1.1 乙烯產(chǎn)能持續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng)
2020 年，全球乙烯產(chǎn)能預(yù)計(jì)超過(guò)2×108??t/a，新增產(chǎn)能仍然來(lái)自美國(guó)和中國(guó)，全球乙烯裝置總數(shù)約為330座，平均規(guī)模約為58.7×104??t/a，比2019 年的56.7×104??t/a有所提升。預(yù)計(jì)未來(lái)5年，乙烯產(chǎn)能年均增速將達(dá)到4.3%，需求增速將達(dá)到32%，開(kāi)工率呈下降態(tài)勢(shì) 。
1.2 原料向多元化、 輕質(zhì)化和低成本化發(fā)展
隨著頁(yè)巖氣、煤炭以及生物質(zhì)能源和可再生能源的發(fā)展，以石腦油為原料的傳統(tǒng)石化產(chǎn)業(yè)面 臨著很大的挑戰(zhàn)。預(yù)計(jì)2020年，全球乙烯裂解原料中石腦油比例將降至 39% 以下，乙烷的比例將提高到約40%，蒸汽裂解工藝依舊占據(jù)乙烯生產(chǎn)的主導(dǎo)地位，約占乙烯總產(chǎn)能的97%。對(duì)于低油價(jià)下的石腦油裂解制乙烯工藝，亞洲與北美、中東的成本差距縮小，北美和中東依舊具有優(yōu)勢(shì)。預(yù)計(jì)到2022年，在全球乙烯原料中，以乙烷為代表的輕質(zhì)化原料占比將超過(guò)50%，石腦油原料將低至39% 。
2020年6月，沙特阿美公司（Saudi?Aramco）收購(gòu)了沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司（SABIC）70%的股份，計(jì)劃向上下游一體化發(fā)展。當(dāng)月，BP公司售出了全球化工業(yè)務(wù)，未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)將聚焦于便利零售和移動(dòng)出行、低碳電力和能源、具有韌性和針對(duì)性的油氣等三大重點(diǎn)領(lǐng)域，形成更專(zhuān)注、更一體化的實(shí)體，在全球范圍內(nèi)重組業(yè)務(wù)。
1.4 綠色低碳、 智能化發(fā)展成全球共識(shí)
對(duì)于石油化工這種資本密集型和能源密集型的行業(yè)，綠色低碳與智能化發(fā)展已成為全球共識(shí)。同時(shí)智能化工廠的建設(shè)，最終目的也是為了促進(jìn)綠色化工和低碳化工。要實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的綠色化，減少或避免廢棄物的排放是一個(gè)主要方向。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮化學(xué)反應(yīng)的理論產(chǎn)率，同時(shí)還必須考慮不同途徑的原子利用率，從而實(shí)現(xiàn)零排放、零污染的目標(biāo)。歐盟作為國(guó)際碳減排的領(lǐng)軍者，率先建立了歐洲碳排放權(quán)交易體系。美國(guó)加利福尼亞州通過(guò)了《全球變暖解決方案》（《Global?Warming?Solutions?Act.》），規(guī)定該州2030年的溫室氣體排放量要比1990年能降低 40%。BP 公司應(yīng)用能源成本監(jiān)控管理工具，進(jìn)行五級(jí)能源管理水平自動(dòng)評(píng)級(jí)和基準(zhǔn)對(duì)比，集成工廠內(nèi)外的信息，提高信息的一致性和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)績(jī)效管理的標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)跨煉廠的績(jī)效對(duì)比分析，提升科學(xué)決策水平 。
2.1 低成本石化生產(chǎn)技術(shù)
石化行業(yè)以烯烴為原料，可以向下衍生出一系列產(chǎn)品。在低成本化生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)下，繁衍出很多生產(chǎn)烯烴的技術(shù)，2020年進(jìn)展比較突出的有原油直接裂解制烯烴、芳烴技術(shù)以及甲醇制烯烴（DMTO-Ⅲ）技術(shù)等。
近年來(lái)，以降低成本為主旨的原油直接裂解生產(chǎn)化工品的技術(shù)方興未艾，主要研究方有埃克森美孚公司、沙特阿美公司、沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司和中國(guó)清華大學(xué)等，2020 年該類(lèi)技術(shù)和商業(yè)上都取得較為顯著的進(jìn)展。
埃克森美孚公司原油直接制取烯烴工藝（Crude?Oil-to-Chemicals，COTC） 省略了煉油過(guò)程，將原油直接供給裂解裝置（見(jiàn)圖1）。裂解裝置不僅可以加工輕質(zhì)氣體，也可以處理經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的比石腦油和液化石油氣等輕質(zhì)原料更重的原料。該工藝可以大大降低原料成本、裝置能耗和溫室氣體排放。據(jù)估算，該工藝（采用布倫特原油作原料）生產(chǎn)乙烯的成本比石腦油路線(xiàn)低約160美元/t。2014 年 1 月在新加坡裕廊島建成的原油直接制烯烴裝置產(chǎn)能為 100×104??t/a，是全球首套采用原油直接制取烯烴的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)裝置。埃克森美孚公司在惠州大亞灣石化區(qū)正在建設(shè)一套120×104??t/a的原油直接裂解乙烯裝置，預(yù)計(jì)2023年將建成投產(chǎn) 。
沙特阿美公司和沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的原油直接制取烯烴工藝也在中東取得代表性進(jìn)展。該工藝將原油直接送往加氫裂化裝置，脫硫后先分離出較輕質(zhì)組分，將其送到傳統(tǒng)的蒸汽裂解裝置進(jìn)行裂解，而較重組分進(jìn)入深度催化裂化裝置進(jìn)行最大化烯烴生產(chǎn)。該工藝的原油轉(zhuǎn)化率將近50%。盡管采用該技術(shù)的原油直接制烯烴項(xiàng)目還未投入生產(chǎn)，但已有數(shù)據(jù)表明，該工藝成本或比石腦油裂解低200美元/t。
2020年11月，由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所自主研發(fā)的第三代甲醇制烯烴（DMTO-Ⅲ）技術(shù)在北京通過(guò)了中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定。科研人員在對(duì)甲醇制烯烴反應(yīng)機(jī)理和烯烴選擇性控制原理進(jìn)一步深入認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，研制了新一代甲醇制烯烴催化劑，開(kāi)發(fā)了新型高效流化床反應(yīng)器，完成了中試放大試驗(yàn)，研發(fā)了DMTO-Ⅲ技術(shù)，最終形成了可采用非石油資源來(lái)生產(chǎn)低碳烯烴的甲醇制烯烴技術(shù)。
2020年，該技術(shù)已建成5000??t/a 的催化劑生產(chǎn)線(xiàn)并成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。新一代甲醇制烯烴催化劑兼顧已有工業(yè)裝置和新技術(shù)開(kāi)發(fā)需求，已在多套DMTO工業(yè)裝置中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。專(zhuān)家在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)中試裝置進(jìn)行了72h連續(xù)運(yùn)行考核，結(jié)果甲醇轉(zhuǎn)化率99.06%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），乙烯和丙烯的選擇性 85.90（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），噸烯烴（乙烯 + 丙烯）甲醇單耗為2.66t。
與當(dāng)前已經(jīng)工業(yè)化的技術(shù)相比，DMTO-Ⅲ技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性有顯著提高。單套裝置甲醇處理能力大幅度增加，而且由于不設(shè)C4以上組分催化裂解反應(yīng)器，其甲醇原料單耗與第二代甲醇制烯烴技術(shù)基本相同，單位烯烴產(chǎn)能的能耗可明顯下降。
2.2 合成樹(shù)脂生產(chǎn)技術(shù)
合成樹(shù)脂、合成橡膠和合成纖維三大合成材料主要是以石油、煤和天然氣為原料生產(chǎn)的。其中，合成樹(shù)脂作為世界上最重要的石化產(chǎn)品之一，2020年除了不斷開(kāi)發(fā)和優(yōu)化生產(chǎn)新工藝，在茂金屬催化劑和產(chǎn)品回收技術(shù)方面都取得了很大進(jìn)步。
新冠肺炎疫情使全球熔噴料需求加大，降解法生產(chǎn)熔噴料有殘留、味道大。生產(chǎn)高品質(zhì)聚丙烯熔噴料迫在眉睫。2020年10月，中國(guó)石油天然氣股份有限公司石油化工研究院在成功完成了2種茂金屬催化劑工業(yè)試驗(yàn)后，又開(kāi)發(fā)出高等規(guī)度、窄分布的茂金屬超高熔體質(zhì)量流動(dòng)速率聚丙烯（mUHMIPP），產(chǎn)品技術(shù)性能達(dá)到指標(biāo)要求。
茂金屬催化丙烯直接聚合制備出的熔噴紡絲聚丙烯材料，解決了中國(guó)高級(jí)衛(wèi)生防疫聚丙烯無(wú)紡布材料市場(chǎng)短缺的問(wèn)題。這次工業(yè)試驗(yàn)成功，為中國(guó)茂金屬催化劑技術(shù)和茂金屬聚烯烴新材料進(jìn)入世界一流水平打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一種應(yīng)用廣泛的合成樹(shù)脂產(chǎn)品，也是制造塑料瓶的主要原料。法國(guó) Carbios 公司于 2020年1月宣布開(kāi)發(fā)了一種可以使用酶回收 PET 塑料的新工藝，該工藝可以將彩色瓶子制造成透明瓶子。
傳統(tǒng)的熱機(jī)械回收方法不能用于回收有色、不透明、黑暗或復(fù)雜的塑料，而這些塑料通常最終會(huì)進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)或焚燒爐。PET再循環(huán)工藝只能將其降級(jí)應(yīng)用于纖維等，制造新的塑料產(chǎn)品，且比例較低。而Carbios公司的工藝使用生物催化劑（一種酶），經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以無(wú)限回收 PET 塑料，如瓶子、包裝和 PET 聚酯纖維，通過(guò)塑料廢物的酶促進(jìn)生物再循環(huán)生產(chǎn)出第一批用100％純化對(duì)苯二甲酸（rPTA）制成的 PET 瓶。在此過(guò)程中，將塑料廢物、水和特制酶一起放入反應(yīng)容器中，在 65℃下加熱 16h，經(jīng)過(guò)過(guò)濾和凈化過(guò)程，回收構(gòu)成PET塑料的單體，即PTA（精對(duì)苯二甲酸）和MEG（單乙二醇），然后將它們重新聚合成原始 PET 并轉(zhuǎn)化成瓶子，整個(gè)過(guò)程不再需要使用新的化石資源作為原料。在整個(gè)工藝過(guò)程中，PTA和MEG可以從 PET 的解聚中完全回收。所有添加劑和顏色都是在固體形式的過(guò)濾和純化過(guò)程中提取的。在示范生產(chǎn)線(xiàn)中，部分水（特別是蒸汽）可在過(guò)程中重復(fù)使用。剩余的廢水經(jīng)過(guò)凈化后，可以在傳統(tǒng)的廢水處理廠進(jìn)行處理。Carbios公司就該工藝在法國(guó)建立了示范工廠。
2021年年初，示范工廠將全面投入運(yùn)營(yíng)，通過(guò)將技術(shù)授權(quán)給PET或PTA生產(chǎn)商，計(jì)劃2023年建成一個(gè)全面的運(yùn)營(yíng)工廠，預(yù)計(jì)產(chǎn)能可達(dá) 20×104?t/a。Carbios公司的生物再循環(huán)工藝被認(rèn)為是將PET塑料和纖維完全解構(gòu)為其單體的顛覆性技術(shù)。這些單體可以重復(fù)用于生產(chǎn)新塑料，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，不會(huì)降低質(zhì)量。
2.3 綠色化工與環(huán)保技術(shù)
綠色化工與環(huán)保技術(shù)是在現(xiàn)有化學(xué)工程技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)選反應(yīng)原料、改進(jìn)反應(yīng)流程等方式，達(dá)到減少產(chǎn)生化工廢棄物及排放污染物的要求。2020年比較突出的是基于廢氣處理技術(shù)的進(jìn)展。
巴斯夫公司和埃克森美孚公司聯(lián)合推出的一項(xiàng)高效節(jié)能的胺基氣體處理技術(shù)（OASE?sulfexx），采用了新開(kāi)發(fā)的專(zhuān)有胺基溶劑，可以達(dá)到選擇性脫除H2S、最大限度降低氣體物流中對(duì)CO2的共吸收目的。
該技術(shù)為克勞斯尾氣處理裝置、高壓酸氣脫除和酸氣濃縮裝置提供了良好的解決方案，可大幅降低產(chǎn)品中H2S體積含量，并減少CO2的吸收，達(dá)到未來(lái)排放標(biāo)準(zhǔn) 。
CH4和CO2等溫室氣體的干重整需要使用含貴金屬（例如鉑和銠）的催化劑，成本較高。若替換成傳統(tǒng)的鎳基催化劑，又易形成積炭，并且在鎳金屬面上形成表面碳納米粒子，改變了催化劑的組成和幾何結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致失活。韓國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)一種新型的催化劑，可將溫室氣體干重整為可用于CO、H2和其他化學(xué)品。該催化劑由廉價(jià)而豐富的鎳、鎂和鉬制成，可引發(fā)并加快CO2和CH4轉(zhuǎn)化為H2的反應(yīng)，有效催化時(shí)間超過(guò)30d?。
針對(duì)大量催化劑表面的活性位點(diǎn)缺乏控制的特點(diǎn)，研究人員在單晶MgO存在的還原環(huán)境下，在活性氣體中加熱制備鎳、鉬納米粒子。納米粒子在空白MgO晶體表面移動(dòng)尋找錨點(diǎn)，封閉活化催化劑自身的高能活性位，并永久固定納米顆粒的位置，這樣鎳基催化劑將不會(huì)積炭，而且表面鎳顆粒也不會(huì)互相結(jié)合。研究人員將這種催化劑稱(chēng)為單晶邊緣納米催化劑。鎳微粒連續(xù)地與晶體階梯邊緣結(jié)合，覆蓋了參與積炭的MgO表面高能中心，鎳顆粒尺寸不再增大，因此，催化劑不會(huì)發(fā)生積炭，使干重整反應(yīng)均勻可控。這種經(jīng)濟(jì)耐用的催化劑，對(duì)邁向碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有很高的現(xiàn)實(shí)意義。
以綠色新型反應(yīng)介質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)有毒有害介質(zhì)是綠色化學(xué)工藝發(fā)展的重要趨勢(shì)。超臨界、水、離子液體作為新型綠色介質(zhì)，已成為國(guó)際科技前沿和熱點(diǎn)，在化學(xué)反應(yīng)、催化與分離、電化學(xué)、材料制備等眾多領(lǐng)域中應(yīng)用前景廣闊。新型反應(yīng)介質(zhì)領(lǐng)域受到密切關(guān)注的熱點(diǎn)包括：不同尺度離子液體的構(gòu)效關(guān)系、分子設(shè)計(jì)方法；離子液體規(guī)模化制備、分離、純化及循環(huán)利用技術(shù)；新型離子液體設(shè)計(jì)、新結(jié)構(gòu)離子液體開(kāi)發(fā)；高效利用離子液體的新工藝過(guò)程；基于新型介質(zhì)的過(guò)程強(qiáng)化；基于新型介質(zhì)的過(guò)程放大規(guī)律等 。
3.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)將深度融入傳統(tǒng)石化產(chǎn)業(yè)
從石化領(lǐng)域應(yīng)用端考慮，大數(shù)據(jù)環(huán)境可以?xún)?yōu)化生產(chǎn)、提高設(shè)備運(yùn)行維護(hù)效率、科學(xué)匹配生產(chǎn)方案、提高自動(dòng)化程度。如何通過(guò)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，深度解決經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)的矛盾，是石化領(lǐng)域大數(shù)據(jù)研究的長(zhǎng)期目標(biāo)。但石化企業(yè)的規(guī)模大、流程長(zhǎng)、集中度高、操控體系復(fù)雜，所以篩查有效數(shù)據(jù)、挖掘潛在效益以及全局化調(diào)控都將是今后研究的著力點(diǎn)。
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