石化,塑料与化石燃料:你了解这些产业间的联系吗?

摆脱塑缚

编者按:本文转载自微信公众号:摆脱塑缚(ID:baituosufu0705)

你知道吗?超过99%的塑料都是由来自于化石燃料的化学品制成的。化石燃料与塑料工业之间有着紧密的联系。了解这些产业间的联系及其在推动塑料生产和塑料投资中的作用,对于解决日益严重的全球塑料污染危机,以及确定企业参与者在该危机中发挥的作用来说至关重要。

本文内容编译自国际环境法中心(CIEL)的报告《石化,塑料与化石燃料》,将会介绍化石燃料在塑料生产中的作用,从化石燃料到制成塑料的过程 ,并揭示化石燃料和塑料工业及其产品之间的深层联系。

Tips* 报告较为专业,如若无法逐字句阅读,可以选择阅读本文重点:概述与正文的加粗部分~

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概述

• 塑料生产所使用的化学品几乎全部来自化石燃料。

• 由于化石燃料的生产流程高度本地化,塑料生产也集中于化石燃料生产高度发达的地区(特别是美国的墨西哥湾沿岸)。

• 天然气凝析液(NGL)作为塑料生产的关键原料,难以长途运输。因此,以天然气凝析液或乙烷为原料的石化生产商通常喜欢聚集在天然气产地的周围。当下美国的页岩气热潮正推动着墨西哥湾地区塑料产业基础设施的大规模扩张。

• 石脑油(Naphtha)是塑料生产中的另一个关键原料。作为炼油产品,其生产集中在具有炼油能力的大石油公司中。实际上,仅五家大公司(英国石油公司,雪佛龙,埃克森美孚,壳牌和中国石油天然气集团)就提供了全球一半以上的石脑油销量。

• 因为需要将化石燃料开采和塑料生产放在一起,所以这两个行业之间存在高度的纵向一体化;许多大型的石油和天然气生产商拥有塑料公司;同样,许多大型的塑料生产商也拥有石油和天然气公司。陶氏杜邦、埃克森美孚、壳牌、雪佛龙和英国石油公司都是两者兼经营的综合性公司。

塑料的来源

尽管塑料是我们每日都能接触到的东西,但许多人不知道塑料从哪来,甚至不知道“塑料”的准确定义。广义上来说,塑料是由有机聚合物形成的材料。有机聚合物是由多个较小分子(称为单体)聚合而成的高分子长链。但是,这些几乎总是起始于石油井口、石油钻塔、煤矿的供应链的单体,本身就是供应链的产物。超过99%的塑料都是由来自于化石燃料的化学品制成的。尽管塑料种类繁多,但以下五种塑料占全部塑料产量的90%以上(按重量来算):

• 聚乙烯(34.4%),

• 聚丙烯(24.2%)

• 聚氯乙烯(16.5%)

• 聚对苯二甲酸乙二醇酯(7.7%)

• 聚苯乙烯(7.3%)[1]

乙烯是生产聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚苯乙烯(PS)的重要原料。按重量来算,这些塑料约占全球塑料产量的65%。丙烯是聚丙烯的平台化合物①。因此,绝大多数塑料的源头都可以追溯到两种工业化学品:乙烯和丙烯[2]。

【注】

①平台化合物( Platform Chemicals):指那些来源丰富、价格低廉、用途众多的一类基本有机化合物,如丙烯,苯等。从它们出发,可以合成一系列具有巨大市场和高附加价值的产品。

乙烯和丙烯在塑料包装生产中发挥着举足轻重的作用。塑料包装是塑料产品中增长最快的一类,也是加剧塑料污染危机的最大因素之一。在美国,约有34%的塑料用于包装[3],而在欧洲,这个数字是40%[4]。此外,塑料包装几乎完全由上述五种热塑性塑料组成,其中主要是聚乙烯(PE),聚丙烯(PP)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)[5]。

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超市中遍布塑料包装的身影  图 | Pixabay

原料选择

美国丰富的天然气供应,使天然气凝析液 (NGL) 成为乙烯生产的首选原料。在美国,富含乙烷的天然气凝析液生产了近90%的乙烯[6];此外,几乎所有的乙烷和三分之一的丙烷用于生产乙烯[7]。大型天然气生产商(其中属埃克森美孚最大[8])为人所知,这些大型生产商的天然气开发量约等于美国天然气总开发量,因此可以根据天然气的勘探和开发,大致计算出美国的乙烯产量[9]。

与美国类似,中东在乙烯生产中使用大比例的天然气凝析液[10]。相反,在中国、欧洲、东南亚和日本生产的乙烯主要由石脑油制成[11]。石脑油是原油精炼的产物。目前,塑料生产占全球石油消费的4%至8%[12]。但是,如果石油消费和塑料生产的趋势按预期那样持续下去,那么“到2050年,整个塑料行业的石油消耗将占石油总消耗的20%。”[13]

由于石脑油不是粗制产品而是精炼产品,石脑油市场高度集中。2014年,英国石油公司、雪佛龙、埃克森美孚、壳牌和中石油这五个把控行业的公司的营业份额超过行业收入总份额的50%。” [14]

烯烃是大量石化产品(包括塑料在内)的化学物质基础。至今为止,乙烯和丙烯一直是最重要的烯烃[15]。使用天然气凝析液和石脑油生产烯烃之间的重要区别在于可运输性。天然气凝析液很难进行国际运输,而石脑油(像原油市场的其他组成部分一样)更易于运输。近30%的石脑油产品在国际上交易[16]。

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使用油船进行国际运输  图 | Pixabay

随着天然气的蓬勃发展,到2020年,美国有望超过中东成为最大的石脑油出口国(美国国内对石脑油的需求降低,因而有更多石脑油可以出口)[17]。到2020年,全球石油原料产量的增长也将导致石脑油供应过剩,可能比市场需求盈余约1400万吨[18]。

美国不断增长的石脑油和天然气凝析液出口量扩大(而不是取代)了全球其他地区的塑料生产。在21世纪以前,欧洲塑料生产在产量上一直领先于世界,此后,以中国为首的亚洲成为最大的塑料生产地区。在中国,塑料行业的投资脚步并没有放缓;而在欧洲,化学公司INEOS目前正计划扩建两个乙烯工厂,并计划在欧洲大陆建设一个新的丙烯生产厂——这是近几年来对欧洲化学品产能的首次重大投资[19]。这些工厂将使用从美国运来的天然气凝析液,而不是炼油厂精炼出的石脑油[20]。

行业整合

因为塑料生产是化石燃料供应链的一部分,所以许多化石燃料公司直接或通过子公司生产塑料树脂和产品。例如,全球最大的私有化石燃料公司,埃克森美孚公司就拥有一个化学公司——埃克森化学公司。正如最近的一份新闻稿所述,“埃克森美孚超过90%的化学产能整合自大型炼油厂或天然气加工厂。” [21]壳牌、雪佛龙、菲利普斯、道达尔和中石化(中国最大的国有石油公司之一)都拥有、运营或投资于塑料基础设施。

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石化行业巨头  图 | CIEL

反之,一些大型的塑料公司也经营化石燃料业务。世界上最大的化学公司陶氏杜邦(DowDuPont)拥有一项碳氢化合物业务。根据其年度报告,该业务使其成为“全球最大的乙烯生产商之一。而乙烯作为内部原料,供给了生产商Performance Plastics(位于俄亥俄州)的内部消费”[22]。这使得陶氏杜邦成为了在开拓天然气新领域方面的,意料之外却规模相当大的参与者(例如在阿根廷的Vaca Muerta地区)[23]。第二大塑料生产商LyondellBassell也在美国墨西哥湾地区经营一家炼油厂。

对于企业来说,这种整合不仅方便,带来了可观的收入增长,还可以对冲化石燃料价格波动的风险。当油价下跌时,企业的上游业务利润下降,化工部门的利润率却反之升高,企业借此挽回部分利润[24]。在2015年,埃克森美孚的化工部门为企业提供了10%的收入,却创造了25%以上的利润[25]。

乙烯和丙烯

影响乙烯生产的市场动态同样也会影响丙烯生产。丙烯作为化工产品,主要在乙烯生产流程中作为副产品被生产出来。将乙烷转化为乙烯的裂化装置也将丙烷转化为丙烯。但是,两个趋势正在改变全球丙烯生产格局:第一,因原料变化,美国的丙烯产量减小。第二,中国利用大量的化石燃料储备生产丙烯。

不同的裂解流程会产生不同量的丙烯。由于天然气的蓬勃发展,美国许多乙烯生产商的丙烯生产方法从裂解石脑油转向裂解天然气凝析液,新流程中产生的丙烯减少[26]。此外,纯乙烷流(pure ethane streams)(与包含乙烷、丙烷、丁烷、异丁烯和戊烷的混合天然气凝析液不同)的裂化装置只产生少量的或根本不产生丙烯[27]。在这种转变慢慢兴起之后,生产商开始建造和运行“定向”生产丙烯的设施,有意地使用丙烷作为原料生产丙烯,丙烯不再仅作为副产品产出[28]。尽管这一变化可能会分离乙烯和丙烯生产之间的明确联系,但它可以使美国的丙烯生产更分散以及可追溯。

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丙烯不再仅作为副产物产出  图 | Pixabay

中国决定大量投资新的丙烯生产设施,这是影响全球丙烯生产发展的更加重要的因素。中国已经是世界领先的丙烯生产国。根据预计,中国的丙烯生产增速将超过世界上任何其他国家,到2025年其产量可能会增长到全球市场份额的一半以上[29]。届时,世界上绝大部分的丙烯生产,以及中国的乙烯生产将由国有企业控制[30]。

结论

虽然不是所有的化石燃料都用于制造塑料,但几乎所有塑料都是由化石燃料制成的。此外,化石燃料行业以及塑料行业中最大的企业——陶氏杜邦,埃克森美孚,壳牌,雪佛龙,英国石油公司和中石化——都是同时生产化石燃料和塑料的综合性公司。了解这些产业间的联系及其在推动塑料生产和塑料投资中的作用,对于解决日益严重的全球塑料污染危机,以及确定企业参与者在该危机中发挥的作用来说至关重要。

尾注

[1] See PlasticsEurope, The Plastic Industry 3 https:// committee.iso.org/files/live/sites/tc61/files/ The%20Plastic%20Industry%20Berlin%20 Aug%202016%20-%20Copy.pdf (last visited July 11, 2017). 

[2] See PlasticsEurope, Poly-ethyleneterephthalate (PET): Bottle Grade (2008), available at http://www.plasticseurope.org/Documents/ Document/20100312112214-FINAL_EPD_ PET_BottleGrade_270409-20081215-016EN-v1.pdf; Petroleum Technology History Part 2 – Refining Byproducts, http://www. greatachievements.org/?id=3679 (last visited July 12, 2017).

[3] See American Chemistry Council, 2012 Distribution of Plastic Resin Sales and Captive Use (2013), available at https:// plastics.americanchemistry.com/resin-reportsubscriptions/Major-Markets-2012-Report.pdf. 

[4] See PlasticsEurope, Plastics – The Facts 2016 (2016), available at http:// www.plasticseurope.org/documents/ document/20161014113313-plastics_the_ facts_2016_final_version.pdf 

[5] See id.; American Chemistry Council, supra note 3.

[6] See How Much Oil Is Used to Make Plastic?, Energy information Administration (last updated May 17, 2017), https://www.eia.gov/ tools/faqs/faq.php?id=34&t=6; Mitsubishi Chemical Techno-Research, Global Supply and Demand of Petrochemical Products relied on LPG as Feedstock (Mar. 7, 2017), available at http://www.lpgc.or.jp/corporate/information/ program5_Japan2.pdf [hereinafter Mitsubishi Presentation]; Jan H. Schut, How Shale Gas Is Changing Propylene, Plastics Engineering (Feb. 20, 2013), https://plasticsengineeringblog. com/2013/02/20/how-shale-gas-is-changingpropylene/.

[5] See id.; American Chemistry Council, supra note 3.

[6] See How Much Oil Is Used to Make Plastic?, Energy information Administration (last updated May 17, 2017), https://www.eia.gov/ tools/faqs/faq.php?id=34&t=6; Mitsubishi Chemical Techno-Research, Global Supply and Demand of Petrochemical Products relied on LPG as Feedstock (Mar. 7, 2017), available at http://www.lpgc.or.jp/corporate/information/ program5_Japan2.pdf [hereinafter Mitsubishi Presentation]; Jan H. Schut, How Shale Gas Is Changing Propylene, Plastics Engineering (Feb. 20, 2013), https://plasticsengineeringblog. com/2013/02/20/how-shale-gas-is-changingpropylene/.

[7] See Charles K. Ebinger & Govinda Avasarala, Natural Gas Liquids 7 (2013), available at https://www.brookings.edu/ wpcontent/uploads/2016/06/Natural-Gas-Liquids. pdf

[8] See Top 40 producers, Natural Gas Supply Association, http://www.ngsa.org/download/ analysis_studies/Top%2040%202015%20 2nd%20quarter.pdf. 

[9] It is important to stress, however, that this apportionment is not exact: the ratio of NGL per cubic meter of natural gas in the United States varies between approximately 10% in “dry natural gas” to 30% in “wet natural gas.” See Kinder Morgan, The Role of Natural Gas Liquids (NGLs) in the American Petrochemical Boom 2 (2017), available at https://www.kindermorgan.com/content/docs/ White_Natural_Gas_Liquids.pdf. 

[10] See Mitsubishi presentation, supra note 6, at 9.

[11] Id.

[12] See The New Plastics Economy: Rethinking the Future of Plastics, World Economic Forum 7 (2016), available at http://www3. weforum.org/docs/WEF_The_New_Plastics_ Economy.pdf.

[13] Id.

[14] See Naphtha Market Analysis By Application (Chemical, Energy & Fuel) And Segment Forecasts To 2022, Grand View Research (Mar. 2015), available at http:// www.grandviewresearch.com/industry-analysis/ naphtha-market [hereinafter Naphtha Market Analysis].

[15] See Products & Technology: Olefins, American Chemistry Council, https://www. americanchemistry.com/ProductsTechnology/ Olefins/ (last visited Sept. 11, 2017).

[16] See News Release, HIS Markit, By 2020, U.S. to Emerge as Largest Exporter of Light naphtha, Essential for Production of Gasoline and Chemicals, HIS Says (Apr. 21, 2015), available at http://news.ihsmarkit.com/press-release/ chemicals/2020-us-emerge-largest-exporterlight-naphtha-essential-production-gasoline-.

[17] See id.

[18] See id.

[19]See Press Release, INEOS, INEOS Plans Massive European Expansion Programme (Jun. 12, 2017), https://www.ineos.com/news/ ineosgroup/ineos-plans-massive-european-expansionprogramme/.

[20] See id.

[21] See News Release, ExxonMobil, ExxonMobil to Acquire One of World’s Largest Aromatics Plants (May 10, 2017), available at http://news. exxonmobil.com/press-release/exxonmobilacquire-one-worlds-largest-aromatics-plants.

[22] See Dow Chemical Company, Annual Report on Form 10-K, at 13, filed on EDGAR on Feb. 9, 2017, available at https://www.sec.gov/Archives/edgar/ data/29915/000002991516000066/ dow201510k.htm.

[23] See Reuters Staff, Argentina Sees Vaca Muerta Investment Reaching up to $8 Billion This Year, Reuters (Apr. 26, 2017, 3:55 PM), 

http:// www.reuters.com/article/ us-argentina-energyvaca-muerta/argentina-sees-vaca-muertainvestment-reaching-up-to-8-billion-this-yearidUSKBN17S2Q5. 

[24] See Adam Levine-Weinberg, Big Problems Ahead for Big Oil in 2016, The Motley Fool (Dec. 20, 2015, 2:30 PM), https://www.fool.com/ investing/general/2015/12/20/big-problemsahead-for-big-oil-in-2016.aspx.

[25] See Jtender Miglani, How ExxonMobil Makes Money? Understanding ExxonMobil Business Model, Revenuesandprofits.com (Mar. 31, 2016), http://revenuesandprofits.com/ howexxonmobil-makes-money/.

[26] See Jeffrey S. Plotkin, The Propylene Gap: How Can It Be Filled?, American Chemical Society (Sept. 14, 2015), https://www.acs.org/content/ acs/en/pressroom/cutting-edge-chemistry/thepropylene-gap-how-can-it-be-filled.html.

[27] See id.

[28] See Schut, supra note 6.

[29] See Mitsubishi Presentation, supra note 6, at 11. 

[30] See China Focus: China’s Ethylene Production Embracing New Era of Expansion, Xinhua Finance Agency (Jan. 4, 2017, 9:55 AM), http://en.xfafinance.com/html/Industries/ Materials/2015/34311.shtml.

本文编译自 “Fueling Plastics”系列中的第一篇报告《石化,塑料与化石燃料》。该系列由国际环境法中心(CIEL)发布,揭示了化石燃料和塑料工业之间的联系,并倡导研究塑料全生命周期,从源头和根本上解决塑料危机。

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