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工业轻烃利用:收益与风险需并重
2018年4期 发行日期:2018-02-11
作者:■ 中国石化经济技术研究院 曹建军

  工业轻烃主要来自天然气采出资源的分离物、石油加工副产物、以及煤加工等其他资源。鉴于工业轻烃自身特点以及与炼油、乙烯产业等的天然关联,短期内轻烃利用的大格局难有变化,但也体现了一些新的特点或趋势,未来应追求收益与防范风险并重。
  
工业轻烃来源与利用状况
   
  轻烃的定义相对比较模糊,一般可以理解为低碳烃,是石油、天然气、炼油、乙烯等产业中常见物料,但碳数范围相对宽泛,不同产业对轻烃的理解有所差异。由于天然气、炼油、乙烯、芳烃等已形成完备的工业体系,为有所区分,本文的工业轻烃限定为富含C2至C4的工业混合物料,精乙烯、精丙烯不含在内。
    工业轻烃来源主要有三类:
    1.天然采出资源的分离物
  天然形成的油气藏资源,开采后可以分离出C2~C4馏出物,其中包括油田气,NGL,以及页岩气、煤层气等非常规油气藏开发的伴生液等。
    该类工业轻烃基本为烷烃,组成分布根据地质条件及开采过程等有所差异。油藏副产轻烃中,丙/丁烷含量一般大于乙烷,气藏(含非常规)轻烃则以乙烷为主,丙烷次之,丁烷较少,一般取自于天然气湿气分离。轻烃获取方式一般有两种,一种是贸易采购已分离的乙烷或LPG,另外一种是采购未分离的天然气湿气,以LNG方式进口,到岸后可分离出轻烃资源。表1为部分天然气组成数据实例。

    

       国内油气田分离轻烃一般就近用于炼化一体化,沿海轻烃产业主要依靠进口资源,目前为丙烷或LPG,用来脱氢和补充裂解原料。
    2.石油加工副产物
    在石油加工过程中,由于裂化、重整过程的存在,会副产大量的轻烃组分,其中干气产率在3%~4%,组成中以甲烷为主,部分组分富含C2+轻烃;液化气收率约5%~7%,主要为C3、C4组分。根据加工过程和性质,可利用轻烃主要分为以下几类:
    ★炼化干气
       炼油干气主要来自于二次加工,如催化裂化、延迟焦化、催化重整、加氢裂化/精制等。催化裂化是我国炼油生产的主要二次加工装置,目前总能力超过2亿吨。催化裂化干气中富含乙烯和乙烷,质量收率一般在30%~50%,另有部分C3+组分,但含非烃组分较多。焦化干气中含少量乙烯,一般低于5%,甲烷含量高,含部分C2+烷烃。经重整、加氢等过程的炼油饱和干气中,存在少量氢气及大量乙、丙烷,但分布不均匀,也可视情况进行分离利用。化工可用干气主要为芳烃联合装置的歧化、异构化干气,主要为C2+烷烃,一般在90%以上。
    ★饱和液化气
       主要为直馏轻烃、催化裂化丙烷以及催化重整和加氢裂化副产液化气。直馏轻烃以丙烷和丁烷为主,一般丁烷高于丙烷。催化裂化液化气在分离丙烯的同时,一般也分离出丙烷,可以单独外售,也可混入液化气产品中。重整和加氢裂化液化气以丁烷为主,丙烷含量一般不足40%,异丁烷含量一般略高于正丁烷。
    ★不饱和液化气
       主要为催化裂化C4、焦化液化气和裂解抽余C4等。催化裂化C4成分比较复杂,异丁烯含量在20%上下,正丁烷含量在10%左右,剩余基本为异丁烷和正丁烯,异丁烷含量一般略高于正丁烯。详见图1。  
       焦化液化气中丙烯、丁烯含量明显低于催化裂化液化气,烷烃中以丙烷为主。部分企业将焦化液化气与催化裂化液化气一起进行分离。  

       国内乙烯裂解装置均为深冷分离,乙烯、丙烯直接作为下游原料,乙烷、丙烷循环回裂解炉进行反应,C4首先抽提丁二烯,得到抽余碳四。抽余碳四中丁烯含量最高可到90%左右,其中异丁烯可达40%以上。
    ★催化裂解新技术丰富了轻烃来源
    随着催化裂化家族技术逐步完善,催化裂解(DCC)、催化热裂解(CPP)、选择性催化裂解(MCP)等技术为乙烯、丙烯的获取提供了新的选择。这些技术的丙烯、乙/丙烯收率远高于常规催化裂化,可以丰富炼化一体化内涵,对基础烯烃原料获取提供有效补充。详见表2。

     除作为民用液化气产品销售外,石油加工所产轻烃大部分用于炼化一体化,生产油品调合组分或烯烃原料,较为普遍的利用方式包括回收氢气,提浓富乙烯/乙烷气用作裂解原料,饱和液化气用作裂解原料,催化干气制乙苯/苯乙烯、MTBE、醚后碳四烷基化、轻烃芳构化等;少量用于生产特种化工产品,如甲乙酮、醋酸仲丁酯、丁基橡胶、共氧化法PO/MTBE等。随着技术水平提升和经济效果显化,炼化一体化水平持续提升,轻烃利用水平逐年提高。
    3.煤加工等其他来源
    不同加工路线的煤基轻烃性质差异较大,且目前缺乏足够、公开的轻烃性质数据。由于现代煤化工一般布局在西部地区,副产轻烃一般就地加工或作为民用商品销售。

工业轻烃利用的新变化
   
  近年来,工业轻烃利用以生产汽油调合组分、化工原料和聚烯烃为主要方向,特色化工也有起步。鉴于工业轻烃自身特点以及与炼油、乙烯产业等的天然关联,轻烃利用的大格局难有变化,仍将以油品、“三烯”原料为基础方向,特色化工、精细化利用将是未来发展方向,但也体现了一些新的特点或趋势。
    1. MTBE面临全面退出油品,异丁烯利用急需转型
    2017年9月,国家发展改革委、国家能源局等十五部门联合印发《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》,提出到2020年,在全国范围内推广使用车用乙醇汽油,基本实现全覆盖。车用乙醇汽油标准GB18351、车用乙醇汽油调合组分油标准GB22030同步更新,且GB22030从推荐标准升级为强制标准。车用乙醇汽油中不得添加MTBE,全面推广乙醇汽油使得MTBE陷入困局。
  目前,国内MTBE产品90%以上用于调合汽油,其他用途很少。在MTBE产能中,除混合C4直接醚化外,还有2套大型共氧化法的PO/MTBE装置,产能规模约150万吨。
    在新政策驱动下,将有大量MTBE装置停产、转产,异丁烯组分需要寻求新出路,同时,共氧化的MTBE产品也需寻求新用途,或进行改造。
    乙醇汽油的推广对即将实施的车用汽油国六质量升级形成了冲击,许多炼油企业将MTBE和轻汽油醚化作为主要保障手段,这就需要重新调整升级方案,为异丁烯后加工带来了新的机遇,即转向烷基化、叠合,同时派生出选择性叠合、间接烷基化等多种方案。这种情况下,企业还会根据总流程和产品需求,调整异丁烯产出方案,包括催化裂化、轻烃脱氢等工艺调整。另外,异丁烯也可通过芳构化生产汽油或芳烃,但均受到一定限制,需要综合核算。
    2.进口乙烷制烯烃将成新增长点
    虽然致力于乙烯原料轻质化,但受资源制约,我国乙烯工业一直走石脑油裂解路线,目前国内乙烯裂解装置全部以石脑油裂解为基础,配套乙烷炉、轻烃炉、重油炉等多元化原料加工手段,部分企业筹划进口乙烷作为重要补充,尚没有成套的乙烷裂解装置。随着美国页岩气革命带来的乙烷资源释放,尤其是美国的能源政策和2017年特朗普总统访华时签署的能源大单,南山集团与美国乙烷公司签署了20年长约,并规划200万吨乙烷裂解制乙烯装置,可使国内乙烯裂解装置更加多样化,成为我国乙烯工业新的增长点。
    在各种裂解原料中,乙烷原料的乙烯收率最高,是石脑油的2倍以上(详见图2),氢气收率高,是石脑油的5倍以上,目标产品集中,因此将大大降低单位乙烯投资、消耗和运行成本。
  与石脑油路线相比,乙烷裂解后续产品线相对单一。
    3.天然气制烯烃带来潜在挑战
  近年来,天然气制乙烯技术获得很大进展,经过工程化、技术集成与优化、成本优化等逐步完善后,天然气制烯烃有望在10年内实现产业化,届时将对传统的乙烯工业和轻烃加工形成重大冲击。
    4.下游利用向功能性、特色化、精细化转型
   与国内多数乙烯企业一样,轻烃下游化工发展大多位于大宗、通用产品层面,仅少数企业依靠技术、研发和市场开拓优势,在部分产品链形成了突破,国内产品在高端及需要贴近市场提供技术服务的多元化、定制化领域供给普遍不足。
    目前,国内新产品、高端化、新功能材料的需求呈级数型增加。例如,太阳能和风能产业的发展带动了膜组件、密封胶、增强材料等方面的发展,新一代信息技术产业的发展带动液晶材料、电缆光缆材料、聚酰亚胺或聚酯薄膜柔性材料的研发和需求增长,航空航天、高铁行业等高端制造业以及3D打印技术突破对碳纤维、特种树脂、聚氨酯、特种橡胶、特种粉末等材料需求产生较大的拉动作用,这些将极大激发化工下游高端需求。
    化工下游发展需提升技术含量,开发新型、专用、功能性产品,细分产品市场,向特色化、精细化、差异化转型。
    5.市场不确定性增加,追求收益与防范风险需并重
    市场波动带来经济性风险。轻烃利用项目经济性受化工市场特有的景气周期性等多方面因素影响,不同时间节点下项目的收益水平相差悬殊,如丁烯氧化脱氢制丁二烯项目表现非常明显。
    国家政策也会对轻烃利用产生较大影响。除前述推广乙醇汽油政策外,关于规范成品油消费税、规范油品市场秩序等相关政策,也会对以油品调合组分为主要目标产品的轻烃相关利用方式产生影响。




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