乙烯全球格局变迁史

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截至2022年底，中国新增乙烯规模达到565万吨/年，总计乙烯规模达到4933万吨/年。


据相关数据统计，2022年，中国新增5套乙烯装置，分别是：卫星石化二期125万吨/年轻烃裂解项目，广东石化120万吨/年石脑油裂解项目，东明石化100万吨/年轻烃裂解项目，海南炼化100万吨/年石脑油裂解项目，镇海炼化100万吨/年轻烃裂解项目。


现如今，我国乙烯产能已居全球之首，但是，在新中国成立之初，我国乙烯工业却是一片空白。


新中国成立后近20年里，我国乙烯产量也是近乎为零，90%以上的石油化工产品依赖进口。


从上个世纪60年代开始，我国通过引进国外技术，乙烯工业才蹒跚起步，直到上世纪七八十年代才稍具规模。


1、20世纪：由欧美为主逐渐形成三足鼎立格局


从石化产业初期来看，拥有技术和原料的公司掌握了石化发展的领先地位，而产品需求和生产的大幅增加往往在国家发生重大事件之时，如第一次世界大战、第二次世界大战和朝鲜战争。化工的兴起在德国，而富有天然气和石油资源的美国则成为了石化的奠基者。1919年美国联合碳化物公司研究了乙烷、丙烷裂解制乙烯的方法，随后林德空气产品公司实现了从裂解气中分离乙烯，并用乙烯加工成化学产品。1923年，联合碳化物公司在西弗吉尼亚州的查尔斯顿建立了第一个以裂解乙烯为原料的石油化工厂。1936年催化裂化技术的开发，为石油化工提供了更多低分子烯烃原料。美国的乙烯消费量由1930年的14kt增加到1940年的120kt。50年代起，世界经济由战后恢复转入发展时期。随着石化产品需求和技术的不断发展，在1963年，美国已有18个石化企业，乙烯总能力达3.5Mt/a，满足了3Mt/a的需求。





80年代，由于乙烯行业利润微薄，乙烯生产能力没有新的增加，但由于石油价格的下行，需求和生产再次复苏，1988年美国乙烯产量增加到了16.8Mt，装置开工率高于90%。


90年代，乙烯产能在地域结构发生重大变化。1981年，世界上有132个乙烯厂，其中87个（占比66%）在美国、西欧和日本，到1988年总数增加到155个，而在这些地区的公司只有74个，仅占47%。主要增长在亚太、非洲和中东地区。


非洲和中东地区成为乙烯主要产能地带并不是需求驱动，而是由于他们拥有丰富的油气资源，原料成本优势突出。中东地区更是成为了大量乙烯衍生物（如乙二醇和聚乙烯）出口地，该地区的廉价原料也为亚洲的供应增加提供了条件。到1995年，随着伊朗、卡塔尔和沙特阿拉伯一批新厂的建成投产，中东地区的乙烯生产能力以每年450万吨的数量增加。在过去的10年中，该地区的生产能力复合年增长率达到了19%，比全球乙烯需求量的增长速率快了3倍。


亚洲的乙烯需求在80-90年代大幅增长，1997年达20Mt，相较1980年的6Mt增长超过3倍，年均增长率达7.8%。


由此，世界乙烯总产能由1981年的48Mt/a 增加到1998年的92Mt/a。北美、西欧和亚太所占比例分别为 35.1%、23.0%和26.9%，形成了三足鼎立的格局。


2、21世纪：三次产能扩张及转移


21世纪以来，全球乙烯产能主要经过三次扩张及产能地转移：随着发展中国家经济高速发展带来日益增长的化工产品需求，全球乙烯产能稳步增长，在2009-2011年乙烯经历了一段新的高峰投产期。新增产能主要是来自于中国和中东，三年总计新增乙烯产能超 2200 万吨。2011年后，美国的页岩气革命带来了乙烷产乙烯的投量高峰，中国则经历了煤（甲醇）制乙烯产能的提升和近三年大炼化带来的乙烯产能扩张。


从整体产能来看，截至2021年，全球乙烯产能达到2.1亿吨/年，同比增长6.2%。2021年，世界乙烯装置总数约340座，乙烯装置的平均规模约为62万吨/年。


从产能分布地区和国家来看，2021年，在中国乙烯产能推动下，亚太地区乙烯总产能已升至8330万吨/年，在世界乙烯总产能的占比从2015年的36%升至40%。近年来，亚太地区乙烯产能始终保持快速增长态势，超过了欧美乙烯产能总和，其世界领先地位不断提升。





美国、中国和沙特阿拉伯的乙烯产能仍稳居世界前三位，我国和美国的乙烯产能基本持平，差距缩小至59万吨/年。韩国乙烯产能大幅增加，正向乙烯生产大国挺进。伊朗乙烯产能跃居世界第五位。


中东地区：原料成本优势驱动


中东乙烯有2/3是以乙烷和丙烷做原料，其乙烷价格长期低于美国乙烷价格，例如在2011年为0.75～1.25美元/百万英热单位，远低于当时美国约10美元/百万英热单位的乙烷价格。原料成本优势推动当地产能持续扩张，2018年海合会地区乙烯衍生物产能为3300万吨/年，占全球乙烯衍生物总产能的21%，2000年以来的年均增速达到9.8%。但由于其油气田伴生乙烷增量放缓，近年来产能增速放缓，且新建装置中采用石脑油、轻烃等混合原料的比例显著提高。


东北亚：以中国为代表的新兴市场需求及政策驱动


进入21世纪，中国乙烯产能有两轮集中投放期：2005-2006 年和2009-2010 年，主要是由于在国内需求增长下，三桶油炼厂进行扩产。1999年到2008年十年间，我国乙烯产能从435万吨跃升到998.5万吨/年，到2009年年底全国乙烯产能首次突破千万吨大关，达到1177.8万吨/年，稳居世界第二位。


2011年后，由于油价高企，我国煤（甲醇）制乙烯产能逐步扩展，煤制乙烯产能占比有一定提升。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2021年底，我国煤制烯烃生产能力达到1115万吨/年。


随着国际油价大幅下跌，国内煤/甲醇制烯烃项目经济性明显下降，规划项目投资节奏显著放缓。而基础炼化产业尤其是炼化一体化项目盈利丰厚，行业投资热情高涨。2018年，中海油惠州二期和中海壳牌二期建成投产，拉开了国内大炼化新一轮扩能的序幕。随后，恒力石化、浙江石化、中科炼化、中化泉州等多个炼化一体化项目建成投产。此外，新浦化学、万华化学、宝来/利安德巴塞尔等多个轻烃/石脑油裂解项目顺利建成投产。


受到外资、民企加快建设乙烯项目以及迫切需要缩小国内供求缺口驱动，2019年-2020年，我国乙烯产能进一步释放。2015～2020年，中国乙烯年产能已经从2200.5万吨增长至3518万吨，年均复合增长率近10%。2020年，中国占东北亚地区乙烯总产能的60%， 2015年至2020年几乎所有新增产能都来自中国。2021年中国乙烯生产能力4368万吨/年。


北美：页岩气革命催生美国乙烯产能新释放


北美地区一直是全球乙烯的主要生产地区，由于竞争力的原因，北美的乙烯开工率在 2008 年曾经降到 80%以下，其中在2008-2010 年间产能减少 240 万吨。2011年后随着美国页岩气革命带来廉价乙烷原料供应爆发式增长，推动北美乙烯产能重新进入扩张周期。


在2010年前，美国乙烷价格处于高位，大约在600美元/吨的水平，而后随着页岩气革命，大量的页岩气被开采出来。由于美国天然气多以湿气为主，天然气被分离进入管网后，剩下总质量占比约30%的天然气凝析液NGL被输送至美国休斯敦地区再进行分馏，其中乙烷、丙烷占比分别接近40%和30%。


北美天然气凝析液的价格并没有像过去那样随着原油价格的上涨而增加，逐步与石油脱钩，乙烷价格自此一直保持在200美元/吨的水平以下，具有持续的竞争优势。而美国如Enterprise，ETP，Targa，Oneok等中游公司不断加大投资开发NGL管道，使得大量的乙烷、丙烷等轻烃能够从EagleFord，Bakken， Barnett和Marcellus等富含天然气凝析液的气田通过星罗密布的NGL管道得以汇聚到美国休斯敦的化工中心。


2015年到2020年，美国墨西哥湾沿岸新增约1300万吨乙烯产能，乙烯总产能达到4000万吨，全球产能占比超过20%，成为全球最大的乙烯生产地。2020年，美国的乙烯生产原料有82%来自乙烷，而12%来自LPG（丙烷和丁烷），以乙烷为主的轻质化乙烯原料利用，使得美国成为仅次于中东的第二大成本竞争地区。


3、中国成为全球最大的煤基烯烃生产国家


乙烯被称为决定化工产业生产水平的关键指标，乙烯生产规模，决定了丙烯、丁二烯及相关芳烃类产品的生产规模。另外，乙烯规模决定了基础化工原料的规模，也同时制约着化工产业链的下游产品延伸。可以说，乙烯对于中国80%及以上的化学品生产及产业链延伸，都具有举足轻重的影响。





对于中国来说，中国乙烯产能规模的增长，是带动东北亚总体产能增长的主要动力。迚入21世纪，中国乙烯产能有两轮集中投放期：2005-2006年和2009-2010年，主要是由于在国内需求增长下，三桶油炼厂迚行扩产。1999年到2008年十年间，我国乙烯产能仍435万吨增长至998.5万吨/年，到2009年年底全国乙烯产能首次突破千万吨大兲，达到1177.8万吨/年，稳居世界第二位。


截至2022年底，我国煤制烯烃生产能力超过1100万吨/年，成为全球最大的煤基烯烃生产国家。


4、乙烯工业绿色低碳发展主要方向


2021年我国石化化工行业CO2排放量占中国CO2排放总量8%左右，其中乙烯工业占行业的8%左右。蒸汽裂解生产乙烯是我国乙烯的最主要生产路线，约占我国乙烯总产能的 84%，生产过程主要包括裂解炉蒸汽裂解、裂解气压缩和精馏分离三部分。碳排放源主要有裂解炉燃料燃烧CO2排放、热力和电消耗间接排放及火炬排放等，其中燃料燃烧直接排放约占60%、热力和电消耗间接排放约占30%，是最主要的两大CO2排放源。因此提高裂解炉热效率、采用高效分离技术、智能化赋能以及蒸汽驱动向电力驱动转变是蒸汽裂解装置节能减排的有效路径之一。


01 | 裂解炉管强化传热技术通过改变裂解炉管内部结构（形状）或材料，改变炉管内流体流动状态，增加接触面积、降低边界层厚度，强化传热，减少燃料消耗和碳排放。


02 | 裂解炉管涂层技术可延长裂解炉运行周期和炉管使用寿命，大幅降低结焦速率，减少燃料气消耗。


03 | 高效分离技术可提高裂解产物分离效率，大幅降低过程用能，是乙烯装置节能减排的重点措施之一。


04 | 智能控制系统（IPC）通过数据辨识来建立输入变量与输出变量之间的关系模型，预测输出变量趋势并实现闭环控制，可提高装置运行平稳性和产品质量稳定性，降低装置能耗。


05 | 使用绿电为裂解炉供热，有望实现高达90%的减排，裂解炉电气化将成为降低乙烯裂解装置碳排放的重要路径。


同时，加快原油直接裂解制烯烃技术的工业推广；加强前瞻性、战略性和基础性的课题研究与技术攻关，做好技术储备、提供创新引领。重视天然气高附加值利用，加强甲烷制乙烯和合成气制烯烃的研究开发投入，力争催化剂等核心技术的突破和解决工程技术问题，早日实现工业化应用。加快废塑料热解油净化技术、二氧化碳制乙烯技术的研发节奏，实现废物的低成本资源化利用。


5、布局第3代生物质制乙烯技术，提升乙醇转化率与选择性。


01 | 原油直接制化学品技术略过了原油常减压蒸馏等过程，通过原油直接蒸汽裂解或催化裂解，生产高附加值石化产品，可显著降低生产过程能耗和碳排放。


02 | 甲烷一步法制乙烯技术具有工艺流程短、耗能少、反应过程本身实现了温室气体零排放等优势。该技术主要包括甲烷氧化偶联制乙烯（OCM）和甲烷无氧一步法制乙烯、芳烃和氢气等产品两种路线，但目前仍未达到工业期望的效果。


03 | 合成气是碳资源转化利用的重要平台，主要包括合成气间接制烯烃和直接转化制烯烃两种工艺，间接法是将合成气生成甲醇再制烯烃的过程，而直接法是将合成气在催化剂的作用下通过费托合成制备低碳烯烃。


04 | 废塑料生产乙烯是将废塑料通过化学回收方法生成废塑料热解油，再经净化处理脱除Cl、Si等杂质，进入蒸汽裂解装置生产乙烯，进一步生产聚乙烯等下游产品，实现了塑料的闭环循环，兼具减污、减碳和节省资源的作用。


05 | 以CO2为原料通过还原反应生成乙烯在降低生产排放的同时还实现了CO2的资源化利用。在电化学系统中，氢离子由阳极水产生，CO2在阴极被还原，碳和氢结合成乙烯。


06 | 生物质原料生产乙烯可实现源头减碳。


未来5年内，在中国和美国乙烯项目如期投产前提下，中国依旧是全球最大的乙烯生产国家，并且美国规模较中国差距将会越发扩大。