環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝及市場供需評價

王璐瑤* 李建新 陳慧敏

（1.中國石油集團工程股份有限公司；2.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

0 引言

環(huán)氧丙烷是僅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯類衍生物，主要用于生產(chǎn)聚醚多元醇、丙二醇和各類非離子表面活性劑，其中聚醚多元醇是生產(chǎn)聚氨酯泡沫、保溫材料、彈性體、膠粘劑和涂料等的重要原料，而各類非離子型表面活性劑則在石油、化工、農(nóng)藥、紡織、日化等行業(yè)有著廣泛用途?；诃h(huán)氧丙烷廣泛的用途，近幾年來其逐漸成為行業(yè)發(fā)展的熱點產(chǎn)品。

1 生產(chǎn)工藝評價

1.1 生產(chǎn)工藝進展

當(dāng)前，生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的主流生產(chǎn)工藝主要有氯醇法、乙苯共氧化法和雙氧水直接氧化法（Hydrogene peroxide propylene oxide, 簡稱“HPPO”）三大類。2018年，在全球環(huán)氧丙烷產(chǎn)量中，各工藝類型占比分別為：氯醇法56%、共氧化法32%、直接氧化法 12%[1]。由于氯醇法工藝腐蝕性強、“三廢”排放量大，環(huán)境污染嚴(yán)重，綜合治理難度大，早在《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年）》中就被列入限制發(fā)展之列[2]。在此，不再對氯醇法進行贅述。

1.1.1 乙苯共氧化法

乙苯共氧化法在上世紀(jì)60年代開發(fā)成功，該工藝以乙苯為原料，將之氧化生成乙苯過氧化物，乙苯過氧化物再與丙烯發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷，乙苯過氧化物則還原為甲基芐醇，甲基芐醇脫水即得到苯乙烯。乙苯共氧化工藝在全球已有約300×104t產(chǎn)能投用。國際上擁有共氧化法技術(shù)專利的有利安德巴塞爾工業(yè)公司（簡稱利安德巴塞爾）、荷蘭殼牌集團（簡稱殼牌集團）、西班牙雷普索爾化學(xué)公司（簡稱雷普索爾）和美國亨斯曼公司（簡稱亨斯曼公司）等。各專利技術(shù)有各自的特點，工藝間的差別主要是在環(huán)氧化反應(yīng)催化劑上。比如，利安德巴塞爾使用鉬的配合物溶液為催化劑，反應(yīng)后需要處理回收利用；殼牌集團用TiO2/SiO2催化劑，雖然克服了催化劑進入反應(yīng)生成物的缺點，簡化了分離流程，但由于非均相反應(yīng)體系傳熱困難，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

國外典型的共氧化法制環(huán)氧丙烷技術(shù)均已在國內(nèi)得到工業(yè)應(yīng)用。如，利安德巴塞爾和中國石油化工股份有限公司（簡稱中國石化）合資利用利安德巴塞爾的技術(shù)在中國石化鎮(zhèn)海分公司建設(shè)了 28.5×104t/a環(huán)氧丙烷裝置，二期計劃新增36×104t/a產(chǎn)能。中國海洋石油集團有限公司（簡稱中國海油）則和殼牌集團合資在惠州建設(shè)環(huán)氧丙烷項目，兩期環(huán)氧丙烷裝置產(chǎn)能合計達 62×104t/a。天津渤?；ぜ瘓F公司利用雷普索爾的技術(shù)正在建設(shè)一套20×104t/a環(huán)氧丙烷裝置。中化泉州石化有限公司也是利用雷普索爾的技術(shù)，建設(shè)有20×104t/a環(huán)氧丙烷裝置，預(yù)計2020年中投料試車。亨斯曼公司與中國石化成立合資公司，2016年在南京建成投產(chǎn)一套以異丁烷為原料的24×104t/a共氧化工藝環(huán)氧丙烷裝置。煙臺萬華集團也通過該技術(shù)許可建成一套24×104t/a生產(chǎn)裝置。

除了國外典型工藝技術(shù)引進，國內(nèi)自主研發(fā)共氧化工藝也有多年經(jīng)驗，當(dāng)前技術(shù)取得重大突破的主要是煙臺萬華集團和常州瑞華化工科技公司（簡稱瑞華科技）。萬華集團在已啟動的百萬噸乙烯項目中配套有采用自有技術(shù)的 30×104t/a環(huán)氧丙烷裝置。東明中信國安瑞華新材料公司利用瑞華科技的技術(shù)建設(shè)一套8×104t/a環(huán)氧丙烷工業(yè)裝置，同時浙江石油化工有限公司二期項目和山東京博石化有限公司也計劃用瑞華科技的技術(shù)分別建設(shè) 24×104t/a裝置和30×104t/a裝置。

1.1.2 雙氧水直接氧化法

HPPO工藝于本世紀(jì)初開發(fā)成功，該工藝以丙烯和工業(yè)雙氧水為原料，在鈦硅分子篩催化劑催化下直接氧化生成環(huán)氧丙烷。整個生產(chǎn)工藝無有害氣體排放，產(chǎn)生的污水經(jīng)一般性處理即可達標(biāo)排放。擁有該工藝國外專利商主要是德國贏創(chuàng)集團和蒂森克虜伯集團的聯(lián)合體以及巴斯夫公司和道化學(xué)公司的聯(lián)合體。贏創(chuàng)集團還可以提供自有的高濃度雙氧水（可達70%）生產(chǎn)工藝，通過和環(huán)氧丙烷裝置集成實現(xiàn)一體化，能降低能耗、節(jié)省成本。雙氧水直接氧化工藝在國外的投用產(chǎn)能已達約126×104t/a，其中巴斯夫/道化學(xué)聯(lián)合體工藝約占80%。贏創(chuàng)集團和蒂森克虜伯集團聯(lián)合體于2011年將其HPPO工藝技術(shù)許可給吉林神華集團用，后者投資 25×108元在吉林建成國內(nèi)首套裝置，環(huán)氧丙烷年設(shè)計能力達30×104t。2019年7月，贏創(chuàng)集團又將其獨有的雙氧水工藝技術(shù)和與蒂森克虜集團共有的HPPO工藝許可給山東齊翔騰達化工公司，后者擬利用該技術(shù)建設(shè)30×104t級環(huán)氧丙烷裝置。雙方簽署協(xié)議附有排他性條款：協(xié)議生效之日5年內(nèi)，在山東省境內(nèi)，贏創(chuàng)集團不應(yīng)直接或間接地向關(guān)聯(lián)方以外的任何第三方許可HPPO工藝。

國內(nèi)HPPO工藝開發(fā)也取得重大突破。江蘇怡達化學(xué)股份有限公司同大連理工大學(xué)于 2005年聯(lián)合成立了攻關(guān)研發(fā)機構(gòu)，在HPPO工藝方面進行了深入研究，目前正在江蘇泰興建設(shè)15×104t/a環(huán)氧丙烷產(chǎn)業(yè)化項目，2020年有望建成，同時二期規(guī)劃續(xù)建20×104t/a裝置。中國石化石油化工科學(xué)研究院和長嶺煉化分公司等合作，于2012年聯(lián)合研發(fā)了自主知識產(chǎn)權(quán)的HPPO工藝，并投資12.8×108元在長嶺煉化建設(shè)一套10×104t級環(huán)氧丙烷工業(yè)裝置。中國石化參股的福建古雷石化公司也計劃采用該技術(shù)建設(shè)一套30×104t/a環(huán)氧丙烷裝置。天辰化學(xué)工程公司聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)也實現(xiàn)了HPPO工藝的突破，與山東金城石化集團簽約，即將在淄博建設(shè)一套30×104t/a裝置。

1.2 工藝比較

（1）工藝特點

乙苯共氧化法需要同時具備乙烯和丙烯資源，所以一般只有大型乙烯項目下才能配置；而 HPPO工藝所需的主要原料為丙烯，丙烯原料較乙烯更加具有可獲得性。乙苯共氧化法工藝流程較長、投資較大，每產(chǎn)出1 t環(huán)氧丙烷能聯(lián)產(chǎn)約2.2 t苯乙烯[3]。因此，在選擇共氧化工藝時，同樣需要對苯乙烯市場容量加以研究。而HPPO工藝過程“三廢”排放最少，為最綠色的工藝，生產(chǎn)流程相對簡單，投資要低于共氧化法，且無聯(lián)產(chǎn)品制約。

（2）成本競爭力

乙苯共氧化工藝和HPPO工藝所需原料及公用工程單位（每噸）消耗指標(biāo)均有所不同，見表1。

表1 乙苯兩種工藝原料及公用工程單耗指標(biāo)

為了比較不同工藝的成本競爭力，以東北亞成本加運費（Cost and Freight, 簡稱“CFR”）價格為基礎(chǔ)分別測算乙苯共氧化法和HPPO兩種工藝的成本水平，測算結(jié)果見表 2（其中固定資產(chǎn)投資按近期同類工藝可研材料估算；乙苯共氧化法環(huán)氧丙烷和苯乙烯的成本分?jǐn)偘翠N售收入比分?jǐn)偅?/p>

表2 不同價格體系下環(huán)氧丙烷生產(chǎn)成本比較

從上述成本比較看，按2014—2019年6年間東北亞CFR平均價格測算，兩種工藝生產(chǎn)成本是相當(dāng)?shù)?；而根?jù)2017—2019年3年間東北亞CFR平均價格測算，乙苯共氧化法生產(chǎn)成本較HPPO法低了244元/t；按 2019年全年均價測算，乙苯共氧化法生產(chǎn)成本比HPPO法低約392元/t。綜合分析，乙苯共氧化法較HPPO法具有一定的成本優(yōu)勢。

2 市場供需評價

2.1 供需現(xiàn)狀

近年來我國環(huán)氧丙烷供需保持兩旺，生產(chǎn)裝置總體保持較高負(fù)荷運行。據(jù)統(tǒng)計，2018年全國共有23家環(huán)氧丙烷生產(chǎn)企業(yè)，有效產(chǎn)能達325×104t/a，當(dāng)年產(chǎn)量為296×104t/a，裝置平均開工率達到91%，全年表觀消費量為321×104t，如表3。全年進口了28×104t環(huán)氧丙烷中，大部分為進料加工貿(mào)易及保稅倉庫業(yè)務(wù)，一般貿(mào)易僅占0.3%，出口量3×104t（為保稅倉庫出境貨物）。

表3 近年來我國環(huán)氧丙烷供需數(shù)據(jù)

在國內(nèi)環(huán)氧丙烷產(chǎn)能構(gòu)成中，氯醇法占比為56%，共氧化工藝約占 32%，雙氧水直接氧化工藝占比約為12%。隨著環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格和處罰日趨嚴(yán)厲，氯醇法面臨淘汰的壓力。由于共氧化工藝投資高、工藝復(fù)雜、對原料資源依賴性強，中國石化、中國海油等大型能源化工公司通過合資途徑相繼介入，引導(dǎo)國內(nèi)環(huán)氧丙烷產(chǎn)業(yè)的快速升級。

2019年我國環(huán)氧丙烷消費結(jié)構(gòu)為：聚醚多元醇78%、丙二醇9%、醇醚7%、表面活性劑2%、其他產(chǎn)品4%。從區(qū)域消費看，華東地區(qū)占全國總消費量的77%，其中僅山東一省就占27%，華南地區(qū)消費占比約占12%，華北約占7%，其他區(qū)域僅占4%。

2.2 供需預(yù)測

基于對環(huán)氧丙烷市場的良好預(yù)期，當(dāng)前國內(nèi)環(huán)氧丙烷產(chǎn)能正在迎來增長爆發(fā)期。初步統(tǒng)計，目前國內(nèi)在建及規(guī)劃環(huán)氧丙烷裝置共有16套，合計產(chǎn)能達409×104t/a，2020年和2021年將是集中投產(chǎn)期，詳見表4。

表4 我國環(huán)氧丙烷在建及規(guī)劃項目

綜合判斷，未來幾年內(nèi)，環(huán)氧丙烷新增產(chǎn)能將集中釋放，市場風(fēng)險逐漸加大，預(yù)計到2025年，環(huán)氧丙烷有效產(chǎn)能將達到626×104t/a，屆時消費總量將達到460×104t。因氯醇法工藝的退出，環(huán)氧丙烷供應(yīng)過剩壓力將得到緩解。到2030年，國內(nèi)一批小型氯醇法裝置將到達關(guān)停期，屆時全國環(huán)氧丙烷產(chǎn)能將保持在640×104t/a左右，全國消費量有望增長到 550×104t。

3 結(jié)論

（1）在環(huán)氧丙烷的各生產(chǎn)工藝中，氯醇法已被限制發(fā)展，共氧化法和雙氧水法均為有發(fā)展前景的生產(chǎn)工藝。從生產(chǎn)成本看，乙苯共氧化法較雙氧水直接氧化法稍有優(yōu)勢。

（2）國外專利商對先進環(huán)氧丙烷生產(chǎn)技術(shù)的壟斷正在被國內(nèi)技術(shù)專利商打破，國內(nèi)自主研發(fā)技術(shù)正處于工業(yè)化應(yīng)用關(guān)鍵時期，預(yù)期可為國內(nèi)環(huán)氧丙烷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

（3）當(dāng)前，隨著國內(nèi)環(huán)氧丙烷建設(shè)高潮的到來，環(huán)氧丙烷市場供應(yīng)過剩的風(fēng)險逐漸加大。預(yù)計到2025年，國內(nèi)有效產(chǎn)能將達626×104t/a，屆時消費量僅約460×104t。未來，隨著氯醇法工藝退出市場，環(huán)氧丙烷市場壓力將有望得到緩解。

（4）隨著乙苯共氧化法環(huán)氧丙烷裝置建設(shè)高潮的到來，大量聯(lián)產(chǎn)苯乙烯投放市場將顯著增加苯乙烯的市場風(fēng)險。這也是未來乙苯共氧化法環(huán)氧丙烷項目發(fā)展的一大制約因素。聯(lián)產(chǎn)苯乙烯市場銷售狀況的好壞直接影響著環(huán)氧丙烷項目的效益狀況，選擇乙苯共氧化工藝時一定要深入研究聯(lián)產(chǎn)品苯乙烯的市場。