PTA生产技术进展及新增产能的竞争力分析

蒋翠萍 李成益

(金浦投资控股集团有限公司，江苏 南京 210009)

精对苯二甲酸(PTA)是重要的大宗有机原料之一，世界上90%以上的PTA用于生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称聚酯,PET)。2019年全球PTA产能约95.2 Mt/a，国内产能占55.14%，中国是全球最大、最重要的聚酯产品生产国和消费国。近年来，国内PTA产业快速扩张，引起业内人士担忧，研究PTA技术进展及新增产能的竞争力，对于行业发展具有积极意义。

1 PTA技术进展

1955年美国Mid-Century发明了对二甲苯(PX)高温氧化法，该工艺于1958年由日本三井油化公司和美国Amoco公司首次在世界上实现工业化。氧化反应在224 ℃高温条件下进行，原料PX和溶剂乙酸在反应器内损失大，副反应较多，产物收率较低，而且严重腐蚀设备。BP-Amoco、Invista和日本三井油化降低了氧化反应温度，将温度控制在190～205 ℃。反应温度降低后，大大降低了乙酸和PX的消耗。低温氧化工艺以Eastman-Lurgi的PTA专利技术为代表，其主要特点是将鼓泡塔作为反应器，不使用搅拌桨，反应温度为155～165 ℃，反应压力较低，反应过程比较温和，PX和溶剂乙酸经过燃烧，耗能较低，因反应釜内压强低，空压机的能耗低。

近10年来，PTA技术的发展主要在装置大型化、工艺流程和操作条件优化[1]以及能源的合理利用[2]方面开展了大量工作。首先是装置大型化，单台反应器年产能规模由20世纪70年代的几十kt到目前的1.5 Mt，大型化以后，单位产品投资成本、能量综合利用和消耗等各方面都有很大改善，增强了产品市场竞争力；其次是对氧化工艺的改进，主要是降低温度，以减少原料PX和溶剂乙酸的消耗，同时通过调整催化剂用量和延长氧化时间来达到反应深度；三是简化和优化工艺流程，主要是反应浆料的后处理工艺得到了简化。早期的Amoco工艺对粗对苯二甲酸(CTA)料浆处理采用离心分离，后来改用一组离心加过滤的分离方法，再后来则完全采用真空过滤而不用离心机。20世纪90年代后期BP公司采用了溶剂置换技术，用PX和水置换反应浆料中的乙酸，在单台带式过滤机中完成，将得到的CTA水浆料直接送至加氢精制。这就省去了CTA干燥、送入料仓、再输送、再打浆工序，简化了流程。BP公司还整合氧化反应及溶剂脱水步骤，可大幅降低能源消耗及简化工艺流程。采用专有高压蒸馏工艺取代共沸蒸馏，大大降低了蒸汽消耗和能耗，将来自工艺精制工段的污水再循环至氧化工段，降低了废水排放流量和化学耗氧量(COD)负荷。经过不断的改进和优化，单套装置规模得到提高，物料消耗、能耗得到降低。

PTA的典型专利商包括英威达(Invista)、BP、日立、中石油昆仑等，此外逸盛结合其丰富的生产管理经验，也对PTA工艺技术进行了研发及改造。通过不断改进，PTA装置操作更稳定，能耗和物耗更低，单套装置生产能力更大，使其更具有竞争力。不同时期PTA产品的主要原料单耗见表1。

表1 不同时期的PTA的主要原料消耗

由表1可见：在1995—2000年、2005—2010年以及2015—2020年这3个时段，单套装置规模有所突破，工艺得到较大优化，物耗下降较多，按照近3年平均价计算，每个时段的物料下降大约50元/t。经过20多年的发展，产品的主要原料消耗大幅下降，PX单耗日益接近639.074 kg/t的理论值。新的2.5 Mt/a PTA装置较以前的600 kt/a老装置单位物料消耗费用节省约150元/t。

不同规模的PTA装置能耗见表2。PX氧化制PTA的工艺过程是放热反应，PTA理论放热量为8.017 GJ/t，折合2 227.4 kWh/t。因此，系统的节能也是围绕将这部分热量进行回收和分级利用而展开[2]，装置大型化为余热回收提供了可能。不同规模的PTA装置能耗见表2。由表2可见：节能新技术应用后，降低了高压蒸汽用量，还增加了尾气发电量，另外，随着工艺不断优化，脱盐水用量大幅度降低，还减少了污水的排放量。

表2 不同规模的PTA装置能耗

600 kt/a规模的老装置和2.5 Mt/a的新装置相比，能耗费用降低248元/t。

溶剂回收、加氢精制、尾气处理等单元经过改进，化学品消耗下降，新老装置的化学品消耗相差25～30元/t。

上述主要原料、化学品及能耗等各项合计后，新老装置的产品成本有420元/t的差距。随着物耗和能源动力消耗的下降，新装置的竞争力得到了很大的提高。

其他试剂：盐酸、硝酸、高氯酸、硼氢化钾、铁氢化钾、氢氧化钾、草酸、重铬酸钾、硫脲、抗坏血酸均为分析纯。实验用水为超纯水（电阻率为18.25 MΩ·cm）。

2 供需分析

2.1 国内外产能分析

2018年全球产能87.2 Mt/a，亚洲地区的PTA产能占比约为87%，北美为7%，西欧为5%。亚洲的产能分布为：中国大陆约占64%，韩国9%，中国台湾省9%，印度6%，其他12%。

到2019年底，国内PTA总产能52.49 Mt/a，分布在24家公司42套装置，国内PTA产能统计见表3。在52.49 Mt/a产能中，有3家企业的5套装置、合计3.8 Mt/a产能长期处于停车状态，已不具备恢复生产的能力，因此到2019年底，国内PTA的实际有效产能为48.69 Mt/a。

表3 2019年国内PTA装置产能统计

国内24家企业的平均产能为2.187 Mt/a，单套装置产能为1.25 Mt/a。其他国家和地区的企业平均产能为：日本390 kt/a，韩国940 kt/a，中国台湾省1.42 Mt/a,印度980 kt/a,美国950 kt/a。综合看，国内PTA工厂无论是装置平均产能，还是工厂平均产能，均在世界前列。国内PTA装置规模提高主要得益于2010年后PTA装置的迅速发展，单套规模大幅度提升。

2.2 需求分析

近15年来，国内PTA的产能、产量表观消费量和装置开工率如表4所示。由表4可见：2012—2014年是PTA行业发展的低谷期，2015—2018年PTA产能投放缓慢，行业落后产能逐步出清，2019年PTA产能开始突破瓶颈，出现井喷式增长。国内PTA产量和表观消费量总体上呈逐年提升的趋势，预计未来几年，PTA产能仍有较大幅度上升，但因产能投放集中，PTA装置开工率会有所下降。

表4 国内PTA产能、产量、表观消费量及开工率

2.3 今后3年供需预测

2019—2022年全球预计将新增PTA产能37.6 Mt/a，其中美国和印度各新增一套装置，合计产能2.4 Mt/a，其余新增产能全在中国。2020—2022年，新增PTA产能分别为16.9 Mt/a、2.2 Mt/a和11.7 Mt/a。

在需求方面，选取近10年的表观消费量增长率为样本，剔除最高值和最低值后，分别作为景气度参考指标，结合下游产业的增长率，得到高景气度(年增长率12.30%)、中景气度(年增长率9.39%)和低景气度(年增长率6.53%)条件下的年度消费量预测值，并测算出今后几年内的装置开工率。在中景气度条件下，2020—2020年各年度的PTA需求量分别为48.37 Mt/a、52.9 Mt/a和57.88 Mt/a，装置开工率预计为69.69%,73.90%和68.49%(见表4)。由于新增产能超过新增需求，装置开工率会出现下滑，行业内竞争加剧。

3 竞争力分析

PTA的生产成本包括：原料和辅助材料(化学品)、能源动力消耗、人工工资、制造费用(折旧、修理费等)。为便于比较，选取3种典型规模的PTA装置作为比较的基础：2000年左右建设的600 kt/a、目前在运行的2.2 Mt/a主流PTA装置(大都在2015年后开工建设)，以及目前正在建设的3 Mt/a规模的PTA装置。产品毛利为产品价格和生产成本的价差。

3.1 主要原料消耗

国内在役PTA装置的规模都是在当期工艺技术和装备水平的结合体，不同规模的PTA装置原辅料消耗如表5所示。

表5 不同规模装置的原辅料单耗 kg/t

不同规模所对应的能源动力消耗见表2。

3.2 加工费比较

因能源动力价格波动不大，人工成本和维修费用也相对稳定，辅助材料价格虽有波动，但在加工费中所占比例较小，为便于比较，将辅助材料按照当期平均价进行折算，除主要原料之外的加工费见表6。由于600 kt/a级的PTA装置已经运行多年，折旧不计，但修理费仍需计提；3 Mt/a规模的PTA近年刚刚开发出来，尚无运行业绩，为便于比较，将其预计的费用列入进行比较。

由表6可见:新建3 Mt/a级PTA装置的加工费较600 kt/a和2.2 Mt/a级装置分别有157元/t和258元/t的成本优势。

表6 不同规模装置的辅助原料消耗 kg/t

3.3 毛利比较

PTA价格与PX价格相关性较高，近8年来典型规模PTA装置的毛利见图1。

图1 不同规模的PTA装置产品毛利

由图1可见：最新的3 Mt/a PTA装置盈利能力最好，与老的600 kt/a的毛利平均相差367元/t，2.2 Mt/a装置与老的600 kt/a的毛利则平均相差160元/t。因此，PTA新增产能将逐步替代老旧产能。

图1中，2015—2017年间，PTA的毛利较低，有时甚至出现亏损，但亏损幅度有限，主要是部分老旧装置通过停产检修规避损失。而在2018年9月上旬和2019年7月上中旬，PTA价格出现异常波动，PTA产品毛利连续三周超过2 500元/t，而2019年6-7两个月均达到1 000元/t以上。造成这样的结果原因是多方面的：(1)下游聚酯快速扩张、市场内在需求；(2)安全环保督查，部分企业停产影响供应；(3)增值税由16%调整为13%，企业盈利空间扩大；(4)贸易战、反倾销等抬升了PTA价格预期；(5)资本炒作也是重要因素，自2006年PTA期货合约在郑州商品交易所获准上市后，约90%的PTA生产企业和贸易企业，以及约80%的大型聚酯企业都利用PTA期货开展套期保值操作，基差点价已经成为现货市场定价和贸易的主要方式。随着2018年11月PTA正式引入境外期货交易者、2019年12月PTA期权在郑州商品交易所上市，PTA市场还将经历一段时间的磨合才能回归理性。当然，PTA期货和PTA期权一系列的“组合工具”落地，国内PTA期货价格的全球影响力进一步提升，推动我国成为全球聚酯产品定价中心，更好促进期货市场服务实体经济发展。未来，如果聚酯瓶片和聚酯短纤期货品种再能顺利推出，覆盖面更广的纺织产业链金融工具将会发挥出更强的板块效应。

4 结论与建议

(1)技术进步带来成本优势，新增产能较老装置有300元/t以上的优势。

(2)新增产能将逐步淘汰老装置。PTA产能扩张将导致产业供应格局洗牌，单套产能更大、能耗更低的新装置将逐步淘汰产能较小的老装置，预计到2020年年底，单套能力900 kt/a以下的装置将逐步退出，1.4 Mt/a以下的老装置也将受到冲击。

(3)2019年以来，国内新一轮PTA产能扩张迅猛，这些企业大多数是聚酯、长丝的龙头生产企业，上下游产业一体化趋势明显。大炼化项目投产后，将会反哺原有PTA产业链，加速老装置出清，行业集中度将进一步提高。

(4)加快老旧装置的改造与利用。通过对部分工艺流程、设备进行改造，对能量进行分级利用，降低生产成本，延迟退出时间。另外，对原装置改造，转产间苯二甲酸(PIA)，国内已有成功的案例。

(5)PTA有现货、期货交易，还有期权交易，在套期保值操作方面，要加强国际资本介入后的风险防范。