一、当前环氧丙烷的主流合成工艺
目前全球范围内实现工业化应用的环氧丙烷合成工艺共三种,分别为氯醇法、共氧化法、过氧化氢直接氧化法(HPPO),各工艺技术特点清晰:
(一)氯醇法
氯醇法是发展最早的工业化合成工艺,已有超过70年应用历史,工艺路线为丙烯与氯气反应生成氯丙醇,再经石灰皂化、精馏分离得到环氧丙烷,工艺成熟、流程简单、对设备要求低,一次性投资成本较低,但存在污水排放量大、副产物氯化钙难以利用、设备腐蚀严重等问题,属于逐步被淘汰的落后工艺。
(二)共氧化法
共氧化法又称哈康法,是目前全球产能占比最高的工艺,根据联产物不同可分为联产叔丁醇和联产苯乙烯两类,工艺核心为有机过氧化物与丙烯发生环氧化反应,经分离、精馏得到环氧丙烷,同时产出联产物,该工艺技术成熟、三废排放量少、规模效应明显,是当前新建大型产能的主流选择之一,但投资规模大、联产物占比高,效益受联产物市场价格影响较大。
(三)过氧化氢直接氧化法(HPPO)
HPPO是近年来发展起来的绿色新工艺,以过氧化氢为氧化剂,在专用催化剂作用下直接氧化丙烯生成环氧丙烷,唯一副产物为水,工艺流程短、三废排放量极少,产品纯度高,符合绿色化工发展方向,但催化剂成本高、对设备材质要求高,目前技术仍在持续优化阶段。
二、氯醇法与共氧化法的生产成本对比
生产成本是工艺选择的核心指标,氯醇法与共氧化法的生产成本差异体现在多个维度,可从四类成本项展开对比:
(一)原料成本占比差异
原料成本占两类工艺总生产成本的比例均超过80%,核心差异在于原料结构:氯醇法原料为丙烯、氯气、石灰,三种原料均为大宗化工原料,丙烯占原料成本的65%左右,氯气和石灰占比约30%,原料单价较低,但原料单耗更高,生产1吨环氧丙烷需要消耗约1.15吨丙烯、1.3吨氯气、1吨石灰,总原料成本明显高于共氧化法。
共氧化法原料为丙烯和有机过氧化物,联产物可对外销售抵消部分原料成本,生产1吨环氧丙烷需要消耗约1.02吨丙烯,副产2.4-2.7吨叔丁醇或1.8吨苯乙烯,联产物销售收入可抵消30%-40%的原料成本,扣除联产物收益后,单位环氧丙烷的原料成本比氯醇法低10%-15%。
(二)固定投资与折旧成本对比
氯醇法工艺成熟,工艺流程短,单位产能的一次性投资仅为共氧化法的50%左右,因此折旧成本更低,按10年折旧计算,氯醇法每吨环氧丙烷折旧成本约150-250元,远低于共氧化法的400-600元,中小企业小规模产能更具备折旧成本优势。
共氧化法需要配套联产物分离、精制装置,整体工艺流程长,单位产能投资高,折旧成本更高,但大规模一体化产能可通过规模效应拉低单位折旧成本。
(三)环保与三废处理成本对比
氯醇法生产1吨环氧丙烷会产生约40-50吨含氯化钙的高盐污水,同时产生大量废渣,污水需要处理达标后才能排放,每吨产品的三废处理成本在300-500元,部分地区对高盐废水征收环保税,处理成本还会进一步上升,长期来看环保成本压力持续增加。
共氧化法三废排放量仅为氯醇法的1/10左右,且大部分副产物可回收利用,不存在大量高盐污水处理压力,每吨产品的环保处理成本仅为50-100元,远低于氯醇法,环保成本优势明显。
(四)综合生产成本对比
综合所有成本项,当前行情下氯醇法生产1吨环氧丙烷的综合生产成本比共氧化法高5%-8%,若叠加严格的环保要求,氯醇法成本优势会完全丧失;只有在小规模产能、氯气价格极低的区域,氯醇法才能实现成本平衡,但也难以获得明显成本优势。