C5C9 供需现状及下游行业发展分析 李涛 2016,6
作者简介 : 现在中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院工作, 教授级高工, 主任工程师, 学术带头人, 长期从事石化技术研发 产品开发 战略规划 工艺技术经济分析等工作, 先后完成各项课题研究百余项, 获部 省 市级科技奖项 10 余项, 在国家级期刊及学术会议上发表论文 60 多篇, 参与编写专著 1 部 联系电话 :13057525213( 手机 ) EMAIL: litao.yzsh@sinopec.com 2016/6/20 2
前言 1. 裂解 C5 C9 供应现状分析及预测 2. 裂解 C5 C9 产业链发展分析 3. C5C9 行业发展预测及建议 2016/6/20 3
前言 裂解 C5 C9 是以石脑油 轻柴油 加氢尾油等为原料, 经高温裂解制乙烯过程中的副产物 裂解碳五含有异戊二烯 环戊二烯 间戊二烯和异戊烯 ( 约占 50%~60% 左右 ), 这些物质化学性质活泼, 是许多合成材料和精细化工产品的重要原料, 是当前乙烯行业加工利用的重点 近年来, 国内对综合利用裂解 C5 C9 馏分的研究工作日益重视, 回收和综合利用技术不断进步, 为 C5 C9 化工开拓了广阔的发展前景 2016/6/20 4
1. 裂解 C5 C9 供应现状分析及预测 1. 1 裂解 C5 C9 馏分的来源及组成 目前,C5/C9 资源主要来自蒸汽裂解制乙烯的副产品 裂解汽油 当乙烯装置以液体原料 ( 石脑油及加氢尾油 ) 作裂解料时, 裂解汽油的产量约占乙烯产量的 70%-80% 赛科福建茂名燕山 表 1 裂解汽油在乙烯装置中的数量 乙烯能力, 万 t/a 90 80 64 72 裂解汽油量, 万 t/a 73 60 43.3 50.6 裂解汽油量 / 乙烯能力,% 81.7 75 77 70.3 2016/6/20 5
裂解汽油是一复杂的混合物, 主要成分为 C5 至 C9+ 以上述 4 套装置为例,C5 和 C9+ 在裂解汽油中的含量见表 2 表 2 C5/C9+ 在裂解汽油中的含量 赛科 福建 茂名 燕山 C5 在裂解汽油中的含量,%(wt) 17.52 15.67 15.63 14.6~27.0 C9+ 在裂解汽油中的含量,%(wt) 8.95 10.71 11.02 8.5~11.4 从表 2 中可知,C5 馏分在裂解汽油中的含量大约在 15%~20% 之间,C9 馏分在裂解汽油中的含量大约在 10% 左右 2016/6/20 6
裂解 C5 C9 组成随裂解原料 裂解深度 裂解工艺的不同而变化, 其典型组成见表 3 表 4 表 5 表 6 2016/6/20 7
表 3 C5 馏分中饱和烃和不饱和烃所占百分数 赛科 福建 茂名 燕山 C5 饱和烃 7.2 5.4 10.9 11.3 C5 单烯烃 26.0 26.9 39.3 28.3 C5 双烯烃 66.8 67.7 49.8 60.4 从表 3 可知, 平均而言,C5 饱和烃约占总 C5 量的 9%, 而单烯烃约占 30% 双烯烃约占 61%, 所以在 C5 中不饱和烃要占 90% 左右 2016/6/20 8
表 4 C5 中双烯烃的主要成分 环戊二烯异戊二烯戊二烯 -1,3 其他双烯 ( 含炔烃 ) 装置 1,%(wt) 48.4 27.6 19.7 4.3 装置 2,%(wt) 38.4 35.1 15.2 11.3 从表 4 可知, 在 C5 的双烯烃中环戊二烯约占 40%, 异戊二烯约占 30%, 戊二烯 -1,3 约占 20% 其他双烯 ( 含炔 ) 烃约占 10% 2016/6/20 9
表 5 裂解 C5 馏分的典型组成 组分 质量分数 /% 组分 质量分数 /% 总 C4 4.20 环戊烯 4.95 异戊烷 3.00 2- 丁炔 0.20 环戊烷 1.05 1,4- 戊二烯 3.48 3- 甲基 -1- 丁烯 2.00 反 -1,3- 戊二烯 10.00 正戊烷 1.13 顺 -1,3 - 戊二烯 6.00 1- 戊烯 10.10 1,3- 环戊二烯 12.45 2- 甲基 -1- 丁烯 4.65 异戊烯炔 0.10 反 -2- 戊烯 4.80 1- 戊炔 0.17 顺 -2- 戊烯 3.48 总 C6 3.55 2- 甲基 -2- 丁烯 2.82 双环戊二烯 5.43 异戊二烯 15.5 二烯烃其他二聚体 2.00 2016/6/20 10
C5 馏分一般可粗分为两大类 : 一类是可以聚合的活性组分, 主要包括异戊二烯 (15%~20%), 环戊二烯 / 双环戊二烯 (14%~19%), 间戊二烯 (10%~19%) 和戊烯 -1 戊烯 -2(14%~20%); 另一类是非活性组分, 主要有正戊烷和异戊烷 其中化学性质活泼的双烯烃 ( 如环戊二烯 异戊二烯 1,3- 间戊二烯等 ) 总含量为 40%~55%, 是当前 C5 分离后综合利用的重点组分 2016/6/20 11
表 6 C9 馏分的典型组成 C8 芳烃 8.2 丙烯基苯 3.8 丙基苯 2.1 甲基乙基苯 17.5 三甲苯 4.8 甲基乙烯基苯 13.3 双环戊二烯 43.5 茚 4.1 C10 芳烃 2.7 合计 100.0 2016/6/20 12
C9 馏分组成十分复杂,95% 以上为含芳化合物和不饱和的 环烯烃, 其余不足 5% 为饱和烃 ( 环烷烃和链烷烃 ) 按照裂解 C9 馏份中活性组份的化学结构和反应活性, 可将其分为三类 : 第一类苯乙烯及其衍生物, 如苯乙烯 乙烯基甲苯等 ; 第二类茚及其衍生物, 如茚 甲基茚等 ; 第三类双环戊二烯及其分解后生成的环戊二烯 裂解 C9 能分离的组份包括苯乙烯 双环戊二烯 乙烯基甲苯和茚等, 目前成熟的利用方法是不分离, 直接用其混合组份生产芳烃石油树脂 2016/6/20 13
1. 2 裂解 C5 C9 馏分的供应现状及未来 5 年供应量预测 (1) 乙烯产能产量现状 产能方面, 2014 年我国乙烯产能达 2072 万吨, 比 2013 年增长 13.53%, 主要来自中国石油四川石化新建的 80 万吨 / 年装置 中国石化福建联合石化扩建的 30 万吨 / 年产能以及多套 MTO/ CTO 装置的投产 2015 年国内乙烯新建项目 5 个, 预计全部建成投产后将新增产能 330 万 t/a, 截止目前国内乙烯产能已达到 2200 万吨 / 年, 其中石脑油法占到 1825 万吨 / 年 十二五 期间, 我国总计新增乙烯产能 630 万吨 / 年 2016/6/20 14
产量方面, 自 2010 年以来, 中国乙烯产量整体保持稳步增长的态势,2014 年乙烯产量增长率虽然下滑了, 但产量仍是近五年来的最高值, 达到 1704.43 万吨 2015 年, 在国内市场强劲需求的推动下, 我国乙烯产业整体保持平稳较快增长, 产量达到 1741 万吨 2015 年全国约副产 C5 馏分 200 万吨,C9 馏分 165 万吨 2016/6/20 15
产能 / 产量 表 7 中国乙烯产量及增长情况分析 ( 万吨 ) 2500 2000 中国乙烯产量及增长情况分析 ( 万吨 ) 1500 1000 产量产能 500 0 2010 年 2011 年 2012 年 2013 年 2014 年 2015 年 年份 2010 2011 2012 2013 2014 2015 产量 1418.79 1527.39 1486.78 1622.54 1704.43 1741.1 产能 1495 1531 1593 1825 2072 2200 2016/6/20 16
国内乙烯 碳五产量图 2016/6/20 17
表 8 2015 年我国乙烯主要生产企业产能和产量 生产企业 产能 ( 万吨 / 年 ) 产量 ( 万吨 ) 中国石化集团 1042 1112.3 燕山石化 71 78.6 齐鲁石化 80 86.2 扬子石化 80 82.3 上海石化 70 83.7 茂名石化 100 105.4 天津分公司 20 21.1 广州分公司 21 20.2 中原石化 28 23.5 上海赛科 114 127.1 扬子 - 巴斯夫 74 69.9 中沙 ( 天津 ) 100 108.8 镇海炼化 100 98 福建炼化 99 106.6 中韩 ( 武汉 ) 80 85.3 中国石油集团 581 503.2 大庆石化 120 104 辽阳石化 20 16 吉林石化 85 71 独山子石化 122 128 抚顺石化 94 71 四川石化 80 47 兰州石化 70 63 其它企业 408 125.5 2016/6/20 18 合计 2031 1741.1
(2) 未来 5 年 C5 供应量预测 从全球范围看,2008-2010 年受全球金融危机影响, 全球经济持续低迷, 与此同时, 受美国页岩气大规模开发和中东低成本乙烯竞争力增强的影响, 大量新增乙烯产能投放造成全球乙烯开工率急速下滑,2010 年以后世界经济缓慢复苏 预计 2016 年到 2020 年间世界乙烯需求增速快于产能增速 0.3 个百分点,2016 年以后全球乙烯开工率将保持在 88% 以上,2017 年将在短期内达到高点 从国内看, 鉴于国家发改委颁布的产业结构调整指导目录规定, 所有规划和新建乙烯装置规模应达到 100 万吨 / 年,MTO 装置规模需在 50 万吨 / 年以上, 且目前国内在建 新建的石脑油裂解装置规模均在 80 万吨 / 年以上, 因此 十三五 期间, 我国乙烯装置规模将再上一个新台阶 2016/6/20 19
同时, 我国将在继续做大做强长三角 珠三角 环渤海湾石化产业群, 改造提升东北地区乙烯工业的同时, 建设中西部乙烯基地, 进一步优化乙烯布局 长三角地区以上海 南京 宁波为中心, 形成 3-4 个产能超 200 万吨 / 年的乙烯生产基地, 其乙烯合计产能占全国总产能的 1/3 以上 珠三角地区将加快茂名 惠州 湛江 揭阳等地中资或中外合资项目的建设 环渤海湾地区将以京津唐和抚顺等为中心, 布局大型乙烯装置 中西部地区配合西部大开发和中部崛起, 在兰州 成都 武汉 独山子等地形成 4 个乙烯基地 2016/6/20 20
2016 年是中国 十三五 规划开局之年, 也是中国石化行业进入深度调整期和转型期的关键之年 乙烯工业持续推进规模化发展, 随着大庆石化 抚顺石化 四川彭州石化 武汉石化 惠州乙烯二期 海南炼化 湛江中科合资炼化一体化项目等一批大乙烯项目的开工建成, 预计, 十三五 末我国乙烯总产能将达到 2700-3000 万吨 / 年, 年均增长速度在 6.8%, 略低于 十二五 的 7.7%, 但是仍处于较高的发展水平 作为乙烯的副产品, 预计至十三五末, 我国裂解 C5 的产能将随乙烯产能的增加提升至 250-300 万 t/a, 裂解 C9 的产能将达到 200-220 万 t/a 2016/6/20 21
表 9 十三五 规划期间我国将建成投产的 大乙烯 项目 项目名称 项目生产能力 项目概要 中海油惠州炼化一体化二期 100 新建 中石化海南乙烯项目 100 新建 中科炼化一体化项目 80 新建 中化泉州乙烯项目 100 新建 浙江台州东海炼化一体化项目 120 新建 漳州古雷炼化一体化项目 120 新建 曹妃甸一体化项目 100 新建 2016/6/20 22
1.3 国内碳五分离现状 碳五行业的发展与碳五资源量 ( 乙烯装置 ) 以及分布息息相关, 目前, 大型乙烯装置产生的碳五馏份基本就近消化 碳五资源基本得到分离, 以 DMF 法全分离的 15 万吨装置为主流, 只有抚顺伊科斯采用 ACN 法 另外, 也存在零星小规模的简单分离, 二聚 脱除 DCPD, 做石油树脂等产品 2016/6/20 23
C5 分离技术现状 共沸精馏法由美国 Goodyear 公司开发 萃取精馏法技术根据采用溶剂的不同, 可分为二甲基甲酰胺 (DMF) 法 乙腈 (ACN) 法及 N- 甲基吡咯烷酮 (NMP) 法三种 DMF: 日本瑞翁 上海石化 ;ACN: 美国 ExxonMobil 公司 日本 JSR 青岛伊科思 ; NMP : 德国 BASF 2016/6/20 24
国内主要碳五分离装置一览表 序号 公司 规模 / 万吨 工艺 投产年份 1 上海石化 7.5+15 DMF 1992/2009 2 鲁华泓锦 7+8+8 DMF 2009/2014 3 山东玉皇 10+10 DMF 2005/2006 4 宁波金海晨光 ( 德旗 ) 15 DMF 2010 5 南京源港 15 DMF 2011 6 抚顺伊科思 15 ACN 2011 7 燕山石化 15 DMF 2013 8 武汉石化 15 DMF 2013 9 新疆天利 15 DMF 2014 10 惠州大亚湾伊科思 30 ACN 预计 2017 2016/6/20 25
1. 4 C5/C9 资源供应的主要影响因素 (1) 国际油价变化的影响 一般说来, 原油价格上升, 煤 天然气 页岩气等其它资源的开采率上升 石脑油裂解装置的开工率下降, C5 C9 资源供应量会有所下降, 但石化下游产品生产成本增加会导致产品价格的上升 ; 原油价格下跌, 石脑油裂解装置的开工率上升, C5 C9 资源供应量会有所上升, 但石化产品因失去成本支撑导致产品价格下跌 2016/6/20 26
(2) 原料结构变化的影响 目前, 尽管世界原油价格下滑已经放缓, 但因北美页岩气革命对乙烯裂解原料结构性改变仍在继续, 乙烯裂解将更多使用乙烷为原料 用乙烷生产乙烯和衍生物的成本优势 竞争力更加显著, 但副产品如丙烯 丁二烯和裂解汽油产率将大幅降低 裂解汽油产量下降将造成 C5 和 C9 供应短缺 在过去 12-18 个月里, 欧洲已明显感受到 C5 和 C9 供应问题, 下游胶黏剂生产企业同样感受到了压力 随着美国乙烷和液化石油气过剩量不断增加, 欧洲乙烯裂解装置的原料结构也随之改变 但鉴于目前低油价环境, 这种影响将会减缓 2016/6/20 27
在俄罗斯, 大多数乙烯装置也是基于石脑油, 目前有部分裂解装置采用了更轻质的原料 从长远来看, 俄罗斯将有更多的裂解装置采用 LPG 乙烷作原料 中东地区乙烯原料结构未来将发生较大变化, 且与其他地区相反 沙特历史上一直以液化石油气 乙烷做乙烯裂解原料, 但现在已建成一些较重原料的石化裂解项目, 未来裂解重质原料装置将越来越普遍 这种变化也是为了响应政府的号召, 即实现化学品生产原料多样化 2016/6/20 28
由于受到乙烯原料轻质化的影响, 国内裂解 C5 C9 占乙烯产量的比率也在下降, 近 10 年来, 从 13.5% 下降到 11.5% 近年来以煤或天然气为原料, 包括甲醇制烯烃 (MTO) 甲醇制丙烯 (MTP) 等在我国得到了迅猛发展 在 MTO 工艺所产轻烃产物中, C5 馏分所占比例不大, 约占 3%~5% 一套 180 万 t/a MTO 装置约副产 C5 馏分 2~3 万 t/a 今后随着 MTO 装置的不断建设, 总产能将越来越大, 未来 MTO 装置副产 C5 的利用同样值得关注和重视 2016/6/20 29
(3) 部分乙烯装置关闭的影响 IHS 化学指出, 不仅乙烯裂解原料轻质化将影响 C5 和 C9 的供应, 乙烯产能关闭同样对 C5 和 C9 的供应有较大影响 继 2010-2014 年西欧地区关闭大量乙烯产能之后, 预计较小和老旧的乙烯装置还将进一步关闭 据预测, 未来 5 年, 欧洲有超过 120 万吨 / 年的乙烯装置将被关闭, 欧洲 C5 和 C9 供应量将减少 20%-25%, 主要集中在阿姆斯特丹 鹿特丹 安特卫普地区 2016/6/20 30
(4) 未来低油价成突破口 目前在低原油价格背景下,IHS 化学预测, 加工布伦特原油可以获得更高回报, 石脑油裂解完全可以抗衡乙烷 /NGL 裂解装置, 液体原料裂解可建立庞大的 C4 C5 C9 等多种下游产业, 可以创造更大的附加值 2016/6/20 31
2. 裂解 C5 C9 产业链发展分析 C5 产业链关系图 2016/6/20 32
C9 产业链关系图 2016/6/20 33
中国裂解 C5/C9 产业链发展历程 2016/6/20 34
C5/C9 石油树脂的分类 2016/6/20 35
产业链现状 ( 一 ) 中国 C5/C9 石油树脂产能过剩, 开工率不足 2015, 石油树脂生产企业约 70 家, 总产能 130 多万吨, 总产量约 75 万吨, 开工率约 55% 其中加氢产能约 10 万吨, 产量约 6 万吨, 非加氢石油树脂产能约 120 万吨, 产量约 70 万吨 普通石油树脂依赖出口消化过剩产能 加氢石油树脂仍需大量进口 中国石油树脂供需分析 ( 万 t) 年份 2012 2013 2014 2015 2020E 氢化石油树脂供需分析 ( 万 t) 年份 2012 2013 2014 2015 2020E 产量 61.0 65.5 71.1 73 79 进口量 7.1 7.9 9.2 9.5 6.0 出口量 11.1 10.3 12.4 13.5 9.0 表观消费量 57 63.1 67.9 69 76 缺口 4 2.4 3.2 4 3 产量 3.0 3.0 3.2 3.9 12 进口量 5.0 5.5 6.5 6.5 3.0 出口量 0.6 0.5 0.7 0.9 2.5 表观消费量 7.4 8.0 9.0 9.5 12.5 缺口 -4.4-5.0-5.8-5.6-0.5 2016/6/20 36
( 二 ) 加氢石油树脂技术获突破, 中国新增产能快速上马中 2016/6/20 37
( 三 ) 国外氢化石油树脂产能也在快速扩张, 对中国企业带来竞争压力 埃克森美孚位于新加坡的 9 万吨 / 年加氢石油树脂也将于 2017 年投产, 中国将是其重要的目标市场 2016/6/20 38
( 四 ) 异戊二烯下游应用受阻, 亟需消费创新 异戊二烯主要用于异戊橡胶 丁基橡胶 SIS 等, 近 5 年天然橡胶市场的低迷, 抑制了合成橡胶的应用, 目前有部分异戊橡胶装置转产 SIS 异戊二烯与环戊二烯 间戊二烯利用的不均衡, 是 C5 综合利用率提升的主要障碍 2015 年中国异戊二烯消费构成 2016/6/20 39
裂解 C5/C9 产业链存在的问题 ( 一 ) 资源供应紧张乙烯原料轻质化导致裂解 C5/C9 资源产率减少的趋势仍将继续, 未来两年内中国没有大型裂解乙烯装置投产, 资源供应紧张的形势仍将继续 ( 二 ) 半分离仍占相当比例目前国内仍有近 20% 企业采用 C5 半分离技术, 技术水平落后, 产品附加值较低 ( 三 ) 异戊橡胶成最短木板异戊橡胶是 C5 分离产品异戊二烯下游最重要应用, 异戊橡胶应用开发不足, 行业开工率长期保持在 20% 以下, 严重影响整个 C5 产业链的发展 2016/6/20 40
( 四 ) 企业数量多规模小 石油树脂的装置规模 <1 万吨的有 40 多家, 许多资源无法实现规模综合利用, 同时许多技术领先企业受制原料而开工不足 ( 五 ) 同质化严重 低端产能过剩 受制于技术和资金瓶颈, 行业同质化严重, 同时低端产品产能严重过剩, 过度竞争导致企业效益下降, 石油树脂行业平均开工不足 60% 2016/6/20 41
C5/C9 行业发展预测及建议 ( 一 ) 资源供应趋紧乙烯原料轻质化趋势不可逆转, 现有乙烯装置的 C5/C9 资源的供应收紧, 尤其是 C9 资源受影响更为明显 ( 二 ) 综合利用率上升随着资源的减少, 需求的增加, 技术的进步,C5/C9 资源综合利用率也会不断提升 ( 三 ) 行业集中度提高落后产能淘汰速度加快, 小企业逐步退出市场, 行业集中度会有所提高, 行业仍需要引入大型化 集中化的裂解 C5 分离企业, 对其裂解 C5 进行集中处理, 以此提高裂解 C5 的分离效率和能力 ( 四 ) 加氢石油树脂产能快速增长未来几年, 加氢技术进一步成熟, 加氢石油树脂将迎来产能爆发期,2015 年加氢石油树脂产能 10 万吨, 产量约 6 万吨, 预计 2016-2017 年产能将达 15 20 万吨, 未来可能出现产品过剩 2016/6/20 42
( 五 ) 亟需开拓新的应用路线异戊二烯 环戊二烯两种主要产品亟需开发下游产品, 异戊二烯在轮胎方面应用有待突破 SEPS( 苯乙烯 - 乙烯 - 丙烯 - 苯乙烯共聚弹性体 ) 是 SIS 的氢化产品, 是异戊二烯应用的新方向, 目前国内全部依靠进口, 中石化巴陵公司 SEPS 装置正在建设中 ; 异戊二烯应用于树脂也是一个有潜力的发展方向, 国内尚未突破, 包括异戊二烯树脂 异戊二烯与间戊二烯 DCPD 共聚树脂 ;DCPD 下游应用也亟需开发, 发展 DCPD 聚合的加氢树脂是发展新方向, 另外, 聚双环戊二烯 (RIM) 的开发还有待突破 2016/6/20 43
谢谢! 2016/6/20 44