PP的上游:丙烯如何生產

各位是否常聽聞中國煤化工對於聚丙烯(PP)出口到中國的衝擊呢?或者美國頁岩油革命,為什麼讓北美的乙烯便宜,丙烯昂貴,跟亞太地區完全相反?

這要從PP的原料開始說起。PP的原料,一般級PP是丙烯;透明級與耐衝擊級PP是乙烯跟丙烯。先講結論:煤化工與頁岩油的革命性在於,不只是打破丙烯對於傳統液態石油的依賴;而是打破丙烯跟乙烯之間供給量與價格的連動性。

丙烯的生產

丙烯的生產,被分成五類:其中世界上最常用來生產丙烯的方法是蒸氣裂解,又稱輕油裂解,這種方法會同時生產出乙烯與丙烯,以乙烯為主產品。這是乙丙烯連動性最大的來源。由於乙烯為主產品,在需求上除了聚乙烯(PE)本身就是主要泛用塑膠之外,乙烯是非常多種塑膠產品的共聚成分之一,包括PP的兩大類透明級與耐衝擊級在內。這表示輕油裂解廠主要是根據乙烯的銷售情況去做產能調整,較少對應到丙烯的需求;並且蒸氣裂解上以生產乙烯為主的生產線,隨技術進步,其丙烯副產品產出量下降,也會連帶影響到丙烯供給下降。不過隨著其他的丙烯生產出現,問題日漸緩解,羅列如下。

1. 蒸汽裂解 (Steam Cracking)

又稱輕油裂解。由石腦油為原料裂解,每生產一噸低碳烯烴(light olefin)其中會大約包含0.67噸乙烯和0.33噸的丙烯。同時,還有約0.7噸的C4+副產品。此種產出比例與需求較為配合,經濟效益較佳,因而輕油裂解是為主流。蒸汽裂解主要生產乙烯,但也是全球丙烯的最大生產來源。 台灣中油(四輕)和台塑石化(六輕)都以蒸氣裂解石腦油。

2. 液態催化裂解 (FCC)

又稱重油裂解。由重柴油為原料裂解,傳統FCC技術每生產一噸低碳烯烴同時就產生多達18噸的C4+產品,和極少量的乙烯。在同樣的情況下,也僅能生產少量的丙烯。新型的技術,例如石化液態催化裂解(PetroFCC)技術,改以沸石為催化劑載體,降低裂解溫度到600度上下,每噸低碳烯烴只產生2.4噸的C4+產品。再加上後面的烯烴裂解(Olefin cracking)去降低產出的烯烴長度,可將生產每噸低碳烯烴產生的C4+產品降低到約1.3噸,亦即乙丙烯比例提高到3分之1。此法生產出的低碳烯烴以丙烯為主。

中油在台灣生產的丙烯,許多是高雄小港大林廠生產,即是重油裂解。

3. 丙烷脫氫 (PDH)

丙烷脫氫(Propane Dehydrogenation, PDH)工廠大多設在丙烯加工業者附近而非丙烷產地。PDH方法,只使用丙烷,產出丙烯。主產品即為丙烯,跟上述技術丙烯皆為副產品不同,價格不被乙烯或C4產品需求影響。

而主原料是丙烷,丙烷的來源是天然氣與石油氣,因此此途徑生產可擺脫對於石腦油乃至於原油價格的依賴。因此,PDH工廠允許丙烯加工業者能建立起各自的原料成本結構,不受乙烯加工或石腦油供給的影響,從提供替代、容易掌握。

美國使用頁岩氣,頁岩氣中乙烷含量比丙烷多很多,因此大量使用類似的乙烷脫氫法製造乙烯。由於美國大量生產頁岩氣乙烯,成本低廉,嚴重排擠傳統輕油裂解製備乙烯的供給,從而使北美市場丙烯供應連帶受到影響,價格高昂。

4. 甲醇製烯烴 (MTO)

或可使用甲醇製造烯烴(Methanol to Olefin, MTO),主要產出乙烯與丙烯。原料的甲醇來源則是天然氣或煤炭。此技術的特色是其完全與原油價格無關,因此當石腦油或原油價格高漲、天然氣與煤炭相對低廉,而乙烯、丙烯的需求旺盛時,此法就有優勢。

中國的煤化工,即是增加此法的供給量。中國煤化工的生產殷盛,使的中國烯烴產品減少對於原油的依賴。

5. 烯烴轉化(Olefin Cracking)

烯烴轉化是透過打斷二烯類的雙鍵製備低碳烯烴。原料大多使用丁二烯,經過烯烴裂解,每噸低碳烯烴比例約為0.2噸乙烯和0.8噸丙烯。通常搭配蒸汽裂解廠與液態催化裂解廠一同使用,蒸汽裂解廠透過此法除了可生產乙烯和丙烯外,還可產出C4+的產品;液態催化裂解廠,C4+產量的比例將會減少,而由低碳烯烴所產生的乙烯和丙烯的比例則會增加。此技術可以增加裂解廠產品的多樣性。

由上述可知,影響PP原料成本的價格是由近到遠為各地丙烯價格、石腦油價格,之後才是一般輕原油價格。也要輔佐參考乙烯價格、C4+價格、天然氣與煤炭與輕原油的相對價格。在現今石油相對成本下降的情形,需求面的變動對於原物料價格水準的維持影響更為巨大。