蔣翠萍 李成益

(金浦投資控股集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210009)

對(duì)二甲苯(PX)是重要的有機(jī)化工原料，主要用來生產(chǎn)精對(duì)苯二甲酸(PTA)，是聚酯纖維的最前端原料。近年來，國內(nèi)PX產(chǎn)能迅速擴(kuò)張，引起業(yè)內(nèi)對(duì)產(chǎn)能過剩的擔(dān)憂，因此全面評(píng)估PX工藝技術(shù)進(jìn)步對(duì)降低生產(chǎn)成本帶來的效應(yīng)，分析比較國內(nèi)外PX競爭力對(duì)指導(dǎo)項(xiàng)目建設(shè)和生產(chǎn)經(jīng)營具有一定的意義。

1 PX生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展

PX生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展主要圍繞提高目標(biāo)產(chǎn)品收率、降低能耗、減少生產(chǎn)過程的污染物和提高裝置運(yùn)行可靠性等展開。PX生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，目前擁有芳烴生產(chǎn)成套技術(shù)的主要專利商包括UOP、Axens和中國石化等，其中部分單元的技術(shù)由更多的專利商擁有。

1.1 催化重整技術(shù)進(jìn)展

這些年來，催化重整技術(shù)進(jìn)展主要體現(xiàn)在：(1)改進(jìn)重整催化劑性能，提高芳烴轉(zhuǎn)化率，降低積炭率，提高選擇性和再生性能；(2)改進(jìn)再生流程，滿足最新的環(huán)保要求；(3)優(yōu)化設(shè)備布置，降低投資費(fèi)用；(4)系統(tǒng)內(nèi)部能量綜合利用，裝置能耗大幅度下降[1-3]。

不同工藝技術(shù)的裝置原料性質(zhì)、主要操作條件、產(chǎn)品性質(zhì)和能耗見表1。表1中，A、B和D裝置的目標(biāo)產(chǎn)品是PX，C裝置則以生產(chǎn)高辛烷值汽油為目標(biāo)，所以在重整苛刻度方面不及另外3個(gè)裝置。

由表1可見：A和B的原料餾程、族組成和芳烴潛含量等相近，但重整生成油的性質(zhì)、產(chǎn)品分布等差距較大；比較B和D，原料性質(zhì)差距較大，但產(chǎn)品分布較接近。因此，原料性質(zhì)、催化劑性能和反應(yīng)條件選擇等對(duì)重整產(chǎn)品性質(zhì)、產(chǎn)品分布影響較大。早期建設(shè)的重整裝置A的反應(yīng)壓力高于其他幾套裝置，改造中受舊設(shè)備的限制，反應(yīng)條件無法進(jìn)行大的調(diào)整，產(chǎn)品中氫收率、芳烴產(chǎn)率和重整生成油的辛烷值均較低。B和C為差不多處于同一時(shí)期的裝置，產(chǎn)品收率較為接近。B和D均采用了最新的重整催化劑，產(chǎn)品收率分布、芳烴產(chǎn)率均得到較大幅度提升，尤其是高附加值產(chǎn)品、目標(biāo)產(chǎn)品收率的提高，體現(xiàn)了技術(shù)進(jìn)步帶來的效益?？傮w上說，催化劑性能直接決定了產(chǎn)品收率和性質(zhì)，新技術(shù)應(yīng)用帶來新的效益。

在裝置能耗方面，A裝置投產(chǎn)較早，經(jīng)過不斷的改進(jìn)，其能耗低于同期建設(shè)的其他裝置，但仍略高于新建的B裝置。C和D裝置均是引進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過10多年的發(fā)展，引進(jìn)技術(shù)的能耗也在降低。由表1還可見，國內(nèi)催化重整技術(shù)已經(jīng)與引進(jìn)技術(shù)相當(dāng)，早期引進(jìn)的重整裝置經(jīng)改造后，裝置能耗也與擬建的D裝置相當(dāng)。A裝置和B裝置能耗在同期建設(shè)的裝置中處于領(lǐng)先水平。新老重整裝置能耗費(fèi)用按噸PX產(chǎn)品計(jì)算，相差262元。經(jīng)PIMS核算，2019年B裝置的產(chǎn)品價(jià)值較A裝置高出199元。

表1 不同時(shí)期所建重整裝置的能耗及產(chǎn)品比較

隨著重整催化劑性能提升以及工藝過程優(yōu)化，重整單元的催化劑和化學(xué)品消耗也有部分變化。上述4套裝置的催化劑及化學(xué)品單耗列于表2中。由表2可見:催化劑及化學(xué)品消耗總體上呈下降趨勢，新老裝置之間的催化劑折噸PX產(chǎn)品費(fèi)用相差6元左右。

表2 不同時(shí)期的重整裝置的催化劑及化學(xué)品單耗 g/t

1.2 芳烴抽提技術(shù)進(jìn)展

芳烴抽提方面的技術(shù)進(jìn)步主要圍繞降低溶劑消耗、降低能耗以及提高產(chǎn)品質(zhì)量和收率展開。溶劑選擇影響著抽提體系建立、裝置效率、能耗、投資和操作費(fèi)用[4-6]。

芳烴抽提技術(shù)的進(jìn)步最終體現(xiàn)在芳烴產(chǎn)品回收率、產(chǎn)品質(zhì)量、溶劑消耗和裝置能耗方面。

產(chǎn)品回收率及質(zhì)量見表3。由表3可見:新裝置的苯回收率和甲苯回收率均高于早期的裝置，產(chǎn)品質(zhì)量相當(dāng)。

表3 不同時(shí)期的產(chǎn)品回收率和質(zhì)量比較

不同時(shí)期的芳烴抽提裝置的溶劑及化學(xué)品消耗見表4。由于原料差距較大，抽提單元的化學(xué)品消耗差異較大，但由于耗量小、價(jià)格也不高，噸費(fèi)用相差不大。

表4 芳烴抽提溶劑及化學(xué)品單耗 g/t

不同時(shí)期的芳烴抽提裝置的能耗見表5。由表5可見:B裝置節(jié)能改造(如將3.8 MPa蒸汽減溫減壓改造為發(fā)電后再利用，以及余熱回收利用等)后裝置能耗降低。新建裝置因其規(guī)模大、能量利用更合理，能耗較之前的裝置有較大幅度的降低。

表5 不同時(shí)期的芳烴抽提裝置能耗比較

續(xù)表5

通過上述分析比較可見，不同時(shí)期所建抽提裝置的主要差別體現(xiàn)在能耗上，能耗費(fèi)用可節(jié)省20元/t，折合噸PX產(chǎn)品約30元，新建抽提裝置更具競爭力。

1.3 二甲苯分離技術(shù)進(jìn)展

結(jié)晶法是吸附法出現(xiàn)之前工業(yè)上生產(chǎn)PX的唯一方法[7]，20世紀(jì)70年代逐步被吸附法取代。目前國內(nèi)PX裝置絕大多數(shù)采用吸附分離，全球也僅有30%的PX產(chǎn)能采用結(jié)晶法生產(chǎn)。

二甲苯吸附分離的進(jìn)展主要體現(xiàn)在新型吸附劑的開發(fā)與應(yīng)用、吸附分離工藝優(yōu)化、解析劑輕質(zhì)化以及上述體系的綜合節(jié)能改造中[8-11]。采用新型吸附劑，可降低吸附單元解析劑循環(huán)量，從而降低裝置能耗，如采用ADS-47較采用ADS-27能耗降低13.5%。傳統(tǒng)芳烴聯(lián)合裝置的節(jié)能一般采用發(fā)生低壓蒸汽或發(fā)電、增加工藝?yán)糜酂岢潭鹊确椒ǎ芎碾m得到了降低，但其流程變得更為復(fù)雜，項(xiàng)目的投資也更高。

采用輕解析劑的二甲苯吸附分離裝置是全新的系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的二甲苯吸附分離裝置工藝流程有較大的差別，采用重質(zhì)解析劑的裝置不可能通過簡單改造而成為輕質(zhì)解析劑的新裝置。

不同吸附劑/解析劑的能耗和物耗見表6。由表6可見：PX吸附分離單元采用輕質(zhì)解析劑方案，裝置能耗將有較大幅度下降，輕質(zhì)解析劑方案更具競爭力。采用輕質(zhì)解析劑后，產(chǎn)品能耗費(fèi)用較重質(zhì)解析劑節(jié)省400元/t。

表6 不同吸附劑/解析劑的能耗和物耗對(duì)比

綜上所述，PX生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步為新建PX裝置提升競爭力創(chuàng)造了條件，即使是局部采用新技術(shù)，也能帶來較好的效益。這些年歧化和異構(gòu)化單元轉(zhuǎn)化率沒有大的突破，對(duì)整個(gè)裝置的技術(shù)進(jìn)步?jīng)]有實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。

1.4 其他

1.4.1 甲苯擇形歧化經(jīng)濟(jì)性分析

以200 kt/a甲苯擇形歧化為例，原料為甲苯200 kt,氫氣(折純)1.7 kt;產(chǎn)品為不凝氣3.7 kt,苯95 kt，碳八芳烴(C8A)102.9 kt。按照華東地區(qū)3年和5年均價(jià)計(jì)算，原料成本已超過產(chǎn)品銷售收入，再加上能耗和催化劑等費(fèi)用，甲苯擇形歧化已無利可圖。因此，部分企業(yè)已停止甲苯擇形歧化運(yùn)行。

1.4.2 甲苯甲醇烷基化技術(shù)

甲苯甲醇烷基化制PX技術(shù)的發(fā)展為增產(chǎn)PX開辟了新的途徑[12]。該技術(shù)的實(shí)施需要具備一定的基礎(chǔ)條件：一是需有PX生產(chǎn)裝置，利用現(xiàn)有的PX裝置進(jìn)行技術(shù)整合，優(yōu)化物流加工過程，從能耗降低中獲得收益；二是需要有低碳烯烴的下游，否則含乙烯、丙烯的氣體只能作為燃料氣。因此甲苯甲醇烷基化制PX技術(shù)目前仍不是常規(guī)的PX生產(chǎn)路線。

2 PX裝置規(guī)模及競爭力分析

2.1 國內(nèi)外PX裝置規(guī)模分析

PX裝置規(guī)模既與建造時(shí)的技術(shù)水平相關(guān)，也與原料資源和裝備水平相關(guān)。在2000年以前，PX產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，供需基本平衡，當(dāng)時(shí)國內(nèi)的單套裝置規(guī)模與周邊相當(dāng)，大多為200～450 kt/a；2000—2009年，國內(nèi)PX產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，建設(shè)了數(shù)套單套規(guī)模在600～800 kt/a規(guī)模的新裝置；2010—2014年的5年之間只有3套裝置投產(chǎn)，國內(nèi)PX的自給率下降至40%左右，部分企業(yè)抓住機(jī)會(huì)，積極籌劃PX擴(kuò)產(chǎn)，在2019年形成了PX產(chǎn)能迅速擴(kuò)張的局面。在這段時(shí)期，PX生產(chǎn)工藝經(jīng)過前期的積累，迎來了較大的改進(jìn)，單套產(chǎn)能達(dá)到1 500 kt/a以上。裝置規(guī)模提高后，節(jié)能優(yōu)化措施得到充分的發(fā)揮,新技術(shù)的應(yīng)用為新裝置帶來更大的盈利空間。

2.2 不同時(shí)期的PX裝置競爭力比較

現(xiàn)以A、B、C三套PX生產(chǎn)方案作為比較的基礎(chǔ)，A方案為早期建成、后來經(jīng)過節(jié)能技術(shù)改造,單套規(guī)模為450 kt/a，采用重質(zhì)解析劑；B方案為2012年前后建成的裝置，單套規(guī)模為600 kt/a,采用重質(zhì)解析劑；C方案為采用最新技術(shù)的新裝置，規(guī)模為2 000 kt/a，采用輕質(zhì)解析劑。在加工流程方面，A方案的芳烴抽提抽余油和苯-甲苯分餾的芳烴混合液返回催化重整，二甲苯裝置的C9A與甲苯進(jìn)歧化烷基轉(zhuǎn)移生產(chǎn)C8A；B方案加工流程基本同A方案，以較少的石腦油原料最大限度地生產(chǎn)PX，不生產(chǎn)鄰二甲苯，并補(bǔ)充部分甲苯作為歧化原料；C方案則將C7～C9非芳組分全部返回重整，盡可能多出化工產(chǎn)品。

各方案中催化重整、芳烴抽提、歧化、烷基化和吸附分離等單元均按照當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平配套。在系統(tǒng)設(shè)置時(shí)，考慮了重整料預(yù)加氫和富氫氣體提濃裝置(PSA)。

按照上述加工流程，各單元的加工規(guī)模及能耗等匯總見表7。

表7 不同時(shí)期相應(yīng)的PX裝置各單元的加工規(guī)模及能耗

因?yàn)镻X為標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)品，產(chǎn)品競爭力主要表現(xiàn)為產(chǎn)品的毛利高低，即：噸產(chǎn)品(含副產(chǎn)品)銷售收入-原料成本-能源動(dòng)力消耗-催化劑化學(xué)品費(fèi)用-人工工資-維修費(fèi)-折舊。

在計(jì)算折舊時(shí)，考慮到A方案為老裝置，折舊計(jì)提已接近尾聲，在計(jì)算成本時(shí)不計(jì)折舊；B方案為2012年前后的較新裝置，折舊已計(jì)提過半，折舊按照一半計(jì)算；C方案折舊按規(guī)定計(jì)提。

主要原料石腦油按照國際市場華東地區(qū)到港價(jià)，PX按照結(jié)算價(jià)，其他產(chǎn)品按照華東市場出廠價(jià)，原料及產(chǎn)品的價(jià)格統(tǒng)計(jì)周期為月，能源動(dòng)力價(jià)格參照南京化工園區(qū)價(jià)格，其他參數(shù)按照中國石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司《參數(shù)與數(shù)據(jù)》2020版計(jì)取。

近幾年來PX的產(chǎn)品毛利呈逐年下降趨勢，2016—2020年早期的小規(guī)模PX裝置的產(chǎn)品毛利分別為2 000元/t、1 500元/t、1 200元/t、400元/t和200元/t。2019年，小產(chǎn)能PX裝置6個(gè)月盈利、6個(gè)月虧損，中等產(chǎn)能較新PX裝置則10月盈利、2個(gè)月虧損，高產(chǎn)能新裝置則月月盈利。進(jìn)入2020年，小產(chǎn)能PX虧損面進(jìn)一步擴(kuò)大，10個(gè)月中，只有3個(gè)月盈利，其余均處于虧損或盈虧平衡。中等產(chǎn)能較新的PX裝置則有5個(gè)月處于盈利、5個(gè)月虧損。新建大產(chǎn)能PX裝置則9個(gè)月盈利、1個(gè)月微利。2020年前10個(gè)月中大產(chǎn)能PX裝置較次新裝置噸產(chǎn)品毛利平均高出800元。

另外，新的高產(chǎn)能PX裝置均為民營企業(yè)，且上下游一體化，這些裝置的啟停對(duì)PX市場價(jià)格影響較大。

2.3 未來趨勢

從PX行業(yè)競爭力來看，國內(nèi)新建大型PX裝置競爭力較強(qiáng)，具備規(guī)模效應(yīng)、能耗低、上下游一體化、接近消費(fèi)中心區(qū)域等特點(diǎn)，未來在與進(jìn)口產(chǎn)品競爭中能夠占據(jù)一定優(yōu)勢。2020年開始，部分規(guī)模小、成本高的芳烴裝置將退出或轉(zhuǎn)向調(diào)和油市場。

3 產(chǎn)業(yè)前景展望

生產(chǎn)PX需要大量的石腦油，PX耗石腦油2.5～3 t/t，即生產(chǎn)2 Mt PX則需至少5 Mt石腦油，如果全部采用原油一次加工生產(chǎn)的直餾石腦油，直餾石腦油平均收率16.5%(含輕石腦油)，常減壓加工規(guī)模則需30 Mt。為增加PX的原料，將常減壓裝置的減壓柴油(VGO)經(jīng)加氫裂化生產(chǎn)重石腦油，VGO收率按28%，加氫裂化重石腦油收率按44%計(jì)，原油加工量需17.5 Mt。如將直餾柴油也作為加氫裂化的原料，減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青后，脫瀝青油也進(jìn)入加氫裂化，這樣可大幅度增加重石腦油的來源，生產(chǎn)2 Mt PX則僅需要10 Mt原油。因此，建設(shè)大型PX項(xiàng)目必須有千萬噸級(jí)的煉油裝置與之配套，新的煉化一體化項(xiàng)目以多出化工原料為目標(biāo)，降低油品的產(chǎn)出率。以恒力石化(大連)煉化有限公司為例，20 Mt/a煉油能力，生產(chǎn)出10.9 Mt/a化工原料，化工原料貢獻(xiàn)率超過50%。在建的盛虹石化集團(tuán)有限公司的化工原料貢獻(xiàn)率達(dá)到45%以上。因此，“少油多化”是趨勢。

在資源利用方面，煉化一體化實(shí)現(xiàn)資源集約化，5 Mt重石腦油加工后生產(chǎn)出2 Mt PX，其余產(chǎn)品需銷售或進(jìn)一步加工，部分產(chǎn)品(如氫氣、干氣、輕石腦油)不易存儲(chǔ)或長距離運(yùn)輸，需要下游配套就近消化，液化氣、輕石腦油可作為乙烯裝置的裂解原料，氫氣是重油加工的重要原料。通過煉化一體化可實(shí)現(xiàn)資源的集約利用，降低物流成本。2019年，中國大陸共有千萬噸級(jí)以上的煉油廠29座，其中14家配套了PX裝置，PX產(chǎn)能為12.025 Mt/a；其中20家配套了乙烯裝置，產(chǎn)能達(dá)到18.33 Mt/a。到2024年，還將有10座千萬噸級(jí)以上煉油廠開工建設(shè)，另外還有5座準(zhǔn)備擴(kuò)容改造。在本輪煉油擴(kuò)容中，新建煉油廠的煉化一體化程度高，重油轉(zhuǎn)化裝置加工規(guī)模大，化工裝置加工能力達(dá)到45%以上。上述煉化項(xiàng)目只有一部分是以PX芳烴為目標(biāo)產(chǎn)品，大部分是以乙烯、丙烯等基礎(chǔ)化工原料為目標(biāo)產(chǎn)品，或兼顧芳烴和乙烯。

從產(chǎn)業(yè)布局看，今后幾年新建或改擴(kuò)建的項(xiàng)目中，有3家為內(nèi)地已建項(xiàng)目改擴(kuò)建，1家為東北新建，其余11家全部在沿海一帶新建，這將有利于提高中國的石化產(chǎn)業(yè)規(guī)模集中度和整體技術(shù)水平，優(yōu)化石化產(chǎn)業(yè)布局和產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，提升產(chǎn)業(yè)競爭力。

4 結(jié)論與建議

(1)從供需平衡看，PX供需將逐步寬松，到2022年達(dá)到平衡甚至開始出現(xiàn)少量過剩。

(2)采用新技術(shù)建設(shè)的PX裝置更具有競爭力，新老裝置的產(chǎn)品毛利差在800元/t以上。

(3)中國大陸的大產(chǎn)能PX裝置在東南亞有一定的規(guī)模優(yōu)勢，且有下游產(chǎn)業(yè)鏈支撐，相對(duì)競爭力較強(qiáng)。

(4)新一輪煉化一體化項(xiàng)目建設(shè)，將加快PX產(chǎn)業(yè)發(fā)展，PX競爭將更為激烈，部分小產(chǎn)能、高成本的裝置將逐步退出。

(5)建議在PX項(xiàng)目布點(diǎn)時(shí)，需與煉化產(chǎn)業(yè)布局一致，基地化、區(qū)域化、園區(qū)化是新一輪PX項(xiàng)目建設(shè)的前提，要與區(qū)域性的產(chǎn)業(yè)形成互補(bǔ)，打造具有規(guī)模優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)集群。

(6)在煉化一體化加工流程安排時(shí)，“少油多化”，響應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整需要。

(7)部分早期建成的中等產(chǎn)能的PX裝置需采用新技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造，符合《對(duì)二甲苯單位產(chǎn)品能耗限額》標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。