蒋翠萍 李成益

(金浦投资控股集团有限公司，江苏 南京 210009)

苯乙烯又名乙烯基苯，英文名为styvene monomer，是用苯取代乙烯的一个氢原子形成的有机化合物。乙烯基的电子与苯环共轭，不溶于水，溶于乙醇和乙醚中，是一种重要的有机化工原料。苯乙烯主要用于生产聚苯乙烯树脂(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN)、丁苯橡胶(SBR)、不饱和聚酯树脂(UPR)和离子交换树脂(IER)等，此外还用于制药和染料等行业，或制取农药乳化剂及选矿剂等，在众多应用中消费量最大的是PS。我国是全球最大的苯乙烯生产国和消费国，涉及该产业链的企业多达千余家，市场规模1 000多亿元。2019年9月26日，苯乙烯期货在大连商品交易所挂牌上市交易，这对我国的苯乙烯生产和消费产生了一定的影响。现对苯乙烯供需情况、生产工艺及各工艺的产能进行分析比较，为企业今后制定方案提供借鉴和参考。

1 苯乙烯供需分析

1.1 供应分析

表1为近5年我国苯乙烯的产能、产量、进出口数量及表观消费情况。由表1可见：近几年我国苯乙烯产能有所增加，消费增量也较为平缓，2019年国内苯乙烯进口依存度为30%，国内苯乙烯存在一定的缺口。

近几年我国企业投资苯乙烯的热情较高，目前在建的项目超过10个，这些项目均采用纯乙烯为原料，预计2021年一季度可实现的新增产能为5 590 kt/a(见表2)，届时，国内苯乙烯产能将出现过剩。

表1 近5年我国苯乙烯产能及消费情况

表2 近期计划投产的苯乙烯项目

1.2 下游需求分析

从下游需求端来看，发泡聚苯乙烯(EPS)、PS及ABS三大行业仍将是苯乙烯消费主力，但需求占比结构将会逐渐调整，PS供应仍存在一定的缺口。2019年PS的进出口量分别为807.7 kt和7.8 kt，EPS的进出口量分别为64.2 kt和262.0 kt，ABS进出口数量分别为1 614 kt和45.7 kt，未来仍有较大的增长空间(见表3)。据统计，近期ABS新增产能约1 000 kt/a，PS新增产能约500 kt/a，下游产能约增长1 500 kt/a，2020年产能增量相对较少，预计需求提升将弱于苯乙烯产能增长速度，总体上苯乙烯将处于供过于求的状况。

表3 2019年苯乙烯下游产品生产与消费情况 kt

2 国内苯乙烯的主要工艺路线

从生产工艺来看，目前全球苯乙烯的工业生产主要有3种工艺，分别为乙苯/丙乙烯共氧化法(PO/SM)、乙苯脱氢法和乙烯裂解汽油C8抽提法。中间原料乙苯的生产工艺又可以分为两类：纯乙烯与苯、富乙烯气(如催化干气等)与苯反应生产乙苯(见图1所示)。

图1 苯乙烯生产主要工艺路线

我国的苯乙烯工业起始于20世纪60年代，在80年代主要以引进国外苯乙烯装置来发展自身，90年代华东理工大学开发了乙苯负压脱氢反应器采用轴径向反应器技术和气-气快速混合两大关键技术。近年国内苯乙烯技术取得了较大的突破，开发成功了新型大型化反应器以及高温管线的工程处理，形成了独特的技术特色，主要技术指标处于国内领先水平，形成了自主知识产权。2019年在运行的苯乙烯装置分布在47家企业57套装置(部分企业的裂解汽油抽提苯乙烯装置单独设立公司)，总产能9 852 kt/a，各工艺的产能情况见表4。

表4 不同苯乙烯生产工艺产能统计

由表4可见：乙烯制乙苯目前为主流工艺路线，单套装置产能大，最大能力达到720 kt/a；干气制乙苯的规模则受制于干气来源的限制，目前绝大多数以催化裂化装置的干气为原料，也有个别装置采用甲醇制烯烃技术(MTO)或轻烃裂解的富乙烯气作为原料，干气制乙苯单套最大规模为280 kt/a。在苯乙烯的生产工艺中，乙苯脱氢技术是最为成熟的工艺路线，产量占比达到83.3%；PO/SM技术之前一直掌握在国外化工巨头手中，由于其技术来源有限，因此产能仅占13.4%，近几年随着国内工艺的技术进步，预计产能将有所提升。采用C8抽提法从乙烯裂解汽油中提取苯乙烯是近10年来发展起来的新技术，该技术受制于两个因素：一是裂解汽油的数量有限，据统计，2019年国内乙烯总产量为20 949.7 kt，粗裂解汽油以57.3%计，粗裂解汽油中的苯乙烯质量分数为4.723%，即使将所有的裂解汽油中的苯乙烯全部回收，其总量也仅为567 kt，况且上述乙烯产量还包括了轻烃裂解装置和MTO的乙烯产量，实际的裂解汽油数量要低于上述预计数，以一套1 000 kt/a乙烯装置计算，可回收的苯乙烯为27 kt；二是为回收粗裂解汽油中的苯乙烯，需要在加氢前将粗汽油中的C7和C9组分分离出去，仅留C8组分进行抽提分离。C8抽提苯乙烯属于非常规路线的产品，原料未进行精制，产品品质稍差，在色度和总醛等质量指标方面还有待稳定和提高，因此大连商品交易所在交割品的质量方面，以苯乙烯现行国标优等品要求为基础，添加了硫质量分数的指标，从而限制了C8抽提苯乙烯的交割。在生产运行操作方面，与常规的先加氢后分离流程相比，汽油中所含的双烯烃质量分数高，容易自聚从而堵塞设备，使装置的稳定运行受到影响。裂解汽油C8抽提苯乙烯的产能仅占总产能的3.3%。

3 各种工艺的技术经济分析

由于苯乙烯未来将处于供过于求的状态，同一产品的竞争主要集中在价格上，也就是成本优势。不同工艺、不同技术来源和不同规模对成本产生影响。有文献研究过稀乙烯法与纯乙烯法合成乙苯的技术经济[1]，影响产品成本的主要因素有：原辅材料消耗、能源动力消耗、副产品及废弃物处理、投资等。对于其他工艺生产苯乙烯的技术经济研究尚未见报道。

3.1 主要原料消耗比较

在原料相同的条件下，乙苯脱氢法制苯乙烯的成本与原料成本密切相关。目前苯乙烯合成以乙烯法最多，催化干气次之。乙苯合成，国内普遍采用的是液相反烃化技术，目的是将乙苯产品中二甲苯的质量分数降至1 mg/g以下，满足各种苯乙烯装置的要求。

不同原料和不同规模的乙苯装置的单耗见表5。催化干气制乙苯的乙烯单耗与原料中的乙烯含量及其他组分含量有关，苯乙烯单元回收的苯返回乙苯装置做原料，苯单耗为补充的新鲜工业纯苯。

表5 乙苯装置原料消耗

3.2 能耗对比

不同规模、不同工艺的乙苯和苯乙烯的能耗见表6。表6中：A—乙烯法，650 kt/a乙苯，国内技术；B—乙烯法，319.5 kt/a乙苯，国内技术(2016年);C—干气法，63.6 kt/a乙苯，国内技术；D—100 kt/a乙苯脱氢，国外技术；E—60 kt/a乙苯脱氢，国内技术；F—300 kt/a乙苯脱氢，国内技术(2016年)；G—干气制苯乙烯，60 kt/a，国内技术(2012年)；H—300 kt/a乙苯/苯乙烯(2016年);I—500 kt/a乙苯/苯乙烯；J—乙烯裂解汽油C8抽提，35 kt/a，国内技术。

表6 乙苯和苯乙烯的能耗对比

由表6可见：乙烯法乙苯的能耗低于催化干气制乙苯的能耗；同样的，乙烯法乙苯装置的能耗随装置规模扩大而降低。催化干气制乙苯的规模受制于催化干气的数量及乙烯含量，目前国内催化裂化装置单套最大规模为4 800 kt/a，乙苯装置的最大规模约为120 kt/a，国内目前的干气制苯乙烯的规模一般为60～80 kt/a。这样可扩大原料来源，大幅度提高干气制乙苯的装置规模，已有企业开始尝试将混合烃裂解所产干气及MTO的干气作为乙苯原料。从能量利用方面看，传统的乙烯生产过程中，需经过深冷分离得到乙烯产品；而在乙苯合成时又需要将原料再次加热，因此以轻烃和甲醇(乙醇)为原料生产烯烃产品的装置可以与乙苯/苯乙烯装置进行工艺耦合，降低装置能耗。

在乙苯脱氢制苯乙烯的3个方案(D、E、F)中，100 kt/a级乙苯脱氢的同类装置国产化技术已经与引进技术报价相当，300 kt/a级乙苯脱氢国产技术已经超过国外水平。装置能耗降低有利于苯乙烯生产成本的降低。

由表6中的H和I还可见:国内苯乙烯生产技术在不断进步，单套装置规模大幅度提高后，能耗随之下降，生产成本也大幅度下降；乙烯裂解汽油C8抽提的能耗为23 704 MJ/t苯乙烯，产品能耗高于其他工艺。

3.3 成本对比

化工产品的生产成本包括：主要原料、辅助材料(催化剂及化学品)、燃料动力、人工工资、制造费(折旧、摊销及其他制造费)、管理费、财务费用、营业费。

为评价各工艺的生产成本，对各装置的规模进行如下设定：乙烯法苯乙烯的规模为300 kt/a和500 kt/a，干气制苯乙烯为60 kt/a，PO/SM为650 kt/a，乙烯裂解汽油C8抽提则为35 kt/a。

原料及产品价格参照近3年的平均价，其他参数按照中国石油化工集团公司经济技术研究院的《参数与数据》(2019版)，公用工程价格参照南京地区。各工艺的苯乙烯成本比较见表7。

表7 各种工艺成本比较 元/t

由表7可见：在所列5个方案中，乙烯裂解汽油抽提的成本为最低，乙烯法的成本高于其他三种工艺。比较表6和表7可见：2007年以前建设的100 kt/a级乙烯法苯乙烯装置的每1 t产品能耗费用比300 kt/a规模的装置高400多元，在不考虑老装置的折旧费和摊销费等费用，成本仍然无法与其他工艺竞争，因此，部分以前建设的苯乙烯装置将逐步退出。

PO/SM生产苯乙烯需要的原料种类较多(乙烯、丙烯和苯)，产品除了苯乙烯，还有环氧丙烷，避免了单一产品的市场风险。该装置一般与乙烯装置配套，投资强度高，一套装置(含乙苯合成)的投资为40多亿元，财务内部收益率略低于其他几种工艺。

催化干气制苯乙烯需将未利用的气体返回原装置的下游，如果以MTO、乙醇或液态烃裂解生产的乙烯为原料，则该方案需要仔细测算。

乙烯裂解汽油C8抽提工艺也需要将未利用的产品返回原装置的下道工序，增加该工艺，将有利于改善下游装置操作、降低氢耗，因此增设该工艺后有附加效益。但因该方案生产的苯乙烯在色度和总醛等方面尚不稳定，加上产量受制于乙烯的产能，不是主流生产工艺，因此，大连商品交易

所在交割质量标准设计上，以苯乙烯现行国标优等品要求为基础，添加硫质量分数的指标，规定硫质量分数不超过1 mg/kg，用以区分裂解汽油抽提来源的苯乙烯。当然，硫质量分数指标对干气法制苯乙烯也有影响，在乙苯生产单元就要控制干气硫含量，在苯乙烯精馏分离单元采用无硫阻聚剂(DNBP)。

4 产业发展展望

(1)随着先进苯乙烯技术的成熟和应用，2007年前建设的小型装置将逐渐退出生产领域，大型化的(超过300 kt/a规模)先进的低能耗、低物耗工艺将在国产苯乙烯装置上成为主流。

(2)对于有聚醚、聚氨酯下游的企业来说，建设PO/SM装置是很好的选择，有利于由基础化工(乙烯、丙烯、苯)向精细化工(环氧丙烷、苯乙烯)发展，进而发展新材料产业，从而形成一条由低到高的完整产业链。随着PO/SM国产化技术的进步，在催化剂消耗、能耗及投资方面进一步降低，共氧化法的投资收益率会得到提高。

(3)以乙烯为原料，乙苯/苯乙烯、乙苯/PO+SM仍然是苯乙烯的主流生产工艺，装置大型化是必然趋势。

(4)干气制苯乙烯及乙烯裂解汽油抽提苯乙烯作为苯乙烯产业的补充，在一些消费领域找到合适的市场。

(5)严格控制乙苯合成原料中的硫质量分数及苯乙烯精制过程中各类助剂的硫质量分数，以保证苯乙烯产品质量。