2022年PDH丙烷脱氢行业发展现状分析

1、2022年PDH丙烷脱氢行业发展现状分析1.丙烯各原料及工艺路线对比丙烯是全球范围内仅次于乙烯的全球最大宗的是石化产品，至 2020 年，全球丙烯产能 约 1.41 亿吨/年，需求约 1.11 亿吨，中国产能为 4600 万吨/年，约占全球产能的 32%。 传统的丙烯工艺路线包括蒸汽裂解、炼厂催化裂化 FCC 分离、重度催化裂解 DCC 等；另 外为 On-Purpose 的工艺，包括丙烷脱氢 PDH、烯烃歧化、MTP 等。与乙烯相似，丙烯 的最主要下游应用是聚烯烃（聚丙烯），但是丙烯的其他下游产品更加丰富，更适合于精 细化工。目前，生产丙烯的方式仍是催化裂化、蒸汽裂解的方式为主，占比高达 6

2、4%。2020 年我国丙烯新增产能主要以油制烯烃和丙烷脱氢工艺为主，其中蒸汽裂解、催化裂化和丙 烷脱氢新增产能分别占比 52.33%、14.41%和 22.25%。裂解乙烯副产：一般情况下，以石脑油为原料的裂解乙烯生产路线，对应的乙烯 收率约为 31%，丙烯 16%；以乙烷为原料的裂解乙烯路线，对应的乙烯收率约 80%，丙烯约 2%；以丙烷为原料的乙烯收率约为 45%，丙烯约 15%。炼油厂副产：炼厂丙烯主要来自催化裂化（FCC）装置，少量来自于焦化及减粘 等，因为是副产，所以基本上是直接原料成本。常规催化裂化中的丙烯收率约 4%， 重度催化裂解 DCC 可以最大化丙烯生产，收率可达 20%以

3、上。由于新建大炼化 较少配置 FCC 装置，且如果成品油需求不好，炼厂降低开工率也会减少丙烯产量。丙烷脱氢 PDH：是 On-purpose 的工艺，一般生产一吨丙烯需要 1.2 吨丙烷。成 本取决于丙烷与石脑油的价格。由于副产氢气，可以碳减排，对于氢的利用带来 较大的附加值。甲醇制烯烃 MTO、煤制烯烃 CTO：以甲醇为原料，或煤经过甲醇；一般是三吨 甲醇生产一吨烯烃，其中乙烯/丙烯收率比可在 0.77 - 1.33 间调节。烯烃歧化 OCT：以乙烯和 2-丁烯反应生成丙烯，主要取决于乙烯、碳四和丙烯之 间的价格经济性对比。国内丙烯供需关系平稳，净进口量在区间内震荡。2020 年我国丙烯表观

4、消费量为 3859 万吨，较 2019 年 3624 万吨同比增加 6%，主要受益于下游聚丙烯的旺盛需求；丙烯产量 为 3704 万吨，较 2019 年 3288 万吨同比增加 13%，供需差距减小。随着我国丙烯供应逐 年增加，我国丙烯对外依存度逐渐下降，由 2013 年的 14%降至 2020 年的 6%左右。尽管 我国丙烯需求量逐年增加，但净进口丙烯量近五年维持在 250-320 万吨之间，2020 年净 进口量为 251 万吨。PDH 路径长期仍具有成本优势。从制备丙烯原材料成本端来看，MTO 成本长期处于 高位，CTO 成本具备显著优势，PDH 成本与石脑油成本不相上下。但 2020-

5、2021 年，煤 炭价格拉升至高点，CTO 的工艺路线成本快速上升，与 PDH 和石脑油路径相比并不再具备明显优势。除此之外，PDH 制丙烯途径的流程最短且投资成本、运营成本最低，同时原 材料丙烷供应充足，长期来看具备了较强的成本优势。图：各路线制备丙烯原材料成本对比（元/吨）2. PDH 的战国时代，拥有货源-仓储-下游优势将会胜出2.1 全球 PDH 产业格局，中国产能保持绝对领先PDH（丙烷脱氢）是成熟的生产工艺，在 90 年代实现商业化。根据我们不完全统计， 2020 年底全球丙烷脱氢 PDH 装置共计约近 40 套，产能 1724 万吨/年，约占全球丙烯产 能的 12%。目前，我国已

6、投产 PDH 装置达到 19 套，产能约为 1004 万吨/年。根据统计 的在建 PDH 项目来看，2022-2024 年期间我国仍将有超过 1000 万吨/年的 PDH 产能投 放。美国作为 PDH 技术、原料、市场的发祥地，但是目前仅有三套 PDH 装置。海外在建 项目整体投资及运行成本远高于国内。国内最早的天津渤化 60 万吨/年 PDH 项目 2013 年 10 月投产运行后，近年来快速发展。目前的 PDH 的发展趋势有：1. 单套装置的规模化：海外原有装置多在 40 万吨/年以下，国内新建产能规模化。 2016 年万华化学的 75 万吨/年 PDH 装置产能为当时全球最大，2021

7、年金能科 技的 90 万吨/年 PDH 投产成为全球最大的单套装置。2. 外购原料为主，大炼化自身也配套，完善氢气利用：由于原料的纯度和供应稳定 性原因，PDH 多以外购海外的丙烷为主。大型炼化一体化如恒力石化、浙江石化 投产后，可以利用炼油装置副产的 LPG 中丙烷进行脱氢，同时副产氢气用于炼厂 加氢环节，实现循环利用。3. 混合脱氢：恒力石化的 130 万吨/年丙烷/异丁烷混合脱氢装置是目前全球最大的 混合脱氢装置，采用了鲁姆斯 CATOFIN 脱氢工艺，具有进料灵活、转化率和选择率高等优点，该装置设计年处理 50 万吨丙烷（59.5 吨/小时）和 80 万吨异丁 烷（95.2 吨/小时）

8、。4. 氢气综合利用：由于副产氢气难以运输，且之前的 PDH 装置很多是独立运行。未 来 PDH 装置将会更多附属于园区化、大型炼化装置一体化中，氢气的综合利用附 加值有望提升。PDH 装置已成为丙烯制备的主要路径。全球来看，丙烯的生产路线主要包括催化裂化 （FCC）、蒸汽裂解、煤制烯烃（CTO）、重油催化裂解（DCC）、甲醇制烯烃（MTO） 以及丙烷脱氢制烯烃（PDH）。炼厂催化裂化副产和石脑油蒸汽裂解是丙烯生产的最原始 方式，这两种方式下，工艺流程长、能耗高，但丙烯仅作为收率低的副产出现。UOP 工艺将进一步扩大 PDH 制备丙烯的成本优势。PDH 作为原料生产丙烯，收率大 约在 80%及

9、以上，工艺通常选用 Pt 或 Cr 金属催化剂，反应中副产的氢气可作为反应燃料。 目前已有的五类工艺：Lummus-Catofin、UOP-Oleflex、Uhde STAR、Snamprogetti FBD 以及 Linden AG。目前，PDH 工艺中应用最广的是出自 Lummus 的 Catofin 工艺以及来 自 UOP 的 Oleflex 工艺。Oleflex 工艺采用径向流移动床反应器，在 600700、大于 0.1MPa 的操作环境下，能实现 35%40%的丙烷转化率，并且支持在线更换催化剂。 Catofin 工艺采用绝热固定床反应器，在 540640、大于 0.05MPa 的操

10、作环境下，能 达到 45%50%丙烷单程转化率。与 Catofin 的固定床反应器相比，Oleflex 的移动床反 应器使工艺流程拥有更高的丙烷流速，效率更高的同时，能耗更低。但这也会导致 Oleflex 工艺中出现反应不够充分、单程转化率低、丙烷单耗高于 Catofin 固定床工艺丙烷单耗等 问题。PDH 装置产能快速扩张，国内产能建设、规模、配套优势提升在全球的竞争力。2013 年，天津渤化的 60 万吨 PDH 装置成功投产标志我国迈入了丙烷脱氢制丙烯的新时代。截 止 2021 年底，我国已投产 PDH 装置达到 19 套，产能约为 1004 万吨/年。根据统计的在 建 PDH 项目来看

11、，2022-2024 年期间我国仍将有超过 1000 万吨/年的 PDH 产能投放。2.2 美国引领丙烷资源增长，拥有自主物流和仓储是长期竞争力LPG 是液化石油气的简称，主要成分是丙烷、丁烷，有些还含有少量丁烯。国内的 LPG 供应主要是来自于炼油厂，里面的成分相对复杂，很多含有不饱和的烯烃；国内还有部分 供应是来自于石脑油裂解乙烯装置的丁二烯抽提后的碳四组分。海外的 LPG 主要是油田伴 生气、页岩气开发过程中的 NGL，由于规模体量大，一般对其中的丙烷、正丁烷、异丁烷 等进行分离，纯度较高，也适合用于化工品的原料。LPG 兼具能源属性与化工品属性，其价格历史上与石脑油（或原油）相关性较高

12、，但 是 LPG 具有明显的季节性，即冬季需求好，夏季需求较弱。LPG 作为民用，一般是丙烷和 丁烷进行混合，夏季丁烷的使用比例较高，冬季丙烷的使用比例较高。但是作为纯丙烷、 正丁烷、异丁烷等可以直接作为优质的化工原料。丙烷是 LPG 的重要组成，根据 WLPG 数据，2020 年全球 LPG 需求约 3.3 亿吨。LPG 主要用途：居民用（44%）、交通运输（8%）、石化化工应用（28%）、工业（11%）、其他（9%）。近年来 LPG 在化工领域的应用增多，主要是丙烷脱氢（PDH）和裂解乙烯 原料。传统的丙烷供应主要来自于中东，2011 年以来随着美国页岩油气的开发，丙烷的供 应也随之大幅增

13、长。国内的 LPG 供应主要来自于炼厂副产，但是由于成分复杂且规模性原 因，除大炼化外，很少有装置进行单独分离。近年来，生物法 LPG 得到快速发展，有望逐 渐替代传统的 LPG 在燃料方面的应用。由于 PDH 对于丙烷的纯度要求高，多是外购海外 的丙烷为主，而海外的丙烷供应主要是来自采油过程中的油田伴生气（中东为主）、以及 美国页岩气开采中的 NGL 湿气分离。我国丙烷需求增长快，国外宽裕丙烷原料保障供给端。中国是世界上最大的丙烷消费 国，占全球份额约为 20%。随着烯烃深加工的发展，PDH 工厂日益增长的丙烷需求推动了 我国进口丙烷需求进一步提升。PDH 装置需要高纯度的丙烷（纯度 97%

14、及以上）作为原材 料，而国内油田伴生丙烷匮乏；石油炼制过程中产生的副产品丙烷纯度低，无法满足 PDH 装置需求，只能转向国外进口。据海关总署统计，2021 年 6 月，我国进口液化丙烷量创下 月度新高，为 185.77 万吨；11 月液化丙烷进口量为 164.884 万吨，同比增加 25.569 万 吨，增幅为 19.21%。美国的页岩气革命以及中东的油气资源增产推动伴生乙烷、丙烷产量 快速增长。目前，美国丙烷供应逐步恢复到高位且长期趋势良好，长期有利于我国丙烷进 口需求。美国和俄罗斯引领未来丙烷新增供应。2011 年，美国德州 Mont Belvieu 交易中心的丙烷现货价格开始偏离原油和汽

15、油、 石脑油等现货价格。反映了美国贸易地位从丙烷净进口国转变为净出口国。到 2013 年和 2014 年，美国丙烷库存过剩。2020 年起，美国页岩生产放缓。根据 EIA2021 年 12 月报预测，2021 年美国页岩副产丙烷产量 173 万桶/天，需求为 115 万桶/天；预计 2022 年产量增长至 181 万桶/天，需求则降为 112 万桶/天； 则对应丙烷供应增量 11 万桶/天（相当于约超 300 万吨/年，不考虑炼厂供应）。位于中俄边境的满洲里远东天然气液化石油气（LPG）和丙烯跨境铁路终点站于 2019 年开始商业运营，使俄罗斯能够增加对中国的液化石油气出口。满洲里口岸 的运营

16、商目前能够跨境运输约 6 万桶/天的液化石油气，包括丙烷、丁烷、各种丙 烷-丁烷混合物以及丙烯。扩建项目完成后，预计到 2022 年，该口岸的能力将达 到约 10 万桶/天。图：美国的丙烷供应量（万桶/天）美国丙烷供应持续增长。2018 年 8 月 23 日，针对美国的恶意性关税征收政策，我国 也采取了等额反制措施，反制商品中丙烷在列，关税为 25%，导致进口美国丙烷进口量骤降。失去了美国货源后，中国进口商转向中东地区的货源。2019 年，美国出口丙烷 400.67 百万桶，中国进口量仅为 2.57 百万桶，同比下降 89%。2020 年，随着中美双方逐渐达成 和解，中国丙烷恢复原先进口关税，

17、中国从美国进口丙烷的量为 48.16 百万桶，占美国丙 烷出口总量的 10%。目前美国丙烷短期受天然气的影响，价格波动较大，但是长期供应宽 松，是丙烷出口的有力保障。3. 聚丙烯下游应用，需求持续增长、长期附加值有望提升丙烯下游需求结构稳定，聚丙烯是最主要的下游产品。2020 年国内丙烯产量达到 3704 万吨，其中聚丙烯占丙烯需求的比例为 67%，其余构成分别为环氧丙烷（7%）、丙烯腈（7%）、 辛醇（5%）、丁醇（4%）、丙酮（4%）、丙烯酸（3%）等。聚丙烯是最主要的丙烯下游应用，2020 年全球需求量约为 7850 万吨，中国国内表观 需求约 3190 万吨。聚丙烯（PP）为无毒、无味

18、的高结晶聚合物，密度为 0.90g/cm3，是 最轻的塑料之一。PP 力学性能优良，耐热性好，化学稳定性好，可应用于包装、家用电器、 汽车、纺织、建筑管材等领域。由于通用材料应用领域存在一定比例的重叠，在价格存在 优势的情况下 PP 可以对其他通用材料形成少量替代。聚丙烯按照单体种类可以分为均聚（单体全部为丙烯）和共聚（丙烯和乙烯共聚）； 按规整结构不同可以分为等规、间规和无规三类；按照是否经过造粒，可分为粒料和粉料 两类，但粉料仅有均聚。其中：均聚 PP：下游五大消费领域，分别为拉丝、均聚注塑、纤维、均聚 CPP、BOPP； 拉丝的附加值偏低；CPP 相对稳定；但均聚注塑中的薄壁注塑品种和纤

19、维中的高 熔纤维需求占比有望提升。薄壁注塑主要应用在硬包装领域，尤其是餐饮外卖规 模的扩大，一次性餐具需求大幅提升。采用氢调节法生产的高熔均聚 PP（薄壁注 塑专用料）具有用料少、成本低、安全、可以微波炉加热及低温储存等优势。共聚 PP：下游消费主要是低熔、中熔、高熔抗冲共聚注塑、PPB 管材。共聚 PP 由于在聚合过程中参加乙烯共聚，抗冲性能好，下游可以应用于家电外壳、汽车 等高附加值邻域。因为聚合中需要乙烯，一些独立的 PDH 工厂较难生产共聚 PP。而东华能源在宁波工厂因为邻近石化园区，可以管道购买乙烯，实现高端共聚牌 号的生产。无规 PP：无规共聚 PP，特别是透明料下游食品容器、整理箱及储藏容器、文具、 婴儿用品、医用注塑器等应用领域。聚丙烯消费量有增长趋势，国内聚丙烯保持净进口状态。聚丙烯下游运用市场广阔， 国内聚丙烯市场供不应求，依赖国外进口。2020 年