戊烷生产与市场分析

戊烷的生产与市场分析丁泉张礼安（中国石油规划总院炼油化工研究所，北京，10083）王健（中国石油天然气股份有限公司规划计划部，北京，10083）摘要：戊烷原料主要来源于炼油厂。戊烷产品用途广泛，可用作发泡剂、溶剂、化工原料等。目前国内高纯度异戊烷、正戊烷、环戊烷及混合戊烷发泡剂生产厂有36家，生产能力150kt/a左右。我国戊烷的年消费量近66kt，其中，EPS(发泡聚苯乙烯)戊烷发泡剂的消费量约占总消费量的45%；聚氨酯的发泡剂消费戊烷约占总消费量的50%；线性低密度聚乙烯戊烷载溶剂消费量约占总消费量的5%。国内戊烷供大于求，但高档产品供应不足。所以，“十五”期间新建装置一定要采用国内较为先进的工艺技术，采用较廉价的原料气，确保产品质量，最大限度的降低生产成本，同时加强的市场开发，提高产品的市场竞争力。关键词：戊烷生产消费市场分析“十五”期间炼油行业面临的环保压力越来越大，根据汽油标准GB17930-1999规定，汽油中烯烃的体积分数不大于35%。由于我国成品汽油中催化裂化汽油比例高达85％以上，所以许多炼厂催化裂化装置在采用降烯烃催化剂的同时，也采用催化汽油C5醚化、轻汽油醚化技术降低汽油的烯烃含量。其中C5醚化后剩余戊烷可生产戊烷等产品，这样通过对副产品的回收利用，可缓解为适应环保要求进行技术改造所增加的成本压力，从而进一步提高炼厂经济效益。戊烷产品用途广泛，可作为可发性聚苯乙烯及聚氨酯泡沫体系的发泡剂，用于无氟冰箱、冰柜、冷库及管线的保温等领域；可作线性低密度聚乙烯催化剂的载溶剂，脱沥青的工业溶剂、分子筛脱蜡的萃取剂等；也可作为化工原料，如异戊烷脱氢制异戊烯、异戊二烯，戊烷混合物经氯化、精馏、催化水解，可生产粗戊醇，经多级分离蒸馏后得到l—戊醇，同时正戊烷氧化生产苯酐和顺酐的研究也取得一定进展。1国内生产现状1.1生产能力目前国内高纯度异戊烷、正戊烷、环戊烷及混合戊烷发泡剂生产厂有36家，生产能力150kt/a左右。其中原料供应稳定、工艺先进、产品质量好、生产规模较大的生产厂家有5家，总生产能力为106kt/a，占全国生产能力的71％，这5家企业主要集中在经济相对发达的东南沿海地区。国内戊烷主要生产企业、产品种类及生产能力见表1。表1国内戊烷主要生产企业的生产情况kt/a序号生产厂家主要产品生产能力1山东胜海化工股份有限公司正戊烷、异戊烷、环戊烷502中原石油勘探局天然气产销总厂戊烷发泡剂、环戊烷正戊烷123胜利油田河口通海集团公司溶剂油厂戊烷发泡剂124东方亚科力化工科技有限公司环戊烷、正戊烷、异戊烷225顺德市美龙环戊烷化工有限公司环戊烷10合计106随着国内戊烷装置开工率的逐步提高，产量大幅度增加，已有部分企业批量出口，2001年出口数量达3kt，但国内高质量的戊烷发泡剂仍然有缺口，同期国内进口高质量戊烷发泡剂近14kt。戊烷产品生产厂家也比较多，生产规模、工艺水平、产品质量等均存在很大差异，目前没有相关产品的国家统一标准，但各企业有各自的企业标准。就国内外戊烷发泡剂质量指标来说，国外指标的硫含量低，对正戊烷和异戊烷的比例有明确要求，具体数据见表2。表2戊烷发泡剂系列产品质量指标项目国内某厂指标国外某公司指标密度（20℃）/kg·m－3615～630620～640硫含量，10-6≤50≤30戊烷总含量（mol），%≥98-ω（正戊烷），%-80～82ω（异戊烷），%-20～18C6以上重组分（mol），%≤1≤21.2生产现状目前，国内戊烷生产技术主要来自于天津大学和北京化工研究院。主要生产原料为油田轻烃、原油预处理装置的拔头油、加氢装置的轻石脑油、重整加氢后的混合烃、炼厂气分装置的C5及乙烯装置裂解副产的C5馏分，也可采用C5醚化后的混合C5分离精制处理得到，也可采用环戊二烯加氢制得。从直馏汽油、天然气凝析油、加氢裂化尾油、重整汽油中经分馏获得的C5馏分，以戊烷分离塔和异戊烷塔高效精馏分离而得到正戊烷和异戊烷产品居主导地位。主要的工艺流程如下（以天然气凝析油为例）：预先在预热器中加热至55℃后进入脱丁烷塔，脱丁烷塔的操作压力为0.34MPa，由塔顶取出丙烷和丁烷馏分（塔顶温度为48℃），一部分塔顶冷凝液作为回流液,多余的凝液经换热器加热到76℃后进入脱丙烷塔。脱丙烷塔的操作压力为2MPa。从脱丙烷塔顶取出丙烷（塔顶温度为50℃），而从塔釜取出丁烷。从脱丁烷塔塔釜出来的汽油进入脱戊烷塔。脱戊烷塔的塔板数为30块,操作压力为2.2MPa，回流比为1.5，塔顶馏分经冷凝后进入异戊烷分离塔。异戊烷分离塔的塔板数60～80块，塔顶温度为58℃，回流比10.0，分离塔的操作压力为0.2MPa。从塔顶出来的馏分纯度为95%的异戊烷,塔釜出来的馏分为含90%的正戊烷。从催化裂化液化气气分装置及乙烯装置分离得到的混和C5，可分离出戊烷等产品。主要的工艺采用在新型齐格勒型催化剂条件下加氢，反应温度为60～80℃，压力为0.8～1.0MPa,加氢后C5采用精馏法可分离出异戊烷、正戊烷和环戊烷,示意流程图见图1。H2循环异戊烷正戊烷环戊烷均相cat图1C5加氢分离生产异戊烷、正戊烷和环戊烷示意流程目前戊烷产品还没有国家统一标准，但生产企业有各自的企业标准，且与国外同类产品的标准相当。2市场分析戊烷消费量的增长与氟利昂禁用有直接关系，根据1992年各国通过的《蒙特利尔议定书》，要求各国在2000年停止使用臭氧层消耗物质氟利昂，戊烷作为最终替代产品，未来几年其发展潜力巨大。目前，我国戊烷的年消费量近66kt，其中，EPS(发泡聚苯乙烯)戊烷发泡剂的消费量约30kt/a，约占总消费量的45%；聚氨酯的发泡剂消费戊烷33kt/a，约占总消费量的50%；线性低密度聚乙烯戊烷载溶剂消费量3kt/a，约占总消费量的5%。下面就戊烷的几个应用领域及潜在应用领域进行分析。2.1发泡聚苯乙烯（EPS）的发泡剂发泡聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)有质轻、吸音、吸震、易成型、成本低等优点，是当今世界上应用最广泛的塑料之一。EPS主要用于家电、办公机械缓冲包装材料、容器以及一次性餐具等。正戊烷和异戊烷按一定比例混合后可作为EPS的发泡剂。我国EPS的发展滞后于GPPS(通用聚苯乙烯)和HIPS（高抗冲聚苯乙烯），至1990年前后才进入起步阶段，大多数是千吨级的企业，采用的是两步法工艺生产。到1995年，随着家电和包装业的快速发展，EPS的市场容量占PS（聚苯乙烯）消费量的25%，众多大企业纷纷投产，引进国外一步法技术和设备，生产规模在万吨级以上，使发泡性聚苯乙烯进入了一个新的发展阶段，2001年底EPS生产能力已达到419kt/a。根据EPS产品的工艺要求，戊烷发泡剂对戊烷的结构组成要求也不尽相同，典型构成为正戊烷：异戊烷=8:2；而EPS产品中戊烷发泡剂的加入比例也有差异，典型加入比例一般为8%左右，按EPS生产装置80%负荷及满负荷生产，戊烷发泡剂的年消费量近30kt/a。2.2聚氨酯的发泡剂环戊烷作为软、硬质泡沫的新型发泡剂，用于替代对大气臭氧层有破坏作用的氯氟烃，现已广泛应用于无氟冰箱、冰柜行业以及冷库、管线保温等领域。聚醚与异氰酸酯配合使用，可以制备聚氨酯软质（半硬）泡沫塑料、硬质泡沫塑料和非泡沫塑料等众多制品。软质聚氨酯主要应用于运输工业的坐垫和家具等，其发展方向是高舒适度、低密度、高回弹，需要开发新的聚醚产品牌号来适应这种新的发展需要。硬质聚氨酯主要用作生产保冷隔热材料的原料，广泛应用于冰箱、夹心板材、保温等领域。我国聚氨酯2000年的消费量为920kt（包括胶粘剂和涂料），已成为亚洲地区最大的聚氨酯消费市场。在1990-2000年的10年内，我国的聚氨酯消费年均增长率高达22.9%。2000年国内聚氨酯消费构成见图2，用于生产聚氨酯软、硬质泡沫塑料消费量合计为440kt/a，占总消费量的48％。根据产品的工艺要求，环戊烷作为软、硬质泡沫的新型发泡剂加入量不尽相同，每吨聚氨酯泡沫塑料环戊烷的加入比例一般为7.5%左右，环戊烷用作聚氨酯发泡剂的消费量约33kt/a。加氢反应器副加氢反应器气液分离器精馏塔Ⅰ精馏塔Ⅱ精馏塔ⅢC5馏分H2皮革整理剂4%软泡沫塑料28%硬泡沫塑料20%弹性体9%合成皮革塑料10%涂料14%粘合剂14%纤维1%图22001年国内聚氨酯消费构成2.3线性低密度聚乙烯（LLDPE）的载溶剂正戊烷主要作为线性低密度聚乙烯（LLDPE）载溶剂。我国LLDPE的生产始于20世纪60年代，至2000年底，随着我国轻工、塑料工业的高速发展，LLDPE的消费量迅速增加，很多企业通过引进国外技术和设备，建设了10多套规模较大、技术先进的生产装置，生产能力达到1.05Mt/a。根据产品的工艺要求，每吨LLDPE正戊烷的加入比例一般为0.3%，因此，在LLDPE领域正戊烷的年消费量约3kt。2.4潜在的开发领域2.4.1戊烷燃料戊烷具有热值高、安全、环保、使用方便、价格适中等优点，可作为常规燃料的理想替代品，解决无天然气等燃气资源的中小城镇生活用气问题；同时，作为绿色燃料，戊烷是城市燃料多样化的有益补充。各种燃气经济技术性能对比见表3，与相同体积天然气热值比较，戊烷燃气是天然气的4倍，属于高品质燃料。天然气、煤气能以密集的输气管网覆盖大中型城市的众多用户，但对于距气源较远的很多零星分布的中小城镇来说，则必将付出高昂的管道埋设投资，相应的气价提升则令用户难以承受，因此人们更多地选择使用液化气。虽然以罐装形式使用的液化气运输方便，但燃气压力波动较大，经常地更换气罐也颇为麻烦。使用戊烷燃料，则可以克服二者的缺点。表3各种燃气经济技术性能对比序号性能指标戊烷燃料气液化气天然气煤气1主要成份戊烷丙烷、丁烷甲烷氢，甲烷，一氧化碳2热值/MJ·m－31389034453火焰温度/℃1100100010008504配风比20（混合气）251045使用方式管输、罐装罐装管输管输6供气压力/Mpa0.06～0.0650.037～0.040.045～0.080.009～0.0157每户耗气量/m325～40630～4080～1008燃气单价/元·m－31.255～70元/罐（15kg）1.50.649每月燃气费/元30～4855～7045～6545～64由于戊烷燃料成功地解决了汽化、管输、压力调配等技术问题，戊烷燃料可以罐装形式供用户使用，也可通过建立戊烷燃气供应站，它具有建站灵活，投资、占地少，可集群管网供气，储运安全便捷，价格适宜等优势，具备了向市场推广的条件。在天然气、液化气无法满足经济生活增长需求的情况下，戊烷燃料将是一些地区未来较长一段时间内的理想燃料。可以预见，其市场开发潜力较大。2.4.2烟丝膨化剂以异戊烷为溶剂作为烟草膨胀的溶剂。烟丝膨化的主要作用在于降低烟叶消耗，降低卷烟的焦油量和烟碱量，改善烟叶的品质，每箱香烟(约需烟丝50kg)采用膨化技术后可节约烟丝2.5～3.0kg，并可有效提高烟丝的质量。英国帝国烟草公司开发出以异戊烷为溶剂的IMPEX烟草膨胀工艺技术和设备，用于替代目前使用的CFC(氟利昂)烟草膨胀系统。自1995年开始，IMPEX系统已正式用于膨胀雪茄用烟丝。该系统与CO2膨胀系统的对比膨胀率高，烟草的填充能力增加。我国179家卷烟厂中有57家使用CFC-11膨胀工艺，1998年CFC-11消费量为1003t。目前，我国部分大型烟草企业采用液态CO2进行膨化，代替CFC-11膨化。根据国外烟草行业的替代情况，采用异戊烷作为膨化剂在烟草膨胀技术上有一定的市场前景。2.5消费量预测随着蒙特利尔等公约规定的禁用ODS(OzoneDepletingSubstances)期限的临近，CFC和HCFC(氟氯烃)类产品将被禁用，环戊烷作为最终替代产品其消费量将大幅度增加。其中：国内PS需求量还会以一定速度增长，2005年需求量将达到3.50kt，预计此时国内生产能力将达到3.40kt/a。同时PS的消费结构也会发生一些变化，泡沫制品的比例会大幅度下降，由于白色污染问题，EPS在食品行业，如快餐饭盒的比例会大幅度下降。但由于其性能的优异性，