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二氧化碳又有了新用途!清华大学这项技术将二氧化碳变为芳烃产品

  日期:2022-06-10 16:00:32  浏览量:128   移动端
导读:6月5日,清华大学和久泰集团合作建设的万吨级二氧化碳制芳烃工业试验项目开工仪式在鄂尔多斯市准格尔经济开发区举行。项目以二氧

6月5日,清华大学和久泰集团合作建设的万吨级二氧化碳制芳烃工业试验项目开工仪式在鄂尔多斯市准格尔经济开发区举行。




项目以二氧化碳和氢气为原料,是世界首套万吨级以碳氢化合物为产品的二氧化碳利用项目。产品均四甲苯是重要的精细化工原料,经氧化、聚合,可制成耐高温、绝缘性能优良的工程塑料——聚酰亚胺,广泛应用到微电子等高科技领域,尤其近几年在光刻胶、芯片封装、柔性显示、柔性印刷电路(FPC)和导热石墨膜等领域的应用快速增长,被列为“21世纪最有希望的工程塑料”。项目建成后将为建立百万吨级煤基合成气生产芳烃装置提供可靠依据,真正实现用煤制备高端化学品(芳烃)的工业路线,有利于解决煤化工生产过程碳排放的消纳和转化。




相关业内人士表示,该产品路线附加值高、效益好,是目前可实现商业运行的二氧化碳利用技术之一。后续久泰集团将在二氧化碳制芳烃技术的基础上,与清华大学合作持续开发均四甲苯二酐及聚酰亚胺项目,预计于2023年至2025年分步投产。




项目发展历程




2020年久泰集团和清华大学开展项目合作,双方达成合作协议开展万吨级流化合成气一步法制芳烃(FSTA)与万吨级流化氧化脱氢制二烯烃(FODH)成套工业技术开发,于2020年4月联合成立“清华大学(化工系)-久泰能源(鄂尔多斯)有限公司流化合成气制芳烃技术联合研究中心”,并申报内蒙古重大专项项目《万吨级二氧化碳制芳烃关键技术研究》,6月份顺利通过专家评审答辩, 8月份项目立项成功,9月份开始任务书、预算书编制,11月份审核通过,11月27日顺利召开项目启动暨实施方案专家论证会。




项目结合清华大学在化石能源高效清洁利用方向卓越的研发能力和内蒙古久泰集团在煤化工领域强大的工程队伍,基于对高效催化剂和多相流反应工程的深入理解,开发有自主知识产权的流化二氧化碳一步法制芳烃成套技术,形成万吨级工业示范,针对未来碳排放限制和二氧化碳高效清洁利用提供下一代技术储备。




同时,项目可以部分解决我国芳烃生产对石油基原料依存度过高的问题,将为建立百万吨级煤基合成气生产芳烃装置提供可靠依据,实现煤基高端化学品(芳烃)的工业路线,从而与化纤服装业、芳烃基高端树脂、医药中间体等产值巨大的行业有效衔接,为产业升级拉动内需,实现以国内大循环为主体国内国际双循环相互促进的新发展格局提供基础。




我国已成功掌握第三代芳烃生产技术




6月8日,中国石化九江石化89万吨/年芳烃联合装置一次开车成功并产出合格产品。




《中国经营报》记者从中国石化新闻办获悉,该项目是国家产业布局的重点项目。中国石化方面表示,项目成功开车标志着我国芳烃成套技术达到国际领先水平,显著提升了我国芳烃生产技术水平和国际竞争能力,将为地方打造超千亿元产业集群打下基础。




据悉,上述装置采用的是中国石化自主知识产权的第三代芳烃技术,具有投资成本低、能耗低、催化剂应用效率高等优势。该技术首次开发应用单塔吸附分离成套技术,将过去的双塔吸附,变为单塔吸附,吸附剂利用率提高10%,投资成本降低近20%,操作运行也更加稳定。同时,通过对芳烃联合装置全流程优化、整体化热联合及低温热高效利用等能量集成综合优化利用,该装置能耗小于220千克标油/吨PX,比同类芳烃装置减少能耗30%,达到国际领先水平。




记者了解到,芳烃成套技术以生产对二甲苯为核心,是代表一个国家石油化工发展水平的标识性技术。第一代和第二代高效环保芳烃成套技术应用装置曾先后于2013年、2019年在中国石化海南炼化成功开车投产。




为进一步巩固芳烃技术的领先优势,中国石化芳烃技术研发团队步履不停,在短短的两年时间内又接连开发出单塔芳烃吸附分离工艺、芳烃装置数字化控制等系列新技术,形成具有国际领先水平的第三代芳烃成套技术。




生物质制芳烃工业化进程缓慢 但未来行业发展前景可期




生物质制芳烃是以生物质为原料,通过合理转化来生产制备乙烯、丙烯、二甲苯等芳烃产品,是一种新兴的芳烃生产技术。生物质制芳烃不仅可减少芳烃生产对化石燃料的依赖性,也可缓解全球石油资源紧缺问题,伴随环保监管日益严格,以及能源转换速度加快,生物基芳烃有望逐渐取代石油基芳烃成为市场主**品,未来生物质制芳烃市场发展空间广阔。




目前来看,生物质制芳烃路线主要包括间接法和直接法两种,其中间接法路线是生物质先被转化为有利于生产芳烃的中间产物,再由中间产物转化为芳烃。根据中间产物类型不同,生物质制芳烃间接法路线又分为生物质经合成气制芳烃、生物质经含氧化合物制芳烃以及生物质经合成油制芳烃三种转化途径。直接法路线即生物质催化热解技术,是指生物质经催化热解直接生成芳烃的工艺,相比于间接法路线,生物质制芳烃直接法路线具有工艺流程短、原料损失低等优势,是当前全球研究的重点方向,也是最具工业化前景的生物质制芳烃路线。




根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年中国生物质制芳烃行业市场行情监测及未来发展前景研究报告》显示,近年来,全球多家石油化工公司、生物化学品公司、高校和研究院对生物质制芳烃开展了一系列研究,并开发了多种制备线路,例如美国Virent公司开发的BioForming工艺、美国Gevo公司开发的生物基异丁醇制芳烃工艺、美国Anellotech公司开发的Biomass to Aromatic工艺(BTA)、清华大学的甲醇及二甲醚循环流化床制芳烃(FMTA)技术、中科院山西煤炭化学研究所的固定床甲醇及二甲醚制芳烃(MTA)技术等。




近年来,生物质制芳烃市场备受关注,但受技术限制,生物质制芳烃工业化进程缓慢,我国生物质制芳烃项目仍处于工业试验阶段,尚未得到产业化发展,未来行业发展仍面临较多挑战。但生物质制芳烃具有原料易得、环保可再生、节能减排等特点,在“碳中和”“碳达峰”战略目标下,生物质制芳烃市场有望迎来新的发展机遇。




警惕芳烃产能过剩




芳烃最重要的产品包括苯、甲苯、二甲苯、对二甲苯等,可用于生产合成树脂、纤维和橡胶,被广泛应用于洗涤剂、增塑剂、纺织、化工、医药、香料等行业。




受益于国民经济增长与下游产业带动,我国芳烃产品一度缺口明显,促使芳烃产业逐渐向炼化一体化方向发展。




近两年随着一体化产能陆续进入投产期,芳烃产能大增。芳烃产业链最重头的下游产品对苯二甲酸、聚酯等产能过剩问题日益严重。随着近几年新增产能投产,芳烃家庭正在从高度对外依存向过剩转变,过剩危机如影随行。




甲苯市场饱和被迫出口




甲苯是芳烃家庭中的老大。它主要用于生产对二甲苯和调油。




2015~2018年甲苯下游终端新建及扩产装置有限,甲苯需求量变化不大。




2019年后下游需求明显提升,甲苯需求量高达1065.17万吨,较2018年增长32%。




至2020年末,预计甲苯需求量将增至1531万吨,同比增加44%左右。




2020年国内新增6套甲苯装置,部分新增装置均为**规模,新增产能285万吨,同比增长17%左右。




至2020年年底,国内甲苯产能达1932.69万吨,较2016年增长67.84%,已经超过了1531万吨的需求量。




其中,在浙江石油化工有限公司、东营威联化学有限公司新增的炼化一体化装置中,甲苯作为中间产物直接歧化生产纯苯和二甲苯,对甲苯市场影响有限;




中科(广东)炼化有限公司、中国石化燕山石化公司以及中国石油大庆石化公司的新增装置大部分自用调油,仅少量外销;




而中化泉州石化有限公司90万吨甲苯装置产量全部用于外销,是市场过剩的最大威胁。




预计2021年以后国内甲苯产能还将持续以年均20%左右的速度递增,至2023年,国内甲苯市场铁定供大于求。




为了缓解国内产能压力,近两年来甲苯出口量迅速增加。




2018年前甲苯出口量几乎为0,2019年增至3.69万吨,2020年出口量将增至7万吨左右,出口增长翻倍。预计2021年及以后出口量将继续增长。




二甲苯库存屡创新高




二甲苯是芳烃家庭中的老二。二甲苯主要是下游对二甲苯的原料。




2020年,国内下游对二甲苯需求占到二甲苯总需求的68%左右,汽油调油、溶剂和邻二甲苯等其它需求占32%。




随着千万吨炼油一体化装置陆续投产,国内二甲苯产能增速明显提高,仅2019年就新增499.8万吨,同比增加29.11%;




2020年再新增701万吨产能,同比增加24%;




而2021年依旧有大量炼化一体化项目投产,预计二甲苯新增理论产能733万吨。




届时,国内二甲苯总产能将升至4302.56万吨。




不仅产能增加,进口也给二甲苯供应面增加了压力。




2019年,二甲苯下游新增产能释放,推动二甲苯进口突破性回升。2020年1~9月,进口粗二甲苯89.5万吨,同比增加58.93%,刷新历史高位。




产能和进口的增加,造成二甲苯库存创下新高。




2019年,华东主港二甲苯月度库存平均在6.9万吨,至2020年10月,华东区域港口库存创下15.85万吨新高,罐区罐容压力凸显。




2021年二甲苯过剩的压力更大。




全球疫情拐点未至,国际原油陷入长周期的僵持盘整局面,化工产品需求提升仍旧困难重重,下游需求增速放缓,二甲苯市场回涨空间实在有限。




对二甲苯产能成包袱




做为芳烃家庭中的老三,对二甲苯曾经是投资者眼中的香饽饽,摇钱树,曾经一度即使冒着得罪百姓的风险也要上马。但就是因为投资过热,又赶上下游需求不振,决定了对二甲苯的供大于求。




“十三五”是我国石化产业和炼化一体化项目投资的高峰期,对二甲苯产能从2016年的1293万吨/年翻番增长到2020年的2673万吨/年,年均增长13.6%,产量从968万吨增长到1855万吨,年均增长18.3%。




“十四五”对二甲苯产能将集中投产,成为我国未来几年大类化工品中扩产幅度最高的品种。预计“十四五”时期产能再度翻番,规划产能超过4000万吨,年均增速高达14.5%。




未来5年,全球对二甲苯产业链扩能热潮不退,8成新增产能集中在中国。




当前对二甲苯严峻的过剩压力,从库存总规模的不断攀升可见一斑。




2020年9月,对二甲苯库存总量已从年初的250万吨增长到超过420万吨,库存天数或增至一个半月以上水平。




但从消费来看,对二甲苯下游应用单一。近5年,国内对二甲苯下游消费中,对苯二甲酸占比始终维持在97%以上。




2020年中国对二甲苯当量消费量预计为2970万吨,同比只增加了8.59%,远低于产能和产量的增速。

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