在改革开放之前,我国烯烃工业基础较为薄弱。20世纪60年代,我国依靠自主力量建设了兰州、高桥乙烯装置,规模均不到万吨。开发建设了多个采用蓄热炉的小型乙烯装置,装置规模为3~5万吨,由于技术水平低,陆续都被淘汰。60年代后期兰化公司从德国鲁奇公司引进了3.6万吨/年砂子炉裂解和深冷分离技术,可以生产出聚合级乙烯、丙烯,1975年建成了4万吨/年的第二套砂子炉乙烯装置,直到80年代,兰化公司引进凯洛格公司的毫秒炉技术,建设了1套8万吨/年的毫秒炉乙烯装置,于1988年4月投产, 2套砂子炉被封存并淘汰。
1973年3月,国务院批准了《关于增加设备进口、扩大经济交流的请示报告》。1973年8月,采用鲁姆斯技术的30万吨/年乙烯装置在北京石油化工总厂(现燕山石化公司)开工建设,1976年5月一次试车投产成功,成为我国第一套现代化的规模化乙烯装置。之后,1977年在上海建成了采用三菱油化技术的11.5万吨/年乙烯装置,1979年在辽阳建成了采用德西尼布技术的7.3万吨/年装置。其后在吉化公司建设了11.5 万吨/年乙烯装置,于1982年投产。
改革开放以后,我国决定进口一批成套设备、单机和先进技术,于1978年签约了22个大型成套设备引进项目,包括4套30万吨/年乙烯项目,其中大庆、齐鲁各1套,南京原定为2套,后将1套调整为在上海建设。大庆石化总厂、齐鲁石化公司、扬子石化公司、上海石化总厂4套30万吨/年乙烯工程项目,分别于1986年6月、1987年5月、1987年7月和1989年12月建成投产。
30万吨/年规模的乙烯装置在当时属于大型乙烯装置,几套30万吨/年乙烯装置采用SW和鲁姆斯的先进专利技术,使我国乙烯工艺技术迈进了一大步,缩小了与世界主要乙烯生产国家的差距,我国现代烯烃产业体系初步建立,并形成了一批乙烯生产基地。
在这一阶段,主要通过继续建设30万吨/年乙烯项目、建设中型乙烯项目以及第一轮扩能改造等途径,我国烯烃产业进一步成长壮大。
20世纪90年代,广东茂名石化和吉化公司分别建设了30万吨/年乙烯一体化工程,乙烯装置于1996年8月和9月分别投产。
改革开放以后,地方政府对于发展石油化工的积极性高涨,形成了一股“中型乙烯热”,最终先后建成了7套,分别是1990年9月建成的13万吨/年盘锦乙烯,1991年12月建成的12万吨/年抚顺乙烯,1994年12月建成的11.5万吨/年北京东方乙烯,1995年8月建成的14万吨/年独山子乙烯,1995年11月建成的14万吨/年天津乙烯、1996年7月建成的14万吨/年中原乙烯,1997年8月建成的14万吨/年广州乙烯。除北京东方采用KTI技术和广州采用SW技术外,其他5套均采用鲁姆斯技术。这些乙烯装置原计划采用多个油田的轻烃资源,但建成投产后基本上都面临轻烃资源不足的问题,只能调整原料。而且随着乙烯技术的进步,这批当时的中型乙烯很快就成为了小乙烯,普遍经济效益较差,90年代末期,这股建设热潮逐步降温。
与此同时,中石化组织对已投产的乙烯进行了第一轮扩能改造。燕山石化和齐鲁石化分别于1994年和1998年完成改造,能力均达到45万吨/年。扬子石化和上海石化30万吨/年装置改造后乙烯能力为40万吨/年,分别于1995年和1998年完成。其他扩能改造的乙烯企业包括:上海11.5万吨/年乙烯扩能为14.5万吨/年,辽阳7.3万吨/年乙烯扩能为12万吨/年,兰化8万吨/年乙烯扩能为16万吨/年,吉化11.5万吨/年乙烯扩能为15万吨/年,茂名30万吨/年乙烯扩能为36万吨/年。这一系列乙烯改造工程,不仅扩大了我国乙烯产能,而且在改造过程中,我国石化科技人员对引进的技术逐步消化吸收,为建立再创新能力打下了基础。
1998年,我国石油、石化行业通过重组,形成了中国石化和中国石油两大上下游一体化的石油石化集团公司,两大石化集团都十分重视烯烃产业的发展,通过新一轮建设和改造,烯烃工业的产能得到了快速发展。
中国石化推动了五大乙烯的第二轮改造。燕山石化在第一轮改造达到45万吨/年规模的基础上,进一步改造达到71万吨/年,于2011年11月完成。上海石化和扬子石化的40万吨/年乙烯,通过第二轮改造后,都达到了70万吨/年,分别于2012年4月和9月改造完成。齐鲁石化2004年10月改造完成,能力从45万吨/年增长到72万吨/年,其后增加2台裂解炉,2006年底核定乙烯能力为80万吨/年。茂名乙烯采用完全并线的方案,于2006年9月完成改造,乙烯总能力达到100万吨/年。
中国石化对中原、天津和广州等3套小乙烯也进行了挖潜改造。中原乙烯2000年12月完成改造,能力扩至18万吨/年。天津乙烯2001年4月完成改造,能力扩至20万吨/年。广州乙烯2003年4月完成改造,能力扩至21万吨/年。
中国石油对其下属企业的乙烯装置也进行了扩能改造。大庆、吉化30万吨/年乙烯基本采用“并线”方案,分别扩能至60万吨/年和70万吨/年。独山子、兰化、抚顺和辽阳也分别挖潜扩能至22/年万吨、24万吨/年、14万吨/年和20万吨/年。2006年10月兰化通过“并线”方案进一步把产能扩至70万吨/年。属于兵器工业集团的华锦集团盘锦乙烯,2006年乙烯能力由已通过挖潜达到的16万吨/年,进一步提升至18万吨/年。
在这一阶段,跨国石油化工公司经过多年的努力,与国内企业合资建设世界级规模的乙烯项目陆续进入了实施阶段。中国石化与BP公司合资的上海赛科90万吨/年乙烯工程于2005年6月投入商业运行。中国石化与巴斯夫合资的扬子石化-巴斯夫一体化石化基地一期项目以60万吨乙烯/年为核心,建于南京,于2005年6月投入商业运行。中海油与壳牌公司合资的中海壳牌石化公司80万吨/年乙烯项目,于2006年1月在广东惠州建成投产。
在这一阶段,我国烯烃工业呈现出多元化的发展局面。一方面,蒸汽裂解制乙烯继续发展,另一方面,煤制烯烃、甲醇制烯烃、丙烷脱氢等多元化原料烯烃生产在我国从无到有,取得的快速发展。
在蒸汽裂解制乙烯方面,华锦集团和大庆石化通过并线的方式,乙烯产能分别增加了45万吨/年和60万吨/年,总产能分别达到63万/年吨和120万吨/年。而其他新建乙烯装置均为80万吨/年及以上的世界级规模。2009年8月和9月,福建联合石化80万吨/年乙烯、独山子石化100万吨/年乙烯分别建成投产。2010年,中沙(天津)石化100万吨/年乙烯、镇海炼化100万吨/年乙烯分别建成投产。2012年10月,抚顺80万吨/年乙烯建成投产。2013年8月,中韩(武汉)80万吨/年乙烯建成投产。2014年2月,四川80万吨/年乙烯建成投产。此外,赛科、中海壳牌、扬巴和福建联合石化乙烯装置分别进行了扩建,产能分别新增了29万吨/年、15万吨/年、14万吨/年和30万吨/年。目前,我国有多套蒸汽裂解乙烯装置的技术水平达到了世界级水平。
在2010年以前,我国乙烯的生产路线主要是石脑油等馏分油蒸汽裂解,丙烯生产路线主要是乙烯裂解装置联产和炼油催化装置副产。2010年8月,第一套煤经甲醇制烯烃装置在神华包头投产,烯烃产能60万吨/年。2013年第一套丙烷脱氢装置在天津渤化投产,丙烯产能60万吨/年。之后,又有多套多元化烯烃生产装置投产,我国烯烃生产的技术/原料路线发生了较大变化。目前我国乙烯生产能力中,煤经甲醇制烯烃的比例达到12.2%,外购甲醇制烯烃的比例达到8.0%。在丙烯生产能力中,煤经甲醇制烯烃比例达到到11.6%,外购甲醇制烯烃和丙烷脱氢产能比例分别达到了11.4%和14.9%。在多元化烯烃生产方面,我国处于世界领先水平。
四十年来,我国烯烃工业的产业规模迅猛发展。1978年,我国乙烯产能仅为49.1万吨,当年产量38.03万吨。2006年,我国乙烯产能和产量分别达到989万吨和923万吨,跻身世界第二位。2017年底,我国乙烯产能达到了2381万吨,当年产量2309万吨,分别为1978年的48.49倍和60.72倍。
通过引进、消化吸收、自主再创新,我国烯烃产业的技术装备水平不断突破,国产化水平不断提高,目前已达到世界先进水平。
在裂解技术方面,中国石化CBL技术经历了近30年的发展,已实现成套化,CBL 裂解炉从CBL-Ⅰ型发展到CBL-Ⅶ型,能力从最初的2万吨/年发展到20万吨/年,原料可以适应从乙烷到加氢尾油。2000年7月,中国石化10万吨/年CBL裂解炉在燕山石化建成,一次投料成功。2010年7月,15万吨/年CBL裂解炉在镇海炼化投入使用。2003年开始,中石化组织开发单位进行20万吨/年裂解炉的开发,于2010年8月和12月分别通过了中石化总部及国家的验收。目前,CBL裂解炉已应用于天津中沙、镇海炼化、福建联合石化、武汉石化等多套大型乙烯项目中。
乙烯分离成套技术国产化的开发经历了以下四个阶段:第一阶段,成套引进阶段,主要是上世纪80年代中期以前,包括专利技术工艺包、基础工程设计和详细工程设计都是成套引进;第二阶段,做详细工程设计、翻版基础工程设计阶段,主要是上世纪80年代中期到90年代中期,技术工艺包仍需全部引进,但国内设计单位已可独立完成详细工程设计,并可承担除冷区和压缩区以外的基础工程设计工作;第三阶段,做基础工程设计,技术攻关做工艺包阶段,主要是上世纪90年代中期到2000年,乙烯装置的新建或改造大多只引进技术工艺包,但都是由国内设计单位直接与专利商配合,不再有国外工程承包商。在这一阶段,许多单项技术和基础研究获得关键性突破,包括:针对国产化存在的问题,结合引进技术和装置实际操作数据,建立了乙烯装置设计数据库。开发了分凝分馏塔(CFT)技术,获得了美国和中国发明专利,并在天津乙烯改造中进行了侧线试验获得成功。在天津20万吨/年乙烯和中原18万吨/年乙烯改造工程中首次独立完成了专利技术工艺包、基础工程设计和详细工程设计,并于2000年先后投产。基础工程设计的难点攻关取得突破,可以完成规模在45万吨/年及以下乙烯装置的工程设计;第四阶段,做工艺包、形成专利或专有技术,做特大型装置基础工程设计阶段。成功开发了80万吨/年乙烯工艺包,并对其核心技术部分“低能耗乙烯技术”(LECT)申请了发明专利,并已用于武汉80万吨/年乙烯装置。
以“三机”和冷箱为代表的乙烯重大装备设计、制造国产化,在以沈阳鼓风机厂和杭州制氧机厂为代表的研发制造单位近20年的艰辛努力下,逐步得以实现并往大型化发展。2010年,规模为100万吨/年乙烯的裂解气压缩机在天津乙烯装置上投运,规模为100万吨/年乙烯的丙烯制冷压缩机在镇海乙烯装置上投运。2012年,为中石油抚顺石化公司80万吨/年乙烯装置提供的乙烯压缩机实现一次开车成功。我国已成为世界上具备自主研制百万吨级乙烯“三机”技术和制造能力的少数国家之一。在冷箱方面,2010年规模为100万吨/年乙烯的冷箱先后在天津和镇海乙烯装置上投运。
武汉80万吨/年乙烯装置实现了裂解炉、分离技术、三机、冷箱、低温罐的全面国产化,是我国首套全面采用自主知识产权技术的大型乙烯装置,是乙烯技术和重大装备国产化的里程碑,标志着我国的乙烯成套技术步入产业化,打破了国外对大型乙烯技术市场的垄断,填补了国内大型乙烯专有技术的空白,产化,在我国乙烯工业发展史上具有重要的里程碑意义。
我国具有知识产权的甲醇制烯烃等技术和装备不断取得突破,开发并建设了世界首套60 万吨/年装置,2010年神华包头煤经甲醇制烯烃示范工程建成投产。
在改革开放之初,我国烯烃工业技术水平落后,此时通过引进国外先进技术,建设规模化的乙烯装置是必要的。除了1976年建成的燕山30万吨/年乙烯外,改革开放之后很快开始引进建设多套30万吨/年乙烯,使我国乙烯生产的技术水平快速跟上了世界的步伐。21世纪以来我国建设了多套合资乙烯项目,通过这些项目的实施,对我国乙烯行业在建设模式、工厂管理、企业经营等方面与国际先进水平接轨起到了助推作用,为我国乙烯工业规模化、大型化建设积累了经验,锻炼了人才队伍。
在引进国外先进技术,学习跨国企业先进经验的同时,我国乙烯行业坚持在对先进技术消化吸收的基础上,进行自主创新。特别是从上世纪80年代初起,原中国石化总公司成立伊始,就把乙烯技术确定为重点科技开发项目。在两轮大规模扩能改造过程中,自主开发的裂解、分离、三机、冷箱等技术和设备逐项突破,积累了丰富的经验。最终,达到了百万吨级乙烯技术装备的全面国产化。
通过在引进技术并消化吸收的基础上,坚持自主创新,使我国乙烯工业的技术水平不断进步,产业不断做大做强。
在改革开放后,前20余年我国乙烯工业逐步壮大,但也存在着布局分散、装置规模偏小、原料受到制约等问题,其中比较有代表性的是上世纪90年代的“中型乙烯热”,一批乙烯装置原料保障程度低、装置规模小,在较长时期内效益水平不高。2005年,国家发改委发布了《乙烯工业中长期发展专项规划》,提出采取“基地化、大型化、一体化、园区化”的发展模式,加快乙烯工业结构调整和产业升级,努力实现资源、规模、效益和环境的可持续发展。在这一指导思想的指引下,我国烯烃工业在近10几年来快速发展,不断迈上新台阶。2017年底乙烯产能超过了2005年的3倍以上,一批具有世界水平的大型装置陆续投入运营。炼化一体化和基地化、园区化发展格局基本形成,以炼油、乙烯为龙头,形成了上海、惠州、宁波等具有国际水平的石化产业基地,炼油、乙烯企业与基地内其它企业之间通过资源整合、设施共享等方式,共同发展,尽可能实现效益最大化。连云港、大连、古雷、曹妃甸等一批新的沿海石化产业基地正在建设,我国烯烃工业将取得更大的进展。
2017年我国乙烯产能2381万吨/年,比上年增长77万吨/年。丙烯产能约3481万吨/年,比上年增长约142万吨/年。
近年来,我国烯烃原料多元化发展势头迅猛,煤/甲醇制烯烃、丙烷脱氢制丙烯相继实现产业化,并建设了多套装置。目前国内还有多家企业计划外购乙烷资源,新建蒸汽裂解装置或优化现有裂解装置的原料结构,未来几年大型乙烷裂解装置建设可望获得突破。在我国烯烃生产中,预计多种技术/原料路线将长期共存,各具特点,在不同时期的原料价格、市场价格条件下,相对竞争力水平会有所不同。
根据目前进展情况,预计“十三五”末,国内乙烯产能将达到3200万吨左右,丙烯产能预计将达到4200万吨/年左右,形成以传统蒸汽裂解路线为主导,煤/甲醇制烯烃、丙烷脱氢等多种原料路线为重要补充的产业格局。预计到2025年国内乙烯产能将达到约4000万吨/年,丙烯产能达到约5000万吨/年。
2017年我国乙烯产量约为2309万吨,净进口量215.1万吨,表观消费量2524.1万吨,考虑到下游衍生物的进口,当量消费量约4593万吨,当量国内自给率约50.3%。丙烯产量约为2806万吨,净进口量309.7万吨,表观消费量3115.7万吨,加上下游衍生物消耗的折算,当量消费量约3660万吨,当量国内自给率约76.7%。
随着我国经济增速的放缓,作为最重要基本有机化工原料的乙烯和丙烯,其未来的需求增速也将逐步放缓。根据对乙丙烯下游产业发展预测,预计2020年国内乙烯当量需求量将增长到5000万吨左右,2017~2020年间年均需求增长率约2.9%;预计2025年国内乙烯当量需求量将达到5500万吨,2020~2025年间年均需求增长率1.9%。到2020年国内丙烯当量需求量将增长到4100万吨左右,2017~2020年间年均需求增长率约3.9%;2025年国内丙烯当量需求量将达到4700万吨,2020~2025年间年均需求增长率2.8%。
我国是世界上最重要的石化产品市场之一,虽然我国烯烃当量需求量仍将保持增长,但是从世界范围看,竞争程度更加剧烈,竞争态势更加复杂,中国则是各生产商激烈争夺的主要市场。未来我国烯烃产业首先面临着中东、北美低成本产品的竞争,又面临着欧美、日本、韩国等高端产品的竞争。在我国行业内部,由于多元化原料烯烃生产的快速发展,不同原料路线烯烃生产的竞争态势也更加明显。
中东烯烃生产依然具有原料成本优势,北美页岩气革命使其烯烃产业重新获得快速发展,使全球范围形成烯烃产能过剩的趋势。这两个地区在烯烃下游的大宗产品方面具有成本优势,同时美国在高端产品牌号方面具有传统优势,中东也逐渐在向中高端产品发展。西欧、日本、韩国等国家和地区烯烃生产在原料成本上不占优势,但下游高端产品牌号依然在市场上占有重要地位。
我国烯烃产业既有传统的蒸汽裂解制烯烃,近年以甲醇、丙烷为原料的多元化原料烯烃发展迅速。传统蒸汽裂解制烯烃主要问题包括:一是部分装置规模较小,目前单套规模在60万吨/年以下的裂解装置还有13套,其中6套为30万吨/年及以下的小乙烯装置;二是原料偏重,保障程度不足。我国乙烯裂解原料仍以液体原料为主,轻烃等气体原料平均比例不足20%。部分配套的炼油装置与乙烯装置规模不匹配,由于一体化程度不够,上下游资源难以尽可能做到合理化利用;三是技术指标与先进水平存在差距。与国外以轻烃为主要原料的乙烯装置相比,我国乙烯装置的技术指标均有较大差距。与国外石脑油乙烯装置相比,乙烯收率和双烯收率基本相当,在燃动能耗方面,我国部分新建大型装置已接近或达到国际先进水平,但中、小型装置能耗较高,技术水平较为落后。多元化原料烯烃在过去两年体现了一定的成本竞争力,但多种因素使其未来的利润水平存在着不确定性,包括原油价格与石化产品价格的波动、多元化原料的来源和价格波动、原油和多元化原料价格比例的波动等。
经过多年的发展,世界乙烯裂解技术已经较为成熟,未来主要是在各单元技术上进一步发展,目的是提高收率,增强原料适应性,降低能耗,减少污染物排放。甲醇制烯烃技术通过多套装置的建成投产,正在逐步完善。美国甲烷氧化偶联制乙烯技术已建成试验装置,我国大连化物所合成气制烯烃技术、甲烷无氧制乙烯技术在实验室取得成功,未来均有可能实现工业化,开创乙烯生产的新路线。
深化炼化一体化程度,优化资源利用。基于分子炼油理念创新设计炼油方案,通过从分子水平分析原油组成,精准预测产品性质,精细设计加工过程,合理配置加工流程,优化工艺操作,充分利用原料中每一种或者每一类分子的特点,使石油资源物尽其用。通过采用石脑油正异构烃分离、干气提浓、饱和液化气分离等工艺,集中炼厂的C2轻烃、丙烷、丁烷、戊烷油和正构烷烃做乙烯裂解原料,提高乙烯装置原料的轻质化率,降低烯烃生产成本,延长装置运行周期,从而提高乙烯装置竞争力。
扩大轻质化、优质化原料来源。采取多种途径,在全球范围内广泛采购乙烷、轻烃、凝析油等资源,弥补国内资源的不足。特别是随着美国乙烷出口能力的增加,国内大规模乙烷裂解装置可望获得突破,需增强对乙烷供应链的掌控能力。
继续做强长三角、珠三角等沿海石化产业群,推进规划的石化产业基地建设和提升,形成若干建设世界级石化产业基地。
虽然我国乙烯裂解装置的平均规模逐年增长,已经与世界平均水平基本相当,但是仍然有一批套中、小型装置,这些装置能耗较高,技术水平和竞争力相对较差,对这些装置应在进行科学评估的基础上,有选择地进行改造或淘汰。
为了提高乙烯装置的竞争力,在进行原料优化的同时, 还应加强科学管理。包括: 加强生产技术管理, 严格工艺规程,抓好节能降耗,减少乙烯损失率,不断提高技术经济指标;采用信息管理技术搞好管理工作,特别是应用计算机先进控制系统进行优化操作,加强成本核算;搞好安全生产管理和设备管理,减少非计划停工损失,提高装置的运行周期, 提高装置的可靠性等。
在大型乙烯装置实现全部国产化的基础上,进一步优化百万吨乙烯关键核心技术及配套技术。继续推动煤制烯烃工艺完善和技术升级。持续推进合成气制烯烃、甲烷制烯烃等新技术的开发,使我国烯烃生产工艺技术水平保持在世界前列。
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