芳烃需求在调油和化工切换那点事

2022-06-13 14:37:38 新凤鸣集团股份有限公司 浏览次数 231

原创 天风期货能化组

 观点小结

· 炼厂的芳烃产品有化工和油品两大需求,以甲苯和二甲苯为例,其既可以作为高辛烷值组分调和汽油,也可通过一系列化学反应制取PX和纯苯等化工基础原料。当芳烃需求改变时,炼油厂会根据产品经济性调节生产过程。

· 炼油厂可以在重整和歧化/烷基转移/异构化环节对芳烃的油品需求和化工需求进行切换。重整环节的切换通过比较汽油型重整和芳烃型重整的经济性来判断,当汽油型重整效益好于芳烃型重整时,工厂会减少芳烃抽提做化工的产品比重;歧化/烷基转移/异构化环节的切换通过比较甲苯/二甲苯调油价差和其歧化/烷基化/异构化做化工品的效益来判断,当甲苯/二甲苯调油效益高于下道程序效益时,工厂会减少芳烃化工产品比重。

· 在实际操作中,芳烃调油和化工的切换不仅涉及到油品和化工之间利润的比较,还需要综合考虑其他调油替代品价格、政策对于调油各组分比例的规定以及下游客户长约供应等问题。

炼油流程中的芳烃切换路线

      石油炼化装置根据终端产品不同大致分为烯烃和芳烃两条路线,烯烃路线是把石脑油裂解成乙烯和丙稀,芳烃路线是把石脑油连续重整成混合芳烃。

      在芳烃路线中,重整汽油、甲苯和二甲苯都可以作为高辛烷值组分用于调油,满足油品需求;甲苯和二甲苯也可通过歧化/烷基转移和异构化反应进行化学反应生产化工原料,满足化工需求。由以下流程图可以观察到,在重整和歧化/烷基转移/异构化这两个节点涉及到芳烃的化工需求与油品需求之间的转换。

图:汽油型重整和芳烃型重整路线对比

数据来源:天风期货研究所

切换一:重整油调和汽油与芳烃抽提的切换。

      在催化重整和芳烃抽提阶段,催化重整根据产品不同可以分为汽油型重整和芳烃型重整。汽油型重整不进行芳烃抽提,只分离出其中纯苯,将剩下的芳烃保留在重整汽油中;芳烃型重整会将其中BTX(纯苯、甲苯、二甲苯)都分离出来,进行之后的化工生产。

切换二:甲苯/二甲苯调油需求和化工需求的切换。

      在甲苯、二甲苯等分离出来之后,可以通过歧化/烷基转移/异构化工艺反应生成PX和纯苯;同时,由于芳烃高辛烷值的特性,也可作为调油组分添加至汽油中。

下文主要讨论这两种路径的切换条件以及可参考的指标。

切换一:重整油调和汽油与芳烃抽提的切换 

这一切换主要涉及催化重整工艺。催化重整是在催化剂作用的条件下,对汽油馏分中的烃类分子结构进行重新排列,将辛烷值低的烃类转化成辛烷值高的烃类。一般流程是将石脑油转变成富含芳烃的高辛烷值汽油(重整汽油)。重整汽油可直接用作汽油的调合组分,也可经芳烃抽提制取苯、甲苯和二甲苯。根据产出的产品不同,催化重整反应可以分为汽油型重整和芳烃型重整两类。

图:汽油型重整和芳烃型重整路线对比

数据来源:天风期货研究所

      汽油型重整一般用80—180℃馏分,流程主要包括原料预处理和重整反应两大部分。而芳烃型重整则宜用60—145℃馏分作原料,流程中还应设有芳烃抽提部分,这部分包括反应产物后加氢以使其中的烯烃饱和、芳烃溶剂抽提、混合芳烃精馏分离等几个单元过程。

      实际生产过程中,工厂根据经济性在两种反应类型中切换,当芳烃重整经济性高于汽油重整时,进行芳烃抽提,产出三苯;反之,则以产出重整汽油为主。芳烃型重整开工下降将影响PX和纯苯的产量。

      我们通过对比重汽油型重整利润和芳烃型重整利润来判断工厂可能的切换行为。

      按照石脑油催化重整各产品的出率,可以计算出重整装置的利润。(本文所计算利润均为现金流利润,未考虑人工成本、水电费和装置折旧等)

      在汽油型重整反应中,一吨石脑油经过催化重整会产生0.754吨92号汽油、0.092吨石脑油、0.087吨丙烷和0.067吨高硫燃料油。(为简化计算,此处忽略纯苯的出率)

汽油型重整利润=0.754*92号汽油价格+0.092*石脑油价格+0.087*丙烷价格+0.067*高硫燃料油价格–石脑油价格

      在芳烃型重整反应中,一吨石脑油经过催化重整、芳烃抽提以及后续甲苯歧化等反应,会产生0.044吨纯苯、0.071吨甲苯、0.115吨PX、0.298吨92号汽油、0.312吨石脑油、0.089吨丙烷和0.071吨高硫燃料油。

芳烃型重整利润=0.044*纯苯价格+0.071*甲苯价格+0.115*PX价格+0.298*92号汽油价格+ 0.312*石脑油价格+0.089*丙烷价格+0.071*高硫燃料油价格–石脑油价格

      我们取亚洲地区的FOB价格,对比两种类型的重整装置利润。汽油型和芳烃型的重整利润走势大体相同,在少数时间利润变化幅度上会有劈叉。当利润劈叉时,炼厂会倾向于提高利润高的工艺开工。由于利润传导的因素,开工率变化滞后于利润变化。

      2020年年初和年末均出现了两种利润劈叉的情况。这主要是因为汽油需求过于疲软,汽油型重整的利润恢复不及芳烃型重整,同时也可以观察到成品油开工率提升速度明显低于芳烃产品。

数据来源:隆众,红桃三,天风期货研究所

      在2021年10月附近,汽油需求回升,化工品终端需求疲软,汽油型重整利润回升幅度远高于芳烃型,预计可能会有调油需求增加。

      此外,从工艺的角度来看,装置产品间切换幅度有限,成品油和芳烃开工率整体走势趋于一致。

切换二:甲苯/二甲苯在调油和化工需求的切换

      这一切换主要涉及到歧化/烷基转移和异构化反应。歧化/烷基转移反应主要用来生产PX和纯苯,异构化反应主要使用二甲苯来生产PX。

      甲苯和二甲苯各种特性相似,既可作为高辛烷值调油组分继续调油,也可继续进行歧化/烷基转移/异构化反应,生成PX和纯苯。2020年,甲苯下游市场中,调油和歧化分别占43%和39%,二甲苯下游市场中,PX和调油分别占68%和21%。

数据来源:红桃三,天风期货研究所

在实际生产中,炼厂也会根据甲苯/二甲苯调油和化工的经济性进行切换。当甲苯/二甲苯调油利润高于歧化/烷基化/异构化利润时,甲苯/二甲苯会更多的用于调油,减少PX和纯苯的产出。

      我们通过对比甲苯/二甲苯调油利润和歧化/烷基化利润来判断工厂可能的切换行为。

甲苯经济性对比:计算甲苯调油价值时,借鉴凯丰投资在《亚洲甲苯调油价差分析(凯丰找茬之能化专题)》一文中使用的测量方法,首先利用辛烷值不同的汽油(97号汽油和92号汽油)间的价差将辛烷值的溢价标准化,再用甲苯的辛烷值溢价加上97号汽油的价格,得到甲苯的调油价值。97号汽油和92号汽油相差5个辛烷值,甲苯的辛烷值为104,相比97号汽油高出7个辛烷值。甲苯用作调油时的价差即为甲苯调油价值减去甲苯价格。

甲苯调油价差=(97号汽油价格–92号汽油价格)/5*7+97号汽油价格–甲苯价格

甲苯歧化的现金流利润用1吨纯苯价格加上1吨PX价格减去2吨甲苯价格来计算。

甲苯歧化价差=纯苯价格+PX价格–2*甲苯价格

对比甲苯调油价差和化工价差可以发现,今年以来,甲苯的化工价差均高于调油价差,而近期甲苯调油价差由负转正,化工价差大幅下跌,调油价差高于化工价差。从经济性角度考虑,炼油厂用甲苯进行调油的比重或上升。

数据来源:wind,天风期货研究所

二甲苯经济性对比:二甲苯调油价值的计算方法与甲苯相同,用二甲苯的调油价值减去二甲苯价格,二甲苯的辛烷值为103,相比97号汽油高出6个辛烷值。

二甲苯调油价差=(97号汽油价格–92号汽油价格)/5*6+97号汽油价格–二甲苯价格

      化工用途方面,二甲苯通过异构化反应生成PX,该利润通过PX和二甲苯之间的价差来衡量。

异构化价差=PX价格–二甲苯价格

      对比二甲苯调油价差和化工价差可以发现,2018年以来,化工价差大体上高于调油价差,而近期情况出现变化,二甲苯调油价差扭亏为盈且持续上涨超过化工价差,化工价差却维持平稳且有下跌趋势。从经济性角度考虑,炼油厂用二甲苯调油比重或上升。


数据来源:wind,天风期货研究所

      此外,甲苯/二甲苯的调油需求除了考虑其与歧化/烷基化/异构化反应的经济性之外,炼厂还会考虑甲苯/二甲苯与MTBE、烷基化汽油等其他高辛烷值调油组分的经济性。当其他高辛烷值产品调油价差更高时,甲苯/二甲苯调油需求被挤出,用于生产化工品的可能性更大。

      MTBE和烷基化汽油的辛烷值分别为117和95,套用上文中调油价差公式,将四种高辛烷值调油组分的调油价差进行对比。以MTBE为例,近期MTBE调油价差高于甲苯及二甲苯,MTBE作为高辛烷值调油组分更具优势,此时甲苯/二甲苯虽然调油利润较歧化和异构化反应好,但其做调油的性价比一般,切换调油的比例有限。

数据来源:wind,天风期货研究所

切换逻辑的具体演绎 

      综上,芳烃在油品与化工之间的切换可以通过以下条件判断。

      当汽油型重整利润大于芳烃行重整利润时,炼油厂会选择不进行芳烃抽提,将甲苯与二甲苯等保留在重整汽油中作为高辛烷值组分进行调油;反之,炼油厂会选择进行芳烃抽提,将重整汽油中的芳烃提取出来。

      当提取出来的芳烃再次进行调油的利润小于其进行歧化/烷基转移反应的化工利润时,炼油厂会选择进行歧化/烷基转移反应,生产PX和纯苯。

      当再次进行调油的利润大于化工利润时,则需比较甲苯、二甲苯和其替代品价格,若替代品价格昂贵,则再次利用甲苯、二甲苯调油。若替代品价格便宜,则使用替代品调油,甲苯和二甲苯继续生产化工品。

图:装置切换的判断依据

数据来源:红桃三,天风期货研究所

      实际生产过程中,芳烃在化工与调油之间的切换不仅仅只涉及到这几个利润之间的判断,炼油厂还需考虑其他限制,比如说各调油组分之间的平衡、与下游客户签订的长约供应合同等问题。