丙烯下游利用主要产品市场、技术概况

摘 要：本文对丙烯作为三大合成材料的基础原料之一，在针对丙烯资源下游利用的主要产品聚丙烯、环氧丙烷、丙烯腈的市场和技术进行了概况介绍。国内对丙烯资源的高附加值利用始终高度重视，三种下游产品均有一定发展空间。

关键词：丙烯;下游;技术;市场

1 前言

丙烯常温下为无色、稍带有甜味的气体。分子量42.08，液态密度0.5139g/cm3（20/4℃），气体密度1.905（0℃，101325Pa.abs）冰点-185.3℃，沸点-47.4℃。它稍有麻醉性，在815℃、101.325kPa下全部分解。易燃，爆炸极限为2%～11%。不溶于水，溶于有机溶剂，是一种属低毒类物质。丙烯是三大合成材料的基本原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、异丙醇、丙酮和环氧丙烷等。

丙烯主要来源于煤化工、石油化工，以及天然气中，详见下图1。

目前，中国丙烯产量和消费规模全球第一，2018年国内共有丙烯生产企业超过100家，总能力3800万t/a，其中炼厂副产丙烯能力约1166万t/a，蒸汽裂解制乙烯装置联产丙烯能力1031万t/a，煤（甲醇）制烯烃装置丙烯能力925万t/a，脱氢装置丙烯能力678万t/a（含丙烷脱氢和混烷脱氢）;平均行业开工率82%，产量达到3116万t。2018年消费量达到3980万t，自给率约78%，净进口864萬t。

2 丙烯下游利用主要产品和技术

作为三大合成材料的基本原料之一，丙烯下游产品众多，包括聚丙烯、环氧丙烷、丙烯腈等，主要利用途径见图2。

2.1 聚丙烯

2.1.1 市场概况

聚丙烯是丙烯利用的主要产品，消耗丙烯量最大。2010年国内PP产能1151万t/a，2018年达到2380万t。2010～2018年，PP产能年均增长率为9.5%，同期消费增长率8.7%。预计2019年餐饮外卖市场规模以33%的增速发展壮大，快递业和塑料包装保持较快增长，汽车轻量化、家电等行业对PP需求大幅增长。但国内结构性过剩凸显，部分高端及低价产品仍需进口。

国内外企业看好中国塑料行业前景，埃克森美孚、金发科技、山东道恩均在规划大型PP装置，均以高性能、改性、特种聚丙烯产品为主。

2.1.2 主要生产技术

中国聚丙烯的工业生产始于20世纪70年代，经过30多年的发展，已经基本上形成了溶剂法、液相本体--气相法、间歇式液相本体法、气相法等多种生产工艺并举，大中小型生产规模共存的生产格局。中国的大型聚丙烯生产装置以引进技术为主，中型和小型聚丙烯生产装置以国产化技术为主。

①淤浆法。在稀释剂（如己烷）中聚合，是最早工业化、也是迄今生产量最大的方法;

②液相本体法。在70℃和3MPa的条件下，在液体丙烯中聚合;

③气相法。在丙烯呈气态条件下聚合。后两种方法不使用稀释剂，流程短，能耗低。

上述工艺为常规工艺，但为增强聚丙烯某些特性，国外提出聚丙烯改性技术，并得到高端、高附加值产品，如采用先进的固相接枝改性法，伊士曼公司生产的氯化改性PP（MCPP）树脂，在我国市场每吨售价高达50多万元。改性PP（MPP）和MCPP作为特种PP专用料，大大扩展了PP的应用范围，具有极大的经济效益。改性技术包括接枝改性、共聚改性、交联改性、共混改性等等。

2.2 环氧丙烷

2.2.1 市场概况

环氧丙烷（propylene oxide，简称PO）又称氧化丙烯或甲基环氧乙烷，是一种重要的有机化工原料，其全球产能已超过1000万t/a，目前已经超过丙烯腈而成为仅次于聚丙烯的第2大丙烯衍生物。PO主要用于生产聚醚多元醇（PPG）、丙二醇（PG）、丙二醇醚、碳酸丙烯酯、异丙醇胺、1，4-丁二醇以及丙烯醇等，是非离子表面活性剂、破乳剂、乳化剂等的主要原料，在汽车、建筑、食品、烟草、医药及化妆品等行业具有广泛应用。自20世纪90年代初开始，国内PO的消费量呈现高速增长趋势，我国2017年消费量288万t，2010～2017年增长65.4%，年均增长9.3%。全球供需情况见图3，国内供需情况见图4。

2017年世界PO产能1140万t/a，消费量约986万t，开工率86.5%。2017～2020年产能年均增长率3.9%，需求年均增长率4.3%。其中：

东北亚地区：世界最大生产消费地区，占世界总产能的1/3，区内缺口40万t。

西欧地区：全球第二大生产消费地区，占世界总产能的1/4。由于近年聚氨酯工业向中国集中，欧洲失去原料和市场优势，多年来PO维持现有规模，区内供需基本平衡。

北美地区：产能占世界总产能的1/4，多年来产能几乎没有增长，净出口18万t。

中东地区：主要来自2009年投产的沙特拉比格石化公司20万t/a CHP工艺装置，产品约50%出口至中国。

“十二五”是我国PO扩能高峰期，2018年国内PO有效产能325.5万t/a，产量270万t，表观消费量约295万t。“十三五”PO产能增速放缓，随着国内大型炼化一体化装置的加速布局，2020年以后，将迎来PO集中投产的又一次高潮，产能过剩的隐忧凸显（国内产能情况详见表1、表2）。但环保法规日益趋严，《国家产业结构调整指导目录2011》中明确提出：限制新建氯醇法环氧丙烷和皂化法环氧丙烷生产装置。氯醇法环氧丙烷装置将逐步淘汰，绿色环保工艺将成为环氧丙烷生产装置的主流工艺。

PO下游消费结构见图5。

我国约75%以上的PO用于生产聚醚多元醇聚醚多元醇的需求状况直接影我国约75%以上的PO用于生产聚醚多元醇，聚醚多元醇的需求状况直接影响到PO行业发展及价格走势。2018年国内聚醚产能562万t，产量295万t，开工率52.5%;预计2023年产能将达到783万t/a，产量380万t，产能严重过剩。未来新增产能多集中在高分子量、高活性聚醚以及一些小众但附加值高的特种聚醚。

PO下游聚氨酯产业链见图6。

开发适用各领域的聚氨酯材料，将成为巨大的经济增长点。如：聚氨酯涂料目前占比不足10%，并且多数为聚酯型，飞机涂料、高铁面漆、高档汽车涂料、风电涂料、高档傢俱漆等已全部为聚氨酯涂料，今后10年，聚氨酯涂料年均增长有望达到25%;高阻燃喷涂型组合聚醚为主的外墙保温隔热系统有望加速取代传统的保温材料。

2.2.2 主要生产技术

目前主要生产工艺为氯醇法（CHPO）、共氧化法（PO/TBA、PO/SM、CHPPO）、丙烯双氧水法（HPPO）三种具体如下：

2.2.2.1 氯醇法

氯醇法生产环氧丙烷的主要原料为氯气、丙稀、石灰乳，生产工艺分为三个部分：氯醇化反应、皂化反应、分离提纯和精制。工艺核心在于氯醇化反应器，代表性技术有美国陶氏化学管式反应器技术、日本旭硝子公司管塔形反应器技术、日本三井东压公司和昭和电工的塔式反应器技术。

优点：流程比较短、工艺成熟、操作负荷弹性大、产品选择性较好、收率较高、生产较安全、对原料丙烯纯度的要求不严格、投资少。

缺点：对设备腐蚀严重、消耗大量的氯氣、每生产1t PO约副产40～80t含氯废水和2t废渣，原料管理及环保管理成本高（见表3）。

2.2.2.2 共氧化法

目前有三种工艺，分别为异丁烷法（PO/TBA）、乙苯法（PO/SM）、异丙苯法（CHPPO），主流程均为：氧化单元将异丁烷（或乙苯、异丙苯）生成过氧化物，经浓缩后在环氧化反应器与丙烯反应生成PO及副产物TBA（或苯乙烯），粗PO经精制单元后达到国标优级品（纯度≥99.95%）原则流程详见下图8、9、10。

由图可知，共氧化法产生相应副产物，异丁烷法产1t PO副产TBA2.43t，乙苯法产1tPO副产苯乙烯2.4t，异丙苯法可视市场情况副产a-甲基苯乙烯。

总体来说，共氧化法工艺工艺流程长，投资大，运行成本相对较高，效益受副产物影响较大。

2.2.2.3 丙烯双氧水法（HPPO）

基本生产原理是：在相对比较温和的条件下，丙烯和过氧化氢在甲醇中，使用钛硅催化剂在固定床反应器中发生直接氧化反应制备环氧丙烷（详见图11），无联产品，“三废”排放少，原料和辅助助剂可以循环使用，装置投资较低，物耗能耗低，投资和生产成本大大降低，属于环境友好的清洁生产工艺，是环氧丙烷工业化生产的发展方向，在《国家产业结构调整指导目录2011》中已将其列入鼓励类项目。

中国石化自主开发HPPO技术已于2018年11月通过中石化科技部组织的工业技术鉴定（原则流程见图12），目前正在技术推广应用中。

2.2.3 不同PO制备技术对比

上述三种PO制备成本对比如表4，工艺技术对比见表5。

从表4看出：中石化HPPO+HP技术具有一定优势（本表因数据来源保密，不做详细说明）。

目前，HPPO法制备PO受到国内外大力关注，多家大型化工企业均有意向采用该工艺建设环氧丙烷装置。

2.3 丙烯腈

2.3.1 市场概况

丙烯腈（Acrylonitrile，AN），分子结构式CH2CHCN，是无色易挥发剧毒性液体，是丙烯下游第三大衍生物。丙烯腈因分子中含有碳碳双键和碳氮三键，因此其化学性质非常活跃，容易发生加成、水解、聚合、醇解等化学反应，可以得到一系列化合物。其聚合反应能产生许多具有重要工业价值的聚合物，如聚丙烯腈纤维（腈纶）、丙烯腈--丁二烯--苯乙烯（ABS）树脂、聚丙烯酰胺等，在合成纤维、合成树脂等高分子材料中占有显著地位，应用前景广阔。

从图13、14看出，2018年国内丙烯腈消费量214万t，未来仍将主要用于腈纶、ABS领域。预计2020年、2025年需求量将达到242万t、324万t。主要下游产品中腈纶生产在萎缩;ABS产能扩张加快;碳纤维复合材料将迎来高速发展。目前国内产能204万t/a，加上新建或扩建产能约150万t/a，2020年国内供需基本达到平衡（见表6，表7）。

2.3.2 主要生产技术

世界95%以上的丙烯腈生产采用英力士（BP）公司开发的丙烯氨氧化法生产工艺（Sohio工艺），中国石油吉林化工工程有限公司（吉林寰球）拥有自主知识产权的丙烯腈生产技术，已转让了中海油东方石化、中石油广东揭阳公司等。目前，丙烯腈技术研究的重点主要在开发新型的催化剂，开展以节能、降耗为目标的工艺技术改造，减少三废等方面。

丙烯腈生产主要分为丙烯氨氧化反应部分、产品和副产品的回收部分以及丙烯腈的精制部分。

3 结语

本文对丙烯作为三大合成材料的基本原料之一，在聚丙烯、环氧丙烷、丙烯腈下游应用的主要技术、市场情况做了简要介绍，国内对丙烯资源的高附加值利用始终高度重视，三种下游产品均有一定发展空间。

作者简介：

陈庆岭，毕业于石油化工科学研究院工业催化专业，1996年7月参加工作，硕士、高级工程师。