CC BY
87Статья поступила в редакцию 20.11.2009. Ред. рег. № 634
The article has entered in publishing office 20.11.2009. Ed. reg. No 634
УДК 66.094.187
НА ПУТИ РАЗРАБОТКИ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ЦЕЛЕВОГО ПОЛУЧЕНИЯ ПРОПИЛЕНА
И.А. Макарян, В.И. Савченко
Институт проблем химической физики РАН 142432, Черноголовка Московской обл., пр. Акад. Семенова, д. 1 Тел.: (496) 522-14-40; факс: (496) 517-89-10; e-mail: irenmak@icp.ac.ru
Заключение совета рецензентов: 22.11.2009 Заключение совета экспертов: 24.11.2009 Принято к публикации: 26.11.2009
Рассмотрены основные критерии при выборе путей промышленного получения пропилена. Собрана и проанализирована информация о традиционных, альтернативных и разрабатываемых технологиях производства этого ценнейшего нефтехимического продукта.
Показано, что одним из перспективных альтернативных методов целевого производства пропилена является каталитическое дегидрирование пропана, активно разрабатываемое и внедряемое в промышленную практику рядом нефтехимических компаний и научных подразделений у нас в стране и за рубежом. Отмечено, что, несмотря на интенсивные исследования по разработке мембранно-каталитических процессов дегидрирования, промышленные или опытные производства на их основе до сих пор отсутствуют.
Изучены состояние и конъюнктурные особенности мирового и отечественного рынков пропилена. Определены основные продуценты пропилена, мировые мощности, соотношение спроса и предложения, спрос на основные производные пропилена, ценовая политика, прогноз развития рынков и т.д. Отмечен быстрорастущий спрос на пропилен, что может привести к его дефициту на рынке, который будет восполняться за счет целевых способов его получения, в частности, каталитического дегидрирования пропана.
Сделана первичная оценка конкурентных преимуществ разрабатываемой в ИПХФ РАН инновационной коммерчески-ориентированной мембранной технологии получения пропилена в присутствии катализаторов нового поколения на нано-размерном уровне.
Ключевые слова: получение пропилена, пиролиз, каталитический крекинг, дегидрирование пропана, рынок пропилена, прогноз развития рынка.
The key factors must be considered when selecting a propylene production route have been discussed. The information on conventional, alternative and developing technologies as commercially available route to propylene was collected and analyzed.
It was shown that one of perspective and alternative route for "on-purpose" propylene production is propane catalytic dehydrogenation which is now developing and commercializing by a number of petrochemical companies and research institutions in Russia and abroad. Despite the fact that the efficient membrane-catalytic dehydrogenation processes are intensively developing, they are still uncommercialised.
The current fundamentals and trends for global and national propylene markets were studied. Propylene main producers, production capacities, supply/demand balances, propylene derivatives demand, contract and spot prices and market forecast were analyzed. As demand for propylene is growing fast that could result in a shortfall of propylene supply and its shortage, the "on-purpose" propylene production will have to make this up.
The competitive advantages of innovative commercially-aimed membrane technology to produce propylene in the presence of nanostructured catalysts of a new generation developing at the IPCP RAS are appraised.
ON THE WAY TO DEVELOP AN ALTERNATIVE ENERGY-SAVING "ON-PURPOSE" PROPYLENE PRODUCTION
I.A. Makaryan, V.I. Savchenko
Institute of Problems of Chemical Physics RAS 1 Acad. Semenov av., Chernogolovka, Moscow reg., 142432, Russia Tel.: (496) 522-14-40; fax: (496) 517-89-10; e-mail: irenmak@icp.ac.ru
Referred: 22.11.2009 Expertise: 24.11.2009 Accepted: 26.11.2009
Введение
Переориентирование сырьевой базы нефтехимических отраслей промышленности с нефтяного сырья на нефтегазовое и газовое, что во многих случаях оказывается экономически более выгодным и эффективным, является одной из актуальных задач современности. Это связано с необходимостью рационального использования природных и энергетических ресурсов, со значительным ухудшением состояния окружающей среды и снижением уровня мировой добычи нефти. Особый интерес проведение таких исследований представляет для России, поскольку наша страна обладает огромными ресурсами природного и попутных нефтяных газов.
Нефть и газовый конденсат, добываемые в нашей стране, богаты уникальными запасами углеводородов С3-С5. Получаемые на их основе низшие олефи-ны (пропилен, н-бутены, изобутилен, бутадиен, изопрен и др.) имеют огромный спрос на мировом рынке, что связано с их широким использованием в качестве сырья для дальнейшей переработки в другие ценные производные.
В настоящее время в мире насчитывается более 100 нефтехимических процессов, реализованных в промышленных масштабах. При этом на получение 1 тонны нефтехимических продуктов в среднем расходуется от 1,5 до 4 т сырья и 1,6 т условного топлива (пар, горячая вода, электроэнергия), что составляет 60-80% себестоимости производимых нефтепродуктов. Углеводородным сырьем в нефтехимии служат природный газ, этан, пропан, бутаны, прямогонные бензиновые фракции нефти и газового конденсата.
Важнейшим конструкционным блоком нефтехимической промышленности, наряду с этиленом, является пропилен. Он относится к так называемым основным (базовым) крупнотоннажным полупродуктам нефтехимии и служит сырьем для производства целого ряда практически важных производных, мономеров и полимеров, среди которых наиболее востребованным является полипропилен, спрос на который на мировом рынке неуклонно растет.
Пропилен является вторым по значимости после этилена крупнейшим товаром на рынке нефтехимической продукции. В настоящее время рынок пропилена характеризуется напряжением и острой конкурентной борьбой между его производителями. Основными поставщиками этого важнейшего нефтехимического полупродукта традиционно являются Западная Европа, Северная Америка и Северо-Восточная Азия, а в связи с предполагаемым быстрым ростом спроса на пропилен в ряде других регионов, в самое ближайшее время на рынке должны появиться весьма крупные игроки из Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока.
Исторически получение пропилена в промышленных масштабах неразрывно связано с производством этилена. В основном пропилен традиционно вырабатывается совместно с этиленом на нефтехимических заводах в качестве побочного продукта
каталитического и термического крекинга, при пиролизе нафты, газойля и сжиженных газов. Поэтому в большинстве случаев о мощностях той или иной страны по выпуску пропилена можно судить по уровню мощностей этиленовых установок. Отметим также, что поскольку при традиционных методах получения пропилена сам он не является основным целевым продуктом, то объемы его производства напрямую зависят от конъюнктурных показателей рынков этилена, наряду с которым он производится, в частности, от соотношения спроса и предложения на этилен.
В то же самое время мировой спрос на пропилен до сих пор опережает и продолжает опережать рост спроса на этилен. Так, согласно прогнозам известной аналитической компании CMAI (Chemical Market Associates Inc.), в период 2005-2010 гг. спрос на пропилен будет увеличиваться в среднем на 4,8% в год и к 2012 г. достигнет значения в 87 млн т [1]. Это означает, что в ближайшие годы традиционные способы производства пропилена совместно с этиленом не смогут обеспечить требуемого количества пропилена, что может привести к нехватке и дефициту этого важнейшего товара на мировом рынке нефтехимической продукции. В связи с этим разработка новых альтернативных маршрутов получения этого важнейшего нефтехимического полупродукта, в том числе и на основе не нефтяного сырья, становится особенно актуальной. Так, если в 2006 г. на долю целевых технологий получения пропилена в целом приходилось лишь около 6% от его мирового производства, то в 2011 г. эксперты CMAI прогнозируют увеличение этого показателя более чем в два раза до значения в 13%.
В качестве одного из альтернативных и весьма перспективных методов целевого производства пропилена зарекомендовало себя каталитическое дегидрирование пропана, которое активно разрабатывается и внедряется рядом ведущих мировых нефтехимических компаний [2, 3]. Разработкам и усовершенствованию технологий каталитического дегидрирования легкого углеводородного сырья в ценные химические и нефтехимические продукты уделяется большое внимание и в нашей стране [4, 5].
В последние годы к решению этой проблемы подключились специалисты Института проблем химической физики Российской Академии наук (ИПХФ РАН), работая над созданием научных основ процессов конверсии легких углеводородных газов (в частности, пропана) на основе мембранных технологий и катализаторов дегидрирования нового поколения [6-21]. Для получения мембранно-каталити-ческих систем на наноструктурном уровне здесь разработан и применен специальный микроволновый плазмохимический метод, позволяющий целенаправленно регулировать размеры пор и проницаемость наноматериала и внедрять в его структуру катализатор. Исследования разработанных нанострук-турированных каталитических систем показали, что
их рабочие характеристики по конверсии, селективности по пропилену и устойчивости к коксообразо-ванию превосходят характеристики известных промышленных катализаторов дегидрирования пропана. В перспективе разрабатываемая в ИПХФ РАН мем-бранно-каталитическая технология дегидрирования может поднять переработку легкого углеводородного сырья на качественно новый уровень.
Поскольку конечной целью исследований ИПХФ РАН в этом направлении является создание новой коммерчески-ориентированной мембранно-каталити-ческой технологии получения пропилена, то для выяснения ее конкурентных преимуществ представило интерес рассмотреть и проанализировать такие вопросы, как:
- методы получения и выделения чистого пропилена;
- основные критерии при выборе путей промышленного производства пропилена;
- традиционные, альтернативные и разрабатываемые технологии его получения;
- состояние и перспективы развития мирового и российского рынков пропилена.
Методы получения и выделения пропилена
Методы получения пропилена
Пропилен относится к ряду простых ненасыщенных алифатических углеводородов, или олефинов. Первым представителем этого ряда стал этилен, который был получен в 1795 г. путем отщепления воды от этанола с помощью концентрированной серной кислоты. Благодаря способности образовывать с хлором жидкий продукт, он получил название «масло голландских химиков», от которого впоследствии и пошло название всего ряда олефинов. Лишь спустя 50 лет в 1845 г. при пропускании сивушного масла через накаленные трубки Рейнольдс выделил очередной гомолог этого ряда - пропилен.
Затем были разработаны специальные методы получения пропилена (в частности, из пропилового и изопропилового спиртов), однако в течение многих десятилетий пропилен так и оставался лишь лабораторным продуктом, а промышленные процессы его получения отсутствовали.
В начале ХХ века в связи с возросшей потребностью в топливе резко увеличились объемы переработки нефти, которая сопровождалась значительным образованием побочных газов (так называемых абга-зов). При последующей очистке абгазов в больших количествах выделялся пропилен, правда, сильно загрязненный различными примесями.
При очистке смесей отработанных газов пропилен сравнительно легко поглощается 80-90%-ной серной кислотой, при этом образуется изопропил-сульфат, который затем переходит в изопропиловый спирт. На основе этого был создан первый нефтехимический продукт: в конце 1920-х годов американской фирмой Standard Oil Co. была введена в дейст-
вие первая установка по производству изопропило-вого спирта из пропилена [22].
Начиная с этого времени, интерес к пропилену стал неуклонно возрастать. Так, например, только за пять лет, с 1934 по 1939 г., американская компания Carbon and Carbide Chemicals разработала выпуск 12 новых продуктов на основе пропилена (в то время как из этилена - только 6).
В период 1940-1970 гг. были разработаны следующие методы получения пропилена:
- выделение пропилена из нефтезаводских и крекинг-газов;
- образование пропилена при синтезе Фишера-Тропша и при получении полукоксовых и коксовых газов;
- получение пропилена из углеводородов С2-С4 и высших углеводородов (в том числе путем пиролиза).
Во всех перечисленных методах пропилен являлся исключительно побочным продуктом и никогда не производился целенаправленно в качестве основного товарного продукта.
Остановимся на некоторых из перечисленных методов более подробно.
Выделение пропилена из нефтезаводских и крекинг-газов. Если осуществлять чисто физическую разгонку нефти и природного газа, то олефины в составе продуктов будут отсутствовать. Олефинсодер-жащие абгазы на нефтеперерабатывающих заводах можно получать только при производстве высококачественного бензина путем риформинг- или крекинг-процессов.
Выход газа обычно составляет 4,5-5,5% вес. от общего количества сырой нефти, поступающей на нефтеперерабатывающий завод, при этом газовая смесь, образующаяся здесь, как правило, имеет следующий состав (в % мол.):
Инертные газы (N2, О2, СО) 4,1 Пропилен 8,9
Водород 6,1 Бутаны 2,6
Метан 39,1 Пентаны 1,4
Этан 17,5 Сероводород 3,0
Этилен 7,3 Двуокись углерода 0,6
Пропан 9,4
На нефтеперерабатывающих заводах нефтезавод-ской газ компримируют, охлаждая после каждой ступени сжатия. Кислые газы (в основном Н28 и СО2) абсорбируют этаноламином и промывают щелочью. После охлаждения и дальнейшей компрессии проводят обезвоживание, а затем методом низкотемпературного фракционирования смесь разделяют на этан, этилен, пропан, пропилен и топливный газ. Полученные этан и пропан подвергают дальнейшему крекингу с целью получения дополнительных количеств этилена и пропилена. Стоимость установки для производства 90 тыс. т этилена и 43 тыс. т пропилена из нефтезаводских газов в среднем обходится в 10 млн долларов.
3
Ж
•и: -
101
Выделение пропилена из полукоксовых и коксовых газов. Полукоксование каменного угля при 500-600° С приводит к образованию около 10% газа, содержащего 1-8% пропилена. При коксовании при 1000° С получается 25% газа, но пропилена в нем только 0,36%. После того как из коксового газа выделяют водород, содержание олефиновой фракции С3-С4 в оставшемся сжиженном газе (рур-газойль) доходит до 54% и он может служить источником получения пропилена.
Получение пропилена путем пиролиза углеводородов. Пиролиз углеводородов, таких как этан, пропан, бутан, бензин, керосин и другие нефтяные фракции, является одним из распространенных и экономичных методов получения олефинов, широко применяемых в промышленности. Процесс производства газообразных олефинов на крупнотоннажных пиролизных установках обходится дешевле, чем их выделение из нефтезаводских газов.
В процессе пиролиза в зависимости от температуры, типа катализатора и продолжительности парового крекинга могут происходить различные изменения химической структуры молекул. К таковым относятся: расщепление углеводородов на низкомолекулярные осколки (большая часть которых имеет ненасыщенный характер), отщепление атомов водорода цепи и кольца с образованием ненасыщенных соединений, отщепление боковых цепей от разветвленных циклических углеводородов с образованием олефинов и т. п. Существующие варианты проведения пиролиза различаются по технике подвода тепла для расщепления углеводородов, а основными факторами, определяющими ход протекания пиролиза, являются сырье, продолжительность процесса, температура и давление.
Выделение чистого пропилена
Для разделения олефинсодержащих газовых смесей на фракции с определенным числом атомов углерода или для получения очищенных олефинов существуют три принципиально различных способа [22]:
- низкотемпературная рефракция под давлением;
- абсорбция;
- адсорбция.
При получении пропилена из нефтезаводских газов выделяют преимущественно смесь пропана с пропиленом, содержащую около 40-60% пропилена. При разделении крекинг-газов путем низкотемпературной рефракции под давлением получают пропиленовую фракцию с содержанием пропилена от 80 до 95%.
Большинство синтезов на основе пропилена (получение изопропилового спирта, окиси пропилена, оксосинтез, алкилирование, олигомеризация и т.д.) могут осуществляться с использованием смесей пропан-пропилен.
Для некоторых других синтезов (например, получение полипропилена, сополимера этилена с пропиленом, акрилонитрила, акролеина, аллилхлорида) требуется пропилен высокой степени чистоты, так
как содержащиеся в пропилене кислород, окись углерода и углекислый газ, а также соединения серы и вода отравляют катализаторы, применяемые при их производстве. Кроме того, под влиянием посторонних олефинов могут сильно изменяться кристалличность и молекулярный вес получаемых полимеров.
Стоимость очистки пропилена, как правило, очень высока. Так, в США она составляет 3 цента на 1 кг мощности установки по очистке. Обычно используемая для очистки пропиленовая фракция имеет следующий состав (в %):
Углеводороды С2 2-3
Пропан 35-53
Углеводороды С4 3-4
Пропилен остаток до 100%
Очищенная пропиленовая фракция содержит около 99,5-99,7% пропилена и следующие примеси (в млн-1):
Кислород 4
Сероуглерод 2
Углекислый газ 1
Этан 50
Пропан 0,3%
Существуют три способа получения чистого пропилена:
Экстрактивная дистилляция. В этом процессе (процесс Б1х1ег) введение третьего компонента так изменяет соотношение относительной летучести пропана и пропилена, что позволяет успешно осуществлять их разделение. Используемые при этом растворители должны быть полярными (ацетон, фурфурол, акрилонитрил, ацетонитрил). Однако, несмотря на эффективное разделение, такой процесс нельзя использовать в промышленном масштабе, поскольку отделение экстрагирующего агента требует существенных дополнительных затрат.
Двухколонная дистилляция. Вначале из смеси удаляют соединения серы (промывка щелочью и этаноламином), затем полностью удаляют фракцию С2 (колонна с 40 тарелками снижает содержание С2 с 2% до 150 млн-1). После этого применяют две последовательно соединенные колонны (первая из которых имеет 62 тарелки, а вторая - 78), на которых проводят фракционирование оставшейся смеси пропан-пропилен, состоящей из 43% пропилена, 54% пропана и 3% фракции С4. Чистый пропилен высушивается над молекулярными ситами до содержания
воды 10 млн-1.
Рекомпрессионная дистилляция. Для ее проведения требуется давление 7-14 кгс/см2 и всего одна колонна с 80-100 тарелками. Пропилен для очистки, содержащий менее 2% фракций С2 и С4, может поступать с нефтеперерабатывающих заводов и химических установок. Возможно использование и 90%-го пропилена, образующегося при крекинге бутана (в этом случае применяют колонну с 70 тарелками,
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (78) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
работающую при давлении 21 кгс/см2). Предварительную и последующую обработки проводят так же, как и при дистилляции на двух колоннах.
Экстракцию пропилена из смеси пропан-пропилен можно осуществлять также и другими методами, например, на молекулярных ситах или адсорбцией в серной кислоте. Что касается экономической эффективности получения высокочистого пропилена, то связанные с этим расходы значительно меньше расходов по очистке этилена.
Основные критерии при выборе путей
промышленного получения пропилена
Как отмечалось выше, основным и традиционным источником получения важнейшего нефтехимического полупродукта пропилена было и остается по сегодняшний день производство этилена, при котором сам пропилен нарабатывается в качестве побочного продукта.
Согласно прогнозам, в ближайшие годы, несмотря на ожидаемое увеличение мощностей по этилену, на традиционных этиленовых установках будет наблюдаться снижение соотношения выработки пропилена на тонну этилена, так как в последнее время наметилась явная тенденция к увеличению использования более легкого углеводородного крекинг-сырья, в частности этана. Кроме того, по прогнозам, спрос на пропилен будет расти более быстрыми темпами по сравнению со спросом на этилен, в результате чего станет наблюдаться падение соотношения между количеством пропилена, получаемого по традиционным крекинг-технологиям, и спросом на него. Это должно послужить дополнительным толчком к разработке и реализации на практике новых альтернативных источников получения пропилена в качестве единственного целевого продукта.
В целом выбор продуцентами того или иного маршрута получения пропилена определяется рядом экономических и конъюнктурных показателей. По мнению специалистов СМА1, в период до 2014 г. доля альтернативных маршрутов целевого получения этого базового нефтехимического полупродукта будет расти более быстрыми темпами по сравнению с традиционным крекингом нефти [1].
В настоящее время существуют различные способы производства пропилена в промышленных масштабах, каждый их которых в той или иной степени имеет довольно широкий круг возможностей, преимуществ и недостатков. Как правило, выбор наиболее оптимального варианта бывает весьма затруднителен, однако существует ряд критериев, в основном определяемых экономическими показателями, с помощью которых можно значительно сузить рамки выбора и определиться, какой из способов получения наилучшим образом подходит для каждого конкретного случая [23].
К ключевым критериям при выборе оптимального маршрута получения пропилена относятся:
- доступность и пригодность сырья, его стоимость и гибкость в эксплуатации;
- выход пропилена и характер образующихся побочных продуктов;
- мощность по пропилену;
- капиталовложения;
- возможность адаптации к уже существующим производствам;
- основная стратегия производства.
Исходное сырье для получения пропилена. Идущее на переработку сырье может значительно сузить рамки выбора предполагаемого пути получения пропилена. В первую очередь применяемое сырье должно быть доступным и пригодным для отобранного варианта производства.
Поскольку исторически сложилось так, что пропилен всегда и в первую очередь рассматривался и производился в качестве побочного продукта при целенаправленном получении другого базового нефтепродукта - этилена (например, методом парового крекинга), то при таком совместном производстве количество образующегося пропилена сильно зависит от природы и состава используемого сырья. При этом объемы производства будут определяться масштабами и структурой потребления пропилена в том регионе, где он производится. Это подтверждается и данными американской консалтинговой компании Nexant Chem Systems [24]. Как видно из рис. 1, количество производимого пропилена существенно ограничивается выбором сырья, используемого при пиролизе.
этан этан/пропан пропан н-Вуган нафта газойль
сырьё
Рис. 1. Количественное соотношение пропилен/этилен (т/т), полученное при пиролизе различных видов сырья Fig. 1. Propylene/ethylene rations (t/t) by steam cracking of different feedstock
Практика показала, что пиролизные установки, работающие на легком углеводородном сырье (этане и пропане), не в состоянии удовлетворить растущий спрос на пропилен. Для этого необходимо использовать более тяжелое пиролизное сырье (нафта, газойль), применять технологии дегидрирования пропана либо увеличивать производство пропилена на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ). В настоящее время больше всего пропилена производится в мире из нафты и пропансодержащего газового сырья.
ж
103
Нафта (бензиновые фракции прямой перегонки нефти) используется в основном в Европе и Азии. Она является наиболее универсальным сырьем, поскольку может служить сырьевым питанием, правда, весьма дорогим, не только для получения этилена и пропилена, но и других важнейших нефтепродуктов. Суммарное потребление нафты в мире в 1997 г. составило 666 млн т (почти 20% от использованной нефти). Она применяется для топливных нужд (получение моторных топлив), а также в качестве сырья для производства олефинов (20,5% всей расходуемой в мире нафты) и ароматики.
Пропансодержащий газ в основном используется в Северной Америке и на Ближнем Востоке. Он весьма экономичен при получении производных пропилена, однако ассортимент нарабатываемой при этом продукции бывает более узким.
В ближайшие годы для многих регионов, не имеющих больших запасов природного газа, наиболее важным сырьем для производства пропилена будут по-прежнему оставаться нафта и газойль.
Помимо состава, существенным критерием при выборе предполагаемого способа производства является стоимость исходного сырья, которая отражается на стоимости всего производства и во многом определяет конкурентоспособность выбранной технологии.
В принципе стоимость любого нефтехимического сырья напрямую связана с ценами на нефть и природный газ. Цены на нефть, в свою очередь, зависят от таких факторов, как темпы роста экономики стран-потребителей нефти, размер квот на добычу нефти для стран-членов ОПЕК, объемы добычи независимыми от ОПЕК добывающими странами, резервные запасы нефти и нефтепродуктов у потребителей, климатические, социально-политические аспекты и пр. Напомним, что не так давно цены на нефть находились в диапазоне от 10 долл. до 40 долл. и более за баррель сырой нефти, в последнее время они сильно выросли, одно время даже превышая значение в 130 долл. за баррель. Сейчас цены на нефть колеблются на уровне 70 долл., и неизвестно, как поведут себя в дальнейшем.
Что касается использования природного газа в качестве исходного сырья для получения пропилена, то его транспортировка, как правило, обходится значительно дороже транспортировки жидкого сырья. Поэтому существуют значительные географические различия в ценах на природный газ и некоторые виды жидкостей на основе природного газа (natural gas liquids или NGL). Сжиженный пропан и бутаны могут транспортироваться при относительно умеренных ценах по сравнению с метаном и этаном. Возвратный капитал для пропана и бутанов, эквивалентный цене на их экспортную доставку, оказывается меньше стоимости, связанной с их отгрузкой, хранением и импортом, что может стать преимуществом при их использовании в качестве сырья при производстве пропилена по маршруту дегидрирования. В некоторых регионах мира, несмотря на большие за-
пасы природного газа, спрос на него невелик, его относят к категории «бросовых» продуктов, а его монетизация, как правило, не оправдывается, так как требует больших капиталовложений и дорогостоящих погрузочных работ.
Таким образом, значительные преимущества при выборе маршрута производства пропилена могут быть обеспечены наличием и доступностью соответствующего сырья по выгодной цене. При этом следует учитывать и то, что цены на такие сырьевые продукты, как сырая нефть или природный газ, могут носить сезонный характер и сильно зависеть от сложившейся конъюнктуры на рынках этих продуктов.
Большое значение имеет также и процентный состав используемого сырья, который довольно часто на практике может сильно различаться. Поэтому важна гибкость использования применяемого сырья, что позволило бы обеспечить как эксплуатацию сырья различного состава, так и возможность регулирования этого состава.
Выход пропилена и характер побочных продуктов. Выход пропилена является очень важным фактором, поскольку диктует объемы необходимого для переработки исходного сырья. В некоторых случаях количество побочных продуктов может даже преобладать над количеством самого пропилена, тогда их природа и характер могут оказать сильное влияние на общую экономику и структуру проекта в целом. В тех же случаях, когда побочные продукты образуются в небольших количествах или вовсе отсутствуют, сложность проекта заметно снижается, поскольку тогда он меньше зависит от таких факторов, как стоимость конечного пропилена или исходного сырья.
Каждый из известных ныне способов получения пропилена приводит к образованию смесей продуктов различного состава. В международной практике принято сравнивать традиционные маршруты получения пропилена по относительному количеству образующихся легких олефинов - пропилена и этилена, ведь оба этих базовых нефтехимических полупродукта имеют на мировых рынках практически одинаковое значение, а большинство продуцентов пропилена одновременно являются и производителями этилена.
Мощность по пропилену. Закладываемая мощность производства по выпуску пропилена является важным фактором при выборе маршрута его получения, так как каждый из маршрутов по-разному связан с этим производственным показателем.
С целью повышения производительности процесса одни из способов получения пропилена предусматривают операции по модификации смеси образующихся продуктов, другие предлагают внедрение новых установок в уже существующие производства, в то время как третьи основываются на создании полностью новых производств.
В тех случаях, когда необходимо дополнительно производить небольшие количества пропилена, логичнее применять модернизацию уже существующих мощностей, которая требует гораздо меньше капита-
ловложений, чем другие варианты увеличения производительности. Однако здесь имеется ряд ограничений, связанных с требуемым дополнительным количеством пропилена, необходимым для увеличения производительности процесса (иногда стоимость модернизации может достичь и даже превысить стоимость создания полностью новых производственных мощностей).
В тех случаях, когда модернизация существующих мощностей невозможна, когда необходимо использовать другое сырье или же требуется иной состав получаемой смеси продуктов (например, необходимо увеличить соотношение пропилен/этилен, уменьшить содержание продукта С4+ и т.д.), то лучше рассматривать вариант интеграции новой установки в уже существующее производство. Такие проекты требуют больше капиталовложений, чем модернизация, однако размер капиталовложений здесь значительно меньше, чем этого потребует создание полностью новых мощностей по выработке пропилена.
Предполагаемые капиталовложения. Размер планируемых капиталовложений в производство по тому или иному маршруту получения пропилена сказывается на издержках производства, то есть на заводской себестоимости продукции.
Как правило, капиталовложения по производству пропилена для проектов, предусматривающих небольшую реконструкцию с монтажом дополнительных установок, оцениваются приблизительно в 50 млн долл. [23].
В случае организации новых крупномасштабных производств по паровому крекингу или превращению газов в олефины (установка сингаз/метанол + установка МТО) капиталовложения могут достигать 1 млрд долл. Довольно часто проекты по получению пропилена объединяют с проектами по производству его конечных производных, тогда общие капиталовложения могут превысить указанную сумму.
Возможность адаптации к уже существующим производствам. Возможность адаптации новых установок и их внедрение на уже существующих предприятиях является достаточно важным аргументом при выборе альтернативных маршрутов получения пропилена. Это позволяет значительно снизить капиталовложения и добиться улучшения экономических показателей процесса.
Основная стратегия производства. Суть стратегии того или иного способа производства пропилена заключается в том, на решение какой конкретной задачи направлен проект и какой именно вариант производства предпочтителен для продуцента: нефтепереработка/нефтепродукт или производство газа/нефтепродукт. Так, например, задачей нефтепереработчиков может стать расширение выпуска нефтепродуктов с более высоким качеством, особенно если это диктуется конъюнктурными условиями рынка. В противоположность этому продуценты газа или же те страны, которые обладают большими запасами природного
газа, могут предпочесть инвестирование в поточное нефтехимическое производство с целью монетизации активов по природному газу, уменьшения импорта и создания дополнительных рабочих мест.
Промышленные технологии получения пропилена
В настоящий момент на мировом рынке присутствуют пять основных промышленных технологий получения пропилена. Это паровой крекинг нефти, каталитический крекинг (БСС-процесс), дегидрирование пропана, превращение природного газа или метанола в олефины (МТО-процесс) и конверсия олефинов [25].
Традиционные технологии получения
• Паровой крекинг (или пиролиз нефти). Паровой крекинг, или пиролиз, несмотря на относительно невысокую селективность по пропилену, до сих пор является доминирующим и самым крупным источником промышленного производства пропилена. В этом процессе пропилен получается в качестве побочного продукта при производстве другого целевого продукта - этилена. Выход пропилена обычно составляет около 15 вес. % от загрузки нефти, в то время как выход этилена, как правило, бывает в два раза выше, то есть соотношение получаемых при пиролизе двух важнейших нефтепродуктов составляет приблизительно 0,5.
На распределение побочных продуктов в этом процессе влияют два фактора: выбор сырья и точность соблюдения технологических режимов. В тех случаях, когда рынок диктует условия по ограничению производства этилена, продуценты могут подобрать такое исходное сырье, которое обеспечит снижение выпуска этилена (этого можно достичь, например, при использовании в качестве сырьевого питания нафты и газойля). В свою очередь строительство крекинг-установок на основе этана ведет к значительному снижению количества пропилена на тонну производимого этилена, поэтому в большинстве случаев получать пропилен на основе этана в качестве сырья становится экономически нецелесообразным.
По данным СМА1, в настоящее время паровым крекингом производится лишь 0,4 т пропилена на каждую тонну вырабатываемого этилена, а к 2014 г. это соотношение упадет до 0,36 т. В период до 2014 г. спрос на пропилен относительно этилена будет расти более высокими темпами (с 0,59 т пропилена на тонну этилена сегодня до 0,62 т пропилена на тонну этилена в 2014 г.).
Если ожидаемая динамика развития рынка подтвердится, это приведет к увеличению несоответствия между растущим спросом на пропилен и объемами его производства методом парового крекинга. Поэтому станет еще более актуальным нахождение новых вариантов для достижения более высокого соотношения пропилен/этилен при их совместном производстве.
Ж.
•и: -
105
• Выделение из потоков нефтепереработки (каталитический крекинг, или FCC-процесс). Пропилен можно производить на нефтеперерабатывающих заводах в виде разбавленного потока в пропане, используя три основных процесса: каталитический крекинг в псевдоожиженном слое катализатора (fluid catalytic cracking - FCC-процесс), термический крекинг и коксование. В зависимости от того, какой из этих процессов нефтепереработки применяется на практике, каковы исходное сырье, рабочие условия и катализатор, можно добиться большого разнообразия в соотношении пропан/пропилен.
FCC-процесс является вторым после парового крекинга крупнейшим источником получения пропилена. Изначально основная функция установок FCC на нефтеперерабатывающих заводах заключалась в производстве бензина, при этом в значительных количествах в качестве побочного продукта образовывался пропилен, который затем методами алкилирования или каталитической конденсации традиционно использовали в производстве моторных топлив.
С целью увеличения выхода пропилена полимерного или химического сорта на некоторых нефтеперерабатывающих заводах, где эксплуатируется FCC-процесс, стали использовать специальные установки для дополнительного выделения пропилена (propylene recovery - или PRU). Такие установки обычно монтируются вблизи или на территории крупных нефтехимических комплексов; они весьма распространены в Северной Америке, Западной Европе и СевероВосточной Азии.
Полагают, что установки FCC способны значительно сократить наметившийся разрыв в спросе и предложении пропилена на мировом рынке, однако имеется ряд логистических и стратегических ограничений, которые не позволяют многим предприятиям нефтехимического комплекса в полной мере исполь-
Промышленные процессы каталитического де Commercial technologies for catalytic
зовать весь имеющийся в наличии производственный потенциал.
В целом дополнительные PRU-установки по выделению пропилена дают возможность получать на установках FCC пропилен более высокого сорта, чем тот, который идет на производство моторных топлив. Более того, применение различных катализаторных добавок в FCC-процессах позволяет использовать PRU-установки в проектах, целью которых является получение производных пропилена. Тесная близость и взаимосвязь рынков пропилена и его производных в ряде случаев может стать ключевым фактором для объединения в мировом масштабе капиталов по таким проектам, которые изначально были нацелены на раздельное производство пропилена и его производных.
Выход пропилена по традиционным FCC-техноло-гиям обычно составляет около 4-7 вес.%, выход этилена - порядка 1-2 вес.%. Часто, когда экономически невыгодно выделять пропилен на традиционных FCC установках, приходят на помощь именно установки PRU, специально предназначенные для выделения пропилена.
Целевые альтернативные технологии получения пропилена
• Дегидрирование пропана (процессы Catofin, Oleflex, STAR, Yarsintez/Snamprogetti). Дегидрирование пропана (propane dehydrogenation - PDH-про-цесс) начиная с 1990-х годов стало альтернативным источником целевого промышленного производства пропилена. В настоящий момент на рынке представлен ряд установок по дегидрированию пропана, на долю которых приходится около 2,5% мирового производства пропилена.
Данные об основных промышленных процессах каталитического дегидрирования легкого углеводородного сырья на мировом рынке представлены в табл. 1 [20].
Таблица 1
гидрирования легкого углеводородного сырья
Тable 1
dehydrogenation of light hydrocarbons
Показатель Процесс
Catofin 01еАех STAR Бпатргс^еШ/Уагек^ Сус1аг
Лицензиар/ Разработчик ABB Lummus Global иор Uhde GmbH Бпатрп^ей1/ УагаПет ВР/ИОР
Реактор Адиабатический с неподвижным слоем катализатора Адиабатический с неподвижным слоем катализатора Реактор ДГ + адиабатический оксиреактор Адиабатический с кипящим слоем катализатора Адиабатическая радиально-проточная труба
Режим Циклический Непрерывный Циклический Непрерывный -
Сырье Парафины С3 или С4 Парафины С3 или С4 Парафины С3 или С4 Парафины С3 или С4 Парафины С3 или С4 или их смесь
Катализатор CrOx/Al2O3 с щелочным промотором Р^п/АЬОз с щелочным промотором Pt/Sn на ZnAl2O4/CaAl2O4 Сг01/А1203 с щелочным промотором -
Подвод тепла Тепло, образованное при Межстадийный подогрев Обогрев реактора ДГ Топливо, добавленное во время регене- Обогрев реакторов
Температура, °С 590-650 550-620 ДГ: 550-590 ОДГ: < 600 550-600 > 425
Давление, бар 0,3-0,5 2-5 ДГ: 5-6 ОДГ: < 6 1,1-1,5 Низкое Высокое
Длительность цикла 15-30 мин Непрерывно 8 ч Непрерывно -
Конверсия, %: парафины С3 парафины С4 48-65 60-65 25 35 40 40 50 -
Селективность, %: олефины С3 олефины С4 82-87 93 89-91 91-93 89 89 91 Ароматика: X 91%
Продукты Олефины С3 или С4 Олефины С3 или С4 Олефины С3 или С4 Олефины С3 или С4 Бензол, толуол, кселены
Особенности процесса - - Комбинация ДГ + ОДГ - Комбинация ДГ+ОЛГ+ЦКЛ
Обозначения: ДГ - дегидрирование; ОДГ - окислительное дегидрирование; ОЛГ - олигомеризация; ЦКЛ - циклизация.
Как видно из данных табл. 1, все известные промышленные процессы каталитического дегидрирования легкого углеводородного сырья, в том числе и для производства пропилена (процессы Catofin, Oleflex, STAR и Yarsintez/Snamprogetti), основаны на нанесенных катализаторах, работающих в неподвижном или кипящем слое. Промышленные процессы с использованием мембранно-каталитических элементов и реакторов на их основе отсутствуют.
Как показала практика, все попытки осуществления дегидрирования легких парафинов С3-С4 в каталитических мембранных реакторах до сих пор ограничиваются лишь рамками лабораторных или, в лучшем случае, пилотных испытаний. Несмотря на интенсивные исследования в этой области у нас в стране и за рубежом [26-42], так и не был создан эффективный процесс дегидрирования легкого углеводородного сырья в промышленных масштабах. К сожалению, из-за необходимости преодоления ряда сложностей, все усилия по созданию таких процессов еще далеки от совершенства и не получили своего практического воплощения.
Первое препятствие связано с созданием непосредственно самих мембранно-каталитических элементов. Требуется обеспечить определенную гибкость в соотношении между их каталитической активностью, селективной проницаемостью по водороду и достигаемой в их присутствии конверсией, а также решить проблемы коксообразования и регенерации катализатора.
Кроме этого, до сих пор так и не предложена конструкция самого мембранно-каталитического реактора дегидрирования, которая могла бы успешно эксплуатироваться в промышленных условиях, и не решены задачи ее масштабирования. Не проработаны технологические аспекты каталитического дегидрирования легких углеводородов с использованием мембранно-каталитических элементов и реакторов; процесс не оптимизирован по основным технологическим параметрам (температура, давление, скорости потоков и т.д.).
Процесс РБИ служит достаточно простым и надежным способом для продуцентов пропилена. Единственным целевым продуктом здесь является пропилен, поэтому нет необходимости в дальнейшей реализации каких-либо иных конечных продуктов (за исключением случаев, когда имеется потребность в водороде в качестве товарного продукта).
Процесс дегидрирования обладает тремя важными преимуществами, которые в первую очередь должны приниматься во внимание продуцентами пропилена:
- процесс сфокусирован исключительно на получении пропилена; на установках РБИ производится единственный целевой продукт - пропилен;
- стоимость продукции, выпускаемой на установках РБИ, находится в тесной зависимости от стоимости пропана, которая напрямую не связана с ценами на нафту или рынками пропилена, что позволяет крупным продуцентам производных пропилена значительно разнообразить стоимостную структуру своего сырьевого питания;
- многие заводы по традиционному совместному производству этилена и пропилена территориально располагаются в местах, где довольно часто возникают проблемы, связанные с высокой стоимостью хранения и отгрузки пропилена, что делает закупку производимого там пропилена весьма неэффективной. Поэтому с экономической точки зрения целесообразнее применять технологию РБИ в тех регионах, где имеется в наличии дешевый пропан, однако это бывает не всегда так.
Несмотря на то, что ключевым фактором в проекте с использованием каталитического дегидрирования является ценовая разница в стоимости пропилена и пропана, неверно утверждать, что РБИ-процесс осуществляется исключительно в тех случаях, когда в качестве сырья в наличии имеется пропан по низкой цене. На самом деле большинство заводов и установок по дегидрированию пропана располагается в тех местностях, где ощущается острая потребность в пропилене, но не имеется в наличии дешевый исходный пропан.
По сравнению с другими альтернативными маршрутами получения пропилена организация производства по технологии PDH требует относительно невысоких капиталовложений для производства одного и того же объема пропилена. Хорошие экономические показатели обычно достигаются при мощностях по пропилену на уровне 250 тыс. т в год и выше.
Технологии каталитического дегидрирования пропана особенно распространены в тех регионах, где предложение пропилена недостаточно, например, на Ближнем Востоке и в Восточной Азии. Экономика процесса находится в сильной зависимости от степени доступности сырья и его стоимости.
• Метатезис олефинов (процессы META-4/Axens-IFP Group Technologies; OCT /Phillips, ABB Lummus). Технология метатезис, в соответствии с которой пропилен получают взаимодействием этилена с 2-бу-тенами, существует уже много лет, однако интерес к ней стал проявляться только недавно. Это связано с возросшим значением пропилена в тех географических местностях, где эта технология привлекательна с экономической точки зрения, поскольку стоимость пропилена в этих районах равна или даже превышает стоимость другого важнейшего олефина - этилена. Экономика метатезиса очень чувствительна к соотношению цен пропилен/этилен, и когда это соотношение составляет менее 1, производство становится нерентабельным.
Метатезис заключается в конверсии одного олефина (этилена) в другой олефин (пропилен). Главное отличие технологии от других известных способов получения пропилена заключается в использовании в качестве основного исходного сырья этилена (на 1 т производимого пропилена расходуется около 0,42 т этилена).
Метатезис олефинов можно комбинировать с установками парового крекинга для увеличения количества производимого пропилена за счет проведения обменной крекинг-реакции между этиленом и смесью бутиленов в качестве побочных продуктов.
Существует и ряд ограничений по использованию технологии - метатезису не подвергается изобутилен (поэтому его присутствие в сырьевом питании крайне нежелательно), и технология не подходит для превращения олефинов С5-С8 в пропилен.
• Глубокий каталитический крекинг (DCC-процесс). Процесс глубокого каталитического крекинга (deep catalytic cracking - DCC-процесс) основан на принципах каталитического крекинга, осуществляемого в псевдоожиженном слое катализатора, и предназначен для получения легких олефинов из вакуумированного газойля. Здесь используются специально разработанный для этих целей катализатор и особые технологические режимы.
Разрабатываемые технологии получения пропилена
• Каталитический паровой крекинг (процессы Asahi, Vniios). Разработка технологии связана с ин-
тенсивно проводимыми в последние 20 лет исследованиями в области каталитического крегинга, направленными на улучшение рабочих характеристик традиционно применяемого парового крекинга.
Данный способ получения олефинов основан на паровом крекинге в присутствии катализаторов. Характерные недостатки: применение высоких температур для протекания крекинг-реакций, отложение кокса на трубках реактора и необходимость стадии по устранению последствий коксообразования, относительно невысокая селективность.
• Процессы на основе природного газа (процессы Methanol to Olefins (MTO)/UOP Hydro MTO Process, ExxonMobil; Methanol to Propylene (MTP)/ Lurgi MTP). Процесс МТО является частью двухстадийного процесса, в соответствии с которым природный газ сначала превращают в метанол, а затем проводят конверсию образующегося метанола в легкие олефины. Как правило, проекты по процессам МТО входят в состав мегамасштабных проектов, связанных с крупным производством метанола по относительно низкой цене.
Обычно процессы МТО используют для монетизации бросового природного газа, цены на который, как правило, не зависят от рыночных цен на сырую нефть и нафту, что позволяет при использовании процесса МТО изменять стоимостную структуру сырья. При благоприятном соотношении цен этот процесс может обеспечить значительно более низкие издержки производства и более высокий возвратный капитал по сравнению с крекингом нефти и крекингом этана.
Превращение природного газа или метанола в оле-фины по процессу МТО осуществляют по двум вариантам. Первый вариант представляет собой процесс, с помощью которого получают пропилен и этилен (с образованием в минимальном количестве или полным отсутствием С5+ в качестве побочного продукта). Процесс является комбинацией хорошо зарекомендовавших себя FCC-технологий и крекинга нефти, осуществляемых в присутствии специально разработанного катализатора, и проводится в реакторах с кипящим слоем катализатора. Второй вариант реализации процесса МТО направлен на получение пропилена и бензина.
При относительно высокой стоимости капиталовложений экономика процессов MTO и MTP целиком основана на низкой стоимости природного газа, который можно получать из удаленных и небогатых газом природных источников. Такие процессы могут оказаться весьма эффективными в составе нефтехимических комплексов (особенно крупных) в качестве потребителей обедненных газовых потоков их основного производства.
• Интерконверсия олефинов (процессы MOI/ ExxonMobil, SUPERFLEX/Lyondell/Kellogg, Propylur /Lurgu, Linde FBCC). Процесс интерконверсии (или взаимного превращения) олефинов основан на каталитическом крекинге олефинов С^ и C5s в реакторах с фиксированным или псевдоожиженным слоем ка-
тализатора и позволяет превращать более тяжелые и не столь значимые олефины в практически важные легкие олефины путем крекинга. Технология характеризуется высоким выходом пропилена, а установки, на которых осуществляется конверсия олефинов, хорошо интегрируются с другими мощностями по производству или выделению олефинов (этиленовыми заводами, установками FCC, MTO или МТР). В отличие от процесса метатезиса этилен в качестве исходного сырья при интерконверсии не применяется.
Конъюнктурные особенности мирового и российского рынков пропилена
Мировые мощности и основные продуценты пропилена Основная часть производственных мощностей по пропилену сосредоточена в Северной Америке, Европе и Азии. По сравнению с другими эти регионы относительно густо заселены, имеют развитую экономическую инфраструктуру, эффективно действующую химическую и нефтехимическую промышленность. Именно здесь сосредоточено наибольшее число нефтеперерабатывающих заводов и установок парового крекинга. Развивается производство пропилена и на Ближнем Востоке, однако здесь темпы роста мощностей по пропилену отстают от таковых по этилену, в основном из-за нехватки пропана в этом регионе. На страны СНГ в целом приходится только 3% от мировых мощностей по производству пропилена. Региональная структура производственных пропиленовых мощностей по состоянию на 2006 г. представлена на рис. 2.
Ближний Восток (6%)
Западная Европа (28%)
Рис. 2. Региональное распределение мировых пропиленовых мощностей в 2006 г.
Fig. 2. World propylene capacity by region in 2006
В Северной Америке и Западной Европе сосредоточено не только основное производство, но и, самое главное, потребление пропилена. Эти регионы представляют около 68% мирового производства пропилена и потребляют около 70% от общемирового спроса на этот продукт. Прогнозируют [43], что мировой спрос на пропилен будет расти быстрыми темпами и в ближайшие годы практически удвоится, достигнув к 2010 г. значения в 91 млн т при темпах роста около 4,7% в год.
Качество произведенного и поступающего на рынок пропилена принято характеризовать следующи-
ми сортами: пропилен нефтеперегонного сорта ЯвР (около 70% пропилена), пропилен химического сорта СвР (от около 92 до 96% пропилена) и пропилен полимерного сорта РвР (99,6% пропилена).
За год в мире сейчас производится более 50 млн т пропилена полимерного и химического сортов. Основная часть выпуска пропилена этих сортов приходится на долю установок пиролиза, где пропилен является побочным продуктом производства этилена в качестве основного продукта. Более 60% пропилена полимерного и химического сортов вырабатывается на установках термического крекинга, около 34% - нефтеперерабатывающими РСС-предприятия-ми. Методами дегидрирования пропана и метатезиса олефинов, которые относятся к альтернативным способам его получения, производят около 3% пропилена, который в данном случае является уже целевым продуктом производства [44]. Согласно прогнозам, в течение ближайших пяти лет выпуск пропилена полимерной и химической чистоты на установках пиролиза будет увеличиваться на 4,2% в год.
Так как, согласно прогнозам, мировое потребление пропилена будет расти быстрее, чем производственные мощности по его выработке, то пропилен часто называют «олефином будущего». В первую очередь рост потребления этого базового продукта связан с увеличением спроса на его производные, в большей степени на полипропилен.
В целом в обозримом будущем ожидается существенный рост мировых мощностей по производству пропилена. В период 2005-2010 гг. этот рост должен составить 5% в год против 4,1% в 2000-2005 гг.
На рис. 3 представлена динамика роста мощностей по производству пропилена в период 1998-2009 гг. с учетом способов его получения.
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Рис. 3. Динамика роста мощностей по производству пропилена в 1998-2009 гг.
Fig. 3. World propylene capacity growth in 1998-2009
Самые большие производственные мощности по выпуску пропилена сосредоточены в США - около 12 млн т. Поскольку в этой стране темпы роста потребления пропилена исторически превышают темпы роста потребления этилена, то для удовлетворения спроса на пропилен в стране используют как пиролизный, так и нефтезаводской пропилен (65 и 35% производственных мощностей соответственно).
ьЛ/Д
ШШ
109
В других странах недостаток пропилена покрывается за счет импорта из тех стран, где наработка этого продукта превышает собственные нужды.
В производстве пропилена в США заняты более 30 компаний, в том числе пять таких известных и
мощных продуцентов, как Shell Chemical, Exxon Mobil, Equistar, Chevron, Dow Chemical (табл. 2).
Мощности по производству пропилена в Западной Европе представлены в табл. 3 [45].
Мощности по производству пропилена в США US propylene capacities
Таблица 2 Table 2
Компания Мощность, тыс. т/г. Способ получения
Shell Chemical 1519 пиролиз, нефтеперегонка
Exxon Mobil 1491 пиролиз, нефтеперегонка
Lyondell 1076 пиролиз, нефтеперегонка
Chevron 581 пиролиз, нефтеперегонка
BP-Amaco 772 пиролиз, нефтеперегонка
Occidental Petroleum 704 пиролиз
Texaco 525 пиролиз, нефтеперегонка
Dow Chemical 499 пиролиз
Quest 445 пиролиз
Union Carbide 389 пиролиз
Hill Petroleum 338 нефтеперегонка
Koch 91 нефтеперегонка
Sun Oil 308 нефтеперегонка
Eastmen Kodak 295 пиролиз
Phillips 261 пиролиз
Ashland 227 нефтеперегонка
BP American 208 нефтеперегонка
Marathon Petroleum 188 нефтеперегонка
Diamand Shemrock 150 нефтеперегонка
Quantum 118 пиролиз
Citgo 109 нефтеперегонка
Fina 91 нефтеперегонка
Goodrich 59 пиролиз
Reksen 82 пиролиз
Chemplen 79 нефтеперегонка
Clark 62 нефтеперегонка
Coastl 61 нефтеперегонка
Dupont 45 пиролиз
Union Texac 16 пиролиз
Vista 9 нефтеперегонка
Всего, в том числе на НПЗ; на этиленовых установках 10798 4037 6761
110
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (78) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
i? M
Таблица 3
Мощности по производству пропилена в Западной Европе
Table 3
West European propylene capacities
Страна Компания-производитель/местонахождение Мощность, тыс. т/г.
BP Amoco, Грейнджмyт, Баглан-Бей, Каррингтон Conoco, Иммингэм 285 1GG
Великобритания Esso UK, Фоули Lindsey Oil, Иммингэм ICI, Уилтон 18G 14G 4G1
Shell, Стэнлоу Итого: 125 1231
Франция AP Feyzin, Фейзин, Atochem, Гонфревиль, Карлинг Copenor, Дюнкерт Elf, Грандиун Exxon, Нотр Дам де Гравеншон, Фос Montell/Elanac, Бэрр 179 225 29G 185 216 24G
Naphachimie, Лавера Итого: 49G 1825
BASF, Людвигсхафен DSL, Белен 465 23G
Elenac, Весселинг 475
Elf, Лейна
Erdolchemie, Кельн 5G5
Германия Exxon, Ингольштадт Miro, Карлсруэ PSK, Шведт OMV, Бургхаузен Ruhr Oil, Гельзенкирхен, Мюнхмюнстер RWE, Хайде, Весселинг 28G 125 16G 825 34G
Итого: 3405
Италия AGIP, Приоло, Санисаро EniChem, Порто-Торрес Порто-Торрес Джела Приоло Сарроч Exxon, Августа Polimeri Europa, Бриндизи Итого: 187 23G 14G 1GG 41G 17G 21G 1447
Нидерланды BP Amoco, Роттердам Dow, Тернезен DSM, Гелен Shell, Мердийк, Пернис Итого: 54 54G 545 325 1464
Бельгия BASF, Антверпен Exxon, Антверпен Fina, Антверпен North Sea Petrochemical Olefins, Антверпен Итого: 32G 785 64G 1745
Испания Cepsa, Уэльва, Альхесирес Dow, Таррагона Repsol Petroleum, Пуэртольяно Таррагона Ла-Корунья Итого: 13G 19G 13G 225 175 850
Австрия OMV, Швехат 25G
Финляндия Borealis, Порвоо 145
Португалия Borealis, Синеш 45G
Швеция Borealis, Стенунгсунд 2GG
Прочие 295
Всего в Западной Европе 133G7
ШЯЛ
111
Что касается мощностей по производству пропилена в России, то в нашей стране этот продукт традиционно вырабатывается на всех химических и нефтехимических предприятиях совместно с этиленом методами парового крегинга (пиролиза).
Согласно исследованию Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков [46], совместное производство этилена и пропилена в нашей стране достигло максимума более двадцати лет назад (в 1988 г.) и с тех пор долгое время неуклонно снижалось. Тогда полагали, что реконструкция части этиленовых установок может привести к увеличению объемов производства этих двух важнейших базовых нефтехимических полупродуктов, однако эти ожидания не оправдались. К тому же в середине 1990-х годов резко ухудшилось обеспечение этиленовых установок углеводородным сырьем. Из-за перебоев в поставке сырья в течение долгих месяцев многие отечественные предприятия простаивали. Одновременно с этим произошло и резкое сокращение импортных поставок нефтехимической продукции в Россию. Эти обстоятельства привели к тому, что спрос на отечест-
венную продукцию увеличился, в результате чего впоследствии российский рынок нефтепродуктов заметно оживился.
К концу 1990-х годов контроль над большей частью химических и нефтехимических предприятий страны стали осуществлять крупнейшие отечественные нефтехимические компании, а также газовая компания ОАО «Газпром». Поставки сырья на предприятия возобновились, и в целом по стране российский рынок олефинов стабилизировался.
Уже в 1999 г. производство пропилена в России по сравнению с 1998 г. увеличилось на 202 тыс. т (36%), при этом степень использования мощностей этиленовых установок возросла с 37,4 до 52,3%. Суммарные мощности по производству пропилена в России в 2000 г. составляли 1,3 млн т/год. На этих мощностях в 2001 г. было произведено около 965 тыс. т пропилена.
Сравнительные данные по объемам производства пропилена в России в январе-октябре 2004 и 2005 гг. представлены в табл. 4.
Таблица 4
Сравнительные данные отечественного производства пропилена в 2004 и 2005 гг.
Table 4
Russian propylene production in 2004/2005
Предприятие Производство за 10 месяцев 2005 г., тыс. т Соотношение производства 10 мес. 2005 г. /10 мес. 2004 г., %
ОАО «Нижнекамскнефтехим» 166 92
ОАО «Казаньоргсинтез» 28 96
ООО «Ставролен» 110 160
ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» 119 106
ОАО «Ангарская НХК» 86 91
ЗАО «Сибур-Нефтехим» 75 147
ООО «Томскнефтехим» 107 114
ОАО «Уфаоргсинтез» 86 72
ООО «Нефтехимия» 2 252
ЗАО «Сибур-Химпром» 51 104
ОАО «Омский каучук» 62 96
Всего 892 103
В 2006 г. в нашей стране десять предприятий получали пропилен пиролизом углеводородного сырья, а два предприятия осуществляли выделение пропилена из пропан-пропиленовой фракции, полученной каталитическим крекингом вакуумированного газойля. Кроме того, ряд отечественных предприятий, производящих пропилен на этиленовых установках, в связи с растущей потребностью в этом продукте дополнительно осуществляли дистилляцию пропан-пропиленовой фракции.
В 2006 г. российское производство пропилена находилось на уровне 1,1 млн т в год, что составляло 2% от его мирового производства. Объем производства пропилена в России в 2007 г. составил 1334 тыс. т (110,1% по отношению к 2006 г.), а производство пропан-пропиленовой фракции достигло значения в 608 тыс. т, что было на 14,7% выше показателей 2006 г.
В последние годы особое место на мировом рынке пропилена стал занимать Китай. В период с 1999 по 2004 гг. производство пропилена в этой стране росло очень быстрыми темпами (средние темпы рос-
та за 5 лет этого периода составили 16,18% в год). В начале 2004 г. в Китае насчитывалось более 60 производителей пропилена с суммарной мощностью 6,87 млн т продукта в год, а к концу года общий объем мощностей в стране достиг уровня в 8,18 млн т. Производство пропилена в Китае традиционными методами одновременно с этиленом к 2010 г. должно достичь 7,22 млн т. В новом тысячелетии объемы производства пропилена в стране превышают объемы выпуска этилена, поскольку начиная с 2000 г. спрос на пропилен здесь стал превосходить спрос на этилен.
Согласно прогнозам, в целом суммарное производство пропилена в Китае в ближайшее время будет ежегодно увеличиваться на 5,7% и к 2010 г. достигнет значения в 10,80 млн т. При этом спрос на пропилен в стране будет расти более быстрыми темпами (7,6%) и к 2010 г. составит 19,05 млн т, что приведет к нехватке продукта на внутреннем рынке на уровне 8,25 млн т в год, поэтому многие аналитики полагают, что Китаю угрожает дефицит пропилена. Быстрый рост внутреннего спроса на этот продукт вынуждает страну постоянно увеличивать его импорт.
Мировой спрос на пропилен
Мировой спрос на этот важнейший базовый нефтехимический продукт находится под влиянием мно-
гих факторов. В частности, он зависит от динамики развития общеэкономических показателей (например, динамики темпов роста валового национального продукта), цикличности развития производства и потребления продукта, нестабильности мировых цен на нефть и энергоносители, экологических и региональных особенностей и т.д. Но в первую очередь спрос на пропилен находится в прямой зависимости от спроса на те основные практически важные производные, которые получают на его основе.
Согласно прогнозам относительно тенденций развития мирового рынка нефтехимических продуктов в период 2003-2009 гг., мировой спрос на производные пропилена (конверсия пропилена) в эти годы должен возрастать в среднем на 5,0% в год (с 58,8 млн т в 2003 г. до 78,9 млн т в 2009 г.). Среднегодовой рост спроса на пропилен в 2003-2009 гг. должен составить в Азии 6,3%, в Северной Америке - 4,0%, в Западной Европе - 2,8%. Ожидается, что сильным будет оставаться и спрос на пропилен в Китае (по сравнению с 2003 г. он должен увеличиться на 6,0 млн т) [47].
В табл. 5 приводятся сравнительные данные по увеличению спроса на основные производные пропилена в мире в целом и в его различных регионах в 2003 г. и в 2009 г. (прогноз).
Таблица 5
Сравнительные прогнозные данные по увеличению мирового спроса на производные пропилена
Table 5
Global propylene demand by derivatives
Регион Спрос, млн т Темпы ежегодного роста спроса в период 2003-2009 гг., %
2003 г. 2009 г. (прогноз) Увеличение в период 2003-2009 гг.
Мир в целом 58,8 78,9 20,1 5,0
Азия 21,6 31,2 9,6 6,3
в том числе:
Южная Корея 1,8 2,2 0,4 3,5
Тайвань 1,1 1,4 0,3 3,8
Китай 9,3 15,3 6,0 8,6
Страны АСЕАН 3,0 4,1 1,1 5,4
Индия 1,2 2,1 0,9 9,7
Япония 4,8 5,5 0,7 2,5
Западная Европа 14,4 17,0 2,6 2,8
Северная Америка 14,6 18,4 3,8 4,0
Ближний Восток 1,5 2,9 1,3 11,0
Объемы и структура потребления пропилена Мировое потребление пропилена за период с 1980 г. по 1990 г. возросло с 16,4 млн т до 30 млн т, что соответствовало темпам прироста в 6,2% ежегодно. За следующую декаду 1990-2000 гг. потребность в пропилене увеличивалась в среднем на 5,7% в год и в 2000 г. достигла значения в 52 млн т. В 2005 г. объем мирового потребления пропилена составил 68 млн т.
Как отмечалось выше, в обозримом будущем спрос на пропилен будет расти более высокими темпами, чем на этилен. Ожидается, что в период 20052010 гг. спрос на него будет увеличиваться в среднем на 4,8% в год и к 2012 г. составит 87 млн т. Естественно, что при таких темпах спроса потребность в пропилене в ближайшие годы значительно превысит объемы его производства традиционными способами, в связи с чем потребуются дополнительные ис-
113
шял
точники получения пропилена, особенно пропилена высокой степени полимерной чистоты для производства полипропилена.
Динамика объемов мирового потребления пропилена в 2000-2010 гг. представлена на рис. 4 [25].
Рис. 4. Динамика объемов мирового потребления пропилена в 2000-2010 гг. Fig. 4. Global propylene consumption trends in 2000-2010
Широта практического использования пропилена связана с его уникальной химической структурой, поскольку помимо двойной С=С связи он содержит присоединенную к ней метильную группу, что обеспечивает дополнительные возможности для дальнейших химических превращений. Одновременное присутствие в молекуле пропилена реакционно-способной двойной связи и метильной группы позволяет получать большой спектр ценных и востребованных на рынке химических и нефтехимических продуктов.
Доминирующим производным, вырабатываемым на основе пропилена, является полипропилен. В целом на долю полипропилена в настоящий момент приходится около 63% мирового потребления про-
пилена. Благодаря сочетанию хороших механических и химических свойств полипропилен является одним из наиболее распространенных крупнотоннажных полимерных материалов с обширными областями применения. Согласно данным СМА1, в ближайшие годы высокий спрос на пропилен в качестве исходного сырья со стороны продуцентов полипропилена сохранится.
Основными производными на основе пропилена в данный момент являются полипропилен, оксоспир-ты, акрилонитрил, кумол (фенол и ацетон), пропиле-ноксид и пропиленгликоль, изопропиловый спирт, тримеры и тетрамеры пропилена, этилен-пропиле-новый каучук и ряд других.
В период 1996-2000 гг. среднегодовой темп прироста потребления пропилена для производства полипропилена составил в целом по миру 4,2%, акри-лонитрила - 3,5%, кумола - 3,0%, окиси пропилена -2,5%, прочих производных - 3,2%. Темпы роста спроса на пропилен в различных регионах и странах мира в этот период составляли (% в год): США и Канада - 4; страны Западной Европы - 8; латиноамериканские страны - 4,5; восточноевропейские страны - 7; ближневосточные страны - 124; страны Юго-Восточной Азии (без Японии) - 14,4; Япония - 1,5.
Динамика объемов и структуры потребления пропилена в мире в период 1988-2000 гг. отражена в табл. 6.
Если сравнить структуру потребления пропилена в США (табл. 7) и в западноевропейских странах (табл. 8), то в рассматриваемый период 1988-2000 гг. в обоих случаях прослеживается неуклонно возрастающая роль полипропилена. Доля акрилонитрила и окиси пропилена в эти годы сохранялась практически на одном уровне, а доля других потребителей пропилена - изопропилового спирта, фенола и ацетона, оксоспиртов и др. - снижалась.
Объемы и структура мирового потребления пропилена World propylene consumption in 1988-2000
Таблица 6 Table 6
Производные пропилена Потребление пропилена, %, по годам
1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
Полипропилен 44 45 48 50 51 51 53
Пропиленоксид 9 8 8 9 8 8 7
Оксоспирты 11 10 10 9 8 8 8
Кумол 9 8 8 7 8 7 7
Акрилонитрил 15 13 13 11 12 12 12
Прочие 12 16 13 14 13 14 13
Итого 100 100 100 100 100 100 100
Суммарное потребление, млн т 27,0 30,0 31,0 35,0 39,0 43,0 46,0
114
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (78) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
i? M
Таблица 7
Динамика потребления пропилена в США(%)
Table 7
US propylene consumption by derivatives
Производные пропилена Потребление пропилена в США, %, по годам
1980 1985 1990 1993 2000
Полипропилен 25 36 40 38 50
Акрилонитрил 15 16 15 12 12
Пропиленоксид 10 11 12 15
Изопропиловый спирт 10 6 6 5
Кумол 16 12 Z50 7
Оксиспирты Z40 Z15 7 5
Прочие 8 6
Итого 100 100 100 100 100
Таблица 8
Динамика потребления пропилена в Западной Европе
Table 8
West European propylene consumption by derivatives
Производные пропилена Потребление пропилена в Западной Европе, %, по годам
1980 1985 1990 1993 2000
Полипропилен 27 34 39 44 61
Акрилонитрил 17 17 16 12 11
Пропиленоксид 6 6 6 8
Изопропиловый спирт 11 11 10
Кумол 9 9 8 Z44 Z20
Оксиспирты 13 10 Z21
Прочие 17 13
Итого 100 100 100 100 100
На рис. 5 отражена структура потребления пропилена в Западной Европе в 2005 г. [48].
Прочее 13,5%
Рис. 5. Структура потребления пропилена
в Западной Европе в 2005 г. Fig. 5. West European propylene consumption by derivatives in 2005
Российская структура потребления пропилена в целом кардинально отличается от общемировой, где наибольшая доля потребления приходится на полипропилен. Если в начале 2000-х годов доля полипропилена в мировой структуре потребления пропилена в среднем составляла около 50%, то в России она достигала лишь 28%. Динамика отечественного потребления пропилена в период 1990-2001 гг. отражена в табл. 9.
Таблица 9
Динамика потребления пропилена в России
Table 9
Russian propylene consumption by derivatives
Производные пропилена Потребление пропилена в России, %, по годам
1990 1993 1995 1999 2001
Полипропилен 9 10 11 17 28
Фенол 22 14 15 14 7
Акрилонитрил 12 15 13 13 12
Продукты оксосинтеза 28 31 29 30 25
Окись пропилена 5 4 4 4 7
Олигомеры пропилена 7 9 8 8 Z21
Изопропиловый спирт 7 4 5 5
Прочие (альфаме-тилстирол, эпи-хлоргидрин и др.) 10 13 15 9
Итого 100 100 100 100 100
В ближайшее время на отечественном пропиле-новом рынке ожидаются структурные изменения в сторону значительного увеличения доли потребления пропилена продуцентами полипропилена.
Политика ценообразования на рынке пропилена В недалеком прошлом пропилен стоил дешевле любого другого базового нефтехимического сырья, поскольку традиционно производился в качестве побочного продукта двух основных нефтехимических процессов - парового крекинга для получения этилена и жидкофазного каталитического крекинга FCC для производства бензина.
Однако спрос на пропилен рос более быстрыми темпами, чем спрос на этилен, поэтому инвестиции в новые установки парового крекинга для получения этилена не могли обеспечить адекватного роста производства побочно образующегося пропилена. Кроме того, много установок парового крекинга, расположенных на Ближнем Востоке и основанных на этано-вом сырье, позволяют производить лишь небольшие количества пропилена. Более значительные объемы пропилена можно выделять в процессах нефтеперера-
ш
115
ботки, что также проблематично, поскольку инвестиции в новые нефтеперерабатывающие заводы также не поспевают за постоянно растущим спросом на пропилен.
Специалисты аналитической компании ЮБ отмечают, что по исторически сложившейся традиции соотношение стоимости пропилен/этилен в Западной Европе и Северной Америке в течение долгого времени держалось на уровне 0,7-0,8. Однако в наши дни, когда не столь значительные мощности по выпуску пропилена уже не в состоянии справиться с растущим спросом на его основные производные, который опережает рост спроса на производные этилена, это соотношение приблизилось к значению 1,0.
Повышение соотношения стоимости пропилен/ этилен, наряду с возросшими ценами на сырую нефть, потребовало создания целевых пропиленовых производственных мощностей. Как отмечалось выше, ряд таких альтернативных технологий для целевого производства пропилена уже представлен на мировом рынке, другие находятся в стадии разработки.
На рис. 6 приведены данные CMAI о динамике цен на этилен, пропилен и нафту, а также соотношение цен на пропилен и этилен в Западной Европе в период с 1994 г. по 2006 г. [49]. Из рисунка видно, как прослеживается четкая пропорциональная зависимость между этими показателями.
Рис. 6. Динамика цен на этилен, пропилен и нафту в Западной Европе Fig. 6. West European ethylene, propylene and naphtha prices
Цены на любую нефтехимическую продукцию, в том числе и на пропилен, напрямую связаны с динамикой мировых цен на нефть и газ. Как правило, падение цен на нефть ведет к снижению цен на все базовые нефтехимические продукты, однако это происходит не всегда. Практика показывает, что между этими показателями довольно часто может наблюдаться не прямая, а обратно пропорциональная зависимость. Нефтяным и газовым компаниям, в состав которых входят крупные нефтехимические и химические предприятия, обычно удается частично компенсировать потери от падения цен на нефть и газ благодаря активизации деятельности своего нефтехимического сектора.
Цена пропилена, как и любого другого нефтепродукта, определяется многими факторами: соотношением спроса и предложения, объемами резервов товара у потребителей, динамикой ввода новых мощностей и степенью их использования, общими показателями развития экономики, соотношением курсов валют, динамикой цен на нефть и т.п.
В зависимости от условий приобретения пропилена его рыночные цены подразделяют на контрактные (оговоренные условиями долгосрочного контракта) и спотовые (цены разовых сделок с немедленной доставкой покупателю). Закономерностей в соотношении контрактных и спотовых цен не существует: в отдельные месяцы контрактные цены выше спотовых, а в другие, наоборот, ниже. Решающим фактором служит рыночное соотношение спроса и предложения на этот товарный продукт.
Общая закономерность цикличности развития всего нефтехимического комплекса отражается на изменении как контрактных, так и спотовых цен на пропилен. Они могут проходить несколько фаз, связанных с подъемом или спадом, при этом в большинстве случаев динамика цен на пропилен, как отмечалось выше, будет связана с динамикой цен на нефть, однако прямой пропорциональной зависимости между этими показателями может и не быть. Так, в отдельные месяцы при росте (снижении) цен на нефть может наблюдаться снижение (рост) цен на
пропилен из-за того, что в это время вектор изменения цен на нефть не совпадал с вектором соотношения спроса и предложения на этот товар.
Декларируемые мировые цены на пропилен, как и цены на другие базовые нефтепродукты, являются показателями, полученными в результате сбора информации от производителей, потребителей и торговых фирм в различных регионах мира. Как правило, они дают представление об уровне цен по недавно заключенным сделкам на поставку средних и крупных партий товара.
Мировые цены на пропилен в последние годы были неустойчивыми и достаточно высокими, а рынок характеризовался напряженной динамикой, ко-
торая к тому же осложнялась положением на мировом рынке нефти [50].
На рис. 7 представлена динамика региональных контрактных и спотовых цен на пропилен в 20022005 гг., отражающая высокий уровень их роста.
В 2007 г. вплоть до осени 2008 г. наблюдалось дальнейшее увеличение цен на пропилен как на мировом, так и на европейском рынке, что объяснялось рекордно высокой стоимостью нефти и нафты [51]. В ноябре 2008 г. контрактные и спотовые цены на пропилен резко упали вследствие снижения цен на нефть и нафту. С января 2009 г. начался их рост, и в августе 2009 г. спотовая цена на пропилен на азиатском рынке поднялась до значения в 1020-1070 долл. за тонну (табл. 10).
Рис. 7. Контрактные и спотовые цены на пропилен в различных регионах мира в 2002-2005 гг. Fig. 7. Propylene contract and spot prices by region in 2002-2005
Таблица 10
Контрактные и спотовые цены на пропилен полимерного сорта в различных регионах мира в 2007-2009 гг.
Table 10
Contract and spot prices for polymer grade propylene by region in 2007-2009
Месяц Контрактные цены (с доставкой покупателю) Спотовые цены
Зап. Европа, евро/т США, ц./а.-ф. Азия1, долл./т Европа2, евро/т США, ц./а.-ф.
2007 г.
Июль 878 51,25 1020-1080 890-900 50-51
Сентябрь 878 53,75 1050-1100 900-930 48,5-50
Ноябрь 888 54,25 1100-1140 880-900 59,75-60,25
Декабрь 888 62,00 1140-1175 875-885 59,5-60
ILMV
117
2008 г.
Март 927 61,5 1220-1250 860-875 59,0-60,0
Май 927 65 1350-1425 840-860 65,25-66
Август 1015 85 1450-1600 990-1015 73,5-75,0
Ноябрь 953 60 400-420 850-890 46-47
Декабрь 953 30 400-450 400-450 12-14,5
2009 г.
Январь 953 20 500-555 350-400 16,5-18
Февраль 455 22 650-720 370-390 25,25-27,75
Март 497 28 700-750 420-440 26-28
Апрель 497 29 850-870 400-410 23-25
Май 520 29 780-850 450-480 28,5-29,5
Июнь 650 40 890-920 540-570 38,5-39
Август 685 41 1020-1070 650-660 40,5-42
1Каф Сев.-Вост. Азия; 2Сиф. Источник: «Бюллетень иностранной коммерческой информации» за 2007-2009 гг.
Что касается цен на пропилен на российском рынке, то они находятся под влиянием тех же факторов, что действуют на мировом рынке пропилена. До 1994 г. цены на пропилен в России регулировались государством путем установления предельных уровней рентабельности. В 1994 г. положение дел изменилось, в связи с чем на предприятиях, производящих этот базовый нефтепродукт, стали устанавливаться договорные цены.
В отличие от мировой практики, специфика совместного производства этилена и пропилена в нашей стране такова, что в ряде случаев отпускная цена на пропилен на заводах-производителях может даже превышать цену получаемого здесь же этилена.
Прогноз развития рынков пропилена
Аналитики рынков полагают, что темпы мирового спроса на пропилен в период 2005-2010 гг. возрастут примерно до 4,8% и к концу 2010 г. спрос на этот базовый нефтехимический продукт достигнет значения в 87 млн т.
В Западной Европе, по прогнозам, потребление пропилена в 2005-2010 гг. вырастет на 1,73 млн т и в 2009 г. достигнет значения 17,15 млн т. Эти цифры предполагают среднегодовой прирост потребления нефтепродукта в размере 350 тыс. т/год.
В ближайшее время пропиленовые мощности в Западной Европе вырастут на 1 млн т и в 2009 г. достигнут уровня в 18,4 млн т. Это предполагает среднегодовой прирост в 0,2 млн т/год (или 1,1% в год). Согласно ранее сделанным прогнозам, в указанном приросте мощностей в 1 млн т на долю пиролиза придутся 0,55 млн т, нефтепереработки - 0,07 млн т,
дегидрирования - 0,05 млн т и метатезиса - 0,35 млн т. К 2009 г. в семи географических пунктах данного региона будут возведены новые мощности по производству пропилена, а в двух других - по получению окиси пропилена и кумола.
По прогнозам компаний СМА1 и АР1С [52], сделанным еще в 2005 г., мировой спрос на этилен в 2020 г. достигнет значения в 177 млн т, что в сравнении с 100 млн т в 2004 г. будет соответствовать ежегодному росту в 3,6%. Спрос на пропилен за эти годы будет расти чуть быстрее (на 3,7%) и в 2020 г. достигнет уровня в 116 млн т (в 2004 г. он составлял 64 млн т).
В силу уже исторически сложившихся причин рынки этилена и пропилена в ближайшей перспективе будут оставаться в тесной взаимосвязи, поскольку, как и прежде, пропилен в своей основной массе будет традиционно производиться в качестве побочного продукта на этиленовых производствах.
В настоящее время около 61% пропилена в качестве побочного продукта производится в мире на этиленовых установках и приблизительно 34% - на нефтеперегонных производствах. Из общего количества производимого пропилена только 3-5% приходится на его производство по целевым технологиям. Наметившаяся в последнее время тенденция к использованию в качестве сырья для парового крекинга не нафты, а этана неизбежно закончится введением в строй все большего числа установок, работающих на этане. А это, в свою очередь, приведет к тому, что количество пропилена, образующегося при крекинге, станет возрастать значительно медленнее, чем будет расти спрос на этот базовый нефтехимический продукт, а значит, и на его производные.
Рис. 8. Сравнение источников получения пропилена в 2004 г. и в 2020 г. (прогноз) Fig. 8. World propylene supply in 2004 and 2020 (forecast)
По прогнозу CMAI, к 2020 г. около 53% мировых поставок пропилена будет приходиться на паровой крекинг, более 30% - на установки FCC (рис. 8), а мировой спрос на пропилен достигнет уровня в 120 млн т [48]. Для того чтобы обеспечить удовлетворение этого спроса, мировой рынок пропилена уже к концу 2010 г. будет вынужден ориентироваться на целевые способы его производства.
Рассматривая обороты торговли пропиленом и его производными, компания CMAI предполагает их увеличение в связи с введением в строй дополнительных мощностей на Ближнем Востоке, ориентированных на экспорт пропилена и его производных. Большинство произведенной продукции будет экспортироваться в Азию, главным образом в Китай. Северная Америка все еще будет сохранять свои сильные, хотя и снижающиеся позиции на рынке в качестве мирового экспортера пропилена и его производных. Западная Европа в ближайшие пять лет перестанет быть чистым экспортером производных пропилена и превратится в их чистого импортера, поскольку запасы пропиленового сырья в этом регионе становятся все более и более скудными.
Согласно прогнозам многих аналитических компаний, в ближайшие годы возрастет реализация проектов с использованием крекинг-установок, а это означает, что количество производимого на них пропилена будет только уменьшаться и за счет этого спрос на продукт также возрастет. Аналитики CMAI прогнозируют, что в обозримом будущем растущий спрос на пропилен будет покрываться за счет строительства и введения в строй дополнительных пропи-леновых мощностей, главным образом на основе целевого производства пропилена в качестве единственного конечного продукта.
В перспективе цены на пропилен продолжат свои ставшие уже традиционными циклические колебания, которые, в первую очередь, станут отражением динамики развития стоимости нефти и баланса по спросу и предложению на рынке пропилена.
Как и во всем мире, производство пропилена в России неразрывно связано с получением главного товарного продукта на его основе - полипропилена. Однако выпуск полипропилена в нашей стране пока еще находится на относительно невысоком уровне, а
его доля в отечественной структуре потребления пропилена значительно отстает от общемировой (около 30% против 50).
Согласно прогнозам, в ближайшее время на отечественном рынке ожидаются структурные изменения в сторону значительного увеличения доли потребления пропилена для производства этого важнейшего полимера (к 2010 г. она должна возрасти до 45%). По оценкам компании Market Report CIS, в ближайшее время темпы роста отечественного рынка полипропилена будут находиться на уровне 10% в год [53].
В целом российский рынок будет развиваться по аналогии с рынком Центральной Европы [54]. К 2010 г. потребление полипропилена в стране должно превысить 650 тыс. тонн, при этом наиболее динамично развивающимися секторами в структуре его потребления по-прежнему останутся литье под давлением, пленки и экструзия.
Заключение
Рассмотрены методы получения и выделения чистого пропилена и определены основные критерии при выборе путей его промышленного производства. Собрана и проанализирована информация о традиционных, альтернативных и разрабатываемых технологиях получения этого ценнейшего нефтехимического продукта.
Показано, что одним из перспективных альтернативных методов целевого производства пропилена является каталитическое дегидрирование пропана, активно разрабатываемое и внедряемое в промышленную практику рядом нефтехимических компаний и научных подразделений у нас в стране и за рубежом. Отмечено, насколько интенсивно проводятся исследования по разработке мембранно-каталитиче-ских процессов дегидрирования легкого углеводородного сырья.
Изучено состояние мирового и российского рынков пропилена - второго по значимости продукта на рынке нефтехимической продукции после этилена. Определены основные продуценты пропилена, мировые мощности, соотношение спроса и предложения, структура потребления, ценовая политика, прогноз развития рынков. Установлено, что пропилен
3
Ж
•и: -
119
очень востребован на рынке, а темпы роста спроса на него столь велики, что в скором времени традиционные способы его получения паровым и каталитическим крекингом не смогут обеспечить требуемых объемов пропилена, что может привести к нехватке и дефициту этого товара на рынке. Согласно прогнозам многих аналитических компаний, в ближайшие годы восполнение этого дефицита будет осуществляться за счет интенсификации и увеличения доли целевых способов получения пропилена, в частности, процессов каталитического дегидрирования.
На основании результатов проведенных исследований сделана следующая первичная оценка конкурентных преимуществ разрабатываемой в ИПХФ РАН инновационной мембранно-каталитической технологии получения пропилена.
Поскольку, несмотря на интенсивно проводимые исследования, в мировой и отечественной практике до сих пор отсутствуют промышленные мембранно-каталитические процессы дегидрирования, то коммерчески-ориентированная ресурсо- и энергосберегающая мембранная технология ИПХФ РАН для получения пропилена в присутствии наноструктуриро-ванных каталитических систем нового поколения могла бы обеспечить прорыв в промышленной эксплуатации мембранно-каталитических реакторов. В случае успешной коммерциализации такая технология сможет поднять переработку углеводородного сырья на качественно новый уровень. Будет внесен вклад в решение одной из важнейших задач по переориентированию сырьевой базы нефтехимических отраслей промышленности с нефтяного сырья на нефтегазовое и газовое. Существенно снизятся расходные коэффициенты и энергетические затраты; решатся многие вопросы экологической безопасности нефтехимических производств.
Список литературы
1. CMAI World Petrochemical Conference // Houston, Texas. March, 2007.
2. Брагинский О.Б. Мировая нефтехимическая промышленность. М.: Наука, 2003.
3. Крылов О.В. Гетерогенный катализ. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004.
4. Пахомов Н. А. Промышленный катализ в лекциях. М.: Калвис. 2006. № 6. С. 53-98.
5. Пахомов Н.А., Кашкин В.Н., Молчанов В.В., Носков А.С. Дегидрирование парафинов С2-С4 на Cr2O3/Al2O3 катализаторах // Газохимия. 2008. № 4 (3). С. 66-69.
6. Патент 2318593 РФ МПК B01J 23/26; B01J 21/04; B01J 37/03; C07C 5/333. Способ получения катализатора для дегидрирования углеводородов и катализатор, полученный этим способом / Куркин Е.Н., Домашнев И.А., Диденко Л.П., Савченко В.И., Троицкий В.Н. // Бюллетень Изобретений. 2008. № 7.
7. Патент 2318597 РФ МПК B01J 37/34; B01J 23/26; B01J 21/04; C07C 5/333. Плазмохимический способ получения катализатора для дегидрирования
углеводородов / Куркин Е.Н., Домашнев И.А., Диденко Л.П., Савченко В.И., Троицкий В.Н. // Бюллетень Изобретений. 2008. № 7.
8. Патент 2342988 РФ МПК B01J 8/06; B01D 71/02. Трубчато-мембранно-щелевой реактор / Ал-дошин С.М., Троицкий В.Н., Савченко В.И., Трусов Л.И., Яруллин Р.С., Бурлаков А.И., Матковский П.Е. // Бюллетень Изобретений. 2009. № 1.
9. Патент 2347613 РФ МПК B01J 37/34; B01J 21/04; B01J 23/26; B82B 3/00. Плазмохимический способ получения алюмохромового катализатора для дегидрирования углеводородов / Балихин И.Л., Бере-стенко В.И., Диденко Л.П., Домашнев И.А., Колесникова А.М., Куркин Е.Н., Савченко В.И., Торбов В.И., Троицкий В.Н., Шульга Ю.М. // Бюлл. изобретений. 2009. № 6.
10. Торбов В.И., Куркин Е.Н., Берестенко В.И., Балихин И.Л., Домашнев И.А., Троицкий В.Н., Савченко В.И., Диденко Л.П. Плазмохимический синтез и свойства композиционных порошков Al2O3-Cr2O3 // Тезисы Межд. конференции по химической технологии, посвященной 100-летию со дня рождения академика Н.М. Жаворонкова. М., 2007. Т. 2. С. 84-85.
11. Савченко В.И., Диденко Л.П., Куркин Е.Н., Домашнев И.А., Алдошин С.М., Трусов Л.И. Мем-бранно-каталитический процесс дегидрирования легких углеводородов // Тезисы докладов XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. М.: Граница, 2007. Т. 3. С. 271.
12. Шульга Ю.М., Скрылева Е.А., Куликов А.В., Мурадян В.Э., Домашнев И.А., Диденко Л.П., Мар-тыненко В.М., Опенько В.В., Колесникова А.М., Пархоменко Ю.Н., Савченко В.И. Сравнительное исследование строения и свойств Cr2O3/Al2O3 катализаторов, полученных методами осаждения и пропитки // Альтернативная энергетика и экология -ISJAEE. 2007. № 5. С. 117-123.
13. Куркин Е.Н., Шульга Ю.М., Домашнев А.И., Торбов В.И., Куликов А.В., Скрылева Е.А., Колесникова А.М., Пархоменко Ю.Н., Савченко В.И. Плаз-мохимический синтез и свойства наноразмерных частиц из системы Cr2O3-Al2O3 // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2007. № 8. С. 25-30.
14. Voronetsky M.S., Didenko L.P., Savchenko V.I. Effect of hydrogen and water additives on an equilibrium yield of coke in dehydrogenation of propane // 18-th International Congress of Chemical and Process Engineering. Prague. Chech. Republic. 2008. Summaries 1. Р. 236-237.
15. Диденко Л.П., Савченко В.И., Куркин Е.Н., Домашнев И. А., Воронецкий М. С. Каталитические наноматериалы для мембранного процесса дегидрирования легких алканов // Первый международный форум по нанотехнологиям «Rusnanotech». М., 2008.
16. Колесникова А.М., Куркин Е.Н., Шульга Ю.М., Диденко Л.П., Куликов А.В., Домашнев И.А., Савченко В.И. Модифицирование поверхности полученных плазмохимически наноразмерных частиц из системы Cr2O3-Al2O3 с целью увеличения их каталитической активности в реакции дегидрирования //
Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2008. № 11. С. 91-94.
17. Воронецкий М.С., Диденко Л.П., Савченко В.И. Равновесные условия минимального коксообра-зования при дегидрировании пропана // Химическая физика. 2009. № 4. С. 48-54.
18. Диденко Л.П., Колесникова А.М., Савченко В.И., Домашнев И.А., Шульга Ю.М., Куликов А.В., Воронецкий М.С., Семенцова Л. А., Кнерельман Е.И., Давыдова Г.И. // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2009. № 2. С. 94-105.
19. Макарян И.А., Рудакова М.И., Савченко В.И. На мировом и российском рынках пропилена // Информационный обзор ISBN 978-5-901675-79-3. Черноголовка, 2008.
20. Макарян И.А., Савченко В.И. Каталитическое дегидрирование как путь переработки легкого углеводородного сырья // Нефтепереработка и нефтехимия. 2009. № 7. С. 20-25.
21. Макарян И. А., Диденко Л.П., Савченко В.И. Мембранно-каталитические системы и реакторы для дегидрирования легких углеводородов // Нефтепереработка и нефтехимия. 2009. № 9. С. 10-15.
22. Андреас Ф., Гребе К. Химия и технология пропилена. Л.: Химия, 1973.
23. Houdek J.M., Andersen J. "On-purpose" propylene-technology developments //8th Annual Meeting. Kuala Lumpur. April, 2005.
24. Propylene Refineries // Nexant Chem Systems Report. March, 2005. http://www.chemsystems.com
25. Technology developments in propylene and propylene derivatives. Propylene prospectus // Nexant Chem Systems. New York, 2003.
26. Gryaznov V.M., Ermilova V.V., Orekhova N.V., Tereschenko G.F. Reactors with metal and metal-containing membranes. Structured catalysts and reactors. London, NY.: Taylor & Francis, 2005.
27. Coronas J., Santamaria J. State-of-the art in zeolite membrane reactors // Topics in Catalysis. 2004. Vol. 29, No. 1-2. P. 29-43.
28. Терещенко Г.Ф., Орехова Н.В., Ермилова М. М. Металлосодержащие мембранные реакторы // Мембраны. Сер. Критические технологии. 2007. № 1 (33). С. 4-20.
29. Caro J., Noack M., Kolsch P., Schafer R. Zeolite membranes - state of their development and perspective // Microporous and Mesoporous Materials. 2000. No. 38. P. 3-24.
30. Dittmeyer R., Svajda K., Reif M. A review of catalytic membrane layers for gas/liquid reactions // Topics in Catalysis. 2004. Vol. 29, No. 1-2. P. 3-27.
31. Грязнов В.М. Системы мембрана - катализатор // Мембраны. Серия. Критические технологии. 1999. № 3. С. 3-9.
32. Miachon S., Dalmon J.-A. Catalysis in membrane reactors: what about the catalyst? // Topics in Catalysis. 2004. Vol. 29, No. 1-2. P. 59-65.
33. Алексеева О.К., Алексеев С.Ю., Амирханов Д.М. и др. Высокотемпературные каталитические реак-
торы для процессов с участием водорода // Мембраны. Сер. Критические технологии. 2003. № 1 (19). С. 20-31.
34. Terry P.A. Catalytic dehydrogenation of cyclo-hexane using coated silica oxide ceramic membranes // Journal of Porous Materials. 1999. No. 6. P. 267-274.
35. Bobrov V.S., Digurov N.G., Shudin V.V. Propane dehydrogenation using catalytic membrane // Journal of Membrane Science. 2005. No. 253. P. 233-242.
36. McLeary E.E., Jansen J.C. Basic views on the preparation of porous ceramic membrane layers // Topics in Catalysis. 2004. Vol. 29, No. 1-2. P. 85-92.
37. Casanova D., Ciavarella P., Fiaty K., Dalmon J.-A. Zeolite membrane reactor for isobutene dehydrogenation: Experimental results and theoretical modeling // Chemical Engineering Science. 1999. No. 54. P. 2807-2815.
38. PALL Corporation // http://www.pall.com
39. Дубяга В.П., Бесфамильный И.Б. Нанотехно-логии и мембраны // Мембраны. Серия. Критические технологии. 2005. № 3 (27). С. 11-16.
40. Deng J., Cao Z., Shou B. Catalytic dehydrogenation of ethanol in a metal-modified alumina membrane reactor // Applied Catalyst A: General. 1999. No. 132. P. 9-20.
41. Тепляков В.В., Цодиков М.В., Магсумов М.И., Каптейн Ф. Асимметричные эффекты в каталитических мембранах // Кинетика и катализ. 2007. Том 48, № 1. С. 139-142.
42. Иванова И.И., Хаджиев С.Н. Цеолиты как на-ноструктурированные гетерогенные катализаторы для нефтехимического синтеза // Первый Межд. форум по нанотехнологиям "Rusnanotech". М., 2008.
43. Abdullah M. Aitani. Propylene production. Encyclopedia of Chemical Processes // Taylor & Francis. ISBN 978-0-8247-5563-8. 2005.
44. Мировой рынок пропилена // Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков. М., 2006.
45. На западно-европейском рынке пропилена // Бюллетень иностранной коммерческой информации. 1999. № 123. С. 12.
46. Рынок пропилена в России // Отчет Академии Конъюнктуры Промышленных рынков. М., 2006.
47. Forecast of Global Supply and Demand Trends for Petrochemical Products // Manufacturing Industries Bureau. 2005.
48. Europe/Middle Report Olefins & Derivatives // CMAI. 2005. Issue № 224.
49. Europe/Middle Report Olefins & Derivatives // CMAI. 2007.
50. Propylene and Derivatives Petrochemistry: Facts & Figures // APPE. 2008.
51. US Olefins 2007 Overview: Movement of Contract Prices // Platts Petrochemical Report. 2007. https://www.platts.com
52. Techno-commercial information on plastics industry // News on Plastics Industry. 2005. http://www.plastemart.com
53. На российском рынке полипропилена // Market Report CIS. 2007. http://www.mrcplast.ru
54. Материалы V Московской межд. конференции «Полипропилен 2008». Компания CREON. М., 2008.
25
№
121
