目前國內油品產能過剩,企業(yè)面臨如何大幅壓減油品產量、提升化工產品占比的實際問題,提高輕烴產率尤其是丙烯的產量非常重要,可為發(fā)展戰(zhàn)略化工新材料奠定重要基礎。丙烯在進行聚合、烴化(烷基化)、水合、氧化、氯化、氨氧化、羰基化以及齊聚等反應后,可以得到一系列重要而實用的丙烯衍生物[1],其中環(huán)氧丙烷(PO)就是丙烯的重要應用領域。環(huán)氧丙烷是除聚丙烯和丙烯腈外的第三大丙烯衍生物,它是重要的基本有機化工合成原料,主要用于聚醚多元醇和丙二醇的生產,是生產聚氨酯(PU)樹酯、不飽和聚酯樹酯、非離子型表面活性劑、油田破乳劑、增塑劑、汽車制動液、阻燃劑、潤滑油、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、丙二醇醚、羥丙基甲基纖維素等化工產品的重要原料,廣泛應用于化工、汽車、建筑、食品、煙草、醫(yī)藥、紡織及化妝品等行業(yè)。
1《 生產技術概況 》：目前環(huán)氧丙烷的生產方法有氯醇法、共氧化法(又稱哈康法、Halcon法、聯產法、間接氧化法等,包括PO/SM、PO/TBA或PO/MTBE)、過氧化氫氧化法(HPPO)、異丙苯氧化法(CHPPO)及空氣(或氧氣)氧化法,其中氯醇法和共氧化法是當前主要生產方法,約占環(huán)氧丙烷全球產量的90%。表1列出了環(huán)氧丙烷各生產工藝技術的優(yōu)缺點及技術擁有者的基本情。
從表1中可看出:氯醇法工藝相比氧化法(含共氧化法、異丙苯氧化法、HPPO、直接氧化法)產生三廢數量大,面臨非常大的環(huán)保壓力,隨著我國環(huán)保政策趨嚴及《產業(yè)結構調整指導目錄(2019年本)》的實施(氯醇法工藝已列入限制類,直接氧化法和共氧化法列入了鼓勵類),氯醇法工藝將會逐步淘汰并最終退出市場,氧化法尤其是HPPO等綠色環(huán)保工藝將會進入快速發(fā)展的時期。
2《 我國環(huán)氧丙烷生產企業(yè)基本狀況》：截至2019年3月,我國共有環(huán)氧丙烷生產企業(yè)23家,其總生產能力為3 347 kt/a,其中氯醇法產能為1 812 kt/a,占總產能的54.14%;共氧化法的產能為1 015 kt/a,占總產能的30.33%;HPPO法的產能為400 kt/a,占總產能的11.95%;異丙苯CHPPO法的產能為120 kt/a,占總產能的3.59%。環(huán)氧丙烷生產企業(yè)的基本情況如表2所示。
從表2可看出:環(huán)氧丙烷產能主要集中在山東省及江蘇省,山東省產能約占全國的50%。國內制備環(huán)氧丙烷的方法主要有氯醇法、共氧化法、HPPO、CHPPO,其中氯醇法占比最大,國內僅有一家企業(yè)采用CHPPO工藝,尚無采用空氣(或氧氣)直接氧化法的生產企業(yè)。雖然氯醇法是最早實現工業(yè)化裝置的方法,且在我國占比最大,但由于該方法對環(huán)境污染嚴重,近年來我國已先后有7家氯醇法生產裝置關停(見表3)。受環(huán)保要求、經濟效益及消費需求增長等多重因素影響,2018年以來我國新建環(huán)氧丙烷項目進入快速發(fā)展期,在建和擬建裝置共17套,合計產能為3 745 kt/a,其中采用HPPO法技術的8套,合計產能1 900 kt/a,采用共氧化法技術的9套,合計產能1 845 kt/a,從表4可看出:目前國內正在實施及擬上環(huán)氧丙烷項目全部采用了共氧化法或HPPO法,隨著《產業(yè)結構調整指導目錄(2019年本)》鼓勵實施此類綠色環(huán)保工藝,今后共氧化法與HPPO法工藝技術將會得到較快的發(fā)展和提升。我國是世界上最大的環(huán)氧丙烷生產國家,2018年全球環(huán)氧丙烷產能約為11 400 kt/a,我國環(huán)氧丙烷有效產能3 347 kt/a,占全球產能的30%,是世界上環(huán)氧丙烷產能最高的國家,2019年投產1 580 kt/a,2020年預計投產1 200 kt/a,2021年將投產885 kt/a。從以上分析可見,到2021年底環(huán)氧丙烷將迎來產能快速釋放期,環(huán)氧丙烷產能突破6 000 kt/a,屆時占全球環(huán)氧丙烷的產能比例將大幅提升至50%以上。2018年產量2 560 kt,產能利用率為76.48%,2019年產量2 800 kt,理論產能利用率56.8%。
3《 PO裝置能耗、環(huán)保及效益估算 》：環(huán)氧丙烷裝置各生產工藝的原料消耗、副產物(或聯產物)、公輔能耗及三廢排放等對比情況見表5所示。
若按國內環(huán)氧丙烷理論生產成本=0.83×(丙烯+50)+1.4×(液氯+50)+1800來進行效益估算,原料和產品取2019年的價格:丙烯7 300元/t、液氯200元/t、環(huán)氧丙烷10300元/t,則環(huán)氧丙烷理論生產成本為8398元/t,產品銷售利潤為1902元/t,可見環(huán)氧丙烷裝置在2019年度表現出了較好的經濟效益。
4《 前景展望和建議 》：(1)環(huán)氧丙烷生產方法有氯醇法、共氧化法、CHPPO、HPPO及空氣直接氧化法。氯醇法由于存在設備腐蝕嚴重、生產污水量大等問題,已列入《產業(yè)結構調整指導目錄(2019年本)》限制類,于2015年起禁止新建氯醇法裝置;HPPO由于技術尚不完善、專利技術商僅有日本住友、運營成本較高等原因工業(yè)化裝置相對少;空氣(或氧氣)直接氧化法技術處試驗階段,技術還不成熟,離工業(yè)化推廣可能尚需時日。因此,共氧化法與HPPO是未來我國環(huán)氧丙烷生產的主要技術,從近兩年在建及規(guī)劃項目來看,國內兩種方法是齊頭并進,約各占一半。
(2)在環(huán)保趨嚴的大背景下,預計落后產能將逐漸退出市場,氯醇法產能占比會進一步下降,環(huán)氧丙烷行業(yè)將處于持續(xù)轉型升級狀態(tài),再加上一些采用新技術的裝置設備開工率低且生產不穩(wěn)定、下游聚氨酯需求強勁等因素,因此盡管2019年產能投放較大,短時期內我國環(huán)氧丙烷可能保持供需緊平衡,還能保持一定的利潤空間。
(3)從在建及擬建的環(huán)氧丙烷產能來看,2021年以后某個時間節(jié)點有可能形成產能集中釋放,屆時環(huán)氧丙烷產量可達近6000 kt,考慮下游行業(yè)需求及新用途開發(fā),假設以8.5%的年均需求增加量計算,至2025年環(huán)氧丙烷需求量約為4210 kt,屆時將實現國內需求完全自給,甚至產品過剩,使得部分企業(yè)不得不尋求國際市場,環(huán)氧丙烷利潤空間將會極大收窄。
(4)建議在建設環(huán)氧丙烷生產裝置時,要統(tǒng)籌考慮原料來源及下游產品開發(fā),最好建設上下游一體化配套的高價值裝置,形成全產業(yè)鏈發(fā)展格局,有效降低未來產能集中釋放帶來的競爭壓力。
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