近年來,隨著技術工藝的不斷成熟和市場配置的不斷優(yōu)化,石化行業(yè)制烯烴的原料呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢,尤其是在雙碳背景下,一大波與丙烷相關的消息不絕于耳,力之所趨,利之所向,與傳統(tǒng)油制烯烴/煤制烯烴/甲醇制烯烴對比,丙烷脫氫工藝以丙烯收率高、原料單一、流程短、投資成本低、經濟性高等優(yōu)勢脫穎而出。但丙烷脫氫工藝產品主產丙烯,副產氫氣,單一原料來源僅可維持聚丙烯通用料的生產,隨著聚丙烯的新一輪擴產周期的到來使得供需結構性錯配愈發(fā)凸顯,發(fā)展高端聚丙烯成為差異化競爭的主要手段,在此輪競爭中,丙烷脫氫制PP工藝競爭力開始走低,雖然有部分企業(yè)選擇外采部分乙烯聚合生產共聚,但缺少乙烯成為PDH工藝的短板。同時我國相關資源缺乏,輕烴供給能力不足,絕大多數(shù)原料資源需依賴進口,所以原料的供給穩(wěn)定性成為輕烴工藝發(fā)展的關鍵。
國內輕烴大型利用項目,自2014年至2018年,典型項目為丙烷脫氫,但自2018年開始,輕烴裂解憑借其更強的靈活性與可延展性,其熱度快速上升,部分先行項目在2020年陸續(xù)投產。我們對比不同工藝下烯烴的出率情況來看,對比如圖:
乙烷、丙烷、丁烷裂解的乙烯出率較高,對輕烴綜合利用企業(yè)而言,乙烯出率對下游化工品生產有著非常明顯的影響,其下游路線選擇有著更高靈活性與選擇空間。丙烯出率較高的工藝依次為PDH、MTP、C/MTO,但輕烴裂解的目標產品收率更高,還可副產高純氫氣,已被視為降低石油依賴及行業(yè)能耗的重要途經之一,因此,國內輕烴裂解項目的發(fā)展勢頭十分迅猛,也涌入了許多不具備原油加工能力的新玩家。
隨著輕質化原料的不斷發(fā)展,丙烯獲取的方式不斷增多,繼丙烷脫氫后,輕烴裂解項目逐步增多,丙烷不僅是脫氫生產丙烯的原料,同時也是輕烴裂解產丙烯的主要原料,兩種生產工藝有何不同?丙烷脫氫與輕烴裂解的產品結構有何不同?在未來投產裝置中哪種工藝更具備競爭力呢?
一、 以丙烷為主要原料的生產工藝興起原因
我國丙烯短缺,傳統(tǒng)的“副產”“聯(lián)產”丙烯無法滿足國內丙烯衍生物日益增長的需求,同時中東和北美頁巖氣開發(fā)使得丙烷產量激增,出口大量增加,給國內丙烷工藝的興起提供足夠的原料支撐。簡單的審批程序、丙烷脫氫項目“短、平、快”的投資效果給我國沿海地區(qū)經濟發(fā)展帶來了機遇,丙烷脫氫和混合烷烴脫氫項目在中國興起。以輕烴為原料裂解制烯烴工藝興起,前期規(guī)劃項目逐步落地。以純丙烷或者以混合烷烴(乙烷、丙烷、丁烷一種或兩種)為原料的裂解制烯烴企業(yè)逐漸增多,如寶來利安德巴塞爾石化、新浦化學、華泰盛富等。
二、兩種生產工藝介紹
丙烷脫氫作為由單一原料丙烷制取丙烯的新興生產工藝,比輕烴類蒸汽裂解生產更多的丙烯,但也存在反應單程轉化率低,對原料要求高的問題,裝置丙烯收率可達到80%以上,可為丙烯下游帶來大量的原料供應。
輕烴裂解既可以提高裝置的丙烯/乙烯產率比,又可以充分利用煉油廠資源,是裂解裝置原料組成的發(fā)展方向。在丙烷全部循環(huán)狀態(tài)下,輕烴裂解工藝的雙烯收率可以到達60%以上,所產產品種類較丙烷脫氫更加豐富。
三、兩種工藝產品結構及經濟性對比:
丙烷脫氫主產丙烯副產氫氣,若副產品氫氣沒有銷售渠道,只能當做裝置燃料氣燒掉時,會直接影響丙烷脫氫的經濟性,與輕烴裂解相比,丙烷脫氫(氫氣燒掉)單位烯烴成本高。
相對比丙烷脫氫工藝,輕烴裂解主產品為乙烯、丙烯,副產氫氣、燃料氣、混合碳四、混合碳五等,可解決丙烷脫氫自身沒有乙烯和丁烯的遺憾,裂解所得副產品可再次實現(xiàn)自身價值,同時具備低成本優(yōu)勢,可在無規(guī)共聚及抗沖共聚市場中,更具經濟性。
近年來國內氫能源行業(yè)具備強勁的政策驅動力,同時市場需求端隨著終端應用場景數(shù)量的增加,也逐步對氫能行業(yè)產生一定助推。國內丙烷脫氫企業(yè),多數(shù)已經開始關注甚至布局自身副產氫的銷售渠道與利用方案。此種情況下,無論是以工業(yè)氫進行銷售,還是以價格更高的燃料電池氫乃至高純氫進行銷售,丙烷脫氫副產氫將提供一定經濟回報,從而對丙烷脫氫企業(yè)的盈利能力產生助推。
兩者對比來看,丙烷脫氫技術流程短、消耗低、收率高,單套裝置投資成本少,如果能夠與周邊煉油裝置相結合,為煉油提供氫氣,通過原料互供實現(xiàn)利益最大化。而輕烴裂解的優(yōu)勢在于投資規(guī)模大、產品品種多、抵抗市場風險能力強。二者的經濟性主要取決于乙烯與丙烯價格,乙烯與丙烯價格接近時,丙烷脫氫路線更具經濟性,當乙烯價格高于丙烯時,輕烴裂解路線更具經濟性。
四、兩種工藝的優(yōu)缺點
丙烷脫氫原料單一,只以丙烷為原料,產品僅有丙烯及副產品氫氣,不僅低碳環(huán)保,還可減少其他因素帶來的風險,依然是目前新進入企業(yè)的主要工藝選擇,我國投產的PDH裝置絕大多數(shù)配套下游裝置,產業(yè)一體化發(fā)展趨勢明顯,但長遠看,下游產業(yè)鏈發(fā)展空間偏窄,市場壓力較大,在國內聚丙烯產能翻番市場競爭激烈的情況下,乙丙烷脫氫項目的競爭力值得重新評估。
輕烴裂解工藝相對丙烷脫氫,其產品方案更加多元化,應對市場的沖擊更強,相對而言丙烷脫氫工藝的經濟性主要取決于丙烯與丙烷之間的差價,當丙烯市場價格發(fā)生波動下降時,丙烷脫氫工藝的經濟性將大大降低。
對于聚丙烯行業(yè)而言,丙烷源頭占比偏小,雖然從2015年7%,提升至2022年15%,但在市場上仍未占據(jù)主流,對聚丙烯產品的定價話語權偏弱。但中國能源化工原料輕質化的持續(xù)發(fā)展,聚丙烯上游原油來源多元化趨勢跟隨轉向,“丙烷”時代來臨下,未來石腦油、丙烷、煤三分天下之勢將不遠矣。