对二甲苯专题报告一：PX生产工艺及定价模式

对二甲苯专题系列2023年09月11日 对二甲苯专题报告一：PX生产工艺及定价模式 对二甲苯（PX）是一种重要的有机化工原料，主要用它可生产精对苯二甲酸（PTA）或对苯二甲酸二甲酯（DMT），PTA或DMT再和乙二醇反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），即聚酯，进一步加工纺丝生产涤纶纤维和轮胎工业用聚酯帘布，PET树脂还可制成聚酯瓶、聚酯膜、塑料合金及其它工业元件等，除此之外，PX还用来做溶剂及生产医药、香料。 对二甲苯的原料主要是混二甲苯（MX），混二甲苯是由对二甲苯、邻二甲苯及间二甲苯组成，而混二甲苯过去主要来自于炼焦工业，现在主要来自石脑油的催化重整，或炼油的C6+重整生成油。重整油和裂解加氢汽油中抽提一直以来是生产PX的主要工艺路线，由于PX需求量日益增长，用此工艺来生产PX已远不能满足需求。当前芳烃联合装置的目的是增加二甲苯的产率，同时减少苯的产率。受热力学平衡的限制，通常在二甲苯混合物中间二甲苯（mX）含量较高，而工业上需求量较大的对二甲苯（PX）含量却较低。所以工业上常常通过甲苯歧化和烷基转移工艺、C8芳烃异构化工艺以及甲苯选择性歧化工艺来增产对二甲苯。 PX现货贸易量不高，现货以美金报价为主，合约交易占比较高。韩国是亚洲乃至全球最大的PX出口国，目前其仍具有较高的定价权。目前PX定价模式三种分别为PLATT’S普氏价格、ICIS安迅思价格和ACP价格体系。其中ACP已名存实亡，普氏及安迅思评估的均为远期船货价格，基准价选取月份差异导致价格存在差异。 分析师：詹建平 从业资格证号：F0259856投资咨询证号：Z0002423研究所 能源化工期货（期权）研究室 TEL：010-82295006 Email：zhanjianping@swhysc.com 第1页请务必阅读正文之后的免责条款部分 期货（期权）研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 目录 一、对二甲苯基本概况4 二、对二甲苯行业政策5 三、对二甲苯生产工艺5 （一）典型的PX生产工艺（理论）6 （二）典型的PX生产工艺（工业）7 （三）国外装置情况：高成本装置运行压力较大8 四、对二甲苯定价模式9 图表目录 表1：对二甲苯理化性质4 表2：对二甲苯行业节能降碳改造升级实施指南工作方向（2022年版）5 表3：我国主要进口来源地PX供需平衡情况及预测（万吨）8 图1：对二甲苯分子结构模型4 图2：对二甲苯实物4 图3：典型芳烃联产装置工艺流程7 一、对二甲苯基本概况 对二甲苯（Paraxylene），简称PX，是一种有机化合物。化学式为C8H10，是重要的芳烃化合物之一。常温下是具有芳香味的无色透明液体，不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚、氯仿等多数有机溶剂。主要用作生产聚酯纤维和树脂、涂料、染料及农药的原料，也用作色谱分析标准物质和溶剂，也用于有机合成。 表1：对二甲苯理化性质 密度 0.861g/mL（20°C）（lit.） 熔点 12-13°C（lit.） 沸点 138°C（lit.） 闪点 25°C 蒸汽压 9mmHg（20°C） 酸度系数 >15 爆炸极限 1.1-7%（V） 物化性质 无色液体，在低温下结晶 资料来源：化工百科，宏源期货研究所整理 对二甲苯是聚酯工业的重要原料，主要用于生产对苯二甲酸（PTA），进而生产聚酯（PET），其广泛应用于纤维、胶片、薄膜、树脂和饮料等食用品包装的生产。对二甲苯是芳烃产业链的基础化工原料，是二甲苯下属分离产物邻、间、对三种同分异构体中用量最大的产品。下游应用中约97%用于生产精对苯二甲酸，剩余3%主要用于医药中间体（DMT）、涂料及其他。 基本的行业产业链为：原油→石脑油→混二甲苯（MX）→对二甲苯（PX）→对苯二甲酸 （PTA）→聚脂→纺织品等。 图1：对二甲苯分子结构模型图2：对二甲苯实物 资料来源：网络公开资源整理资料来源：咸阳高科工贸有限公司 对二甲苯应储存于阴凉、通风的库房，同时采用镀锌铁桶包装。避免阳光直射，远离火种和热源，库温不宜超过37℃。保持容器密封，应与氧化剂分开存放，切忌混储。采用防爆型照 明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具，储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。在运输灌装时，应注意流速，一般不宜超过3m/s，并应具有接地装置，防止静电。运输过程中也要轻装轻卸，以免损坏容器等。 华东以及华南地区仍是国内PX资源的重要聚集地，所以沿海的工厂大多采用船运的方式将PX运至华东和华南的PTA工厂。除了船运方式外，PX还有铁路运输及管道运输两种运输方式。90%的PX工厂采用船舶运输结合短途陆运，管道运输占比约8%，铁路运输占比约2.5%。据卓创资讯，乌鲁木齐石化生产的PX运至华东PTA工厂的运费在800-900元/3000吨。国内有2套管道装置运输PX，分别是大连福佳运至逸盛石化和福建联合运至福建百宏，运程相对较短。 二、对二甲苯行业政策 对二甲苯生产装置包括预加氢、催化重整、芳烃抽提、歧化及烷基转移、二甲苯异构化、二甲苯分馏、芳烃提纯等工艺过程，能耗主要由燃料气消耗、蒸汽消耗和电力消耗组成。用能主要存在加热炉热效率低、余热利用不足、分馏塔分离效率偏低、塔顶低温热利用率低、耗电设备能效偏低等问题，节能降碳改造升级潜力较大。 根据《高耗能行业重点领域能效标杆水平和基准水平(2021年版)》，对二甲苯能效标杆水平为380千克标准油/吨、基准水平为550千克标准油/吨。截至2020年底，我国对二甲苯能效优于标杆水平的产能约占23%，能效低于基准水平的产能约占18%。对二甲苯行业政策主要以炼油行业和高耗能行业的改造升级指南为基准。2022年发布的《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》提出要推动单系列60万吨/年以下规模对二甲苯装置淘汰退出，在2025年将能效基准水平以下产能基本清零，能效标杆水平以上产能比例达到50%，对二甲苯行业装置规模化水平明显提升。 表2：对二甲苯行业节能降碳改造升级实施指南工作方向（2022年版） 加强前沿技术开发应用，培育标杆示范企业 加强国产模拟移动床吸附分离成套(SorPX)技术，以及吸附塔格栅、模拟移 动床控制系统、大型化二甲苯塔及二甲苯重沸炉等技术装置的开发应用，提高运行效率，降低装置能耗和排放。 加快成熟工艺普及推广，有序推动改造升级 绿色技术工艺重大节能装备能量系统优化 公辅设施改造 严格政策约束，淘汰落后低效产能 加快推动单系列60万吨/年以下规模对二甲苯装置淘汰退出。对能效水平在基准值以下，且无法通过节能改造达到基准值以上的对二甲苯装置，加快淘汰退出。 资料来源：国家发展改革委、工业和信息化部、生态环境部和国家能源局，宏源期货研究所整理 三、对二甲苯生产工艺 重整油和裂解加氢汽油中抽提一直以来是生产PX的主要工艺路线，由于PX需求量日益增长，用此工艺来生产PX已远不能满足需求。当前芳烃联合装置的目的是增加二甲苯的产率， 同时减少苯的产率。受热力学平衡的限制，通常在二甲苯混合物中间二甲苯（mX）含量较高，而工业上需求量较大的对二甲苯（PX）含量却较低。所以工业上常常通过甲苯歧化和烷基转移工艺、C8芳烃异构化工艺以及甲苯选择性歧化工艺来增产对二甲苯。 芳烃联产是以石脑油为原料经过一系列分离、提纯得到产品PX和其它附加值较高的副产品的过程。芳烃联合装置一般由二甲苯分馏、歧化（含苯-甲苯分离）、吸附分离、二甲苯异构化和抽提蒸馏5个装置以及中间罐区和配套公用工程部分组成。 （一）典型的PX生产工艺（理论） （1）甲苯歧化化及烷基转移工艺 甲苯歧化反应是指甲苯在催化剂（一般采用硅铝催化剂）作用下，使一个甲苯分子中的甲基转移到另一个甲苯分子上而生成一个苯分子和一个二甲苯分子，这种反应称作歧化反应。甲苯歧化是以甲苯和C9芳烃资源为原料在一定条件下反应生产二甲苯和其他副产物，然后进行烷基化转移生产高纯度PX的过程，烷基化反应是指有机化合物分子中连在碳、氧和氮上的氢原子被烷基所取代的反应。 甲苯歧化可认为是在芳烃联产的基础上将原料由组成复杂的石脑油换成甲苯，从而省去甲苯的分离过程的工艺，这在一定程度上减少了芳烃联产生产装置的复杂性，另外也保证了产品的产率和纯度。最典型的甲苯歧化工艺技术是美国环球油品（UOP）公司开发Tatoray工艺，该工艺使用丝光沸石催化剂，可为对二甲苯生产提供50%以上的C8芳烃原料。总的说来，甲苯歧化技术在我国已比较成熟。 甲苯歧化工艺的优点：（1）原料适应性宽，操作弹性大；（2）工艺相对简单，能耗低，且国内已拥有较为先进的技术；（3）歧化产品分布可调，苯质量高，乙苯含量低，可使PX的产率达到较高水平；4)已开发出操作周期较长，且高效的催化剂。 甲苯歧化工艺的缺点：（1）对原料甲苯的需求量较大；（2）工艺流程与芳烃联产工艺相比较为简单；（3）工艺副反应进行程度较大，使得最后PX的分离较难。 （2）甲苯择形催化 甲苯择形催化工艺技术是以来自催化重整或裂解汽油中基本不含或含少量PX的混合C8芳烃来作为原料，在催化剂作用下发生异构化反应使混合C8芳烃（OX、mX、PX和乙苯）中的对二甲苯浓度达到平衡浓度，从而提高对二甲苯产量，是C8芳烃4种异构体之间的转化技术。 （3）甲苯-甲醇烷基化 甲苯-甲醇烷基化工艺是以甲苯、甲醇为原料在一定条件和催化剂的作用下发生烷基化反应生产PX和其他副产品的过程。工艺一般分为原料预处理、烷基化反应、原料循环回收和PX分离提纯4个阶段，使用分子筛催化剂，PX的选择性可达90%以上，另外使用氢气、氮气或者水蒸汽作为反应的载气。该工艺具有甲苯转化率高，不会副产苯的优点，不会像甲苯歧化工艺存在甲苯异构化及多次分离的工艺过程。 典型的生产工艺流程为：原料甲苯（含循环甲苯）和甲醇先被蒸发，并与氢气混合，加热送入甲基化反应器，生成二甲苯和各种副产物（如苯、乙苯、一氧化碳、二氧化碳和氢）。反 应器流出物通过换热冷却，将苯、乙苯、甲苯和二甲苯等有机产品冷凝下来。剩余的气相产物 （一氧化碳、二氧化碳和氢）在分离罐中与有机液体分离，部分气体循环，提供反应所需要的氢气，其余的气体被排放，用作副产物燃料。 液体产物被送到苯塔，苯在塔顶作为副产物回收。苯塔塔底产品再送至甲苯回收塔。甲苯回收塔的塔底产品含有混合二甲苯和乙苯，被送到结晶装置。含混合二甲苯的物流中，80%～90%是PX，此外包含小量的乙苯。然后进入PX的分离提纯工段分离出PX。 该工艺以廉价的甲苯和甲醇为原料通过烷基化制备出对二甲苯，虽然还没有工业化，但因其转化率高、成本低污染小等优点，仍然是当前竞相研究的热点。国内外许多公司包括BP、杜邦、埃克森美孚都在进行甲苯甲醇选择性烷基化制PX技术的开发研究，国内研究单位有大连化学物理研究所、大连理工大学等。 （二）典型的PX生产工艺（工业） （1）石脑油制PX：基于甲苯歧化化及烷基转移，该工艺也被称为长流程制工艺 石脑油分离出轻石脑和重石脑，其中轻石脑油裂解制裂解汽油，然后芳烃抽提，其中的混二甲苯再经过吸附分离获得PX；重石脑通过重整、抽提获得纯苯、甲苯、C9、混二甲苯、汽油等，甲苯和C9可以通过歧化货选择性歧化得到纯苯和混二甲苯，混二甲苯通过吸附分离和异构化得到对二甲苯。 当前，已工业化的甲苯歧化及烷基转移工艺主要有Arco/IFP公司的Xylene－Plus工艺，美国UOP公司与日本TORAY公司联合研发了Tatoray工艺，Mobil公司开发的MSTDP工艺。国内一体化装置均为石脑油制工艺，丽冬、福佳、富海部分装置需要外购石脑油。 图3：典型芳烃联产装置工艺流程 资料来源：UOP，申港证券研究所，行行查 （2）MX制PX：基于甲苯择形催化的理论原理，该工艺也被称为短流程制工艺 间二甲苯（MX）是混合二甲苯和C8芳烃的一种组分，是无色透明液体，有强烈芳香气味。混合二甲苯含邻二甲苯（OX）、对二甲苯（PX）和间二甲苯（MX）3种二甲苯异构体。因为MX的性质与其它异构体性