以石脑油为裂解原料的传统乙烯工业正遭遇到页岩气化工和近代煤化工的严重冲击。页岩气革命已经对全球石油化工经济产生重大影响，尤其是美国和加拿大等国家，这种影响将在更多国家和地区成功开发页岩油气资源后进一步加强。它为北美化工业提供了大量廉价的乙烷和凝析液，带来了巨大的化工原料成本优势，导致北美化工行业的活力增强，竞争优势地位更加稳固。
目前，中国已成为世界上仅次于美国的第二大乙烯生产国。预计到2015年，中国乙烯总有效生产能力将达到27Mt/a，2013-2018年中国新增乙烯产能10.38Mt，其中60%计划用煤化工路线生产，传统石脑油路线仅占到30%，说明了中国乙烯工业发展同样受到严重的冲击。
虽然，由于当前原油价格大幅度下降，现代煤化工的竞争力也同步下降，加上其他一些因素，我国煤化工发展前景如何还是一个未知数，但以石脑油为原料的传统乙烯工业今后将面临着巨大的挑战是不争的事实。从世界角度看，当前乙烯工业发展的重要途径之一就是考虑使用页岩气乙烷或凝析液作为乙烯裂解原料来提高乙烯工业的竞争力。
1 世界乙烯工业发展趋势
1.1 页岩气化工为乙烯工业提供了有竞争力的原料
页岩气革命为美国乙烯工业提供了大量廉价乙烷作为乙烯裂解原料。预计2016—2018年美国有8套世界级规模的乙烷裂解装置投入运行，每套装置每天需用8.5万～9万桶乙烷，所增加的乙烷大部分来自于马塞勒斯（Marcellcus）和尤蒂卡（俄亥俄州东北部的尤蒂卡/PointPleasant）页岩区。美国开发的页岩气中平均含轻烃量12%（体积分数），最多达到16%（体积分级），将其分离出来可作为乙烯工业的良好原料，用于乙烯裂解过程制取乙烯等烯烃和轻芳烃。
在美国有不少地区如伍德福德地区（Woodford）页岩气生产含有大量凝析液的湿天然气（简称湿气），湿气中含有较多的乙烷、丙烷、丁烷和轻烃（中国目前发现的页岩气，由于页岩地层热成熟度较高，包括重庆涪陵页岩气等均属于干气）。下表是由美国石油工程师协会（SPE）提供的典型的干气、湿气和反凝析气组成。
IHS能源咨询公司《2014年世界乙烯分析》报告指出，随着美国页岩气开发大潮的到来，乙烷作为伴生气产量大增，价格降低，导致北美地区出现乙烷资源过剩，一方面推动了乙烯生产商投资改造和新建国内乙烷裂解装置；另一方面，美国分馏能力和输送至墨西哥湾沿岸的凝析液管线输送能力的大幅提升，将令美国生产和出口更多的乙烷成为可能。
下表是美国历年来采用各种裂解原料的乙烯产量。由下表可知：由于页岩气提供了大量的乙烷原料，从2005年起美国乙烷制乙烯产量增加，同时石脑油制乙烯产量急剧下降。预计2015年，美国从乙烷中得到的乙烯体积分数占总量的73%，加上丙烷和丁烷后则高达92.5%。
1.2 美国的页岩气发展现状
据美国能源安全分析公司最新研究报告显示，受页岩气产量快速增加的影响，美国新建天然气凝析液分馏产能得到大幅增加，2013年美国凝析液分馏能力增加至260万桶/d，比2012年增加57.5万桶/d。该报告称，尽管对现有美国本土乙烯装置进行改造后能加工更多的乙烷原料，但美国自产的乙烷还是有大量的剩余，2013年剩余产能达6万桶/d。
美国乙烷等轻烃出口的现状已经引起了广泛注意，成为国际石化业的一个很重要的动向。2014年6月在休斯敦召开的Benposium大会上Bentek能源公司表示：美国包括乙烷、丙烷和丁烷在内的天然气液体出口量将从目前的48万桶/d增加至2019年的150万桶/d左右。实际上目前美国乙烷已经严重过剩，未来3年内美国乙烷过剩量预计将会从目前的15Mt/a扩大到65Mt/a，唯一的途径就是出口。
与此同时，欧洲为了提高石化工业的竞争力，一个方向就是寻找能提供有竞争力原料。由于美国国内乙烷等需求疲软，北美以外的生产商已开始拓展乙烷海外市场，如美国马塞勒斯的乙烷生产商已将乙烷销售到一些欧洲国家如瑞士的英力士公司（Ineos）、意大利Versalish公司和奥地利Borealis公司等，都已经引进或考虑将美国乙烷作为乙烯裂解原料。
实际上，近年来美国丙烷一直都在出口，出口丙烷前期投入相对较小。但如果出口乙烷则前期投入很大，需要新建深冷系统及设备等基础设施，投资费用需7.1亿美元，是丙烷的两倍，同时需新造专用冷冻运输船（单船造价高达1.2亿美元）。此外由于美国丙烷过去几年出口量大幅增长了3倍，其价格已和全球接轨，乙烷与丙烷价格比从2012年初的75%下降至目前的30%左右。
相比之下目前乙烷出口套利空间预计是丙烷的5倍以上，有望成为美国未来轻烃出口的主力军。美国乙烷出口的第一步将是欧洲，和其他路线相比，欧洲乙烯装置用美国乙烷作原料的生产成本可以下降363美元/t，因此进口乙烷作为乙烯裂解原料的经济效益很好。2013年英力士公司已经从美国进口了1Mt乙烷，2014年欧洲已有4套乙烯装置改造成乙烷进料，预计总计可以消耗乙烷4Mt/a。如果欧洲另外21个沿海的炼厂都改造成乙烷进料，则乙烷需求可以达到10Mt/a。
据了解，美国第一份乙烷出口合同———英力士公司进口美国的页岩气，用于其位于英国格兰茅斯（Grangemouth）的石化厂和位于挪威拉夫内斯（Ｒafnes）的乙烷原料裂解装置。运输方案是从丹麦气体运输商Evergas租赁了6艘运输能力为2.75×104m3的液化天然气船，这将有利于英力士公司长期以具有竞争力的价格从美国采购乙烷。
据此，Evergas公司将原与上海太平洋海洋工程公司合同订造的3艘新船增至6艘。这也说明了我国已经能够制造全球最大型、最先进的多用途气体运输船，可同时运输液化天然气、液化石油气、乙烯、乙烷和凝析液等石油化工气体。这批船只即将在上海太平洋海洋工程公司开始建造，未来将为英力士公司的乙烷运输提供更具灵活性的解决方案。
2 我国乙烷裂解制乙烯工业的可行性分析
根据目前我国页岩气开发进展情况，中国石化业近期内使用国产乙烷做裂解原料是有难度的，考虑到欧洲一些乙烯生产商已经进口美国页岩气乙烷作为裂解原料的事实，值得中国等目前还是以石脑油为主原料的国家，考虑在部分有条件的乙烯厂用进口乙烷来代替部分石脑油作乙烯裂解原料。
我国许多建设在沿海和沿江的大乙烯装置，如中国石油化工股份有限公司旗下的上海石油化工股份有限公司、扬子石油化工有限公司、镇海炼化分公司和茂名分公司等都已经掌握深冷乙烯罐储存技术（－104℃）和乙烯贸易运输经验，有关液化天然气储存和海洋运输（－160℃）贸易也已经发展到相当水平。如果能借鉴欧洲一些国家的做法，在价格合理的前提下，引进北美乙烷或凝析液为裂解原料，则能进一步提升中国乙烯工业竞争力。
2.1 以乙烷为原料的乙烯裂解特点
用乙烷或凝析液作为乙烯裂解原料，实质就是乙烯工业原料的高度轻质化。在中东和北美等地区许多乙烯裂解装置很早就使用乙烷等轻烃原料，自裂解单元以后下游的总流程和常规的石脑油为原料的装置基本是相似的。
以乙烷或凝析液为原料的裂解装置具有“三低、一高”的特点，具体指的是在相同处理能力时表现为“产品成本低、装置投资低、产品复杂度低”以及“乙烯收率高”的特点，这一类装置具有很高的竞争力。
下表是一套生产能力为454kt/a的乙烯装置不同原料得到的产品量。由表3可知：乙烷裂解产品中丙烯、丁二烯和芳烃很少，主要产品是乙烯，这对下游乙烯衍生物是有利的；同时一些较重的烯烃产量很少，尤其如丙烯和丁二烯等，后者主要是橡胶工业的主要原料，目前已出现市场供应紧张，价格上涨的局面。
注：1）装置自产乙烷和丙烷回炼；
2）丙烷回炼；
3）异丁烷一般不作为乙烯裂解原料，异丁烷浓度高的原料主要生产丙烯、丁烯、苯和甲烷氢；
4）石脑油根据其馏程范围可以有不同种类，情况复杂，重石脑油的裂解苛刻度影响到产品平衡，工业上趋向于使用轻石脑油，如油田凝析油；
5）聚合级丙烯。
由于乙烷裂解装置的副产物很少，因此此类新建装置的构成简单、下游配套装置少、占地面积小，无论是装置投资还是全厂总投资都比较低。对于老装置改造，一般可用它替代部分石脑油原料（30%～50%），主要是要建设若干台乙烷裂解炉代替石脑油裂解炉，后部的深冷分离系统尽可能保持，不作大的变动。
2.2 乙烷裂解制乙烯的可行性分析
进口页岩气乙烷或凝析液作为乙烯裂解原料，涉及到生产、储运（海运）和外贸等多个部门，前期投入比较大，是一个复杂的系统工程，首先需要研究的是乙烷裂解制乙烯的技术经济可行性。
据有关单位初步询价结果，如果走非洲好望角航线，从美国东部墨西哥湾到上海，2014年乙烷运费为100～135美元/t。如果今后开辟巴拿马航线，从美国墨西哥湾到华东地区乙烷的运费为85～125美元/t。因此加上运费我国沿海石化厂乙烯生产的现金成本组成中，乙烷原料价格将由395.7美元/t上升到530.7美元/t，原料成本上升为665.5美元/t，原料净成本为368.8美元/t，乙烯生产现金成本为689.6美元/t，比石脑油裂解的成本（1086美元/t）还是低很多。
下表是使用不同的裂解原料乙烯生产的现金成本比较。用进口乙烷的乙烯现金成本为689.6美元/t，仅相当于石脑油裂解成本的63.5%，成本可低396.4美元/t，说明如果能使用进口页岩气乙烷有较好的经济效益。对于在已有老装置上替代30%石脑油的话，一套百万吨大乙烯仅仅原料成本每年就可节省1.2亿美元。
注：1）以美国墨西哥湾岸乙烯生产（乙烷作原料）总现金成本的相对比例为100%；
2）如果从美国进口乙烷应另外计入海上运输+贴水费用；
3）使用美国进口乙烷，运费135美元/t（美国东部墨西哥湾－中国华东，好望角航线）。
3 页岩气乙烷或凝析液的海运物流分析
3.1 航线分析
从美国墨西哥湾到华东地区的海轮航线一般有两条航线，一条是走非洲好望角航线，风险相对比较小，但航程增加了70%，导致运费相对较高；另一条走巴拿马运河，是比较有希望的一条航线，据悉巴拿马运河拓宽工程将在2015年6月实行商业开放。
根据扩建计划，巴拿马在运河的两端各修建一个三级提升的船闸和配套设施。新建的第三套船闸长427m、宽55m、深18.3m，可容纳宽为48.77m、长为365.76m的船只，装载百万桶原油的油轮将可以轻松通过巴拿马运河，使得来自非洲西部的石油和其他矿产资源可以直接运往中国。
3.2 乙烷海运运力和运费情景分析
今后乙烷海上运输可能更多地使用超大型液化石油气运输船（VLGC船），容积为7.8×104～8.5×104m3，其特点是运费低廉，是小型船只（12～22kt）的一半左右。
丹麦气体运输商Evergas公司是全球目前唯一的乙烷运输商，2013年Evergas公司宣布与英力士公司（Ineos）签订为期15年的租约，从2015年开始从美国“MarinerEast”项目运输乙烷原料至欧洲，成为全球第一份美国乙烷出口合同。
以3艘84K立型船（84000CBM VLEs）经巴拿马航线，从北美到华东为例，乙烷运力约为800kt/a。
值得指出的是由我国自行研发、设计、建造的两艘8.3×104VLGC船2014年底在上海签字交付，标志着我国船舶工业全面跻身世界高端液化气体运输船设计、建造的先进行列，为今后我国开发乙烷海运业务创造了很好的条件。
4 结语
以上分析说明无论从全球还是从我国具体情况出发，提高石化工业竞争能力的核心问题之一是进一步降低乙烯原料成本，因而采用目前资源条件较好的页岩气乙烷或凝析液作为裂解原料是一个具有重大战略意义的措施。综合各方面因素，我国已基本具备实施条件，相类似的乙烯和液化天然气我国都有进口，但缺乏进口乙烷的经验和相关设施。实施这一工程需要较大的投入，应仔细地进行各方面的前期准备工作，相信我国石化业是可以在一个不长的时间内实现这一目的。（原载《石油化工技术与经济》）
