Artigo profundo e de qualidade ‖ Análise e previsão da situação da oferta e demanda por MTBE e gasolina alquilada no nosso país

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Artigo de qualidade profunda ‖ Análise e previsão da oferta e demanda de MTBE e gasolina alquilada no nosso país, 2016-01-29. Petroquímica: Uma abordagem sobre a vida através da indústria petroquímica. A plataforma pública WeChat “Petroquímica” se dedica a disseminar as novas tecnologias do setor petroquímico, contribuindo assim para o desenvolvimento da produção nacional de tecnologias e equipamentos! Análise e previsão da situação de oferta e demanda de MTBE e gasolina alquilada no nosso país. O MTBE é um produto resultante da reação de éterificação entre isobuteno e metanol. O isobuteno está presente principalmente no gás liquefeito. Para reduzir os custos de produção, na indústria, o C4 contendo isobuteno, após ser refinado, é submetido a uma reação de adição catalítica com metanol. Após a reação, o C4 não reagido e o metanol são separados, resultando em MTBE de qualidade adequada para uso como combustível. Esse tipo de MTBE possui um teor elevado de enxofre. Por meio da análise comparativa das matérias-primas, constatou-se que, em condições normais, todo o enxofre presente no MTBE provém da matéria-prima C4. Os materiais de partida para o MTBE, ou seja, o C4, têm diferentes fontes: principalmente, provêm da craqueamento catalítico, da cokeração e dos componentes C4 presentes no gás liquefeito de petróleo produzido em unidades de etileno. O GNL obtido nas unidades de produção de etileno passa por um processo rigoroso de desulfuração durante sua produção. No entanto, o GNL proveniente de unidades de craqueamento catalítico e cokeração, após ser refinado e desulfurado, ainda apresenta uma concentração de enxofre acima de 20 ppm. Além disso, após a remoção do C3 por meio da destilação gasosa e a entrada do material no processo de produção de MTBE, a concentração de enxofre no produto final aumenta ainda mais. Estudos indicam que, no processo completo de produção de MTBE a partir de GNL desulfurado, a concentração de enxofre pode aumentar de 3 a 6 vezes. Os sulfetos presentes no produto MTBE provêm principalmente dos materiais C4 obtidos na craqueação catalítica e na cokeração. Atualmente, a concentração de enxofre nos produtos MTBE produzidos a partir do C4 misto varia bastante, sendo geralmente entre 80 e 200 ppm. Em alguns casos, essa concentração pode chegar a 2000–3000 ppm. Ao implementar a norma nacional de gasolina nível 3, basta reforçar a gestão e o monitoramento durante o desulfuração do gás liquefeito, para que a concentração de enxofre no MTBE possa ser mantida em torno de 150 ppm. Mas, à medida que as normas nacionais se tornam cada vez mais rigorosas em relação ao teor de enxofre na gasolina, para cumprir os padrões de emissão Tier 4 e Tier 5, é necessário que a concentração de enxofre na gasolina fique abaixo de 50 ppm e 10 ppm, respectivamente. As técnicas atuais de desenxofreamento permitem que o teor de enxofre na gasolina atinja esses valores. No entanto, as técnicas atuais de desenxofreamento do gás liquefeito têm dificuldade em reduzir a concentração de enxofre no MTBE para abaixo de 50 ppm; alcançar um valor inferior a 10 ppm é ainda mais difícil. Embora nosso país possua muitas instalações de produção de MTBE em construção ou planejadas, no futuro os recursos de C4 no país se tornarão cada vez mais escassos. Por isso, a taxa de operação real das instalações de MTBE será limitada. Ao mesmo tempo, devido à diversificação das fontes de recursos C4, os recursos C4 com baixo teor de enxofre se tornarão ainda mais escassos. Portanto, a produção de MTBE capaz de atender aos padrões de gasolina Nacional 4 e Nacional 5 não será muito grande. Com o aprimoramento contínuo das normas para a gasolina utilizada em veículos e a redução do teor de enxofre, a demanda por tecnologias de produção de MTBE com baixo teor de enxofre torna-se cada vez maior. O MTBE com baixo teor de enxofre será, portanto, muito procurado. A tecnologia de alquilação é uma técnica importante para a produção de gasolina limpa. O isobutano, em reação com olefinas de baixo peso molecular (geralmente incluindo olefinas de C3 a C5; a mais utilizada atualmente é a butena), sob a ação de catalisadores ácidos fortes (geralmente ácido sulfúrico ou ácido fluorídrico), produz gasolina alquilada (cujo principal componente é o isoóctano). Trata-se de uma mistura de alkanos isoméricos. Em comparação com a gasolina catalítica, que contém grandes quantidades de olefinas, e com a gasolina de reprocessamento, que possui grandes quantidades de aromáticos, ela apresenta vantagens como maior índice de octano, menor diferença entre os dois índices de octano, menor volatilidade, ausência de olefinas e aromáticos, e baixo teor de enxofre. Ao ser adicionada à gasolina, ela permite diluir a concentração de componentes nocivos como olefinas, aromáticos e enxofre, ao mesmo tempo em que aumenta o índice de octano e as propriedades antichoque da gasolina. Portanto, é um componente ideal para gasolina limpa para veículos. Em comparação com a gasolina de craqueamento catalítico, a gasolina de reprocessamento, a gasolina de isomerização e a gasolina de eteração, a gasolina alquilada não contém aromáticos e olefinas, tem quase nenhum teor de enxofre, além de possuir um alto índice de octano e uma baixa pressão de vapor. Portanto, é a gasolina mais ideal para fins de limpeza. Embora os níveis de desenvolvimento da indústria de refino em diferentes países variem, assim como a estrutura das instalações de refino e o nível de desenvolvimento econômico de cada país, o que faz com que os padrões para a gasolina sejam diferentes em cada lugar, e também há grandes diferenças no momento em que esses padrões são implementados, em geral, os padrões para a gasolina tendem a ser direcionados para valores mais baixos de enxofre, olefinas e aromáticos. A alquilação desempenhará um papel cada vez mais importante no processo de melhoria da qualidade da gasolina no futuro. A proporção de gasolina alquilada no nosso país é muito baixa. Em nível global, nos componentes da gasolina misturada nos Estados Unidos, a gasolina obtida por craqueamento catalítico representa 38%, a gasolina resultante de reprocessamento representa 24%, e a gasolina alquilada representa cerca de 15% ； Na Califórnia, onde as exigências em relação à qualidade da gasolina são as mais rigorosas, a proporção de gasolina alquilada chega a 20–25%. Embora a composição da gasolina na União Europeia seja composta principalmente por gasolina reformada, a proporção de gasolina alquilada é muito maior do que no nosso país, chegando a cerca de 6%. Nos componentes da gasolina produzida no nosso país, a gasolina obtida por craqueamento catalítico representa cerca de 77%. A gasolina obtida por reprocessamento corresponde a aproximadamente 15%, enquanto a proporção de gasolina alquilada é de apenas 0,2%. Devido aos altos teores de enxofre e de olefinas, a densidade da gasolina produzida por processo de craqueamento catalítico é muito alta. Isso faz com que o custo para melhorar a qualidade da gasolina no país seja elevado e difícil. Além disso, a velocidade de melhoria da qualidade da gasolina é lenta, e a implementação dos novos padrões é adiada. Isso resulta em uma situação em que os padrões de qualidade da gasolina no país continuam atrás dos padrões de emissão dos automóveis. Em comparação com regiões onde a indústria de refino é desenvolvida, como os Estados Unidos e a Europa, o nosso país possui um menor número de unidades de alquilação, cujo tamanho é pequeno. Além disso, a proporção de gasolina alquilada nos tanques de gasolina é baixa, o que resulta em uma contribuição reduzida para as propriedades dos produtos à base de gasolina. No futuro, existem grandes oportunidades de desenvolvimento para as unidades de alquilação no nosso país. A capacidade das instalações de alquilação no país está aumentando rapidamente. De acordo com as estatísticas, a capacidade total das instalações de alquilação existentes em nosso país é de 2,345 milhões de toneladas por ano. Dentre elas, as instalações de alquilação na província de Shandong têm uma capacidade de 1,19 milhão de toneladas por ano, o que representa 50,7% da capacidade total do país. Nos próximos 5 anos, espera-se que a capacidade das novas instalações de alquilação chegue a 7,37 milhões de toneladas por ano. Se todas as instalações de alquilação mencionadas acima puderem ser construídas e colocadas em operação dentro do prazo estipulado, até 2017 a capacidade total de produção de instalações de alquilação na China poderá atingir 9,7 milhões de toneladas por ano, o que representa um aumento de mais de três vezes em relação à capacidade atual. Além dos equipamentos de alquilação, existem no país muitos outros projetos de processamento avançado de compostos de carbono quaternário em fase de construção ou planejamento, como projetos de isomerização, produção de acetato de butilo secundário, aromatização, produção de butadieno e desidrogenação de isobutano. Os materiais utilizados nesses projetos são compostos de carbono quaternário, como éteres de carbono quaternário ou isobutano. De acordo com as estimativas dos projetos em andamento de processamento avançado do carbono quatro no nosso país, o aumento da demanda por carbono quatro nos próximos 5 anos deverá ultrapassar 21,5 milhões de toneladas. Já a produção de carbono quatro permanecerá limitada, ficando em torno de 10 milhões de toneladas. Portanto, haverá uma grande escassez de matéria-prima para os projetos de processamento avançado do carbono quatro, incluindo os equipamentos de alquilação. Consequentemente, a taxa real de operação desses projetos será limitada. Estimamos que a taxa de operação real das novas instalações de alquilação no futuro ficará entre 30% e 50%. Considerando a taxa de operação das instalações existentes, estimamos que, até 2017, a produção nacional de gasolina alquilada ficará entre 4,5 e 5 milhões de toneladas. No futuro, pode haver escassez de gasolina alquilada. De 2000 a 2012, a taxa de crescimento composta da produção nacional de gasolina foi de 6,7%. Em 2012, a produção nacional de gasolina atingiu 89,756 milhões de toneladas, um aumento de 10,25% em relação ao ano anterior. Se a produção nacional de gasolina continuar a crescer a uma taxa de 6% ao ano, então, até o ano de 2017, a produção nacional de gasolina chegará a 120 milhões de toneladas. Com a melhoria da qualidade dos combustíveis refinados no país, se, até 2017, a proporção de gasolina alquilada entre os componentes utilizados na produção de gasolina no país atingir o nível atual da União Europeia (6%), então a demanda total por gasolina alquilada chegará a cerca de 7,2 milhões de toneladas. Esse valor será superior à produção de gasolina alquilada em 2017. Com base nos cálculos acima, pode haver um déficit de mais de 2 milhões de toneladas no fornecimento de gasolina alquilada no nosso país no futuro. Conteúdo relacionado: 1. Tabela de comparação entre óleos aromáticos, óleos alquilados e gasolina conforme padrões nacionais. Tabela 1: Tabela de comparação entre óleos aromáticos, óleos alquilados e gasolina conforme padrões nacionais. Parâmetro | Padrão Nacional IV | Óleo Alquilado 93# | Óleo Aromatizado | Densidade/g/ml | 0,72–0,75 | 0,695–0,70 | 0,702 | Índice de octano (método de pesquisa) | 93 | 94–98 | 92 | Ponto de ebulição inicial/°C | 35 | 40 | 40 | Ponto de ebulição final/°C | 205 | 195 | 193 | Pressão de vapor saturado/kPa | 42–85 | 50 | 56 | Teor de enxofre (PPM) | Não superior a 50 | 53 | Teor de benzeno (% em volume) | Não superior a 1,0 | Nenhum | 0,5–1,5 | Teor de resíduos coloidais (mg/100ml) | Não superior a 5 | Nenhum | 3,4 | Corrosão por cobre (50°C, 3h)/nível | Não superior a 1a | 1a | 1a | Tempo de iniciação da corrosão/minutos | Não inferior a 480 | Não inferior a 600 | 58 | Teor de hidrocarbonetos/% | Aromáticos: não superior a 40%; Olefinas: não superior a 28% | 95% de hidrocarbonetos saturados; Olefinas: 80,7%; Aromáticos: 5,7% | Observações: O padrão nacional IV para gasolina 93# refere-se à norma GB17930-2011. Os valores para óleos aromatizados e alquilados foram obtidos de um único fabricante; portanto, esses valores não representam todos os fabricantes. 2. Análise da situação de oferta e demanda global de óleos alquilados. Os óleos alquilados são um componente importante da gasolina; sua composição é formada principalmente por isooctano, que é um isoalcano C8. Óleos alquilados de alta pureza também podem ser considerados como isooctano. A alquilação na indústria de refino é, em geral, um processo no qual o isobutano reage com olefinas de cadeia C3–C5 na presença de um catalisador fortemente ácido, resultando em óleos alquilados. Desde que o processo de alquilação foi industrializado pela primeira vez no mundo, em 1938, os óleos alquilados passaram a ser um componente importante na composição dos produtos das refinarias. O que se costuma chamar de índice da gasolina (ou seja, o número de octano) refere-se ao indicador da resistência da gasolina à detonação. “O “óxido de octano” recebeu esse nome em homenagem ao isooctano; o óxido de octano do isooctano tem um valor de óxido de octano definido como 100. Na verdade, como o óleo alquilado contém uma parte de isômeros de C8 além do octano, seu índice de octano fica entre 93 e 97. O óleo alquilado possui um número de octano significativamente maior do que os componentes obtidos por craqueamento catalítico. É também ligeiramente superior aos componentes da gasolina resultante da reestruturação molecular. Além disso, possui baixo teor de enxofre e não contém olefinas ou aromáticos, nem oxigênio. Quando utilizado como componente para a formulação de combustíveis, não é afetado pelo teor de olefinas, aromáticos ou oxigênio. A adição de óleo alquilado à gasolina pode ter os seguintes efeitos: 1) aumentar o número de octano da gasolina, preenchendo assim a lacuna no valor de octano causada pela ausência de chumbo ； 2) Diluiu os olefinas e as impurezas nocivas como S e N presentes nos componentes da gasolina FCC, fazendo com que seu teor fique dentro dos padrões ou próximo deles ； 3) Há também um efeito de diluição no teor de aromáticos, incluindo o benzeno, nos componentes da gasolina reprocessada. Portanto, o óleo alquilado (ou isooctano) é um componente de gasolina quase perfeito. A capacidade global de refino aumentou de 76,07 milhões de barris/dia em 1996 para 88,96 milhões de barris/dia em 2011, com uma taxa de crescimento anual composta de 1,0%. Enquanto isso, a capacidade de alquilação em todo o mundo aumentou de 1,66 milhão de barris/dia em 1996 para 2,10 milhão de barris/dia em 2011, com um CAGR de 1,5%. Em 2012, 65% da capacidade de produção de alquilados no mundo estava localizada na América do Norte. A Ásia e a Europa representam, respectivamente, 15% e 14%. Os Estados Unidos possuem a maior capacidade de alquilação do mundo. Em 2012, sua capacidade foi de 1,15 milhão de barris por dia, o que representa 55% da capacidade total mundial de alquilação. Em termos da proporção da capacidade de alquilação em relação à capacidade total de processamento do petróleo bruto, a América do Norte tem a maior participação, atingindo 6,2% em 2012 ； A capacidade de alquilação na Europa representa 1,2% da sua capacidade de processamento de petróleo bruto ； Ásia: 1,0% ； A China tem apenas 0,56%. As diferenças na estrutura dos componentes da gasolina em diferentes países estão relacionadas aos padrões de qualidade da gasolina e à capacidade de refino desses países. Os padrões de gasolina nos Estados Unidos impõem restrições bastante rígidas ao teor de olefinas e aromáticos; portanto, é necessário adicionar grandes quantidades de óleo alquilado para atender a esses padrões. Os padrões europeus para gasolina estabelecem restrições bastante rígidas ao teor de olefinas, enquanto as restrições ao teor de aromáticos são mais brandas. Por isso, a proporção de gasolina resultante do processo de reformatização é alta, enquanto a proporção de gasolina catalítica é baixa. A proporção de óleo alquilado, por sua vez, é moderada. O padrão nacional IV, atualmente em vigor na China, estabelece requisitos quanto ao teor de olefinas e aromáticos que são diferentes dos padrões europeus. Em comparação com os Estados Unidos, esses requisitos são ainda mais diferentes. Além disso, a estrutura da indústria de refino faz com que a gasolina produzida por meio de craqueamento catalítico represente uma proporção muito alta, enquanto a gasolina produzida por meio de reprocessamento representa uma proporção baixa, e a gasolina produzida por meio de alquilação representa uma proporção extremamente baixa. A melhoria dos padrões da gasolina e o aumento do consumo de automóveis exigem que os componentes da gasolina tenham um alto índice de octano. O número de octano do óleo alquilado é apenas inferior ao do MTBE, sendo semelhante ao da gasolina reformada. É significativamente maior do que o da gasolina de craqueamento catalítico (que representa a maior parte dos componentes da gasolina na China). A demanda por esse tipo de óleo será impulsionada pelas exigências de um número de octano mais alto. A melhoria dos padrões da gasolina se reflete principalmente em requisitos como redução de enxofre, manganês e olefinas. Essa tendência de mudança causará uma perda no índice de octanagem (indicador da resistência da gasolina à detonação), sendo necessário aumentar a proporção de componentes com alto índice de octanagem para compensar isso. Entre os componentes de alto óctano, o MTBE, embora tenha um óctano de 115, é limitado pelo teor de oxigênio; portanto, sua proporção de adição já está quase no limite permitido no país. O óleo alquilado, como componente de alcanos de alto octanagem, terá sua proporção de adição aumentada. De acordo com os princípios de otimização dos componentes utilizados na mistura de óleos, à medida que os padrões da gasolina vão se aprimorando, esperamos que a proporção ideal de adição de óleo alquilado aumente de 2% (padrão Nacional III) para 3% (padrão Nacional IV), e posteriormente para 6% (padrão Nacional V). Esses aumentos representam respectivamente 63% e 78%. A longo prazo, a tendência de elevação do consumo de automóveis impulsionará a demanda por gasolina de alto índice octanagem, o que, por sua vez, aumentará a demanda pelos componentes com alto índice octanagem. De acordo com o modelo de otimização dos componentes, sob a norma Nacional IV, as proporções ideais de adição de óleo alquilado para os tipos 90#, 93# e 97# são de 0%, 0% e 22%, respectivamente. Isso porque, no processo de aumento do índice de octanagem de 90# para 93#, o aumento do mesmo pode ser alcançado, em grande parte, através do aumento da proporção de MTBE ； E, no processo de aumento do padrão de 93# para 97#, como a adição de MTBE já atingiu seu limite (devido às restrições relativas ao teor de oxigênio), o aumento do número de octano precisa ser alcançado por meio do aumento da proporção de óleo alquilado e gasolina reformada. Portanto, a elevação no consumo de automóveis, que gera maior demanda por gasolina com octanagem 97#, irá impulsionar, na prática, a demanda por óleo alquilado. Com a progressiva elevação dos padrões da gasolina (o padrão Nacional IV entrou em vigor em 2014) ； Com a implementação da norma Nacional V a partir de 2018, o mercado de óleos alquilados no nosso país aumentou de 1,85 milhão de toneladas em 2013 para 7,5 milhões de toneladas em 2018, com uma taxa de crescimento anual composta de 32% ； A proporção na gasolina aumentou de 2% para 6%. Os anos de 2014 e 2018, como anos-chave para a atualização dos padrões, devem ser marcados por um aumento significativo na demanda por óleos alquilados. (As premissas de cálculo incluem: uma taxa de crescimento anual composta da demanda por gasolina no país de 7%, e um aumento gradual, ao longo dos anos, da proporção de gasolina de alta octanagem consumida.)