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石化产品的未来:向更可持续的塑料和化肥转型

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-29  来源:OFweek物联网
 导读: 石化产品作为全球能源系统的组成部分,重要性越来越显著。

石化产品随处可见

石化产品指从石油和天然气转化成的各种日常用品,如塑料、化肥、包装、服装、数字设备、医疗设备、洗涤剂或轮胎,这些日常产品是现代社会不可或缺的组成部分。除了这些与日常生活息息相关的产品之外,石化产品也出现在现代能源系统中,包括太阳能电池板、风力涡轮机叶片、电池、建筑隔热材料以及电动汽车零部件。

石化产品作为全球能源系统的组成部分,重要性越来越显著。塑料是石化产品中最常见的一种,其需求自本世纪初以来几乎翻了一番,需求量超过了所有其他大宗产品(如钢铁、铝或水泥)。美国、欧洲和其他发达国家目前的人均塑料使用量是印度、印尼和其他发展中国家的20倍,化肥用量是后者的10倍,这也凸显了石化产品全球经济增长的巨大潜力。

不受关注的原材料。约90%左右的原材料来自石化产品,剩余部分来自煤炭和生物物质。这些原材料被用作生产其他物品。包括燃料在内,石化行业的能耗中约有一半是用于生产原材料,这些原材料再用于构造其他产品。

在石油所有用途中,用以生产石化产品的需求增长最快

对日益增强石化产品的忽视,是在全球能源争论中的关键盲点之一。这一部门的多样性和复杂性意味着,尽管石化行业的重要性不断上升,但与其他行业相比,它们受到的关注还是较少。

石化产品正迅速成为全球石油消费的最大推动力。到2030年,石油消费增长量的三分之一以上来自于石化行业,到2050年将占到近一半左右。石化用品对石油的需求增长比卡车、航空和航运的更快。同时,在燃油经济性改进、公共交通增长、替代燃料和电气化等因素的综合作用下,目前占主导地位的石油需求,特别是小型载客车的燃料需求重要性正在下降。到2030年,石化行业还将额外消耗560亿立方米天然气,相当于加拿大目前天然气总消耗量的一半左右。

包括中国和美国在内的世界各国,近期产能增长幅度是最大的;亚洲和中东将带动长期产能增长。预计美国的乙烯(蒸汽裂解)全球市场份额将由2017年的20%增长至2025年的22%。与中东地区一样,美国因为其丰富的天然气供给,在获得低成本乙烷方面具有原料优势,这一优势使得这美国和中东在中、短期内以乙烷为基础的化学品出口获得最大份额。中国煤基甲醇制烯烃的生产能力在2017年到2025年间几乎翻了一番,为其庞大的国内生产制造业提供了原料。从长期看,亚洲和中东的高价值化工产品市场份额都将增加10个百分点,同时欧洲和美国的市场份额则相应减少。到2050年,印度、东南亚和中东的氨产量将占全球的30%左右。

在全球经济增长、人口增长和技术发展的共同作用下,对石油化工产品的需求会不断增长。虽然以欧洲、日本和韩国为首的回收利用和遏制使用一次性塑料的努力产生了实质性的作用,但这些作用将被发展中经济体塑料消费(及处置)的急剧增加所抵消。缺少替代品是支撑全球石化产品强劲需求增长的另一个因素。

石化和油气行业不断演化的发展前景

石化产品原材料的新来源推动了该行业日益激烈的全球竞争。在经历了20年的停滞和衰退之后,页岩革命使美国重新成为了低成本的化工产地。如今,美国拥有全球40%的乙烷石化产品(ethane-based)生产能力。在沙特阿拉伯和伊朗的引领下,中东仍是主要关键石化产品的低成本之首,该地区发布了一系列新项目。中国和欧洲各自拥有全球高价值石脑油化学品(naphtha-based)产能的四分之一左右,但由于供应有限,它们基于轻型原料的产能非常少。中国蓬勃发展的煤化工产业,曾经是一个投机项目,现在随着技术进步进入稳定发展。印度目前产能仅占全球产能的4%,为了满足不断增长的国内需求,其产能将会得到强劲发展。

石油公司越来越追求整个石化价值链的整合。在汽油需求增长放缓、化工产品强劲增长并且利润率极富吸引力的背景下,石油公司正在进一步加强与石化市场的联系。尽管技术目前仍具有挑战性,但未来新的、直接从原油到化学品工艺路线也可能实现,给传统的炼化/石化工艺提供替代选项,例如,沙特阿拉伯石油公司和SABIC最近宣布了一项40万桶/日产能的大型原油化工项目,规模是新加坡现有设施的五倍。

石化产品的生产、使用和处置面临环境污染的挑战

石油化工面临着一系列的气候、空气质量和水污染的挑战。石化产品为社会发展起到巨大作用,在各种尖端、清洁技术中越来越多的应用,这些技术对于可持续能源系统至关重要。然而,石化产品自身的生产、使用和处理带来了各种需要解决的持续性挑战。

虽然石化部门消耗的能源大致与钢铁和水泥部门合计消耗的能源相当,但其排放的CO2却少于这两个部门。尽管如此,这个数字仍约为1.5GtCO2,占所有工业部门CO2排放量的18%,或与燃烧相关的CO2排放总量的5%。部分原因是因为石化工业比其他重工业消耗更多的石油和天然气,而重工业往往更依赖煤炭。另一个原因是,化学原料中所含的碳大部分锁定在最终产品(如塑料)中,只有当产品燃烧或分解时才释放出来。

不过解决方案是可行的,并且经济有效的

在我们的清洁技术方案(CTS)中,为化工行业提供了前景可观又具备可实现性的发展路径,采用这一方案,化工行业对环境的影响将全面下降。在CTS中,2050年主要化学品生产产生的空气污染物减少了将近90%,用水量比基本情景降低了将近30%。CTS还强调改进废物管理,增加快速回收再循环,这一方案将为2050年海洋塑料废物累积减少一半以奠定基础上。目前每年有1000万吨塑料废物泄露到海洋中,已经成为引起全球广泛关注的环境问题。

2050年持续增长的塑料回收再利用带来的二氧化碳累积排放量减少,相当于目前化工行业每年排放量的一半左右。在CTS中, 2050年全球平均塑料垃圾收集率增加了近三倍。与目前的趋势相比,这将导致再生塑料的产量增加,高价值化学品的需求累计减少约5%。实现上述结果要求成熟经济体的平均收集率在可实现范围内最大化,新兴经济体则要达到目前的最高收集率,这就给技术提出了巨大挑战。

碳捕集、利用和储存(CCUS)、催化过程以及从煤炭向天然气的转变引领了该行业的清洁转型。对于CCUS来说,一些最具经济效益的机会就在化工领域内,这就解释了它在减少排放的可扩展方案中所起的主导作用。通过催化替代传统工艺路线,可以实现单位产能用能节约15%以上。氨和甲醇的生产从煤到天然气的转变会导致工艺排放和能源强度的双双下降,这一下降主要体现在中国。尽管基于电能和生物质能工艺制作化学产品的投资下降,但大多数地区在这方面很难取得成本上的竞争优势,因为在能源需求量大的区域,这些低碳能源的储集载体价格很高。

石油化工原料所需的轻质石油产品份额的激增可能会给CTS的炼油挑战。到2050年,与塑料消费相关的石油需求将超过公路客运需求。这对炼油企业具有重要意义,因为目前炼油企业的生产过程既要生产重型产品,也要生产轻型产品。美国轻质致密油(LTO)产量的增加预计将有助于解决这一挑战,因为轻质致密油是更有利于生产轻质化工品的原料。然而,轻质致密油在这方面贡献的长期可持续性也取决于它的资源基础、技术和市场条件的演变。

图1 部分大宗产品产量的增长与GDP关系

石化产品的未来:向更可持续的塑料和化肥转型

关键信息:对塑料的需求增长快于对其他大宗产品的需求,而对氨的需求增长更稳定,甚至在2000年之后与经济增长脱钩。

图2 全球人均塑料和氮肥消费量

石化产品的未来:向更可持续的塑料和化肥转型

关键信息:高收入国家人均化肥使用量是低收入国家的10倍,塑料使用量是后者的20倍,全球石化产品增长潜力巨大。

图3 2017年按行业划分的原油(左)和天然气(右)需求

石化产品的未来:向更可持续的塑料和化肥转型

关键信息:石化产品占石油和天然气总消费量的14%和8%

图4 不同化工产品的原材料需求

石化产品的未来:向更可持续的塑料和化肥转型

关键信息:制造相同产品可选择多种原材料,但不同原材料所需的数量有显著差别

图5 不同地区需要的初级原料和化工产品

石化产品的未来:向更可持续的塑料和化肥转型

关键信息:亚洲主导着全球初级化工和石脑油原料的需求。北美是乙基高价值化工品(ethane-based HVC)产品的领导者。

翻译:ERR能研微讯团队

 
 
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