Глубокий анализ‖Анализ и прогноз ситуации с предложением и спросом на MTBE и алкилированный бензин в нашей стране

Thread Content

Глубокий анализ ‖ Анализ и прогноз ситуации с предложением и спросом на MTBE и алкилированный бензин в нашей стране, 2016-01-29. Платформа WeChat «Шихуа Юань» посвящена распространению новых технологий в нефтехимической отрасли и прилагает усилия для содействия локализации производства технологий и оборудования! Анализ и прогноз состояния спроса и предложения на МТБЭ и алкилированный бензин в нашей стране. МТБЭ представляет собой продукт этерификации изобутилена и метанола; при этом изобутилен в основном содержится в сжиженном газе. Для снижения производственных затрат в промышленности очищенный C4, содержащий изобутилен, напрямую подвергают каталитической реакции присоединения с метанолом. После реакции непрореагировавший C4 и метанол отделяются, в результате чего получается МТБЭ топливного качества. В таком MTBE содержание серы высокое; по результатам сравнительного анализа сырья было установлено, что в нормальных условиях вся сера в MTBE поступает из сырья C4. Сырье для производства МТБЭ — компоненты C4 — имеет различные источники происхождения; в основном это компоненты C4, содержащиеся в сжиженном нефтяном газе, получаемом при каталитическом крекинге, коксовании и на установках по производству этилена. В процессе производства С4, получаемый из сжиженного нефтяного газа на этиленовых установках, подвергается тщательной десульфурации. Однако у сжиженного нефтяного газа, поступающего с установок каталитического крекинга и коксования, после очистки от серы содержание серы обычно превышает 20 млн⁻¹. Кроме того, после отделения компонентов группы C3 методом газовой фракционации и поступления на установку по производству МТБЭ, содержание серы в конечном продукте дополнительно возрастает (исследования показывают, что при производстве МТБЭ из предварительно очищенного от серы сжиженного нефтяного газа степень концентрации серы в процессе составляет от 3 до 6 раз). Сульфиды в продукте MTBE в основном происходят из сырья C4, получаемого в процессах каталитического крахления и коксования. В настоящее время содержание серы в продукции MTBE, производимой из смешанного C4, сильно варьируется: обычно оно составляет 80–200 млн⁻¹, а в некоторых случаях достигает 2000–3000 млн⁻¹. При внедрении национального стандарта III для бензина, при условии усиления управления и контроля при десульфурации сжиженного газа, обычно удается удерживать массовую долю серы в MTBE на уровне около 150 ppm. Однако по мере того, как национальные стандарты по содержанию серы в бензине становятся всё более строгими, при внедрении экологических норм «Национальный стандарт IV» и «Национальный стандарт V» требуется, чтобы массовая доля серы в бензине составляла менее 50 ppm и 10 ppm соответственно. С помощью существующих технологий глубокой десульфурации можно добиться соблюдения этих требований для бензина. Однако современные технологии десульфурации сжиженного газа едва ли позволяют снизить массовую долю серы в MTBE до уровня ниже 50 ppm; достичь же показателя ниже 10 ppm ещё сложнее. Несмотря на то, что в нашей стране существует множество уже строящихся и планируемых к строительству установок для производства MTBE, в будущем дефицит ресурсов C4 внутри страны будет усиливаться, в связи с чем фактический уровень эксплуатации установок для производства MTBE будет ограниченным. В то же время, в связи с диверсификацией источников сырья C4, ресурсы C4 с низким содержанием серы станут ещё более дефицитными. Поэтому объем производства МТБЭ, соответствующего стандартам «Национальный стандарт IV» и «Национальный стандарт V» для бензина, будет невелик. По мере постоянного повышения стандартов бензина для автомобилей и снижения содержания серы, потребность в технологиях производства МТБЕ с низким содержанием серы растет. Такой МТБЕ будет пользоваться большим спросом. Технология алкилирования является важной технологией для производства чистого бензина. Алилбутан реагирует с низкомолекулярными алкенами (к которым обычно относятся алкены с формулой C3–C5; наиболее часто используется бутен) под действием сильных кислотных катализаторов (обычно сульфурной или фтористоводородной кислоты). В результате этой реакции образуется алилированный бензин (основным компонентом которого является изооктан); это представляет собой смесь изомерных алканов. По сравнению с каталитическим бензином, содержащим большое количество алкиленов, и ректифицированным бензином, в котором много ароматических углеводородов, он обладает такими преимуществами, как высокий октановый чисел, небольшая разница между двумя значениями октанового числа, низкая летучесть, отсутствие алкиленов и ароматических углеводородов, а также низкое содержание серы. Его добавление в бензин позволяет снизить содержание вредных компонентов, таких как алкилены, ароматические углеводороды и сера, при этом повышается октановое число и антидетонационные свойства бензина. Это делает его идеальным компонентом для чистого автомобильного топлива. По сравнению с бензином, полученным путем каталитического фракционирования, риформинга, изомеризации и этерификации, алкилированный бензин не содержит ароматических и алкильных углеводородов, практически не содержит серы, имеет высокий октановый чисел и низкое давление пара. Это делает его наиболее идеальным видом чистого бензина. Несмотря на то, что уровень развития нефтеперерабатывающей промышленности в разных странах различается, структура перерабатывающих установок также отличается, а экономический уровень стран тоже неодинаков, поэтому стандарты бензина в разных странах сильно отличаются. Также существуют значительные различия во времени введения этих стандартов. Однако в целом стандарты бензина развиваются в направлении снижения содержания серы, алкенов и ароматических веществ. В процессе улучшения качества бензина в будущем все большую роль будет играть процесс алкилирования. Доля алкилированного бензина в нашей стране очень низка. В мировом масштабе среди компонентов бензина, производимого в США, на бензин, полученный путем каталитического крекинга, приходится 38%, на бензин, полученный путем регенерации — 24%, а на бензин, полученный путем алкилирования — примерно 15% ； В Калифорнии, где предъявляются самые строгие требования к качеству бензина, доля алкилированного бензина достигает 20–25%. Хотя в составе бензина в ЕС преобладает реформатный бензин, доля алкилированного бензина значительно выше, чем в Китае — она составляет около 6%. В составе бензина, производимого в нашей стране, доля бензина, полученного путем каталитического крекинга, составляет около 77%, бензина, полученного путем риформинга — около 15%. Доля бензина, полученного путем алкилирования, составляет всего около 0,2%. Из-за высокого содержания серы и алкенов у бензина, получаемого в результате каталитического кракинга, слишком высокая плотность. Это приводит к тому, что повышение качества отечественного бензина становится дорогостоящим и сложным процессом. Скорость улучшения качества бензина замедляется, а введение новых стандартов откладывается. В результате стандарты качества бензина в стране по-прежнему отстают от стандартов выбросов автомобилей. По сравнению с такими развитыми регионами нефтеперерабатывающей промышленности, как США и Европа, в нашей стране мало установок для алкилирования; они имеют небольшие масштабы. Доля алкилированного бензина в бензиновой продукции невелика, что снижает его вклад в качество бензиновых изделий. В будущем у нашей страны есть большие возможности для развития установок для алкилирования. Производственные мощности отечественных установок для алкилирования быстро растут. По статистике, общая производственная мощность существующих установок для алкилирования в нашей стране составляет 2,345 миллиона тонн в год. Из них производственная мощность установок в провинции Шаньдун достигает 1,19 миллиона тонн в год, что составляет 50,7% от общенациональной производственной мощности. В течение ближайших 5 лет планируется увеличить производственную мощность установок для алкилирования до 7,37 миллиона тонн в год. Если все вышеупомянутые установки по алкилированию будут построены и введены в эксплуатацию в срок, то к 2017 году общая производственная мощность таких установок в Китае может достичь 9,7 миллиона тонн в год, что более чем в три раза превысит нынешний уровень. Помимо установок для алкилирования, в стране также находятся в стадии строительства или планирования множество проектов по глубокой переработке углеводородов четвертого ряда: изомеризация, производство бутилового ацетата, ароматизация, получение бутадиена, дегидрогенизация изобутана и т. д. В качестве сырья для этих проектов используются углеводороды четвертого ряда в виде эфиров или изобутан. Согласно оценкам текущих проектов по глубокой переработке карбоната четвертого ряда в нашей стране, в течение ближайших 5 лет спрос на карбонат четвертого ряда после его превращения в эфир превысит 21,5 миллиона тонн. Однако объем производства карбоната четвертого ряда после превращения в эфир будет ограничен – около 10 миллионов тонн. Поэтому в будущем возникнет значительный дефицит сырья для проектов по глубокой переработке карбоната четвертого ряда, включая установки для алкилизации. В результате фактическая степень использования этих проектов будет ограничена. Мы оцениваем, что фактический уровень эксплуатации новых установок для алкилизации в будущем будет находиться в диапазоне от 30 до 50%. Учитывая уровень эксплуатации существующих установок, мы оцениваем, что к 2017 году объем производства алкилированного бензина в стране составит примерно 4,5–5 миллионов тонн. В будущем может возникнуть нехватка алкилированного бензина. В период с 2000 по 2012 год среднегодовые темпы роста производства бензина в стране составили 6,7%. В 2012 году объем производства бензина достиг 89,756 миллионов тонн, что на 10,25% больше по сравнению с предыдущим годом. Если в будущем производство бензина в стране будет расти со скоростью 6% в год, то к 2017 году его объем достигнет 120 миллионов тонн. По мере улучшения качества готовой нефтепродукции в стране, если к 2017 году доля алкилированного бензина среди компонентов бензина внутри страны достигнет нынешнего уровня в ЕС (6%), то общий спрос на алкилированный бензин составит примерно 7,2 миллиона тонн. Это будет больше, чем объем производства алкилированного бензина в 2017 году. Согласно вышеизложенным расчетам, в будущем в Китае может возникнуть дефицит алкилированного бензина в размере более 2 миллионов тонн. Связанная информация: 1. Таблица сравнения ароматических масел, алкилированных масел и бензина по государственным стандартам. Таблица 1. Сравнение ароматических масел, алкилированных масел и бензина по государственным стандартам. Параметры | Стандарт Гоу IV | Бензин 93# | Алкилированное масло | Ароматизированное масло | Плотность/г/мл | 0,72–0,75 | 0,695–0,70 | 0,702 | Октановое число (по методу исследования) | 93 | 94–98 | 92 | Начальная температура кипения/°C | 35 | 40 | 40 | Конечная температура кипения/°C | 205 | 195 | 193 | Давление насыщенного пара/кПа | 42–85 | 50 | 56 | Содержание серы (PPM) | не более 50 | 53 | Содержание бензола (объемный процент%) | не более 1,0 | 0 | 0,5–1,5 | Количество желатина (мг/100 мл) | не более 5 | 0 | 3,4 | Степень коррозии меди (50°C, 3 ч) | не более 1a | 1a | 1a | Время до начала коррозии/мин | не менее 480 | не менее 600 | 58 | Содержание углеводородов/% | Ароматические углеводороды – не более 40%, альфа-олефины – не более 28% | 95% насыщенных алканов; альфа-олефины – 80,7%, ароматические углеводороды – 5,7% | Примечание: Для бензина 93# по стандарту Гоу IV используется документ GB17930-2011. Данные по ароматизированным и алкилированным маслам приведены на основе информации от одного производителя; следовательно, эти показатели не отражают характеристики всех производителей. 2. Анализ ситуации с предложением и спросом на алкилированные масла в мире. Алкилированные масла являются важным компонентом бензина; их основным составляющим являются изооктан и другие изомеры C8-алканов. Алкилированные масла высокой чистоты также могут называться изооктаном. В нефтеперерабатывающей промышленности алкилирование представляет собой процесс, при котором изобутан в присутствии сильно кислого катализатора реагирует с олефинами C3–C5, образуя алкилированное масло. С момента первой индустриализации процесса алкилирования в мире в 1938 году, алкилированные масла стали важным компонентом для смешивания в составе продукции нефтеперерабатывающих заводов. Обычно под номером бензина (то есть октановым числом) понимается показатель его стойкости к детонации. “«Октановое число» названо в честь изооктана, октановое число которого установлено как 100. На самом деле, поскольку алкилированное топливо содержит помимо изооктана также изомеры C8, его октановое число находится в диапазоне от 93 до 97. Октановое число алкилированного масла значительно выше, чем у компонентов, полученных в результате каталитического кракинга; оно также немного выше, чем у компонентов, полученных в процессе риформинга. Кроме того, это масло имеет низкое содержание серы, не содержит алкенов и ароматических веществ, а также кислорода. В качестве компонента для приготовления бензина оно не подвержено ограничениям, связанным с содержанием алкенов, ароматических веществ и кислорода. Добавление алкилированного топлива в бензин позволяет достичь следующих эффектов: 1) повышение октанового числа бензина, что компенсирует снижение октанового числа из-за отказа от использования свинца ； 2) Снижено содержание алкенов, а также вредных примесей, таких как S и N, в компонентах бензина типа FCC, что позволяет довести их уровень до нормативных значений или к их значениям ； 3) Также оказывает разбавляющее действие на содержание ароматических углеводородов, включая бензол, в компонентах реформата. Поэтому алкилированное топливо (или изооктан) является почти идеальным компонентом бензина. Мировые мощности по переработке нефти увеличились с 76,07 млн баррелей в сутки в 1996 году до 88,96 млн баррелей в сутки в 2011 году, среднегодовой темп прироста составил 1,0%. В то же время мировая производственная мощность по алкилированию увеличилась с 1,66 миллиона баррелей в день в 1996 году до 2,10 миллиона баррелей в день к 2011 году, что соответствует среднегодовому темпу роста в 1,5%. В 2012 году 65% мировой производственной мощности по алкилированию находилось в Северной Америке. Азия и Европа составляют соответственно 15% и 14%. Лидером в мире по производственным мощностям в области алкилирования являются **Соединенные Штаты**: в 2012 году этот показатель достиг 1,15 миллиона баррелей в сутки, что составляет 55% от общемировых мощностей по алкилированию. Если судить по доле способности к алкилированию в общей производственной мощности по переработке сырой нефти, то наибольший показатель наблюдается в Северной Америке — в 2012 году он составил 6,2% ； Доля европейской способности к алкилизации в общей мощности по переработке сырой нефти составляет 1,2% ； Азия — 1,0% ； В Китае — всего 0,56%. Различия в структуре компонентов бензина в разных странах связаны с их стандартами качества бензина и мощностями по его переработке. Стандарты бензина в США предъявляют самые строгие требования к содержанию алкенов и ароматических углеводородов; для соответствия этим стандартам необходимо добавлять большое количество алкилированных масел. Европейские стандарты для бензина предусматривают довольно строгие ограничения на содержание алкенов, в то время как ограничения на содержание ароматических углеводородов являются более мягкими. Поэтому в таком бензине доля риформинг-бензина выше, доля каталитически получаемого бензина — ниже, а доля алкилированного бензина остается на среднем уровне. Действующий в Китае в настоящее время стандарт «Государственный IV» предъявляет менее строгие требования к содержанию олефинов и ароматических углеводородов, чем европейские стандарты; по сравнению с американскими стандартами разница еще больше. Кроме того, структура нефтеперерабатывающих мощностей приводит к тому, что доля бензина, получаемого каталитическим крекингом, слишком велика, доля реформата — слишком мала, а доля алкилированного бензина — крайне низка. Повышение стандартов бензина и рост потребления автомобилей приводят к необходимости использования бензина с высоким октановым числом. Октановое число алкилированного масла лишь немного ниже, чем у МТБЭ; оно сопоставимо с октановым числом реформата и значительно выше, чем у каталитического крекинга-бензина (который составляет наибольшую долю в составе бензина в Китае). Спрос на этот продукт будет существенно стимулироваться потребностями в топливе с высоким октановым числом. Улучшение стандартов бензина в основном проявляется в требованиях к снижению содержания серы, марганца и алкенов. Эта тенденция изменений приведет к снижению октанового числа (показателя устойчивости бензина к детонации), поэтому необходимо увеличить долю компонентов с высоким октановым числом для его компенсации. Среди компонентов с высоким октановым числом, хотя у MTBE октановое число достигает 115, его использование ограничивается содержанием кислорода; в настоящее время доля его добавления в стране уже близка к максимально допустимому уровню. Доля алкилированного масла в качестве компонента алканов с высоким октановым числом будет увеличиваться. Согласно принципам оптимизации составляющих компонентов топлива, по мере повышения стандартов бензина мы ожидаем, что оптимальный процент добавления алкилированного топлива увеличится с 2% (стандарт Гоу-III) до 3% (стандарт Гоу-IV), а затем до 6% (стандарт Гоу-V). При этом соответствующий рост составит 63% и 78%. В долгосрочной перспективе тенденция к повышению уровня потребления автомобилей будет стимулировать спрос на бензин с высоким октановым числом, а значит, и на компоненты с высоким октановым числом. Согласно модели оптимизации состава, при стандарте «Национальный IV» оптимальная доля добавления алкилированного топлива для бензинов марок 90#, 93# и 97# составляет соответственно 0%, 0% и 22%. Потому что в процессе повышения октанового числа от 90# до 93# значительное увеличение октанового числа можно достичь путем увеличения доли MTBE ； При повышении стандарта от 93# до 97# добавление MTBE достигло своего максимума (из-за ограничений на содержание кислорода), поэтому для повышения октанового числа необходимо увеличить долю алкилированного топлива и риформингового бензина. Таким образом, рост спроса на бензин марки 97# в результате повышения уровня потребления автомобилей фактически стимулирует спрос на алкилированное топливо. По мере внедрения более строгих стандартов на бензин (стандарт «Национальный IV» начал действовать с 2014 года ； С 2018 года вступил в силу стандарт Гоу V. Объем рынка алкилированных масел в нашей стране вырос с 1,85 миллиона тонн в 2013 году до 7,5 миллиона тонн в 2018 году; среднегодовой темп роста составил 32% ； Доля в бензине выросла с 2% до 6%. 2014 и 2018 годы являются ключевыми годами для стандартного обновления, и ожидается значительный рост спроса на алкилированное масло. (Предположения для расчетов включают: среднегодовой темп роста спроса на бензин в стране — 7%, постепенное увеличение доли бензина высокого октанового числа и т. д.).