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中石化芳烃生产工艺首席专家解读:持续推进芳烃产业绿色高质量发展!

发表时间: 2024-11-02 11:34:26

作者: 炼化及石化下游产业网

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芳烃产业绿色高质量发展离不开持续的技术创新和突破。基于“油转化”的原料多元化的芳烃生产技术开发和推广应用迫在眉睫,相关技术有重芳烃轻质化技术、催化柴油制芳烃技术、裂解汽油重组分制芳烃技术、催化重汽油制芳烃技术、富芳烃汽油馏分加氢脱烷基制苯技术等。

芳烃兼具油品调和及基础有机化工原料两大属性,芳烃产业既承燃油生产和能源安全,又接聚酯产业和民生消费,与人民生活息息相关,是国民经济的支柱产业之一。

近年来,“双碳”理念获得全社会的高度价值认同,我国能源行业迎来变革式发展,交通燃油已达需求峰值。然而,基础化工原料需求仍持续增长,此消彼长必然会促使原用于油品调和的芳烃资源转向化工利用,芳烃行业的挑战与机遇并存,主要体现在以下四个方面:

一是新建产能集中释放和爆发式增长,“自给不足”和“建新替旧”带给芳烃产业良好的发展空间;

二是“减油增化”“油转化”已成为炼厂转型发展的必经之路,原料多元化的芳烃生产技术开发和推广应用迫在眉睫;

三是绿色高质量发展对芳烃生产技术提出更高要求,技术创新实现差异化发展,推进了新工艺、新流程、新技术的工业应用;

四是高度融入炼化总流程的芳烃生产,体现了大型化、园区化及全产业链化的发展趋势,部分落后产能急需建设有竞争力的装置进行置换。

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我国已成为全球芳烃产业中心,未来发展前景可期

经过五十余年的发展,我国芳烃产业经历了从无到有、从弱到强的转变。基于完善的产业链和良好的产业生态,近年来民营聚酯头部企业持续向产业链上游发力,芳烃产能呈现爆发式增长态势。自2019年新一轮扩能高峰以来,我国PX(对二甲苯)产能年均增速高达25%。截至2023年,国内纯苯产能为2400万吨/年、PX产能为4300万吨/年,分别占全球产能约40%和50%,我国已成为全球最大的芳烃生产和消费市场。尽管如此,现阶段我国PX自给率仍只有80%左右,每年进口量高达1000万吨,未来3年在建PX项目产能达600万吨/年。从发展眼光看,我国芳烃产业完成从“自给自足”到产品出口的转变,未来可期。

目前,现有的一些老旧装置在激烈市场竞争中面临严峻的生存压力。国家发改委2022年发布的《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》提出,加快推动单系列60万吨/年以下规模对二甲苯装置淘汰退出。2024年,《化工老旧装置淘汰退出和更新改造工作方案》中明确指出有序退出投产运行30年(含)以上的生产设备。基于此,各炼化企业着手整合系统资源,加快推进新旧产能置换,兼顾总流程优化,积极规划筹建规模化、技术先进的芳烃生产装置。从“建新替旧”的角度看,未来芳烃产业发展大有作为。

“减油增化”已是大势所趋,原料多元化的芳烃生产技术走向工业化

随着“双碳”目标的提出,以及新能源汽车产业的冲击,燃油车销售及成品油消费市场增速明显放缓,其中汽油消费已达峰值,柴油消费呈现逐年下降趋势。2013年至今,我国快速完成国Ⅳ、国Ⅴ、国Ⅵ成品油标准制定和执行,油品质量升级速度加快、力度加大,对芳烃含量、T50/T90等指标提出更高要求。随着油品质量持续升级,未来将挤出大量用于调和油品的芳烃资源,如催化柴油中的双环芳烃、催化汽油中的碳九、碳十重组分等。这部分挤出的芳烃资源主要有两种利用途径,分别是选择性加氢转化制备得到高品质成品油或可调和组分,以及通过新的催化转化技术转化成芳烃或烯烃。第一种途径已不符合当下市场形势。炼厂要真正实现“减油增化”,应在炼油规模不变的情况下,将油品池中的劣质组分转化为芳烃、烯烃的生产原料。

现阶段以石脑油为原料的芳烃生产路线中原料成本占80%至85%,降低原料成本是提升装置经济效益的关键。挤出油品调和组分多以单环或双环重芳烃为主,是除重整生成油以外的又一芳烃原料资源。通过催化转化新技术的开发将其转化成苯、甲苯和二甲苯等轻芳烃,是现阶段最高效、最重要的利用途径。因此,基于“油转化”的原料多元化的芳烃生产技术开发和推广应用迫在眉睫,相关技术有重芳烃轻质化技术、催化柴油制芳烃技术、裂解汽油重组分制芳烃技术、催化重汽油制芳烃技术、富芳烃汽油馏分加氢脱烷基制苯技术等。通过这些技术的开发和工业应用,既可以有效降低芳烃原料成本,增加炼厂的芳烃和烯烃产量,又可以降低燃料油产量,实现炼厂产品结构的调整。

国产芳烃技术持续进步,高质量发展推动新反应新工艺工业应用

随着全球对自然、生态系统的关注,环保意识不断影响和改变着各行各业。芳烃产业绿色高质量发展离不开持续的技术创新和突破,现有的芳烃生产技术以石脑油催化重整为源头,包括原料精制与精馏、歧化与烷基转移、芳烃异构化、吸附/结晶分离等工艺及工程技术,系统集成度高,开发难度大,技术壁垒高,该成套技术长期被美国UOP公司、法国Axens公司垄断。我国虽然是芳烃生产和消费大国,但是长期以来芳烃技术只能依赖进口。经过几代人40余年的接续攻坚,中国石化2013年成功开发出具有完整自主知识产权的高效环保芳烃成套技术,具有单位产品物耗、能耗低的特点,荣获2015年度国家科学技术进步特等奖。

对现有的芳烃生产技术而言,一方面需持续加强应用基础研究,通过催化材料的创新实现反应过程的精准调控及产物选择性的提升,研发能够处理含有高非芳烃、高溴指数和高萘系物的甲苯与重芳烃等复杂原料的烷基转移催化剂、二甲苯损失更低的碳八异构化催化剂等,不断推动单元技术的迭代创新,以降低装置运行能耗及物耗,提高技术先进性。另一方面,通过流程和工艺的创新,持续降低芳烃装置能耗,如PX单塔吸附分离工艺技术、轻质解析剂的吸附分离技术、低排放的PX结晶分离工艺技术、芳烃精馏的间壁塔技术和低温热高效利用技术等。中国石化在吸附分离成功工业化的基础上,于2023年决定在九江石化建设采用结晶分离工艺的150万吨/年PX芳烃联合装置,目前正在设计建设中,同时也在积极推进新型液相芳烃转化技术开发和工业应用,有望重构芳烃联合装置工艺流程,再次提升生产技术水平,降低芳烃生产成本。此外,高效反应和分离工艺组合技术迎来发展机遇,甲苯择形歧化与PX结晶分离组合的短流程芳烃生产技术将进一步降低苯和PX的生产成本。2024年,千万吨级的甲苯择形歧化单元和配套的结晶分离短流程芳烃生产技术落地浙江石化。通过先进控制、数字化及智能化技术的应用,持续提高装置操作的最优化和稳定性,也成为业内的普遍共识。

规模化及全产业链化发展已成趋势,切实发挥一体化优势

早期的芳烃项目因项目投资、原料保障、污染处理、民间阻力等因素制约,进入门槛较高,芳烃产能多数集中在资金及技术实力雄厚的国有或大型外资企业手中。2015年,PX审批权下放,一批拥有下游产业链的民营企业开始涌入芳烃市场,向上游挺进,构建起从炼油到织造的上下游产业布局,逐步实现“原油—石脑油—芳烃—精对苯二甲酸(PTA)—聚对苯二甲酸乙二酯(PET)—纺丝”全产业链发展。这些新建产能规模大,上下游一体化程度高,技术先进,竞争力强,同时由于其完整的全产业链布局,具有一定的芳烃产品定价权,可引导利润逐步向下游产业链转移,导致单纯以生产芳烃原料的装置与企业处于低效益甚至亏损状态。

芳烃生产装置大型化、园区化、全产业链发展布局,体现在先进的技术水平、高效的生产能力、低廉的物流成本、廉价的公用工程配套和优异的抵御市场波动能力等方面,已成为我国芳烃行业高质量发展的必然趋势。传统的芳烃生产企业往往规模较小,且布局相对分散,加之下游PTA、PET产能市场份额较小,无法形成全产业链的竞争优势,因此整体盈利能力不足。

针对传统生产企业现状,一方面,建议加快推进新旧产能置换。支持合理优化芳烃产业布局,依托具有自主知识产权的先进生产技术,发挥一体化优势,整合系统资源,加快建设一批大型化、一体化的先进芳烃示范装置,加快新旧产能置换,推动产业链转型升级,确保我国石油化工全产业链的安全稳定。另一方面,建议进一步优化产业发展布局。一是建议加大政策扶持力度,实施“走出去”策略,通过参股大型民营企业等方式强化PTA和PET产业链布局,灵活利用股权机制,推动芳烃下游产业链健康有序发展;二是建议积极向下游产业链延伸,加快可降解聚酯、太阳能膜片、医卫用PET等非纤用聚酯及其原料和制品生产技术开发,优化终端产品结构,提升技术和市场竞争力,促进我国芳烃产业链高质量发展。