丙烷直接氧化法生产丙烯酸新工艺投资前景分析

丙烷直接氧化法生产丙烯酸新工艺投资前景分析近期茂名石化工业园某企业宣布，计划要投建丙烷直接氧化法丙烯酸装置，年生产能力在5万吨/年，这是中国对外宣布的第二套丙烷直接氧化法丙烯酸生产装置，目前已有诸多企业开展了此项生产技术的调查，很多企业表达出强烈的兴趣。为什么这么多企业对丙烷直接氧化法丙烯酸生产技术感兴趣？新的丙烯酸生产工艺能否具有竞争力？在此进行相关分析。1、丙烯酸生产工艺分析丙烯酸生产工艺有多种，分别是有氯乙醇法、氰乙醇法、高压Reppe（雷普）法（高压羰基合成法）、烯酮法、丙烯腈水解法、丙烯直接氧化法，并且随着化工技术的发展，最近几年又衍生出新的生产工艺技术，如醋酸甲醛法、生物法、丙烷一步法等。虽然生产工艺众多，但是目前最成熟且工业化应用最为广泛的，仅有丙烯直接氧化法。氯乙醇法这是丙烯酸生产中最早实现工业化的方法之一，氯乙醇与氰化钠在碱性催化剂的作用下，会生成氰乙醇，经过硫酸反应和脱水处理后，可以得到丙烯腈，再进行水解或醇解后，便可获得丙烯酸。氰乙醇法是以原材料氰化钠与氯乙醇发生化学反应，第一步得到中间产品氰乙醇溶液，第二步加入硫酸作为催化剂发生水解反应，经过分离提纯得到产品丙烯酸。高压Reppe（雷普）法法为乙炔与一氧化碳的羰基合成法，在盐存在下于四氢呋喃溶液中进行反应，制备丙烯酸。烯酮法法使用的原料为乙烯酮，先将乙酸通过裂解反应获得乙烯酮，随后在与不含水分的甲醛进行反应，生成丙内酯，以此作为催化剂进行催化反应异构成丙烯酸。丙烯腈水解法对丙烯腈进行水解，使其生成丙烯酰胺和硫酸盐，在经过水解处理之后，便可生成丙烯酸。丙烯氧化法，即将原材料丙烯与空气以及水蒸汽按配比混合，加入适量的催化剂，发生氧化反应生产得到中间品丙烯醛，丙烯醛与空气、水蒸汽在催化剂作用下，进一步氧化反应、分离、精制得到丙烯酸。丙烯氧化法是目前主流的丙烯酸生产工艺。醋酸甲醛法是属于煤化工合成路线，是醋酸和甲醛羟醛缩合反应合成丙烯酸过程。生物法是葡萄糖或另外碳水化合物通过生物发酵工艺生产丙烯酸。图1中国丙烯酸产业链图2、丙烷一步法优势分析丙烷直接氧化法是利用特定的催化剂，在特定的反应条件下，使丙烷和氧气发生氧化反应，生成丙烯酸。丙烷直接氧化法虽然与丙烯氧化法在反应原理上有本质的区别，但其实际上是由丙烯氧化法衍生出来的。该方法以丙烷和空气为原料，经氧化、吸收、萃取、精馏得到粗丙烯酸。该法采用固定床工艺，以混合金属氧化物为催化剂直接两步氧化生成丙烯酸，可缩短丙烷脱氢至丙烯的过程，可以实现原料丙烷的循环利用。丙烷直接氧化制备丙烯酸工艺不通过丙烯醛过程，与丙烯直接氧化法相比，具有流程短及环境污染物少的特点。由于属于新技术，所以目前暂无工业化生产装置，该工艺反应条件的控制也是丙烷直接氧化法丙烯酸生产工艺中的关键步骤。根据工艺流程来看，丙烷一步法在流程上要明显短于丙烯氧化法，但是由于需要特殊的催化剂类型，所以在选择性、活性及稳定性方面，对工艺技术提出了更为严苛的考验。另外，丙烷一步法原料为丙烷，可以是天然气副产丙烷，也可以用炼油副产丙烷，所以较丙烯直接氧化法具有原料来源广泛的特点。从原料价格走势来看，丙烷较丙烯的价格更低，从2009年至2023年两者价差始终保持3200元/吨左右，随着丙烷利用率的提升，以及丙烯供应量的过剩预期下，导致两者价差逐渐缩小，至2023年价差已经缩小至1700元/吨左右。图2丙烷与丙烯价格走势（单位：元/吨）3、丙烯酸行业市场现状分析之所以大家都在积极拓展新的生产工艺，是因为目前中国主流的大宗化学品已基本处于过剩和即将要过剩的境地，其中丙烯酸也不例外。丙烯酸是丙烯酸酯的重要单体，是实现产业链精细化拓展的关键产品，下游可以作为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、SAP树脂和丙烯酸特种酯的基础原料，也正是由于丙烯酸的特殊供应，导致最近几年生产规模逐渐提高。截至2023年底，中国丙烯酸规模已突破400万吨/年，年均增速超过4%，实现了历史高点，从而引发进一步的竞争。丙烯酸规模的扩大，带动了丙烯酸产量的提升，截至2023年底，中国丙烯酸产量突破270万吨/年，年均呈现10%以上的速度递增。中国丙烯酸产业链中，大部分为一体化模式发展，下游多配套丙烯酸酯，所以丙烯酸的产量更多体现的是下游酯类产量的增长。根据过去几年的走势来看，中国丙烯酸供应量提升，但是整体开工率水平不及70%。按照行业评估市场过剩的标准来看，开工率低于75%大多处于过剩的现状，而丙烯酸市场过去几年开工率均达不到70%。也正是由于丙烯酸市场的竞争加剧，导致企业开工率不高。所以，很多拟在建的企业都在积极寻找新的技术，予以从目前丙烯酸残酷的市场竞争中寻得些许生存空间。纵观丙烯酸其他几种生产工艺类型，大部分生产工艺存在原料无法供应、生产工艺成本较高及技术壁垒较高的特点，所以丙烷一步法丙烯酸受到了行业的高度关注。图3中国丙烯酸开工率走势（单位：万吨/年）数据来源：生意社4、丙烷一步法成本分析对于丙烷一步法生产工艺的竞争，除了此工艺是否真正具有成熟且工业化落地的可能性之外，更多关注的是成本能比丙烯直接氧化法低多少？根据相关资料显示，丙烷一步法生产工艺中，丙烷单耗在0.87-1.235，其他的生产工艺辅料中，有萃取剂、阻聚剂、丙烷氧化催化剂、对甲苯磺酸等产品，这些基础辅料的单位成本约在440元/吨。公用工程方面，包括新鲜水、脱盐水、电、氮气、仪表风、燃料气、循环水及蒸汽等，这些成本约在1500元/吨左右。在不考虑财务费用、管理费、折旧等费用的前提下，基础辅料和公用工程成本总计在2000元/吨左右，这一成本也可以称为加工成本。从加工成本对比丙烯直接氧化法来看，两者加工成本差距不大。但是需要特别说明的是，由于丙烷一步法生产工艺成成熟度有待市场考验，有些生产技术中，丙烷的单耗可以达到0.87左右，而有些生产工艺仅能做到1.235。所以，如果丙烷单耗发生了变化，那么丙烯酸成本也有明显的变化。根据0.87丙烷单耗测算，在加工成本不变的前提下，无论采用国产丙烷还是进口丙烷，丙烷一步法都较丙烯直接氧化法具有成本优势。从过去几年的理论变化情况来看，两者价差约在1200元/吨左右。图4中国丙烷一步法（0.87单耗）和丙烯直接氧化法丙烯酸成本对比（单位：元/吨）如果采用1.235丙烷的单耗来看，按照进口丙烷和国产丙烷的价格走势对比，测算得到丙烯直接氧化法在过去更多时间内具有一定的成本优势，特别是2009年至2015年期间内。但是从2016年至2020年期间内，丙烯直接氧化法成本优势不明显，但是两者生产工艺差距不大。从2021年至2023年期间内，丙烯直接氧化法成本优势较为明显。图

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中国丙烷一步法（1.235单耗）和丙烯直接氧化法丙烯酸成本对比（单位：元/吨）也就是说，如果丙烷单耗发生了巨大的变化，丙烷一步法不具有明显的成本竞争力，相反，丙烯直接氧化法更具有成本竞争力。丙烷一步法丙烯酸生产工艺，从工艺流程来看具有流程短的特点，并且丙烷原料较丙烯成本更低。但是由于技术成熟度限制，导致无实际的工业化装置对比，此对比结果仅供参考使用，投资指导价值有限。未来丙