江宏玲， 周 成

(1.安徽省·淮委水利科學研究院，安徽合肥 230088；2.安徽國際商務職業(yè)學院，安徽合肥 231131)

?

生物質(zhì)氣化費托合成的經(jīng)濟性分析

江宏玲1， 周 成2

(1.安徽省·淮委水利科學研究院，安徽合肥 230088；2.安徽國際商務職業(yè)學院，安徽合肥 231131)

以生物質(zhì)稻秸為研究對象，基于已有的生物質(zhì)費托(FT)合成的模擬工藝流程，計算得到了轉(zhuǎn)化過程的生產(chǎn)成本?？偨Y(jié)了生物質(zhì)FT合成油生產(chǎn)成本的構(gòu)成比例，并與煤基FT合成油生產(chǎn)成本進行了對比，另外針對生物質(zhì)原材料成本做了敏感性分析。結(jié)果表明，以現(xiàn)階段煤價為例，考慮生物質(zhì)補貼，生物質(zhì)制FT合成油的生產(chǎn)成本會低于煤基FT合成油的生產(chǎn)成本。隨著更多生物質(zhì)的經(jīng)濟補貼機制的建立，以生物質(zhì)為原料制取FT合成油的市場前景廣闊。

生物質(zhì)氣化；費托合成；經(jīng)濟性分析；成本

費托合成(Fisher-Tropsch Synthesis，簡稱FT合成)是指以合成氣(主要成分是CO和H2)為原料，通過催化劑轉(zhuǎn)化生成烴類和含氧化合物的過程。以生物質(zhì)為原料，制備合成氣，通過FT合成生產(chǎn)的液體燃料，能夠直接應用于交通運輸、能源動力及化工等領(lǐng)域，在一定程度上緩解了由于石油短缺而帶來的壓力[1]。同時，費托燃料不含有硫元素[2]，不會對環(huán)境造成污染，所以這是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ纳镔|(zhì)利用方式[3-4]。

目前國內(nèi)外有關(guān)FT合成已發(fā)表過一些相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟數(shù)據(jù)，但是生物質(zhì)FT合成尚處于實驗室研究和工業(yè)中試階段，過程的經(jīng)濟性缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)資料參考，而且在不同背景，比如不同地區(qū)、不同生產(chǎn)工藝條件下，經(jīng)濟性也是不盡相同的，甚至大相徑庭[5]。因此，筆者以稻秸為原料，基于串行流化床生物質(zhì)氣化FT合成技術(shù)[6]，對生物質(zhì)氣化FT合成系統(tǒng)進行經(jīng)濟性分析，得出生產(chǎn)成本費用的結(jié)果，并與傳統(tǒng)煤基合成油進行比較，探討生物質(zhì)FT合成的市場前景。

1　生物質(zhì)氣化FT合成成本計算基礎

該研究借助參數(shù)估算類經(jīng)濟分析方法，估算出年產(chǎn)5萬t FT合成油的稻秸氣化FT合成系統(tǒng)的投資費用。

1.1基礎數(shù)據(jù)①產(chǎn)品：FT合成油，5萬t/a。②項目實施進度：項目擬2年建成，第三年投產(chǎn)，當年生產(chǎn)負荷達到設計能力的80%，第四年直至以后生產(chǎn)負荷為100%，生產(chǎn)期為15 年。③資金來源：固定資產(chǎn)投資的30%為自有資金，不還本不計息，其余70%為銀行貸款，貸款利率確定為6.12%。

1.2投資估算投資估算是經(jīng)濟評價的重要基礎工作之一，其構(gòu)成及計算方法應遵照技術(shù)規(guī)定有關(guān)章節(jié)進行。該研究中固定資產(chǎn)的投資估算采用生產(chǎn)規(guī)模指數(shù)法[7-8]，即利用已經(jīng)建成項目的投資或其設備投資，估算某一特定規(guī)模的項目投資或其設備投資的方法，計算公式為：

(1)

式中，n表示生產(chǎn)規(guī)模指數(shù)。選取n值的原則是：改變設備裝置數(shù)量或生產(chǎn)場所規(guī)模，從而改變項目生產(chǎn)規(guī)模，n取0.8～1.0；改變設備、裝置的功能和效率，從而改變項目生產(chǎn)規(guī)模，n取0.6～0.7。

1.3生產(chǎn)成本生產(chǎn)成本包括原材料費、用水耗電費、工資及福利費、維修費、折舊費和其他費用等[2，9]：

原材料費(生物質(zhì)、催化劑)=原材料消耗量×材料單價

(2)

用水費=系統(tǒng)給水量×水價

(3)

耗電費=系統(tǒng)耗電量×電價

(4)

職工工資及福利=職工人數(shù)×人年工資×(1+福利費系數(shù))

(5)

維修費=固定資產(chǎn)原值×維修費率

(6)

(7)

其他制造費=固定資產(chǎn)原值×其他制造費率

(8)

式(5)中，福利費系數(shù)取15%，人年工資取行業(yè)平均水平4萬元/(人·a)；式(6)中，維修費率取3%；式(7)中，固定資產(chǎn)形成率按95%計算，折舊年限為15年，不考慮生產(chǎn)設備的回收報廢；式(8)中，其他制造費率取值1%。

2　生物質(zhì)FT合成油生產(chǎn)成本計算

2.1投資費用估算基于文獻[6]中生物質(zhì)氣化FT合成的工藝數(shù)據(jù)，查閱相關(guān)文獻的數(shù)據(jù)[10-12]，估算出年產(chǎn)5萬t FT合成油的稻秸氣化FT合成系統(tǒng)的投資費用，如表1所示。

表1稻秸FT合成系統(tǒng)投資費用(5萬t FT合成油/a)

Table 1Investment cost for rice straw FT synthesis system (5×104t synthetic oil/a) 萬元

項目Item設備購置Equipmentpurchase安裝工程Installationworks建筑工程Constructionworks合計Total供電系統(tǒng)Powersupplysys-tem13701374111918水系統(tǒng)Watersystem17105149603184加料系統(tǒng)Feedingsystem8228230143918氣化系統(tǒng)Gasificationsystem74002466164411510凈化系統(tǒng)Cleaningsystem411020554526617合成系統(tǒng)Synthesissystem162755178296024413公用工程Utilities288531624808084輔助系統(tǒng)Auxiliarysystem4555650101041530974953

估算得出該套生物質(zhì)FT合成油系統(tǒng)的投資費用約為7.5億元，其中30%，即2.25億元為股本金，不還本不計息；其余70%即5.25億元為人民幣貸款。

2.2生產(chǎn)成本計算以稻秸為例，按照前文中介紹的生產(chǎn)成本計算方法，估算出稻秸FT合成油的生產(chǎn)成本，具體計算數(shù)據(jù)見表2。

生物質(zhì)制FT合成油的生產(chǎn)成本構(gòu)成情況見圖1。從圖1可以看出，生物質(zhì)制FT合成油的生產(chǎn)成本中生物質(zhì)原料費用占的比例最大，說明生物質(zhì)FT合成油生產(chǎn)成本對生物質(zhì)原料的價格變動更為敏感；其次是基本折舊費，折舊費與整個稻秸制FT合成油的生產(chǎn)設備投資費用相關(guān)，提高科技水平、改進生產(chǎn)技術(shù)，可降低單位FT合成油的生產(chǎn)成本；水費和其他制造費所占的比例很小。

表2　稻秸FT合成油生產(chǎn)成本

圖1　稻秸FT合成油生產(chǎn)成本構(gòu)成Fig.1　Structure of production cost for rice straw FT synthetic oil

我國對生物質(zhì)燃料發(fā)展近來大力支持，已建立了相應的經(jīng)濟補貼和激勵機制[13]，目前對生物質(zhì)燃料的具體補貼額度與當?shù)氐恼呒叭剂蟽r格等因素有關(guān)[14]，該研究選取安徽省某地對生物質(zhì)燃料的扶持政策：對于生物質(zhì)液體燃料的平均補貼額度大約是140元/t生物質(zhì)?？紤]補貼費用1 826元/t之后，稻秸制FT合成油的生產(chǎn)成本為4 446元/t。

3　煤基合成氣FT合成成本估算

目前國內(nèi)外生物質(zhì)FT合成油的經(jīng)濟性，缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)資料參考[15]，但煤間接液化的經(jīng)濟技術(shù)指標，已有相關(guān)的數(shù)據(jù)[16-19]，根據(jù)文獻[20]中煤基合成油項目的主要基礎數(shù)據(jù)，如表3所示。規(guī)模為18萬t/a的煤基FT合成油系統(tǒng)投資費用約為25.1億元，按照前文的計算方法，估算煤間接液化制合成油的生產(chǎn)成本費用，如表4所示。

表3　煤基合成油項目主要基礎數(shù)據(jù)

計算時，按照煤價是600元/t，得到煤制FT合成油的生產(chǎn)成本約為5 022元/t合成油。對比前文生物質(zhì)基FT合成油的生產(chǎn)成本可知，不考慮生物質(zhì)補貼時，生物質(zhì)基FT合成油的生產(chǎn)成本高于煤基FT合成油；若考慮生物質(zhì)補貼，生物質(zhì)制FT合成油的生產(chǎn)成本顯著降低，會低于煤基FT合成油的生產(chǎn)成本。隨著國家對生物質(zhì)制備液體燃料技術(shù)的不斷重視和大力支持，會有更多的經(jīng)濟補貼和激勵機制建立，生物質(zhì)制備FT合成油，作為一個能源項目是可行的，所顯示出的市場前景十分廣闊[21-22]。

表4煤間接液化制合成油生產(chǎn)成本費用

Table 4Production cost for synthetic oil by indirect coal liquefaction

序號No.項目名稱Itemname成本Cost元/t合成油占比Percentage%1原材料費311161.95其中:煤費285656.87 催化劑費2555.082用水費340.683耗電費4007.964職工工資及福利370.745維修費4188.326基本折舊費88317.587其他制造費1392.77生產(chǎn)成本合計Totalproductioncost5022

4　敏感性分析

生物質(zhì)基FT合成工藝流程中，生物質(zhì)原材料成本費用的份額最大，由于市場因素，稻秸的價格會發(fā)生變化，甚至會使原料成本產(chǎn)生很大的波動，從而導致生物質(zhì)制取FT合成油的成本費用產(chǎn)生很大變化[23-24]，因而有必要進行相應的敏感性分析。FT合成油生產(chǎn)成本隨原材料價格變化趨勢見圖2。

從圖2可以看出，隨著原料價格的變化，生產(chǎn)成本都是隨著原材料價格的增加而增大，且變化范圍很大。以稻秸為例，稻秸價格是600元/t時的合成油成本，與稻秸價格是200元/t時的合成油成本大概相差5 216元/t合成油。

按照目前稻秸的市場價格300元/t估算生產(chǎn)成本，由圖2a可知，若不考慮生物質(zhì)補貼，只有當煤價高于900元/t時，生物質(zhì)基FT合成油才有價格優(yōu)勢。由圖2b可知，若考慮生物質(zhì)補貼政策，煤價只要不低于500元/t，生物質(zhì)基FT合成油均具價格優(yōu)勢。從現(xiàn)階段的煤價來看，生物質(zhì)基FT合成油的生產(chǎn)成本是很可能低于煤基FT合成油的，以生物質(zhì)為原料制取FT合成油市場前景廣闊。

注：a.不考慮生物質(zhì)補貼;b.考慮生物質(zhì)補貼?！ote:a. Not containing biomass subsidies；b. Containing biomass subsidies圖2　FT合成油生產(chǎn)成本隨原材料價格變化Fig. 2　Price variation of raw materials for production cost of FT synthetic oil

5　結(jié)論

(1)該研究估算了年產(chǎn)5萬t生物質(zhì)基FT合成油的投資費用約為5.47億元；估算出稻秸FT合成油生產(chǎn)成本，補貼前約為為6 272元/t，補貼后約為4 446元/t。

(2)在生物質(zhì)氣化制取FT合成油的生產(chǎn)成本中生物質(zhì)原料成本占的份額最大，說明生物質(zhì)基FT合成油對生物質(zhì)原料的價格變動更為敏感，其次是基本折舊費。

(3)生物質(zhì)制FT合成油的生產(chǎn)成本隨著生物質(zhì)價格的增大而增大，且生產(chǎn)成本的變化范圍很大。按照目前稻秸市場價格300元/t，若不考慮生物質(zhì)補貼，只有當煤價高于900元/t時，生物質(zhì)基FT合成油才有價格優(yōu)勢；若考慮生物質(zhì)補貼政策，煤價只要不低于500元/t，生物質(zhì)基FT合成油均具價格優(yōu)勢。

利用生物質(zhì)通過FT合成的方法制高品位液體燃料仍是實驗室研究的初步摸索階段，還需要進一步放大，提高生物質(zhì)基液體燃料產(chǎn)率、降低合成成本是生物質(zhì)制備液體燃料研發(fā)過程中尚需解決的關(guān)鍵問題。綜觀近年來生物質(zhì)基FT合成油的技術(shù)進展，其總體投資費用和生產(chǎn)成本等有望在不久的將來達到與現(xiàn)行傳統(tǒng)煉廠相競爭的水平，F(xiàn)T合成燃料的發(fā)展前景看好。

[1] 吳創(chuàng)之，周肇秋，陰秀麗，等．我國生物質(zhì)能源發(fā)展現(xiàn)狀與思考[J]．農(nóng)業(yè)機械學報，2009，40(1)：91-99．

[2] 林文俏．項目投資決策經(jīng)濟分析[M]．廣州：中山大學出版社，2002．

[3] 冉毅，李謙，彭德全，等．生物質(zhì)成型燃料技術(shù)特點及經(jīng)濟效益分析[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學，2015，43(27)：322-325．

[4] DEMIRBA A．Progress and recent trends in biofuels[J]．Progress in energy and cmbustion science，2007，33：1-18．

[5] 樓狄明，朱忠，胡志遠．柴油替代燃料經(jīng)濟性分析[J]．車用發(fā)動機，2005(6)：5-9．

[6] 江宏玲，肖軍．串行流化床生物質(zhì)氣化費托(FT)合成的模擬[J]．合肥工業(yè)大學學報(自然科學版)，2015，38(10)：1396-1403．

[7] 劉穎春，劉立群．技術(shù)經(jīng)濟學[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2010．

[8] 陸寧．工程經(jīng)濟學[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2008．

[9] 中華人民共和國國家計委，國家經(jīng)貿(mào)委，國家建設部．熱電聯(lián)產(chǎn)項目可行性研究技術(shù)規(guī)定[Z]．2001．

[10] 欒超，由長福．兩段式生物質(zhì)氣流床氣化制費托燃料的技術(shù)經(jīng)濟性分析[J]．清華大學學報(自然科學版)，2011，51(5)：681-686．

[11] 曹立仁．中國自主知識產(chǎn)權(quán)煤間接液化技術(shù)合成油示范廠進展[R]．北京：中科合成油技術(shù)有限公司，中國科學院山西煤炭化學研究所，2010．

[12] 顧吉青．生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位液體燃料生命周期綜合評價[D]．南京：東南大學，2010．

[13] 丁一．生物質(zhì)液體燃料對我國石油安全的貢獻[D]．鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學，2007．

[14] 胡章翠．林業(yè)生物質(zhì)能源資源評價和開發(fā)利用[R]．北京：全國生物質(zhì)能開發(fā)利用工作會議，2006．

[15] HAMELINCK C N,FAAIJ A P C,UIL H D，et al．Production of FT transportation fuels from biomass:Technical options，process analysis and optimization，and development potential[J]．Energy，2004，29：1743-1771．

[16] 張亮．車用燃料煤基二甲醚的生命周期能源消耗、環(huán)境排放與經(jīng)濟性研究[D]．上海：上海交通大學，2007．

[17] 高晉生，張德祥．煤液化技術(shù)[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2005．

[18] 白爾錚．費托合成燃料的經(jīng)濟性及發(fā)展前景[J]．化工進展，2004，23(4)：370-374．

[19] BECHTEL．Baseline design/economics for advanced fischer-tropsch technology [R]．Final Reports under contract No．DE-AC22-91PC0027 to the Federal Energy Technology Center，U S Department of Energy，Pittsburgyh，Pennsylvania，1998．

[20] 李大尚．煤制油工藝技術(shù)分析與評價[J]．煤化工，2003(1)：17-23．

[21] NICOLETTI G．The hydrogen option for energy：A review of technical，environmental and economic aspects[J]．Hydrogen energy，1995，20(10)：759-765．

[22] 趙勇強．車用替代燃料發(fā)展狀況與前景[J]．中國能源，2009，31(4)：33-36．

[23] 吳銳，任玉瓏，雍靜，等．4種天然氣基汽車燃料的生命周期3E評價[J]．系統(tǒng)工程理論與實踐，2004(9)：114-119．

[24] HAMASAKA T．Economic efficiency of the “Hita city biomass recycle center”[J]．Journal of environmental science and engineering B，2015，4：426-433．

Economic Analysis of Biomass Gasification Fischer-Tropsch Synthesis

JIANG Hong-ling1, ZHOU Cheng2

(1. Anhui & Huaihe River Institute of Hydraulic Research, Hefei, Anhui 230088; 2. Anhui Institute of International Business, Hefei, Anhui 231131)

Based on the existing simulated process of biomass Fischer-Tropsch oil (bio-FT-oil), the cost of bio-FT-oil was obtained, taking straw as the research object. The cost of bio-FT-oil was compared with coal-FT-oil after summarizing its composition. Furthermore, the sensitivity analysis was carried out for the biomass raw material cost. Results show that the cost of bio-FT-oil could be lower than coal-FT-oil for the current coal price, taking the biomass subsidies into account. With the more establishment of economic mechanism of subsidy for biomass, the biomass FT-oil will have a broad prospect.

Biomass gasification; Fischer-Tropsch synthesis; Economic analysis; Cost

國家重點基礎研究發(fā)展計劃資助項目(2010CB732206)。

江宏玲(1987-)，女，安徽六安人，工程師，碩士，從事新能源研究。

2016-05-27

S-9；TK 63

A

0517-6611(2016)21-201-04