丁飛(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

1 公司丙烯資源概述

中海油氣(泰州)石化有限公司(以下簡稱“泰州石化”或“公司”)位于泰州醫(yī)藥高新區(qū)濱江工業(yè)園區(qū)內。公司原油加工能力為520萬噸/年，有22套生產裝置、公用工程、儲運系統(tǒng)。公司主要產品包括：工業(yè)白油、變壓器油、化妝品級白油、苯、甲苯、二甲苯、丙烯、MTBE、甲乙酮、國六柴油、液化氣、燃料油、瀝青、石腦油等，產品產量約516萬噸/年。

泰州石化現有聚合級精丙烯10萬噸/年的產能，該部分丙烯現在直接當做產品進行銷售，未能充分發(fā)揮精丙烯的化工原料優(yōu)勢。丙烯是一種僅次于乙烯的重要化工原料，主要通過輕烴裂解、蒸汽裂解、催化裂解、催化裂化、丙烷脫氫等工藝技術獲得[1]。

公司目前有一套100萬噸/年重油制烯烴裝置，該裝置年產10萬噸丙烯，丙烯質量達到聚合級精丙烯的要求，但是丙烯產量在同類石化企業(yè)里面處于較低水平，因為產量小，所以想找一條合理的利用途徑比較困難。

丙烯是生產聚丙烯、環(huán)氧丙烷、丙烯腈、苯酚、丙酮、異丙醇、丁醇、辛醇、丙烯酸及其酯類、丙二醇、環(huán)氧氯丙烷和合成甘油等的重要原料[2]。國家現在對化工項目的環(huán)保、安全要求越趨嚴格，本文將通過對丙烯的下游產業(yè)鏈(圖1)路線進行分析，在碳中和碳達峰的前提下，依托公司現有資源，探索一條合理、高收益的丙烯利用途徑。

圖1 2018年丙烯下游需求分類

2 丙烯利用的探索

2.1 丙烯制聚丙烯

聚丙烯是目前丙烯利用量最大的項目，占全球丙烯用量的70%。聚丙烯又分為均聚聚丙烯和共聚聚丙烯[3]，均聚聚丙烯是由單一的聚丙烯單體聚合生產，共聚聚丙烯需要乙烯單體和丙烯聚合生產，現在還有乙烯、丙烯、α-烯烴三種單體進行聚合的三元聚合聚丙烯。按照聚丙烯的性能，共聚聚丙烯的各項性能都優(yōu)于均聚聚丙烯，共聚聚丙烯也被稱為高端聚丙烯，聚丙烯各品種分類產量如表1所示。現在像盛虹石化、浙江石化等大型石化新投產的聚丙烯裝置，都是走差異化、高端化發(fā)展路線[4]。

表1 2019年聚丙烯各品種產量統(tǒng)計

泰州石化坐落于泰州市濱江工業(yè)園區(qū)，周邊沒有相關配套企業(yè)可以提供乙烯單體。公司100萬噸/年的催化裝置每年自產催化干氣大約6.5萬噸，其中含有乙烯大約1.3萬噸/年，如果要把這部分乙烯分離出來，要上碳二回收裝置，投資高、能耗高，但是乙烯量太少，不具備規(guī)模效益，只能當作干氣去各加熱系統(tǒng)燃燒。

而且乙烯的運輸、存儲都比較復雜，乙烯正常都是通過管道運輸，也可以通過液化乙烯船進行運輸，經過和中石化廣州工程公司的探討，受限于泰州石化所處的泰州濱江工業(yè)園區(qū)的地理環(huán)境以及乙烯儲罐的爆炸范圍，泰州石化不具備運輸、存儲乙烯的條件。

因為沒有乙烯單體，所以泰州石化的丙烯如果用來生產聚丙烯只能生產均聚聚丙烯，而且均聚聚丙烯價格較低，2020年中國均聚聚丙烯價格在7.77～8.11元/千克區(qū)間[4]，跟共聚聚丙烯存在400～1 100元/噸的差價，我公司用丙烯生產均聚聚丙烯工藝不具備投資價值。

2.2 丙烯制丙烯腈

丙烯腈也是重要的丙烯利用途徑，是一種非常重要的合成材料單體。聚丙烯腈纖維即我們通常所稱的人工羊毛，工業(yè)上稱為腈綸。丁二烯和丙烯腈的共聚體就是著名的丁腈橡膠，丙烯腈也可和丁二烯、苯乙烯聚合生產ABS樹脂[5]。2021 年，我國的丙烯腈產能預計374.9萬噸，如表2所示，產能增速18.0%，增速高于年平均水平。雖然因為環(huán)保問題，近年齊魯石化、上海石化廠的丙烯腈裝置被清退，但是山東科魯爾二期26萬噸/年、山東海江13 萬噸/年、浙石化26萬噸/年、盛虹26萬噸/年、斯爾邦兩套26萬噸/年等裝置相繼投入生產，產能繼續(xù)大幅增加。市場接近飽和，開工率出現下降，尤其是2021—2022年將有較多新建裝置的產能投放。而近年丙烯腈下游丙烯酰胺，僅有一套裝置投產，沒有腈綸裝置投產，按中國化工報推測，即使將來丙烯腈開工低至七成，丙烯腈仍會出現供應過剩的狀況，未來丙烯腈進口替代將會更加劇烈，我國將由丙烯腈凈進口國變成出口國，以消耗過剩產能。所以按照現在的市場行情，生產丙烯腈不是一種好的投資選擇。

表2 2021年中國國內丙烯腈生產企業(yè)及產能統(tǒng)計

2.3 丙烯制環(huán)氧丙烷

環(huán)氧丙烷是一種非常重要的有機化合中間體，是第三大丙烯衍生物，每年約有7%的丙烯用于生產環(huán)氧丙烷。環(huán)氧丙烷的生產方法有氯醇法、共氧化法、直接氧化法[6]，各種工藝生產環(huán)氧丙烷的產量分布如圖2所示。

圖2 各工藝生產環(huán)氧丙烷的產量統(tǒng)計圖

由于氯醇法開發(fā)時間早，投入生產時間久，該法生產的環(huán)氧丙烷產能約占世界總產能的42%，從20世紀60年代以來用氯醇法生產環(huán)氧丙烷就一直占據主要位置。該法投資少、工藝成熟、生產成本低，但是該法在生產過程中水資源消耗大，產生大量工業(yè)廢水和固廢，并且需要氯氣作為原料，生產過程中會產生次氯酸，對工藝設備有很大的腐蝕。隨著我國的環(huán)保要求越來越嚴格，氯醇法生產環(huán)氧丙烷工藝在國家發(fā)改委修訂發(fā)布的《產業(yè)結構調整指導目錄(2019年本)》和江蘇省發(fā)布的《江蘇省化工產業(yè)結構調整限制、淘汰和禁止目錄(2020年本)》文件中已經明確屬于限制類工藝，禁止新上環(huán)氧丙烷項目采用該工藝，并且要求采用該工藝的生產廠逐漸退出[7]。

共氧化法生產環(huán)氧丙烷是另一大傳統(tǒng)方法，該法生產的環(huán)氧丙烷目前約占世界總生產能力的48.2%，尤其是近兩年，共氧化法提高了單套裝置的生產能力，克服了氯醇法三廢污染高、腐蝕性強、需求氯氣資源等缺點。但該工藝具有工藝流程長、防爆要求嚴、投資大、對原料規(guī)格要求高、操作條件苛刻、聯(lián)產品比例大等缺點。采用該工藝的裝置，每生產1 t環(huán)氧丙烷有2.5 t叔丁醇或1.8 t苯乙烯生成，兩種產品市場需求常常不一致，且苯乙烯的市場需求量波動大，所以采用該工藝的生產裝置會受市場因素制約。而且我公司不具備配套共氧化所需要的資源，沒有足夠的異丁烷或者乙苯，所以該生產路線也不適合我公司。

過氧化氫直接氧化丙烯生產環(huán)氧丙烷法(HPPO)是一種新興的工藝，具有流程簡單、副產物少、污染小等優(yōu)點，被稱為環(huán)境友好型生產工藝。HPPO法生產環(huán)氧丙烷采用蒽醌法生產過氧化氫，用空氣和氫氣在2-乙基蒽醌溶液中，利用鈀催化劑生產高濃度過氧化氫，然后用過氧化氫直接和丙烯在甲醇和水的溶液中，在鈦硅催化劑的作用下進行反應生成環(huán)氧丙烷。目前HPPO法分別有贏創(chuàng)/伍德、陶氏化學/巴斯夫、中國寰球工程公司的工藝包[8]，其中贏創(chuàng)/伍德的工藝包在吉林神華集團和山東齊翔騰達化工有限公司得到了工業(yè)應用。該工藝流程簡單，操作費用低，符合國家的產業(yè)結構調整要求，也符合公司的原料和配套設施要求。經過和贏創(chuàng)(中國)進行交流，他們的技術比較成熟，有多套成功投用的裝置，但是專利費用高，要1億歐元，在建設和使用過程中用到的專利設備、首次開工的蒽醌工作液等都必須進口。國內HPPO的研究現在也有突破，長嶺石化和石科院聯(lián)合建成了10萬噸/年的HPPO示范裝置，怡達化學的15萬噸/年HPPO泰興項目已經進入試生產，中科院、寰球院等的技術也有很大的突破。

隨著氯醇法生產環(huán)氧丙烷的裝置逐漸退出，公司現在新建HPPO裝置，市場前景良好，有較好的經濟效益。環(huán)氧丙烷既可以當作產品銷售，也可以繼續(xù)生產聚醚多元醇和丙二醇。按照公司的丙烯規(guī)模，公司可新建一座10～12萬噸/年的環(huán)氧丙烷裝置，如果每年再外購3萬噸丙烯，那么可投資15萬噸/年的環(huán)氧丙烷裝置，屬于發(fā)改委發(fā)布的《產業(yè)結構調整指導目錄(2019年本)》中的鼓勵類項目。

2.4 丙烯制丁辛醇

丁辛醇是一種丁醇和異辛醇混合物料的叫法，該裝置可以根據市場的需求選擇進行生產丁醇或者異辛醇，所以統(tǒng)一稱丁辛醇。

丁醇用作脫水劑、萃取劑、溶劑、消泡劑等，它還是一種重要的化工中間體，可以用來制備丁醛、丁酸、丁胺等。

辛醇是一種有機溶劑，用于油漆、涂料、造紙和紡織等行業(yè)，但其最重要的用途是作為生產鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)、對苯二甲酸二辛酯(DOTP)、丙烯酸異辛酯的原料，這三種產品占到丁醇下游產品產能的98%。

丁辛醇生產主要有乙醛縮合法和丙烯羰基合成法，丙烯羰基合成法又分為高壓加氫法、中壓加氫法、低壓加氫法，目前工業(yè)上普遍使用戴維液相循環(huán)低壓銠法工藝[9]。

根據市場調研，我國的丁辛醇產量已經過剩。2020年中國丁辛醇總生產能力為236.5 t/a，產量為207.77萬噸[10]，產能利用為87.9%。主要原因是丁辛醇下游產品增塑劑增速緩慢，環(huán)保要求越趨嚴格[11]，合成氣裝置作為丁辛醇裝置的配套設施報批門檻高，制約了丁辛醇新項目，所以不建議新建丁辛醇項目。

2.5 丙烯制丙酮

丙烯制丙酮有丙烯直接氧化法和苯酚/丙酮聯(lián)產法，由于丙烯直接氧化法對設備腐蝕性強，該生產方法沒有得到大范圍的推廣。苯酚/丙酮聯(lián)產法是目前最主要的丙酮生產工藝，全球97%的苯酚和90%的丙酮是通過此方法生產的[12]。苯酚/丙酮全球產量已經過剩，國內各生產廠家的競爭比較激烈[13]，隨著苯酚/丙酮的生產原料苯的價格越來越穩(wěn)定在高位，該法生產成本也越來越高，所以此條丙烯下游路線沒有很好的投資價值。

2.6 丙烯制異丙醇

異丙醇是一種重要的有機化工原料和產品，作為化工產品它是油墨、涂料的良好溶劑，作為化工原料它可以應用于制藥、合成材料、電子工業(yè)、消毒劑等領域。

丙烯制異丙醇的生產方法有間接水合法和直接水合法。間接水合法是以濃硫酸作為催化劑，丙烯和濃硫酸發(fā)生酯化反應生成硫酸氫異丙酯，硫酸氫異丙酯再水解生成異丙醇。該法丙烯純度要求低，原料丙烯的質量分數在50%～90%都可以，轉化率高，能達到90%。但是硫酸對裝置的腐蝕性大，生產能耗高，生產過程中產生的三廢高，不符合綠色生產的要求，該法已經被全部逐漸淘汰。

丙烯直接水合法又分為氣相直接水合法(維巴法)、液相直接水合法(德山曹達法)、氣-液相水合法(德士古法)[14]，這三種方法中德士古法對我公司最具有使用價值。德士古法是用強酸離子交換樹脂作為催化劑，在6～8 MPa、140～160 ℃的條件下進行反應，原料丙烯的要求是丙烯質量分數≥92%。我公司目前有氣分裝置、甲乙酮裝置，由于德士古法對丙烯的質量要求低，可以降低氣分裝置的回流量從而降低能耗。甲乙酮裝置長期停工，甲乙酮裝置的正丁烯水合單元和丙烯水合有共同點，兩者的反應溫度、壓力都差不多，反應模式也類似，可以請設計院進行綜合考察后再確定，能不能將甲乙酮裝置的水合單元改造成丙烯水合裝置?？梢詫⒐鹃L期停產的8萬噸/年甲乙酮裝置通過改造盤活，按照我公司的丙烯規(guī)?？梢陨a13萬噸/年異丙醇。

3 結語

綜上所述，我公司的丙烯資源是一個重要的化工原料，但是受限于企業(yè)所處園區(qū)的配套資源不足和市場的供需平衡，聚丙烯、丙烯腈、丁辛醇、丙酮等項目都不具備投資條件。

HPPO法生產環(huán)氧丙烷的項目目前盈利狀況良好，隨著氯醇法生產環(huán)氧丙烷的裝置逐漸被清退，環(huán)氧丙烷的供需結構將發(fā)生改變。HPPO法工藝符合國家的產業(yè)結構調整，建議公司深度考察環(huán)氧丙烷產業(yè)的市場和前景，新建一套15萬噸/年的HPPO裝置，作為丙烯深加工的重要途徑。

建議公司深入了解德士古法生產異丙醇的技術和市場調研，將甲乙酮裝置改造生產13萬噸/年的異丙醇裝置，既可以降低氣分裝置的能耗，也可以盤活公司長期停產的甲乙酮裝置，深化丙烯資源的利用。