丙烯是石化产业继乙烯之后的重要有机原料,2014年全球的丙烯需求量约为8900万吨。IHS化学的Jeff Plotkin日前表示,预计未来几年北美地区通过乙烯裂解装置得到的丙烯数量将一路下滑,石化行业必须转向其他来源以保证丙烯需求,几种专产丙烯工艺技术将大显身手。
丙烯需求不断增长
尽管丙烯在总产量上稍逊于乙烯,但丙烯在衍生物的多样性及其供应源上更胜一筹。从需求方面来看,聚丙烯是最大的丙烯衍生物。此外,丙烯也是生产包括枯烯价值链(苯酚/丙酮/双酚/聚碳酸酯、环氧树脂,以及酚醛树脂)、氧化丙烯、丙烯酸、丙烯腈等一系列专用产品的原料。
IHS化学预计,全球主要的6种基础化学品甲醇、乙烯、丙烯、苯、对二甲苯和氯的需求将快速增长。由于亚洲等新兴市场丙烯衍生物需求强劲,莱森特公司(Nexant)预测,到2025年全球丙烯需求将增至1.32亿吨,年均增速4.2%。
裂解副产减少
供给方面,过去丙烯的主要来源是乙烯蒸汽裂解装置的副产物,其产率大多取决于所用原料的特性。例如,在一个纯乙烷裂解装置中,所产出的丙烯非常少。但随着原料从乙烷向丙烷、丁烷、石脑油逐渐转变,丙烯产量也随之增加。
自2008年左右开始,超低成本乙烷的“泛滥”给用乙烯裂解装置生产丙烯的生产商们带来两大挑战。大量计划或在建的新乙烯工厂,均只以乙烷为原料,很少或根本不副产丙烯。可以预计,未来几年北美地区乙烯裂解装置得到的丙烯数量将一路下滑。
图一清楚的描述了这一现象,图中为2000~2020年北美蒸汽裂解装置所生产的乙烯与丙烯的产量之比。可以看出, 2000~2007年,该比值相对比较恒定。随着廉价页岩气乙烷在2008年左右开始应用,丙烯副产品生产量相较乙烯出现下滑。自2015年以后,随着新型纯乙烷裂解装置的应用,乙烯产量出现增长,但是丙烯产量仍保持低位。值得注意的是,由于近期油价大幅下降,乙烷裂解的低成本优势被弱化,裂解装置的经营者将有可能选择裂解重质油原料以生产更多丙烯。
无论如何,北美乙烯裂解装置生产的丙烯产量都非常低,因此,整个产业必须转向其他原料来源来满足丙烯的市场需求。炼油厂用流化催化裂化(FCC)使真空瓦斯油中的长碳链重质油裂解成可用来生产汽油的石脑油。在裂化过程中,一些分子被过度裂解,产生短链分子,其中包括5%的丙烯。在炼油厂催化裂化工艺中,可通过使用专门配方沸石的FCC催化剂,即所谓的增强型FCC来提高丙烯产率。
在炼油乙烯从石化行业有利可图之前,炼油商必须对如何处置这种物质作出决定。丙烯通过烷基化从而能够在汽油生产中发挥价值。在此过程中,丙烯通过与异丁烷反应,生成烷基化物。因此,炼油商必须经常比较辛烷与丙烯的价值,以确定为了最大化利润需要将炼油丙烯应用何处。
专产技术显身手
从全球范围来看,即使把乙烯裂解丙烯和FCC生产的丙烯产量加在一起,与全球丙烯市场需求量相比仍有12%~14%的缺口。为了填补这一缺口,石化行业已开始应用几种专产丙烯工艺技术。业内人士表示,预计未来几年增长最快的将是丙烷脱氢(PDH)工艺制取丙烯。目前,美国只有一套丙烷脱氢(PDH)装置,为Flint Hills公司所有,但还有多个项目正在计划或建设中。另外,中国也有几个PDH项目正在建设或运行中。
丙烷制丙烯方法的经济性取决于丙烷和丙烯之间的价差。在北美,页岩气、丙烷和丙烯之间的价差能够保证PDH项目可行。然而,由于中国按国际定价进口丙烷,其PDH项目盈利性还尚不确定。
另一个专产丙烯技术是烯烃复分解反应。该方法是乙烯和正丁烯原料经过混合并进行歧化反应生产丙烯。目前,美国已建成两套生产装置——一个为利安德巴赛尔工业公司(LyondellBasell)所有;另一个为巴斯夫(BASF)和道达尔(Total)共同拥有。该工艺的经济性取决于乙烯和丙烯的相对价格,由于丙烯价格相对乙烯偏高,这种方法就变得更具吸引力。
还有一个是甲醇制丙烯(MTP)工艺。在MTP工艺中,甲醇通常以天然气或煤为原料制成。以甲醇为原料可制得相当收率的丙烯,以及重质液体烃副产物。目前,中国已建成几个MTP工厂,还有多个项目正在建设中。另外,巴斯夫也计划在美国建设以天然气为原料的MTP装置。 (魏坤 编译)