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1、2019年2023年丙烷脱氢制丙烯(PDH)项目投资分析摘要：我国丙烯供给增速放缓，下游需求增速较好，预计未来丙烯供应短缺还将保持。一方面是，由于我国国内资源短缺，生产不能满足需求，丙烯市场产能增长落后于下游产业的需求增长；另一方面是，我国的丙烯生产被高度垄断而垄断企业内部与丙烯配套的下游产品基本上可以消耗掉丙烯的产能，因此垄断企业对外供应的丙烯远远不能满足我国其他下游企业的需求。PDH盈利将位于高位，到2023年丙烯将处于供需紧张状态。刖百2017年，我国丙烯产量近2600万t,较2013年高出877万t之多，产量增量占全球增量的57%o尽管如此，仍无法满足我国对丙烯的消费需求。我国2017
2、年丙烯进口量为309.88万吨，净进口量较上年增长6.75%。究其原因，无外乎是下游的需求强劲所致。长期来看，丙烯价格将会趋势性上涨，丙烷脱氢(PDH)工艺将逐渐彰显优势。截至2017年，全球丙烯产能为1.09亿ta,过去5年产能复合增长率仅为3.3%。2012年，国内丙烯产能为1658万3到2017年这个数据已经扩大到3422万t,年复合增速达到15.6%,这主要源于20132016年国内大幅扩建煤头和气头产能。但到2017年，国内丙烯产能扩张热度大幅下降。笔者预计到2020年，在当前基础上，我国丙烯新增产能大约在745万t,对应产能复合增长率则下降为6.8%,国内丙烯供给端的增速已经逐步趋
3、缓。究其原因，自2016年开始，乙烯盈利能力优于丙烯的局面逐渐显现，海外企业投资以乙烷裂解制乙烯为主，丙烯装置投资量非常少。国内企业面对该增量市场自然也不甘落后，多家企业规划上马乙烷裂解装置，这很大程度上分流了国内对丙烯的建设热情。因此，笔者预测2018-2020年国内丙烯投产量分别为93万t、371万t和281万to与丙烯供给端增速放缓不同的是，丙烯的需求呈现加速态势。2017年，国内丙烯表观消费量达到2907万t,同比上年大幅增加14%,近5年的消费量复合增长率高达10%o此外，丙烯的进口量同样逐年递增，截至2017年，国内丙烯进口量高达309.87万3过去五年复合增长率达到7.6%o需求
4、端的增加无外乎下游增速刺激，丙烯下游主要有聚丙烯(PP)、环氧丙烷(PO)、丙烯胞、丙烯酸(AA)、丁辛醇等。2009-2017年,我国聚丙烯消费量从1442万t增长至2588万t,复合增长率达到8.7%。笔者预计，未来聚丙烯消费量有望保持8%的复合增长率，对应20182020年聚丙烯需求增量分别为207万t、224万t和241万to即使按照过去比较保守的5%增速预测，未来3年的增量也分别达到129万t、136万t和143万t。丙烯脯方面，笔者统计20182020年国内丙烯脂新增产能为92万t,按照5%的需求增速预测，20182020年需求增长约为34万t。考虑到目前丙烯箱处于盈利和价格高位，
5、预计未来丙烯脐通过价格下跌刺激需求的形式，实际增速可能超预期。环氧丙烷是第三大丙烯衍生产物。中国目前产能为317万岂其中，氯静法为190万t,共氧化法为87万t,HPPO法为40万3产量约为270万t。未来环氧丙烷扩产量较少，3年累计增量不超过目前产量的15%o综上所述，丙烯供给端未来3年产能较当前增加量将分别在175万t、371万t和281万t左右(包括海外)。而据笔者统计，未来3年，需求端包括聚丙烯、环氧丙烷、丙烯肥、丙烯酸、丁辛醇等对应丙烯总需求量，将分别增加350万t,411万t和410万t,这其中还未统计海外非聚丙烯产品的需求增长。这就意味着，到2020年丙烯将处于供需紧张状态。目前
6、全球汕头法丙烯产能占比为85%,虽然比2001年的97%下降了许多，但仍占据主导地位，因此丙烯价格与油价相关度非常高。而气头和煤头占比从2001年的3%上升至当前的15%,其中PDH工艺产能占比已经达到7%以上。笔者认为PDH未来盈利有望维持高位。PDH路线的原料是丙烷，丙烷与原油价差可以作为判断成本优势的指标。从丙烷与原油价差可以看出，20122016年丙烷价格走势是显著弱于油价的，因为北美非常规油气资源突破后，全球丙烷供给持续宽松的结果。但是2017年价差又出现大幅回升，主要原因：一是下半年国内出现“气荒”，短期大幅拉动了对LPG在燃料领域的需求；二是烯垃景气度回升，刺激石脑油裂解开工率提
7、升，石脑油价格大涨，而丙烷也可作为裂解装置的原料，导致价格也被拉高。丙烯未来供需将持续紧张，因此丙烯与原油价差将持续回升。20132014年油价100美元/桶以上时,丙烯与原油价差在640美元/t以上,对应丙烯价格在1360美元t(不含增值税)。预计未来油价将回升到80美元/桶以上，丙烯与原油价差有望提升到600美元/3对应丙烯价格为1176美元人。从丙烷与原油比较关系看，价格较弱时丙烷与原油之比基本在L031.05.展望未来，美国原油产量持续提升的趋势已经非常明确，因此全球丙烷供给仍将持续宽松，笔者预计丙烷价格相对原油将维持弱势，甚至有进一步变弱的可能性。因此，笔者认为未来丙烯与原油价差将在
8、600美元/以上，丙烷与原油之比将低于1.02,进而推算PDH的净利有望维持在IooO元/t以上。2018年5月，全球领先的特种化学品制造商科莱恩宣布中标金能科技股份有限公司的项目合同，将与CB&I公司合作设计全球最大的丙烷脱氢(PDH)装置。该项目基于CB&I公司先进的CATOFIN丙烷脱氢技术,结合科莱恩定制的CATOFlN催化剂和发热材料(HGM)。此前于2018年2月，金能科技与青岛西海岸新区管委会签署金能科技新材料与氢能源综合利用项目投资合作协议书。根据协议书，项目总投资203亿元，将分期建设，其中一期总投资90亿元，建设90万吨/年丙烷脱氢与8X6万吨/年绿色炭黑循环利用项目、45
9、万吨/年高性能聚丙烯项目。2018年3月，东华能源发布公告，公司与江苏连云港徐坪新区东中西示范区管委会签署了东华能源烷燃资源深加工基地及新材料项目合作协议书，项目总投资200亿元，建设丙烷脱氢制丙烯和聚丙烯装置以及碳纤维为代表的高端聚丙烯复合材料工厂。该项目规划分两期建设，建设内容包含2个5万吨级液化燃码头及配套罐区，2套66万吨/年的丙烷脱氢装置和2套40万吨/年聚丙烯装置及配套催化剂制备工厂，以碳纤维为代表的高端聚丙烯复合材料工厂等。截至2018年5月，中国共有8个PDH项目投产，另有5个在建，还有多家企业PDH项目处于前期工作，其中有确切投产年份规划的有4个，这17个PDH项目丙烯总产能
10、将达975万吨/年。1丙烷脱氢制丙烯工艺1.1 热力学分析丙烷脱氢的主反应为：C3H8C3H6+H2表1丙院脱氢热力学数据温度(K)6007008009001000H(kcal/mol)30.6430.7930.9131.0131.13G(kcal/mol)10.997.704.391.07-2.27Kp1.011043.97x106.34IO20.553.12丙垸脱氢反应在热力学上是一个分子数增加、强吸热(124.27kJmol)的可逆反应。为了使反应向脱氢方向进行，需要提高反应温度和降低反应器中的压力。但是在高温下，丙稀容易发生深度脱氢，导致选择性降低，而且在高温下CC键裂解反应在热力学上
11、比CH键裂解更有利，从而加剧了碳在催化剂表面沉积导致催化剂失活。此外，由于该反应是强吸热反应，因而反应的能耗也很大。1.2 丙烷脱氢制取丙烯的方法以丙烷为原料制取丙烯的方法有多种，如催化脱氢、氧化脱氢、脱氢氧化和膜反应器脱氢等。1.2.1 催化脱氢催化脱氢是指丙烷在Pt系或Cr系催化剂的催化下直接脱氢生成丙稀。目前已商业化的技术全部为丙烷催化脱氢脱氢工艺。世界上主要丙烷脱氢技术包括UOP公司的Oleflex工艺、ABBLUmmUS(鲁姆斯)公司的Catofin工艺、伍德公司的Star工艺、SnainprogettiZYarsintz公司的FBD工艺、LindeAG(林德)/巴斯夫公司的PDH工
12、艺等。1.2.1.1 OIefIeX工艺UoP公司的丙烷脱氢OleileX工艺是20世纪80年代开发的，1990年首先在泰国实现了工业化，1997年4月韩国投产的25万t/a联合装置为第二代OHleX技术。目前，全世界OIeflex工艺丙烷脱氢制丙烯装置总生产能力达285万t/a。Oleflex催化脱氢工艺利用丙烷为原料，采用高选择性、高热稳定性、低磨损率、可在苛刻条件下操作的伯基催化剂，在压力为3.04MPa、温度为525和伯催化剂作用下脱氢，经分离和精储得到聚合级丙烯产品。Oleflex工艺主要特点是采用移动床反应器，由反应区、催化剂连续再生区、产品分离区和分储区组成。该工艺使用4个反应器
13、使脱氢反应的转化率和选择性得到优化，采用连续再生技术使催化剂保持活性。为了防止催化剂失活，丙烷在临氢条件下脱氢，以氢气为稀释剂，用氢气循环以抑制催化剂结焦、抑制热裂解反应和作热载体维持脱氢反应温度。反应出口物料经压缩干燥,送至低温分离系统，回收氢。烯燃产物则送至选择加氢单元除去二烯燃，然后在脱乙烷塔顶脱除轻组分，再进入丙烯精储塔。未反应原料回到丙烷塔，与新鲜丙烷和循环氢气一起进入反应器。OIeflex技术工艺流程见图2。丙烯选择性为84%,丙烷单程转化率达到35%40%,丙烯产率约为85%o每生产1kg丙烯产品消耗新鲜丙烷1.20kg（100%丙烷为基准）。Oleflex技术由于可靠和精确的催
14、化剂再生控制（CCR）,催化剂具有很长的服务寿命并提供优良的产量稳定性。可以处理从气田来的CLPG,也可以处理来自炼油厂或者石化厂乙烯装置的CLPG。为了增强OlefIeX工艺的竞争能力，UOP公司进行了多次改进。技术进步主要集中在催化剂方面，已有DeH-8、DeH-IOsDeH-12三代新催化剂工业化。DeH-12催化剂的选择性和寿命有较大的提高，伯含量比DeH-Io少25%,比DeH-8少40%。使用新催化齐IJ后，操作空速提高20%,减小了反应器尺寸，待再生催化剂上的焦量低，可使再生器体积缩小50%,可减少投资，降低成本。近年UOP又开发出第4代工艺，第5代工艺用催化剂也在研制之中。新催
15、化剂体系的含量将更为降低，但反应收率和使用寿命将进一步提高,可以在不增加基建投资的情况下扩大生产规模。-脱嚼塔一 Yj4丙烷进料图2 C）IefIeX技术工艺流程C涡轮膨滕机冷冻分离系统丙笳ASI正-选择性加氧过程脱乙烷塔反应器和加热炉内烷内烯分离塔1.2.1.2 CatOfin工艺目前，全世界有4家采用Catofin丙烷脱氢工艺生产丙烯，总生产规模超过150万t/a。Catof工艺分为4个工序：丙烷脱氢制丙烯、反应器排放料的压缩、产品的回收和精制（见图2）。Catofin工艺选择铭催化剂，其组分包括18%以上的氧化格负载于A12O3上。该工艺为在固定床反应器内发生的吸热反应，采用多个反应器连续操作。丙烷通过格铝催化剂在650、压力005MPa左右条件下进行反应，将丙烷转化为丙烯，此时反应选择性、转化率和能耗均达到最佳状态。丙烷的转化率90%,丙烯选择性超过87%,新鲜原料制备Ikg丙烯产品仅消耗118kg的丙烷（IO0%丙烷为基准）。进料加热炉k *空气加热器tr蒸汽丙烷冷 却冷却器产品压缩机精制区内 蒸 磕1S空气 应器(加热状态产曰Iv T燃料排出空气丙烷-燃料气大丙烯丙烷 丙烯 分离塔图3Catofin技术工艺流程该工艺使用非贵金属催化剂，催化剂费用低，对原料杂质要求低，催化剂寿命为2年。其副反应与主反应同
