中國石化工程科技2035發展戰略研究

曹湘洪，袁晴棠，劉佩成

（1.中國工程院，北京 100088；2.中國石油化工集團公司,北京 100728）

中國石化工程科技2035發展戰略研究

曹湘洪1，袁晴棠1，劉佩成2

（1.中國工程院，北京 100088；2.中國石油化工集團公司,北京 100728）

本文在把握國內外石化工業和工程科技發展趨勢、研判我國2035年經濟社會發展前景、預測我國重大戰略需求的基礎上，提出了2025年和2035年我國石化工程科技發展的戰略思路、戰略目標、重點任務和措施建議。

石化工業；工程科技；戰略研究

一、前言

經過60多年的改革和發展，我國石化工業已建成了完整的工業體系，生產的石化產品基本能滿足國內需求，并有力支持了相關產業的發展，產業規模已躋身世界石化大國行列，具有較強的競爭實力。未來20年，隨著新一輪科技革命和產業變革的深入發展，我國經濟結構調整和產業轉型升級的不斷推進，將對石化工程科技發展提出新的重大戰略需求。

中國工程院“石化工程科技2035發展戰略研究”課題以“創新驅動、兩化融合、重點突破、綠色發展”為指導方針，通過對國內外石化工業和石化工程科技發展趨勢的梳理，分析了未來20年我國經濟社會發展對石化工程科技發展的重大戰略需求，提出了2025年和2035年我國石化工程科技發展的目標任務。

二、面向2035年的世界石化工程科技發展趨勢前瞻

（一）高效煉油石化技術

（1）重質、劣質原油生產更加清潔化的液體燃料技術不斷進步。到2035年，全球電動汽車、燃料電池汽車等新能源汽車將會快速增長，但液體燃料仍將是交通運輸的主要燃料，品質上會要求更加清潔化。而生產液體燃料的原油總體呈現重質化和劣質化，這將推動劣質、重質原油高效轉化技術不斷進步，漿態床渣油加氫裂化技術開發和應用將日益廣泛。

（2）有競爭力的油化結合技術更受重視。以降低生產成本、降低能耗、提高經濟效益為目標，低碳烷烴脫氫、石腦油或重油催化裂解生產C3、C4烯烴等高價值烯烴生產技術，石腦油催化重整、芳烴轉化與分離的高效催化劑及工藝等芳烴技術，合理利用煉化裝置副產物生產有機化工原料技術等研發活躍。

（3）基于分子水平的煉油技術平臺不斷完善。對原油的認知將從混合物水平提升到分子水平，并從分子水平認識煉油反應過程，開發更高效的催化劑和更先進的生產工藝，實現對石油烴類分子的定向轉化，充分利用石油烴類中碳、氫原子；開發、實施高選擇性精細煉制技術，實現對石油資源的最有效利用，并推動石油煉制技術向本質綠色低碳方向發展。

（二）綠色低碳生產技術和裝備

（1）采用本質綠色低碳的工藝和裝備，實現煉化技術從末端治理向源頭消減、過程控制和末端治理全過程控制的轉變。包括煉化反應過程和產品分離提純過程的低能耗、高選擇性、清潔化技術，工廠用能優化技術；“三廢”資源化利用及高效無害化處理技術；建立創新性的循環經濟模式，形成產業間及與社會的生態鏈接；CO2捕集、利用技術等。

（2）開發新型高效催化材料，促進煉油和化工反應過程的本質節能、環保。根據量子力學的基本原理，從原子尺度出發，直接面向最終的應用需求，通過高通量的計算模擬，結合可靠的實驗和計算數據，顯著提高先進催化材料的研發和應用速度，預計將會引發催化材料的重大變革，促進煉油和化工反應過程的本質節能、環保。

（3）創新技術不斷開發應用，化工過程技術及工藝流程將更加綠色。重點是提升催化劑的選擇性和活性、優化原料配給、創新反應設備、開發反應、反應產物分離和精制耦合新技術，減少副反應發生，簡化產品分離過程和精制流程，針對不同石化產品的綠色一體化生產技術不斷得到應用。

（三）原料多元化技術

（1）以木質纖維素和藻類為原料的生物燃料技術走向成熟。非石油原料生產液體燃料的技術中，可再生的生物燃料最具發展前景，以可利用的動植物油脂為原料通過醇解或加氫等方法制備生物燃料的技術將繼續進步，以木質纖維素、藻類等生物質為原料生產生物燃料技術的水平明顯提升并逐步成熟。生物燃料技術將成為減少溫室氣體排放的實用技術。

（2）有機化工產品原料多元化技術不斷涌現。未來有機化工產品生產原料將呈現石油、煤炭、天然氣和生物質多元化格局，并根據原料特性開發最有效利用資源并盡可能減小負面環境影響的加工技術，逐步形成以石油為主，天然氣、煤炭、生物質、廢舊高分子材料為原料的系列有機化工產品生產技術。

（3）可生物降解的綠色環保潤滑劑。通過作物基因改性，使植物油性能不斷改善，產量逐步增加，成本持續降低。通過化學改性利用植物油生產可生物降解潤滑油，具有廣闊的市場前景，在某些領域可取代礦物基潤滑油。

（四）高端石化產品技術

高端石化產品技術的重點是高檔潤滑油及潤滑脂、高級溶劑油、功能性石蠟生產技術。高端石化產品將根據新型電子電器、交通運輸、醫療、食品包裝、農業、航天等行業的需求，開發并生產實用的功能化產品，通過研究功能與分子結構的關系進行分子設計，實現單體生產、催化劑、反應工程與工藝、加工應用技術的綜合集成。

（五）智能化生產技術

物聯網、大數據、云計算、智能機器人、在線監測分析儀器、過程模擬及在線優化技術廣泛應用于石化生產過程，石化生產逐漸進入智能化發展新階段，逐步實現物質流、能量流、信息流、資金流的集成優化，支持資源、資金的高效利用，過程的低排放、低污染，提高企業的管理水平、市場應變能力和競爭能力。基于供、產、銷的決策平臺將發揮重要作用，可及時分析市場需求和效益，使大宗產品生產按照運輸距離、產能匹配、原料供給等數據，迅速獲得最優的生產方案，并通過該決策平臺，實現原料供應、產品生產和銷售的低庫存[1]。

（六）本質安全生產技術

基于風險管理、設備可靠性在線檢測技術、過程危險因素高靈敏檢測、自動報警、智能緊急停車以及自動化修補等技術得到快速發展，進一步為石化生產的本質安全提供保證。

三、我國經濟社會發展對石化工程科技的需求分析

（一）我國石化工業發展趨勢分析

1.我國能源消費結構將發生根本性變化

未來20年我國將處于油氣替代煤炭、非化石能源替代化石能源的雙重替代期和能源結構優化的攻堅期。我國能源結構將發生根本性改變，化石能源比重將下降，清潔能源比重大幅上升。煤炭的比重將由2015年的65.1 %下降至2035年的45.7 %，石油的比重將由17.3 %下降至16.3 %，天然氣比重將由6.0 %上升到14.5 %，非化石能源的比重將由11.7 %上升到23.5 %，見圖1 [2]。

圖1 我國一次能源消費結構預測

2. 化工原料多元化趨勢仍將繼續

（1）石腦油乙烯仍占主要份額，但比重下降。預計到2035年我國乙烯原料將呈現以石腦油為主體，甲醇、乙烷、甲烷、乙醇等多種原料并存的格局。世界頁巖氣中乙烷產量的持續提高，會使我國有更多機會從國際市場進口乙烷用于生產乙烯。隨著我國纖維素乙醇產量的增長，用乙醇生產乙烯也會得到發展。已經開始中試驗證的甲烷高效生產乙烯技術，經過技術可靠性和經濟性的工業化驗證，將對傳統乙烯工業帶來革命性影響。乙烷化學環脫氫制乙烯技術一旦取得突破，以乙烷為原料生產乙烯的經濟性將進一步提升。

（2）未來非傳統石油路線丙烯產能占據半壁江山。預計到2035年我國丙烯生產能力中非傳統石油路線的丙烯產能將保持增長態勢，占總產能的比重將會增加至47 %左右；傳統石油路線生產的丙烯產能占總產能的比重將會持續下降至53 %左右。未來，丙烷脫氫制丙烯的發展將受到丙烷原料的制約，煤（甲醇）制烯烴的發展將繼續受到減排二氧化碳和石油、天然氣價格的制約。

3. 成品油及石化產品需求將明顯放緩

（1）成品油需求。未來20年，隨著我國經濟發展進入新常態、產業結構轉型升級和資源環境的制約，我國成品油需求增速將放緩。同時，由于替代燃料迅速發展，預計我國成品油消費將進入中低速增長階段，2025年左右會進入平臺期，見圖2。

（2）主要石化產品需求。未來20年，隨著城鎮化進程的加快和全面建成小康社會的實現，我國石化產品需求增長還有一定空間，但消費增速將明顯趨緩，見圖3。

4. 產能過剩態勢仍將比較嚴重

（1）煉油能力日漸過剩。“十三五”期間，我國煉油能力將繼續增長。按我國石油和化學工業聯合會的統計，2020年我國煉油能力可能會達到9.6×108t/a，而我國石油產品消費增速將繼續趨緩，煉油能力過剩狀況將進一步加劇，煉油能力利用率將比2015年下降5個百分點，下降至64 %左右。

圖2 我國成品油需求預測

圖3 我國主要石化產品需求預測

（2）大部分石化產品產能過剩。未來，隨著在建石化項目陸續投產，而下游消費因國內經濟減速和出口競爭力下降，仍無法有效消化國內的過剩產能。2018年前后，隨著美國超過1×107t乙烯產能投產，部分低成本乙烯、丙烯衍生物將流入亞洲市場，對國內市場將進一步造成過剩壓力。

5. 石化產品質量將持續升級

為減輕汽車尾氣污染，我國將加快成品油質量的升級步伐，計劃2019年在全國實施國VI汽柴油質量標準，北京將于2017年開始實施國VI汽柴油質量標準。同時，隨著工業化、城鎮化進程的不斷加快，我國對石化產品品質的要求將逐步升高，功能化、節能環保型新材料和新型精細化工產品成為石化產品發展的熱點和新的增長點。

6. 交通運輸替代能源繼續保持較快發展勢頭

預計到2035年，生物燃料、天然氣和電動汽車將替代汽柴油消費約6.3×107t，如果進一步考慮煤制油可能帶來的1×107t替代量，屆時汽柴油替代量可達7.3×107t。

7. 環保法規越來越嚴格

為了保護環境、減少霧霾影響，國家相繼出臺了新的《中華人民共和國環境保護法》,其中包含“大氣十條”“水十條”“土十條”等強制性政策。這將進一步要求石化企業減少SO2、NOx、粉塵、化學需氧量(COD)、廢渣、揮發性有機化合物(VOC)和CO2的排放，越來越嚴格的環保法規將給石化企業發展帶來巨大壓力。

（二）對石化工程科技發展的重大戰略需求分析

（1）為滿足我國液體燃料的需求，需要開發重質、劣質油高效轉化技術和煉油原料多元化技術。

（2）為滿足我國有機化工原料的需求、提高我國石化產業競爭力，需要開發化工原料多元化技術。

（3）為適應我國未來的市場趨勢，需要開發高端石化產品技術。

（4）為滿足我國石化工業綠色低碳發展要求，需要開發節能環保等綠色技術[3]。

（5）為滿足石化智能工廠建設要求，需要開發“兩化”（信息化和工業化）深度融合技術[1]。

四、我國石化工程科技的發展戰略思路與目標

（一）發展思路

以“創新驅動、兩化融合、重點突破、綠色低碳”為指導方針，加強石化工程科技的創新發展，集中力量在關鍵領域實現重點突破和跨越式發展，大力推進清潔生產，努力建設資源節約和環境友好型的石化產業，努力促進信息化與石化產業的深度融合，實現我國石化產業的綠色低碳發展，進一步增強石化產業的整體競爭力，推動我國發展成為石化強國。

（二）戰略目標

1. 2025年目標

建成世界一流、具有中國特色的石化工程科技創新體系，突破一批具有國際領先水平的石化工程核心技術和專項技術，石化技術總體達到世界先進水平。智能工廠試點完成，具備全面推廣條件。

2. 2035年目標

全面建成以創新引領、智能高效、綠色低碳為核心的石化工程科技創新體系，支撐我國石化產業強國建設。自主創新能力大幅度提升，煉化成套技術、劣質渣油高效轉化、綠色低碳等核心關鍵技術達到世界領先水平，科技支撐和創新引領作用得到充分發揮。

五、我國石化工程科技2035年重點任務

（一）需突破的關鍵核心技術

（1）劣質原油和渣油、重油加工技術，包括原油調和技術、劣質原油加工技術、渣油加氫高效轉化技術、化石能源制氫新技術等。

（2）清潔油品生產技術，包括焦化及催化柴油高效改質技術、大幅度增產航煤技術、優質汽柴油調和組分生產技術等。

（3）油化結合技術，包括生產化工原料的煉油技術、拓展原料來源的芳烴成套技術、煉油廠干氣和液化氣高值化利用技術等。

（4）高性能潤滑油/脂、功能性石蠟等高附加值石油產品生產技術，包括高檔潤滑油基礎油生產技術、潤滑油/脂產品配方和添加劑新技術、特種油脂生產技術等其他新產品生產技術。

（5）低碳烯烴生產技術，包括吸附分離與深冷分離耦合技術、甲烷直接制乙烯技術、乙烷氧化脫氫制乙烯技術等。

（6）增產芳烴技術，包括催化重整多產芳烴技術、輕烴高選擇性制芳烴技術、苯/甲苯和甲醇選擇性甲基化制二甲苯技術等。

（7）聚烯烴可控聚合及先進加工技術，包括單活性中心催化劑生產關鍵技術、結構可精確控制的烯烴共聚合和接枝聚合技術、合成樹脂取向加工技術等。

（8）生物基工程塑料生產技術，包括具有生物基特征的聚酰胺10T、聚酰胺9T等高性能生物基工程塑料生產技術。

（9）綠色輪胎用橡膠生產技術，包括溶聚丁苯橡膠、高順式聚丁二烯橡膠等高性能橡膠生產技術，廢舊輪胎制備精細膠粉的回收利用技術等。

（10）纖維高性能化及功能化技術，包括高強高模碳纖維、低成本碳纖維、抗菌纖維、抗靜電纖維、光致變色纖維等技術。

（11）高性能與功能高分子材料，包括抗菌材料、高隔水和阻燃無毒新型外墻保溫材料等。

（12）石化工程技術，包括適應裝置大型化的工程技術、高效反應工程和過程強化技術、高效精細分離工程技術。

（13）節能減排技術包括煉化節能新技術，催化裂化本質減排技術，“三廢”處理新技術，CO2低能耗捕集、封存和資源化利用技術。

（二）需深入開展基礎研究的主要技術領域

要圍繞以下技術的重大創新凝練科學問題，深入開展基礎研究。一是低碳高效煉油技術；二是新型催化材料技術；三是過程強化技術；四是適應新型內燃機的油品技術；五是石油中硫、氮、氧等雜原子非臨氫脫除技術；六是光轉化高分子膜材料生產技術；七是仿生集水材料生產技術；八是生物燃料生產技術。

（三）需實施的石化重大工程

（1）智能石化廠工程。2035年物聯網、云計算、工業無線、智能傳感器、機器視覺、在線優化等技術在石化廠廣泛應用，結合商務智能等信息技術，數字化、智能化貫穿整個石化廠，從設計、建設、生產運維、經營管理，直至新產品開發全過程。

（2）甲烷制乙烯工程，包括甲烷制乙烯催化劑工業化制備，專用反應器開發，分離精制工藝及工程放大技術開發，流程集成和大型工業化裝置建設。

（3）高性能聚合物工程，包括基于性能要求的聚合物分子結構設計、單體生產技術、聚合催化劑及工藝、反應器及生產流程開發，加工應用技術與裝備開發，實現上述技術的綜合集成，形成多種高性能聚合物的商業化生產。

（4）設施農業專用高分子材料工程，包括制備長壽命、防霧滴、選擇性透光棚膜和可降解地膜的高分子材料生產、開發及加工技術，實現大面積推廣應用。

（四）需開展的重大工程科技專項

（1）生物質利用技術，包括大型纖維素乙醇生產技術與專用設備開發、城市有機垃圾生產生物燃氣技術與專用設備開發、生物基化學品生產技術開發、生物基材料生產及加工應用技術開發，實現纖維素乙醇、生物基化學品、生物基材料的普及應用。

（2）新型制氫與儲氫技術，包括開發低成本電解水制氫技術、生物催化制氫技術、光催化制氫技術等，開發多孔材料儲氫、芳香烴化學儲氫等技術，實現上述制氫、儲氫技術的應用，支持國家發展氫燃料電池的戰略目標。

（3）石化產業“兩化”融合技術，包括開發煉油過程物質流、能量流綜合優化技術，流程模擬和在線自動優化技術，原料與產品性能的在線檢測調控技術，設備可靠性在線檢測及預警技術，生產過程安全性預警及自動緊急停止技術，全面支持石化智能工廠的建設。

（4）廢舊高分子材料回收利用技術，包括開發基于“力化學”的廢棄高分子材料回收利用技術、廢舊高分子材料自動檢測分類及選擇性催化裂解技術、廢舊高分子材料回收利用過程污染物處理技術，全面支持廢舊高分子材料高附加值回收利用。

六、對策建議

（1）持續完善以石化企業為主體的科技創新體制，構建合理享受創新成果的知識產權保護制度，加強“產學研”合作，推進創新聯盟建設。

（2）加強石化領域科技人才隊伍建設，培育多層次人才隊伍，營造鼓勵創新、寬容失敗的良好氛圍，完善科技人員分類考核機制，構建既有激勵又有約束的分配機制，充分調動科技人員的積極性。

（3）加大科技投入，不斷完善研究設施，尤其要不斷完善功能化高性能、高分子材料加工應用研究設施，持續推進“產學研用”緊密結合的協同創新。

（4）從國家層面支持石化領域面向2035年的關鍵核心技術開發，設立石化重大工程科技專項，提供科技經費支持，提供稅收優惠支持重大工程的實施。

（5）制定支持石化產業創新發展的財稅政策，鼓勵石化企業加大研發投入力度。

（6）加強國際合作，鼓勵創新主體“引進來”和“走出去”。在重視引進高端人才的同時，按“不求所有，但求所用”的原則重視和支持高端智力引進，將我國石化領域建設成為高水平科技合作的重要基地。制定相關政策，支持國有企業到國外設立研究機構，收購國外專利技術或小型科技公司，努力建設中國石化工業國際化創新平臺。

參考文獻

[1]單洪青. 新時代下傳統工業企業的轉型發展探討 [J].當代石油石化, 2015, 23 (7): 6–10. Shan H Q. Research on the transformation and development of traditional industrial enterprises in the new era [J]. Petroleum & Petrochemical Today, 2015, 23 (7): 6–10.

[2]中華人民共和國國家統計局. 中國能源統計年鑒 2015 [M]. 北京: 中國統計出版社, 2015. National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China. China energy statistics yearbook 2015 [M]. Beijing: China Statistics Press, 2015.

[3]劉芬. 煉油化工技術進展研究 [J].化工管理, 2014 (30): 75. Liu F. Research of refning and chemical technology progress [J]. Chemical Enterprise Management, 2014 (30): 75.

Development Strategy for China’s Petrochemical Engineering Science and Technology to 2035

Cao Xianghong1, Yuan Qingtang1, Liu Peicheng2
(1. Chinese Academy of Engineering, Beijing 100088, China; 2. China Petrochemical Corporation, Beijing 100728, China)

Based on assessments of domestic and international trends in the petrochemical industry and in engineering science and technology development, analyses of China’s economic and social development prospects to 2035, and predictions of China’s major strategic demands, this article proposes a development strategy, strategic objectives, major tasks, and measures and suggestions for China’s petrochemical engineering science and technology development to 2025 and to 2035.

petrochemical industry; engineering science and technology; strategic research

TE6

A

2016-12-12；

2016-12-20

曹湘洪，中國工程院，院士，中國石化集團公司科技委，委員，主要從事煉油和石油化工技術管理；E-mail: pchliu@sinopec.com

中國工程院咨詢項目“中國工程科技2035發展戰略研究”(2015-ZD-14)

本刊網址：www.enginsci.cn

DOI 10.15302/J-SSCAE-2017.01.009