达80%、碳二碳四选择性超过90%，距离工业化应用更近一些。中科院上海高等研究院和上海科技大学联合科研团队通过采用全新催化剂活性位结构，实现了在温和条件下（250 和15 个标准大气压），合成气高选择性经费托合成直接制备烯烃，低碳烯烃选择性可达60%，总烯烃选择性高达80%以上。4.2打造低碳产业园区和多能协同产业集群，实现现代煤化工产业转型发展（1）开展绿电绿氢绿氧耦合现代煤化工项目科技示范。建议结合西北地区的风光基地和煤化工项目，开展现代煤化工与绿氢耦合技术和工程示范。重点打通电解水制绿氢、绿氧成套技术、电解水制氢与煤制油化工产业耦合成套技术工艺流程，解决新能源制氢间断性与现代煤化工运行连续性等问题，探索产业耦合匹配的经济规模。75第2期（2）开展现代煤化工CCUS试点。建议聚焦煤化工低碳化和近零碳园区，加强全局性谋划、战略性布局、系统性推进，联合国内相关拥有CCS技术、设备研究基础优势的科研院所，以新型、高效、低成本的捕集技术为支撑，以体制机制创新为动力，在鄂尔多斯、榆林、新疆等基地中研究布局现代煤化工高浓度CO2捕集利用示范项目，为今后煤化工CO2捕集技术的大规模应用打下坚实的基础，支撑煤化工产业高质量发展。参考文献：1孙世源，王龙延，靳长友，等.原油直接裂解制化学品技术开发 J.现代化工，2022，42（10）：232-236.2吴青.原油（重油）制化学品的技术及其进展.原油蒸汽裂解技术 J.炼油技术与工程，2022，52（4）：1-10.3李明丰，陈尧焕.“减油增化做特”：推动石化产业转型升级 N.中国石化报，2022-8-9（005）.4宋倩倩，王红秋，李锦山.原油生产化工品技术发展现状与趋势J.现代化工，2019，39（2）：7-10.Analysis of the Impact of Technological Transformation in Crude Oilto Chemicals on Coal to Olefins in ChinaTENG Xiaoyun(CHN Energy Economics&Development Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 102211)Abstract:To deal with the sluggish refined oil market amid the implementation of Carbon peaking and carbon neutrality strategy,Chinas petrochemical enterprises are undergoing a large-scale strategic transformation from fuel-based refineries to chemical-based refineries,along with obvious reduction in oil productionand increase in chemical production.As olefins and aromatics are two main dominants,domestic and foreignpetrochemical enterprises are losing no time in scheduling crude oil to chemicals projects.The crude oil tochemicals technology will guide the further development of petrochemical enterprises by reshaping the petrochemical industry.In view of the upstream feedstock utilization,China will embrace a new olefin competitionpattern featuring the increase in the oil&gas production,thus challenging the coal to chemicals sector.Thereby,the coal chemical industry is facing the unprecedented pressure in emission reduction.To cope withit,it is necessary to develop our own strong points to pursue development in a diversified way,and buildthe low-carbon industrial parks and synergize the industrial clusters to advance the economic transformationof modern coal chemical industry.Key Words:crude oil to chemicals;coal to olefins;carbon emission;energy consumption;costs（收稿日期：2022-08-26责任编辑：马小军）滕霄云：原油直接制化学品技术变革对我国煤制烯烃的影响分析76