一、芳烃生产技术最新进展
1.合成气制芳烃
(1)合成气直接制芳烃
国内对合成气直接制芳烃技术开展研究的有南京大学、中国科学院山西煤炭化学所、大连化物所等单位,但目前该技术仍处于实验室研究阶段。其反应历程是合成气在催化剂作用下,先转化成中间物甲醇或烯烃,而后甲醇/乙烯进一步在分子筛催化下完成烯烃环化、脱氢、氢转移等后续化学反应,最终生成芳烃。该技术理论上是煤制芳烃技术的最佳工艺路线,虽然目前该路线实现工业化难度较大,但对未来煤化工的发展具有重要意义。
(2)CO2C/HZSM-5合成气串联催化直接制芳烃
中国科学院上海高等研究院研发了一种将CO2C基费托合成制低碳烯烃(FTO)反应与改性HZSM-5分子筛催化剂进行耦合的串联催化反应。合成气经CO2C催化后能高选择性地转化为烯烃,而具有一定酸性的HZSM-5分子筛可将流经第2反应器的烯烃进一步芳构化。采用该串联反应器,合成气制芳烃反应中的CO转化率为34.9%时,芳烃选择性达到55.5%,且甲烷选择性仅为2.7%,该技术提供了一种通过衍生自非石油原料的合成气直接制芳烃的方法。
(3)CO2转化成合成气重整技术
丹麦托普索公司推出将CO2转化为合成气的重整新工艺,该技术主要基于二段反应系统,一段采用传统蒸汽甲烷重整(SMR)或自热重整(ATR)技术;二段通过加入CO2连续生产合成气。该工艺可在高温下运行的同时保持总蒸汽碳比低于1.5。此外,与传统重整技术相比,可将重整反应器尺寸缩小约30%,并能显著降低CO2排放。
2.CO2制芳烃
(1)CO2制PX
日本基础化学生产公司高化学株式会社、日本千代田工程公司、新日铁工程公司以及三菱商事株式会社将与日本富山大学合作开发以CO2取代石脑油为原料生产PX的技术,同时开展新型催化剂及配套反应器等研究工作。此项研究将于2024年3月完成,截至目前,该研究已从日本国家新能源和工业技术发展组织获得了1860万美元研发资金。
(2)CO2加氢制芳烃
大连化物所基于此前CO2在ZnZrO固溶体上加氢制备甲醇以及CO2在ZnZrO/SAPO串联体系上加氢制备低碳烯烃的研究结果,开发了ZnZrO/ZSM-5串联催化剂体系。该催化剂可将CO2高选择性地转化为芳烃,在CO2单程转化率仅为14%的条件下,芳烃的选择性可达73%~78%,CO选择性降至44%,并且该催化剂反应100h后未出现明显的失活现象,该技术的突破将为非石油基制芳烃提供新思路。
(3)甲烷芳构化制芳烃
俄罗斯石油公司联合研发中心开发出一种新型甲烷芳构化技术,该技术可从天然气和伴生石油气(APG)中获得氢气和芳烃。据预测,当利用该技术进行工业化生产时,10亿m3的天然气或APG可产生10亿m3的氢气和50万吨芳烃,其优势在于可减少CO2排放、降低生产成本,同时提高产品产量和经济效益。
二、在建芳烃装置
随着2019年新一批芳烃装置集中投产,拉开了我国PX产能大规模扩张的序幕。“十四五”期间,我国又相继有一批芳烃项目开工建设,产能高峰将出现在2022-023年,随着浙江石化、盛虹炼化等大型炼化一体化项目的建成投产,预计2025年,我国PX产能将达到4300万吨/年,未来芳烃装置将逐渐向大型化、规模化、一体化的方向发展。据统计,新增CCR装置产能约2570万吨/年;芳烃联合装置产能合计1060万吨/年;芳烃抽提装置产能合计385万吨/年,国内拟在建及新建芳烃项目的产能、装置类型及投产时间如表2所列。
三、我国芳烃产业发展建议
我国芳烃产业已进入快速发展阶段,随着国内芳烃产能建设的不断推进,预计到2025年芳烃(主要为PX)的对外依存度将开始下降,国内芳烃产品的供需格局也将趋于平衡。此外,随着恒力石化、浙江石化以及盛虹石化等大型民营炼化企业的快速崛起,将进一步打破大型国企主导的行业格局,其在国内芳烃总产能中所占比例也将逐年提升,届时,将导致芳烃市场竞争主体增多,市场竞争加剧,芳烃产业的盈利能力也将经受考验。结合我国当前芳烃产业的发展现状以及对未来市场形势的研判,对国内炼化企业芳烃业务如何高质量发展提出如下建议。
1.适度推进煤质制芳烃,拓宽原料供给来源
芳烃生产过程中原料成本占比高达80%以上,面临着原料成本高、来源有限以及副产品未能有效利用等难题。
煤(甲醇)制芳烃技术作为石油制芳烃的重要补充,是满足国内聚酯行业快速发展需求的重要途径。例如,国内已开展了甲苯甲醇烷基化技术的研究,许多项目也已进入中试阶段,但也面临着工艺过程复杂,副反应多且选择性低、经济性不佳、含酸废水排放量大、催化剂寿命短等瓶颈问题。未来开发高选择性和稳定性的催化剂、降低甲醇消耗及副产物量,是决定该技术能否大规模应用的关键因素。此外,苯与甲醇烷基化、甲苯甲醇甲基化、煤基合成气直接制芳烃等技术也都有所突破,应持续关注这些技术的研究进展并加快工业转化进程。当前国内煤(甲醇)制芳烃技术正处于产业化初期,在碳中和背景下,发展现代煤化工技术势必面临严峻挑战。应快速响应国家清洁“双碳”目标和低碳发展战略,通过构建先进的煤基清洁能源化工体系,亟早制定减排措施以及限定排放指标等,以实现煤(甲醇)制芳烃技术的绿色可持续发展。
2.优化现有资源配置,提升芳烃生产效能
芳烃产业的发展应立足现有成熟工艺技术,通过优化生产运行过程来降低生产成本,需加强对原料的优化配置,挖掘现有装置潜能、扩展原料来源并拓宽原料适应性,充分利用炼化一体化优势,最大限度地优化资源配置,实现“油、化、煤”一体化协同发展。随着国内新建芳烃装置的快速发展,芳烃产品终将供大于求,市场优胜劣汰不可避免,因此亟需提升现有装置的生产效能,通过提高芳烃产品的选择性和收率,以及不断降低能耗、物耗、运行成本等手段,才能在行业中保持一定的竞争力。同时,还需加快芳烃产品差异化开发,近年来国内新上芳烃装置的目标产品均为PX,随着市场供需逐渐趋于平衡,产业结构单一、应用领域受限等矛盾将开始凸显,产品的附加值和利润率也将会进一步降低,因此加快调整芳烃的产品结构及优化资源配置至关重要。
3.加强数字技术攻关,助力芳烃智慧生产
与全球发达国家石化企业相比,我国芳烃产业虽已在技术层面上有较大突破,但在当前能源革命和能源转型加快推进的新趋势下,应当抓住数字化、智能化的发展浪潮,加强数字化技术攻关,有效利用云计算、物联网、5G、大数据、人工智能等为代表的数字技术,实现产业的转型升级和价值增长。同时,炼化企业还应遵循数字经济发展规律,积极抓好数字化转型顶层设计,全面打造“支撑当前、引领未来”的新型数字化能力。通过科研平台集成共享专业软件、仪器设备、专利文献等要素,提高多专业跨单位协同研发效率,利用人工智能、大数据分析等新的数字化工具,助力新产品开发、提升科研效率。
中华人民共和国国家发展和改革委员会 中华人民共和国工业和信息化部 中华人民共和国应急管理部 中华人民共和国生态环境部 中华人民共和国科学技术部 中华人民共和国财政部 中华人民共和国商务部 中国石油和化学工业联合会
江苏省发展和改革委员会 江苏省工业和信息化厅 江苏省财政厅 江苏省生态环境厅 江苏省科学技术厅 江苏省商务厅 江苏省应急管理厅 江苏省市场监督管理局 江苏省统计局
北京市化学工业协会 天津市石油和化工协会 辽宁省石油和化学工业协会 内蒙古石油和化学工业协会 重庆市石油与天然气学会 河北省石油和化学工业协会 山西省化学工业协会 吉林省能源协会 黑龙江省石化行业协会 浙江省石油和化学工业行业协会 安徽省石油和化学工业协会 福建省石油和化学工业协会 江西省石油和化学工业协会 河南省石油和化学工业协会 湖北省石化行业协会 湖南省石油化学工业协会 广东省石油和化学工业协会 海南省石油和化学工业行业协会 四川省化工行业协会 贵州省化学工业协会 云南省化工行业协会 陕西省经济联合会 甘肃省石化工业协会 青海省化工协会
电话:协会:025-8799064 学会:025-86799482
会员服务部:025-86918841
信息部:025-86910067
传真:025-83755381
邮箱:jshghyxh@163.com
邮编:210019
地址:南京市梦都大街50号东楼(省科技工作者活动中心)5楼
增值电信业务经营许可证:苏B2-20110130
备案号:苏ICP备13033418号-1