中国热点化工产品市场分析479
环氧丙烷绿色工艺替代已上路
□ 中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院 于春梅
经过多年发展，我国已成为全球主要的聚氨酯消费市场，随着“一带一路”带动的基础设施建设，聚氨酯材料迎来新商机。未来几年，作为聚氨酯主要原料的环氧丙烷（PO）需求潜力巨大。与此同时，作为丙烯下游重要的衍生物，环氧丙烷近年来颇受投资者关注。由于工艺流程简单、产品收率高、三废污染少等优势，HPPO法在众多工艺中脱颖而出， 2014年，我国环氧丙烷市场开始有了双氧水直接氧化制环氧丙烷(HPPO) 法的加盟，国内环氧丙烷产能达到291万吨。随着国家对环保要求的不断提高，HPPO法项目的建设将呈现燎原之势，产能扩张将现井喷。
消费持续增长 需求潜力巨大
环氧丙烷是聚氨酯产业链上游一个非常重要的产品，我国70%~80%的环氧丙烷产品用于生产聚醚多元醇。2005年以来，随着我国聚氨酯工业进入新一轮发展期。对上游原料环氧丙烷需求增长进一步加快，2008年国内环氧丙烷表观消费量103.8万吨，2012年达到216.6万吨，2014年增至235.1万吨。2008~2012年年均消费增长率为20.2%，增长幅度在化工产品中居前。受国内经济下行，行业投资整体低迷的影响，2012~2014年消费年均消费增长率下降至为4.2%，从过去的高速增长进入稳定增长期。2008~2010年国内环氧丙烷需求强劲增长，进口量逐年大幅攀升，2012年进口量最高达到51.5万吨，2013年、2014年维持在45万吨左右。近年国内环氧丙烷供需状况见表1。
目前聚氨酯的应用主要集中在家具、汽车、建筑和工业绝热材料，聚氨酯在这四大领域的消费量约占全部用量的2/3以上。未来随着国家建筑行业节能政策的出台，硬质聚氨酯泡沫材料作为建筑物屋顶、天花板、墙板、地板等部位的保温隔热节能的理想材料，具有较广阔的应用前景。
环氧丙烷在其他领域的应用相对比较稳定。其中值得关注的是二氧化碳基生物塑料产业。随着我国承诺的碳排放指标的落实和低碳社会的到来，二氧化碳综合利用，尤其是二氧化碳基生物塑料产业化非常具有现实意义。二氧化碳和环氧丙烷的共聚物PPC由于具备良好的生物降解性能、成本相对较低、大量利用二氧化碳及聚合物中二氧化碳的质量分数超过40%等特点而受到高度重视。若PPC大规模产业化生产技术取得突破，环氧丙烷的需求量将会有较大增加。
此外，近年来，国内环氧丙烷下游产品丙二醇醚及酯类取得了长足的发展，丙二醇醚替代乙二醇醚的应用是大势所趋；环氧丙烷的下游产品异丙醇胺性能优于乙醇胺，对环境和人体危害小，在发达国家逐步替代乙醇胺。虽然短期内国内异丙醇胺和PPC受制于技术、成本等原因发展缓慢。但酯类需求或将是环氧丙烷发展的突破口。
经过多年的发展，我国已成为全球主要的聚氨酯消费市场，预计2015年将成为世界最大的聚氨酯市场。目前全球高铁正进入高速发展期， “一路一带”也将带动基础设施建设的快速发展，聚氨酯材料正迎来新商机，势必进一步带动环氧丙烷需求的增长。
表1 近年我国环氧丙烷供需状况 万吨
年份 产量 进口量 出口量 表观消费量
2008 88.5 15.3 - 103.8
2009 103.5 25.4 - 128.9
2010 128.8 36.2 - 165.0
2011 140.0 26.5 - 166.5
2012 165.1 51.5 - 216.6
2013 179.8 44.5 0.1 223.9
2014 189.5 45.6 - 235.1
氯醇法发展受限 绿色工艺崭露头角
2011 年初上海高桥石化 8 万吨氯醇法环氧丙烷装置因环保问题永久停产，2013年沈阳金碧兰化工股份有限公司4万吨、山东东辰实业集团有限公司5万吨及河北汇川化工有限公司2万吨三套氯醇法装置也因环保问题关停。2014年我国环氧丙烷实际有效产能为280万吨，其中氯醇法179.5万吨，占总产能的64.1%；共氧化法60.5万吨，占21.6%；HPP0法占14.3%。2014年吉林神华、中石化长岭炼化的HPP0法装置的投产，使国内氯醇法环氧丙烷装置产能占比下降。
我国环氧丙烷生产装置主要集中在华东地区，其中山东地区全部采用氯醇法生产，产能139.5万吨，2014年我国环氧丙烷主要生产企业及产能统计见表2。
目前国内在建的环氧丙烷装置仅3家，生产能力56万吨，除南京金浦锦湖8万吨装置采用氯醇法外，烟台万华和金陵亨斯迈均为异丁烷共氧化法（PO/TBA）。如果在建装置能够如期投产，预计2015年国内环氧丙烷生产能力将达到334万吨。详见表3。
表2 2014年我国环氧丙烷生产企业及产能统计万吨
地区 企业名称 生产工艺 2014产能
山东地区 山东滨化 氯醇法 27.5
山东金岭 氯醇法 16
山东鑫岳 氯醇法 35
山东石大胜华 氯醇法 8
山东中海精细 氯醇法 6
山东三岳 氯醇法 16
山东大泽 氯醇法 10
东营华泰 氯醇法 8
山东东大 氯醇法 8
山东永大 氯醇法 5
东北地区 吉林神华 HPP0 30
方大锦化 氯醇法 12
华北地区 天津大沽 氯醇法 15
华东地区 镇海炼化 环氧丙烷/SM 28.5
金浦锦湖 氯醇法 8
华南地区 福建湄洲湾 氯醇法 5
中海壳牌 环氧丙烷/SM 32
华中地区 长岭炼化 HPP0 10
总计 18家企业 280
表3 2015年我国环氧丙烷新增产能情况 万吨
地区 企业名称 新增产能 生产工艺 投产时间
山东 烟台万华 24 环氧丙烷/MTBE 2015年
华东 金陵亨斯迈 24 环氧丙烷/MTBE 2015年
金浦锦湖 8 氯醇法 2015年
合计 56
不同路线PK HPPO法胜出
目前工业上生产环氧丙烷主要采用氯醇法、共氧化法和双氧水直接氧化法。
1．氯醇法
氯醇法生产历史悠久，工业化已有80年。传统氯醇法以陶氏化学公司的氯醇法为代表。氯醇法优点是流程比较短、工艺成熟、对原料丙烯纯度的要求不高、投资少。缺点是对设备有腐蚀、消耗大量的氯气、适宜在沿海大型氯碱厂建设，生产中产生含有氯化钙的废水。每生产1吨环氧丙烷产生几十吨的废水和废渣，设备腐蚀和环境污染严重。
2．共氧化法
共氧化法又称联产法、间接氧化法，分为乙苯法（联产苯乙烯）和异丁烷法（联产叔丁醇）。
①乙苯法（PO/SM）乙苯法生产环氧丙烷联产苯乙烯，优点是反应较平稳、设备腐蚀轻和三废污染小等；缺点是工艺流程长、防爆要求严、投资大、操作条件较苛刻、联产品比例大等。每生产1吨环氧丙烷有2.25吨苯乙烯生成，这远超过主产品的产量，而且副产品的市场需求量波动大，环氧丙烷生产受主副产品市场因素的双重制约。因此乙苯共氧化法装置必须考虑对联产品同时有需求，才显出优越性。同时乙苯法对原料要求高，需同时具备苯、乙烯、丙烯三种原料，比较适合大型石化企业。
②异丙苯过氧化氢法(CHP) 异丙苯过氧化氢法最早由日本住友化学公司开发成功，是一种改进的共氧化法，无联产物生成，装置投资比共氧化法低1/3左右。2003 年日本Oxirane 公司在千叶投产了一套基于该方法的20万吨环氧丙烷装置，并于2005年实现满负荷生产。2008年，住友化学公司在沙特阿拉伯合资建造了一套基于该工艺的20万吨的环氧丙烷装置。
③异丁烷法(PO/TBA)异丁烷法生产环氧丙烷时副产叔丁醇，优点是克服了氯醇法三废污染严重、腐蚀大和需求氯资源；缺点是工艺复杂、流程长、对设备要求高，因而投资费用高。每吨环氧丙烷副产3.0吨叔丁醇(TBA)，需要平衡大量联产物。此工艺产生的叔丁醇多被转化为甲基叔丁基醚(MTBE)作为联产品用于汽油添加剂。今后MTBE的出路存在几点风险：一是由于MTBE涉及健康和水体污染风险，美国早已禁用调和汽油，中国是否会效仿美国，存在不确定性；二是由于近年MTBE工艺路线多元化，包括异构化、异丁烷脱氢项目的集中投产，加上联产法，未来MTBE产能已呈过剩趋势；轻汽油醚化项目的大量上马，也会影响到MTBE在油品市场的应用；三是作为调油品，MTBE一旦征收消费税，利润空间将受到挤压。虽然MTBE的化工利用可以规避消费税，但市场前景较好的深加工项目还存在一定技术壁垒。
3.HPPO法
HPPO法的基本生产原理是在相对比较温和的条件下，丙烯和双氧水在甲醇/水混合液中，使用特殊的钛硅催化剂在固定床反应器中发生直接氧化反应的工艺。目前，该工艺分别由赢创工业集团与伍德公司、陶氏化学和巴斯夫联合开发和工业化推广。
HPPO法的优点是生产过程中只生成环氧丙烷和水，工艺流程简单，占地面积小；产品收率高，没有其他联产品；三废少，基本无污染，属于环境友好的清洁生产工艺。HPPO法的选择性很高，相对于传统工艺，原材料消耗和能耗更低。但这种工艺的缺点是工业化时间短，工艺待完善；需要跟双氧水装置联合布置或外购双氧水。
2006年5月，韩国环氧丙烷和聚酯薄膜生产商SKC公司从赢创和伍德购买专利，开始在韩国蔚山建设世界首套双氧水环氧丙烷装置，生产规模为10万吨，2008年7月已建成投产，生产运行良好。
2008年6月，陶氏化学与泰国SiamCement集团（SCG）合资建立的SCG-DOW集团在泰国的环氧丙烷装置动工，使用陶氏与巴斯夫联合开发的双氧水直接氧化工艺，产能为30万吨，该项目于2011年投入运营，装置运行负荷率在90%以上且运行正常。
国内吉林神华集团有限公司购买了德国赢创技术，在吉林建设30万吨HPPO装置于2014年投产，这是德国赢创在世界上转让的第二套HPPO法环氧丙烷装置。
中石化岳阳长炼公司采用中石化石科院的催化剂和小试工艺进行了中试试验，10万吨工业化环氧丙烷装置于2014年底投产。
HPPO项目将呈燎原之势
与传统的氯醇法、共氧化法工艺技术相比，HPPO法在技术经济、环境以及未来发展等方面具有的独特竞争优势决定了未来几年HPP0法项目建设将呈燎原之势。
1．技术获得突破
这些年来，我国一直在推动HPP0技术，却久久未能突破。如今，吉林神华和长岭炼化HPP0项目的开花结果，是我国环氧丙烷和聚氨酯工业的一件大事，对于行业的发展，必将产生深远的影响。
目前投产的两大HPP0项目中，吉林神华采用的是赢创技术，中石化采用自主研发技术。中石化拥有众多子公司和丙烯资源，可以预见，若长岭炼化HPP0项目能够保证常稳运行，在集团内快速复制HPP0工艺并非难事；而赢创也在积极接洽相关化企。除这两家HPP0技术外，国内其他企业和高校合作开发的HPPO工业化进程也许会超过人们的预期。未来HPP0产能可能出现井喷式增长。
2．传统工艺环保成本看涨
由于目前产能占优势的氯醇法含氯废水浓度高、水量大、难处理，环保成本高。另外，随着我国对环保的日益重视，未来氯碱企业的环保成本投入是不断增加的，也必将带动氯气价格上涨，增加了氯醇法环氧丙烷的原料成本。随着“十三五”国内环保法规的日趋严格，总产能179.5万吨的氯醇法环氧丙烷装置将被迫关停或降低开工率，届时供不应求的矛盾将更加突出。目前，业界对环氧丙烷项目的青睐也正是瞄准了这份市场缺口。
3．原料丙烯供应存利好
环氧丙烷的主要原料是丙烯，由于丙烷脱氢（PDH）及MTO/MTP装置的大量上马，国内丙烯供不应求的时代将结束。预计2017年国内丙烯供需趋于平衡；加上国际原油价格的理性回归，未来丙烯价格难现昔日辉煌，在底部运行的可能性较大。因此，外销丙烯企业必将考虑到下游深加工项目，PDH企业首选是HPPO项目，副产氢气用来生产HPPO装置配套的双氧水，原料无需外购。且PDH项目位于沿海地区，有良好的原料来源和外销市场，和东北地区的HPPO项目相比，具有较强竞争力。
4．产能扩张将抬高政策门槛
HPP0产能扩大后，国家相关环保、准入政策必将随之做出调整。特别是中石化作为技术和项目拥有方，在影响政府决策中拥有一定的话语权，这将加快行业门槛的提高。
可以预见，随着环氧丙烷行业的优胜劣汰、节能减排、产业结构优化调整的需要，采用HPPO法建设环氧丙烷装置必将成为行业的发展方向。
氯醇法企业应未雨绸缪
我国环氧丙烷产能主要是氯醇法，多数氯醇法企业为多套生产装置，存在规模小、能耗高、废水、废渣污染大等问题，与国外同类型装置相比有着明显差距。国外氯醇法规模较大，美国陶氏氯醇法规模均在几十万吨，污染物集中处理，而国内在10万吨左右规模的居多。受国家政策和生产条件的影响，氯醇法环氧丙烷面临的竞争压力越来越大，影响了装置开工率。早在2011年，国家发改委发布的《产业结构调整目录》（2011年本）就将氯醇法环氧丙烷列入限制类，将15万吨及以上直接氧化法环氧丙烷列入鼓励类。但是，一些传统生产企业对未来仍然抱有乐观心态，氯醇法装置仍在扩能。
然而，HPP0技术的推广必将对传统工艺路线产生冲击，从而使一些传统工艺项目陷入尴尬境地。这些应引起采用传统氯醇法工艺技术企业的高度重视，对生产工艺优化、皂化废水生化处理和浓缩提取氯化钙等方面进行开创性的尝试，争取获得突破。
因此，环氧丙烷项目在上马前期，企业需要进行严密的科学规划和项目论证，同时充分了解市场和政策预期。另外，企业还需充分考虑项目运行的环保成本，不要抱着法不责众的侥幸心理，以免政策落地后陷入被动局面。