王 強(qiáng),徐向陽(yáng)

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 管理學(xué)院, 北京 100089)

乙烯是合成纖維、合成橡膠、合成塑料等多種化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料,是石化產(chǎn)業(yè)的核心。頁(yè)巖氣革命使得美國(guó)油氣產(chǎn)量大幅增加,副產(chǎn)品乙烷隨之大量增加,價(jià)格不斷下跌,目前乙烷價(jià)格已與天然氣價(jià)格持平,美國(guó)大量新建以乙烷為原料的乙烯項(xiàng)目。美國(guó)、中東乙烷價(jià)格很低，將對(duì)中國(guó)乙烯市場(chǎng)尤其是煤制烯烴市場(chǎng)造成重大沖擊，中國(guó)煤制烯烴正受到美國(guó)頁(yè)巖氣的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，中國(guó)煤制烯烴產(chǎn)業(yè)的投資決策將受較大影響。本文作者就職于國(guó)家能源集團(tuán),負(fù)責(zé)煤化工項(xiàng)目的投資咨詢業(yè)務(wù)、美國(guó)頁(yè)巖氣項(xiàng)目開發(fā),為定量分析美國(guó)乙烷制乙烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響,曾赴美國(guó)調(diào)研,實(shí)地走訪了馬塞勒斯頁(yè)巖氣生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、陶氏化工園等,拜訪了美國(guó)國(guó)家能源局、西弗吉尼亞州等政府部門,了解美國(guó)的投資政策、稅收體系、基礎(chǔ)原料費(fèi)用、產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)等,下面分析其對(duì)中國(guó)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的影響。

一、中國(guó)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

(一)產(chǎn)業(yè)形成一定規(guī)模

自2005年起,我國(guó)陸續(xù)開始建設(shè)大型現(xiàn)代煤化工工業(yè)化示范項(xiàng)目，至今,以煤制油、煤制烯烴、煤制氣為代表的現(xiàn)代煤化工示范項(xiàng)目均打通工藝流程,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。截至2017年底,已建成煤制油項(xiàng)目7套,總產(chǎn)能達(dá)898萬噸/年,總產(chǎn)量達(dá)322.7萬噸,產(chǎn)能占成品油表觀消費(fèi)量的3.68%;建成50～60萬噸級(jí)煤制烯烴項(xiàng)目11套(不含甲醇制烯烴),總產(chǎn)能達(dá)706萬噸/年,總產(chǎn)量達(dá)635萬噸,產(chǎn)能占乙烯和丙烯總產(chǎn)能的12.52%;建成煤制天然氣項(xiàng)目4套,總產(chǎn)能達(dá)51.05億立方米/年,產(chǎn)量達(dá)26.3億立方米,產(chǎn)能占天然氣表觀消費(fèi)量的1.51%。

(二)關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破

我國(guó)已經(jīng)掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤直接液化、煤間接液化、煤氣化、煤制烯烴、煤制乙二醇、煤制芳烴等工藝技術(shù),整體達(dá)到世界領(lǐng)先或先進(jìn)水平。[1]神華鄂爾多斯煤制油項(xiàng)目是目前世界上唯一的百萬噸級(jí)煤直接液化裝置,兗礦榆林煤制油項(xiàng)目采用了世界最大的低溫費(fèi)托合成反應(yīng)器(75萬噸/年),大唐克旗煤制天然氣項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)首次成功應(yīng)用4.0兆帕固定床氣化技術(shù),神華包頭煤制烯烴項(xiàng)目是世界上首個(gè)商業(yè)化運(yùn)行的煤制烯烴項(xiàng)目。大量自主氣化技術(shù)裝備實(shí)現(xiàn)了工業(yè)運(yùn)行,具備了自主制造大型氣化爐(投煤量≥3 000噸/天)、大型空分(制氧量≥10萬方/小時(shí))、大型加氫液化和費(fèi)托合成反應(yīng)器(重量≥2 000噸)、大型工藝壓縮機(jī)組、適用于苛刻條件的大型高差壓耐磨減壓控制閥、高溫高含固煤漿泵等重大裝備和控制系統(tǒng)的能力。

(三)示范項(xiàng)目運(yùn)行水平逐步提高

“十二五”期間,在打通工藝流程的基礎(chǔ)上,通過工藝技術(shù)優(yōu)化和完善、管理水平的提升,示范項(xiàng)目基本實(shí)現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、高負(fù)荷運(yùn)行,能耗和水耗在不斷降低。如神華包頭60萬噸/年煤制烯烴項(xiàng)目噸產(chǎn)品綜合能耗從3.6 噸標(biāo)煤降至3.3 噸標(biāo)煤,噸產(chǎn)品水耗由設(shè)計(jì)36.53噸降低到28噸以下。在國(guó)家政策的嚴(yán)格要求下,新建項(xiàng)目采用消霧技術(shù)、部分循環(huán)水閉路循環(huán)等大量先進(jìn)節(jié)水技術(shù),以及對(duì)工藝系統(tǒng)匹配優(yōu)化,項(xiàng)目單位產(chǎn)品水耗進(jìn)一步降低,如新建成的未來能源百萬噸級(jí)煤間接液化和神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化項(xiàng)目噸油耗水已從16噸降至6～7噸,新建烯烴項(xiàng)目(如神華包頭烯烴二期)噸產(chǎn)品耗水可由目前的28噸降低到18噸以下。

二、美國(guó)乙烷制乙烯產(chǎn)業(yè)進(jìn)展

(一)美國(guó)頁(yè)巖氣乙烷含量較高

美國(guó)部分氣田的氣體組成見表1,美國(guó)天然氣中的乙烷平均含量約為10%[2](質(zhì)量分?jǐn)?shù)),2017年,美國(guó)天然氣的產(chǎn)量達(dá)到11 003億立方米,比2007年增加了57%,帶動(dòng)了乙烷產(chǎn)量大幅增加。

表1 美國(guó)部分氣田氣體組成 %

(二)頁(yè)巖氣革命推動(dòng)乙烷產(chǎn)量快速增加

美國(guó)乙烷的開采和利用一直處于較高水平,其中95%的乙烷來源于天然氣。[3]2007年以后,頁(yè)巖氣大規(guī)模開采,2017年產(chǎn)量達(dá)到4 743.1億立方米，超過常規(guī)天然氣,乙烷產(chǎn)量隨之快速增加,年均增長(zhǎng)率達(dá)到了5%(見圖1),2017年產(chǎn)量達(dá)到2 986萬噸(如按照天然氣產(chǎn)量的10%折算,產(chǎn)量應(yīng)在3 850萬噸左右,但部分乙烷未分離作為化工產(chǎn)品,而是作為天然氣的組成部分外售,用以增加天然氣的熱值[4])。根據(jù)美國(guó)能源局的預(yù)測(cè),2020年美國(guó)乙烷產(chǎn)量將達(dá)到約3 500萬噸,2025年將達(dá)到4 000萬噸。

圖1 美國(guó)天然氣產(chǎn)量及乙烷產(chǎn)量

(三)乙烷產(chǎn)品主要用于生產(chǎn)乙烯

美國(guó)乙烷產(chǎn)品主要作為化工原料,用于在產(chǎn)地附近生產(chǎn)乙烯產(chǎn)品(約占乙烷產(chǎn)量的99%),美國(guó)乙烷裂解制乙烯占乙烯產(chǎn)能的比例一直保持在60%以上。[5]未分離部分進(jìn)入天然氣作為燃料,未來隨著大批乙烷裂解制乙烯項(xiàng)目的投產(chǎn),乙烷將逐步體現(xiàn)其化工產(chǎn)品的屬性,更多的乙烷將被分離作為乙烯原料,需求拉動(dòng)消費(fèi)的不斷增長(zhǎng),如圖2所示。

圖2 美國(guó)乙烷消費(fèi)量

(四)低成本乙烷將刺激美國(guó)乙烯產(chǎn)能快速增加

2016年,美國(guó)乙烯產(chǎn)能約2 884萬噸(見圖3),其中約69%來自乙烷原料。由于從頁(yè)巖氣中提取乙烷成本較低,美國(guó)乙烯出現(xiàn)大規(guī)模擴(kuò)能情況,2017—2020年,在建的幾個(gè)乙烷裂解制乙烯項(xiàng)目將集中投產(chǎn),目前在建和計(jì)劃新開工項(xiàng)目有包括Dow、SASOL、ExxonMobil等約11套乙烷裂解制乙烯裝置(見表2),到2022年新增總產(chǎn)能1 593.4萬噸。

圖3 美國(guó)乙烯產(chǎn)能

表2 2017—2020年美國(guó)乙烷裂解制乙烯裝置新增產(chǎn)能情況 萬噸

三、美國(guó)乙烷制乙烯對(duì)中國(guó)煤制烯烴的影響

(一)目前美國(guó)乙烯下游產(chǎn)品出口主要供應(yīng)美洲和歐洲

美國(guó)國(guó)內(nèi)乙烯及聚乙烯等需求趨穩(wěn),國(guó)內(nèi)增加的乙烯、聚乙烯主要用于出口。根據(jù)美國(guó)能源局的預(yù)測(cè),到2020年美國(guó)聚乙烯出口量將達(dá)到890萬噸。出口品種以LLDPE和HDPE為主,LLDPE比重呈逐漸增加趨勢(shì)(見圖4)。

圖4 北美聚乙烯分品種出口情況

目前,美國(guó)出口的聚乙烯主要滿足北美洲、南美洲和歐洲等國(guó)家和地區(qū)的需求(如圖5所示),出口至中國(guó)40萬噸,僅占8%(數(shù)據(jù)來源于IHS)。

圖5 2016年美國(guó)聚乙烯出口分布

(二)未來美國(guó)乙烯下游產(chǎn)品將部分進(jìn)入亞太市場(chǎng)

預(yù)計(jì)到2020年美國(guó)出口聚乙烯量約890萬噸,未來美國(guó)的聚乙烯產(chǎn)品仍主要滿足有長(zhǎng)期供貨關(guān)系的北美、西歐地區(qū),以及鄰近的、市場(chǎng)增長(zhǎng)較快的南美洲地區(qū)。

亞太地區(qū)是全球乙烯產(chǎn)品增長(zhǎng)的中心,美國(guó)聚乙烯產(chǎn)品必然會(huì)部分參與到亞太市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中,如按照當(dāng)前美國(guó)出口分布測(cè)算,則到2020年約有71萬噸聚乙烯進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。但從全球聚乙烯供需格局來看,需求的增長(zhǎng)點(diǎn)主要來自于東北亞;從全球平衡來看,2020年之后,預(yù)計(jì)將有200～500萬噸的美國(guó)聚乙烯產(chǎn)品進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng),這會(huì)對(duì)中國(guó)市場(chǎng)造成一定的影響,但2016年中國(guó)乙烯當(dāng)量消費(fèi)量為4 100萬噸,預(yù)計(jì)到2020年,中國(guó)乙烯當(dāng)量消費(fèi)量將超過5 000萬噸(按2011—2016年平均增速6.5%計(jì)算),美國(guó)乙烯的進(jìn)口增量估計(jì)不會(huì)對(duì)中國(guó)造成很大的沖擊。

(三)美國(guó)乙烷單體出口主要供應(yīng)加拿大、歐洲和印度

近年來美國(guó)乙烷的需求已經(jīng)飽和,乙烷供應(yīng)過剩的局面正日趨嚴(yán)重。未來5年內(nèi),美國(guó)國(guó)內(nèi)計(jì)劃投產(chǎn)的新建乙烯產(chǎn)能超過1 400萬噸/年,均以乙烷為原料,但這不能完全消化頁(yè)巖氣伴生的乙烷增量。根據(jù)美國(guó)能源局的預(yù)測(cè),到2020年,預(yù)計(jì)美國(guó)乙烷過剩達(dá)到300～500萬噸/年。

目前美國(guó)出口乙烷的方式有兩種:一是通過管道向加拿大等周邊國(guó)家出口,二是通過航運(yùn)出口乙烷。目前海運(yùn)的乙烷主要供應(yīng)歐洲英力士(INEOS)公司,除此之外,印度信實(shí)(Reliance)、北歐化工(Borealis)和沙比克(Sabic)等石化巨頭也與美國(guó)公司簽訂了采購(gòu)協(xié)議[6-7],見表3。以此推算,預(yù)計(jì)2020 年可供出口(包括中國(guó)在內(nèi)的其他國(guó)家)的量約為100萬噸。

表3 經(jīng)由美國(guó)兩大出口終端的乙烷出口合約 萬噸

注：*表示該港口的最大出口規(guī)模。

(四)美國(guó)、中東乙烷為原料制烯烴成本優(yōu)勢(shì)明顯

目前,美國(guó)乙烷的價(jià)格與天然氣價(jià)格基本持平,墨西哥灣的乙烷價(jià)格大約在3美元/千立方英尺(相當(dāng)于0.70元/立方米)。中東地區(qū)的乙烷價(jià)格由政府定價(jià),沙特阿美公司對(duì)外出售的乙烷價(jià)格低至1.75美元/千立方英尺(相當(dāng)于0.44元/立方米),低于美國(guó)乙烷價(jià)格。2015年以來,國(guó)際油價(jià)大幅下跌,中國(guó)煤制烯烴效益大幅下滑,而石腦油制烯烴則受益。本文以中國(guó)寧波為目標(biāo)市場(chǎng),分別分析中國(guó)包頭地區(qū)煤制烯烴、中國(guó)寧波地區(qū)石腦油制烯烴、美國(guó)乙烷裂解制烯烴出口至寧波、中東乙烷裂解制烯烴出口至寧波、寧波地區(qū)進(jìn)口美國(guó)乙烷制烯烴五種路徑的經(jīng)濟(jì)性,如圖6所示。煤制烯烴由于固定成本占比高,原料受國(guó)際油價(jià)的影響較小,因此對(duì)國(guó)際油價(jià)的敏感性不高,而且在高油價(jià)情景下,受益于副產(chǎn)品價(jià)格的提高,總成本反而會(huì)下降,其他四條路徑與國(guó)際油價(jià)密切相關(guān),成本隨著國(guó)際油價(jià)的提高而提高。在國(guó)際油價(jià)高于65美元/桶時(shí),煤制烯烴的競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)于石腦油制烯烴;油價(jià)高于70美元時(shí),煤制烯烴的競(jìng)爭(zhēng)力則優(yōu)于美國(guó)乙烷裂解和中國(guó)進(jìn)口乙烷裂解;油價(jià)高于80美元時(shí),煤制烯烴的競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)于中東乙烷裂解。

圖6 不同路徑完全成本與國(guó)際油價(jià)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

1.國(guó)際油價(jià)50美元/桶情景

取2015—2017年平均國(guó)際石油價(jià)格(約50美元/桶)和國(guó)內(nèi)化工產(chǎn)品價(jià)格,對(duì)五種路徑進(jìn)行詳細(xì)測(cè)算,結(jié)果見表4。

通過表4分析可知,在國(guó)際油價(jià)50元/桶情景下,國(guó)內(nèi)煤制烯烴項(xiàng)目處于盈虧平衡狀態(tài),這是由油價(jià)下跌和煤價(jià)上漲雙重因素造成的;國(guó)內(nèi)石腦油制烯烴項(xiàng)目(以純石腦油為例),受益于低油價(jià),原料成本有所下降;在美國(guó)建設(shè)乙烷制乙烯項(xiàng)目,具有原料成本優(yōu)勢(shì),但投資和關(guān)稅較高;中東地區(qū)建設(shè)乙烷裂解項(xiàng)目成本優(yōu)勢(shì)最明顯,未來仍將是我國(guó)乙烯下游產(chǎn)品進(jìn)口的主要地區(qū),但其新增產(chǎn)能有限[9];將美國(guó)乙烷運(yùn)輸?shù)街袊?guó)進(jìn)行深加工,其經(jīng)濟(jì)性與進(jìn)口美國(guó)乙烯產(chǎn)品相當(dāng)。

表4 原油價(jià)格50美元情景下不同烯烴路徑成本分析 元/噸

注:美國(guó)折舊及攤銷費(fèi)用按中國(guó)本地的2倍測(cè)算;中東折舊及攤銷費(fèi)用按中國(guó)本地的1.5倍測(cè)算;美國(guó)乙烷價(jià)格為3美元/百萬英熱單位,中東為1.75美元/百萬英熱單位;聚乙烯中國(guó)關(guān)稅和增值稅按6.5%和17%測(cè)算;乙烷中國(guó)關(guān)稅和增值稅按5%和13%測(cè)算。其他是指工資及福利、銷售費(fèi)用、財(cái)務(wù)費(fèi)用、維修費(fèi)、管理費(fèi)、其他生產(chǎn)費(fèi)、安全基金、保險(xiǎn)費(fèi)、增值稅和其他稅。原料煤價(jià)格取220元/噸。煤制烯烴和石腦油制烯烴主產(chǎn)品包含丙烯產(chǎn)品。海運(yùn)費(fèi)參考相關(guān)文獻(xiàn)[8]。

2.國(guó)際油價(jià)70美元/桶情景

在當(dāng)前國(guó)際油價(jià)下(約70美元/桶),測(cè)算的成本構(gòu)成如表5所示。在此情境下,中國(guó)煤制烯烴具有較好的盈利能力,但中東、北美地區(qū)由于乙烷價(jià)格低廉,仍然具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

表5 原油價(jià)格70美元情景下不同烯烴路徑成本分析 元/噸

注:美國(guó)乙烷價(jià)格按照4美元/百萬英熱單位,中東2.33美元/百萬英熱單位,其他費(fèi)和運(yùn)費(fèi)相應(yīng)調(diào)整。

長(zhǎng)期來看,中國(guó)的聚乙烯市場(chǎng)將是多原料并存的局面,但在高端產(chǎn)品方面,我國(guó)仍處于劣勢(shì),主要是工藝技術(shù)掌握在Exxon、Basel、Dow等公司手中,我國(guó)無法替代這些產(chǎn)品的進(jìn)口。

四、結(jié)論及建議

(一)美國(guó)低成本乙烷裂解制乙烯產(chǎn)能將在未來幾年集中釋放,但不會(huì)對(duì)中國(guó)造成較大沖擊

預(yù)計(jì)2020年美國(guó)乙烷產(chǎn)量將達(dá)3500萬噸,其單體可供中國(guó)和其他國(guó)家的出口量約為100萬噸,出口的規(guī)模有限,在中國(guó)建設(shè)乙烷制乙烯項(xiàng)目存在原料供應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。2020年美國(guó)乙烷下游的聚烯烴出口量將達(dá)到890萬噸,聚烯烴對(duì)中國(guó)的出口量預(yù)計(jì)將由2016年的40萬噸增長(zhǎng)到200～500萬噸,這對(duì)中國(guó)5 000萬噸的當(dāng)量市場(chǎng)規(guī)模不會(huì)造成很大沖擊。

(二)煤制烯烴的成本受國(guó)際油價(jià)影響較小,其他四種路徑均與國(guó)際油價(jià)密切相關(guān)

以中國(guó)寧波為目標(biāo)市場(chǎng),分別分析五種不同路徑制烯烴的經(jīng)濟(jì)性。由于煤制烯烴固定成本占比高,原料受國(guó)際油價(jià)的影響較小,因此對(duì)國(guó)際油價(jià)的敏感性不高,而且在高油價(jià)情景下,受益于副產(chǎn)品價(jià)格的提高,總成本反而會(huì)下降。其他四條路徑則與國(guó)際油價(jià)密切相關(guān),成本隨著國(guó)際油價(jià)的提高而提高。在國(guó)際油價(jià)高于65美元/桶時(shí),煤制烯烴的競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)于石腦油制烯烴;油價(jià)高于約70美元時(shí),煤制烯烴的競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)于美國(guó)乙烷裂解和中國(guó)進(jìn)口乙烷裂解;油價(jià)高于約80美元時(shí),煤制烯烴的競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)于中東乙烷裂解。長(zhǎng)期來看,由于中國(guó)聚乙烯需求年均增幅保持在6%以上,中國(guó)的聚乙烯市場(chǎng)將是多原料并存局面。

(三)建議現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品方案向化工品傾斜,產(chǎn)品向高端化、差異化發(fā)展,提高存量產(chǎn)能的競(jìng)爭(zhēng)力

我國(guó)現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目需要進(jìn)一步降低能耗、物耗、水耗,提高能源轉(zhuǎn)化效率,通過管理優(yōu)化,提高項(xiàng)目的運(yùn)行水平。煤制油、煤制氣等受油價(jià)影響較大的項(xiàng)目,建議調(diào)整產(chǎn)品方案,多產(chǎn)烯烴、芳烴等市場(chǎng)缺口較大的產(chǎn)品。充分利用煤化工工藝烯烴轉(zhuǎn)化率高(相對(duì)石腦油)、純度高的特點(diǎn),產(chǎn)品進(jìn)一步向高端化發(fā)展;適度發(fā)展茂金屬聚烯烴彈性體、雙峰聚烯烴、超高分子量聚乙烯等高端聚烯烴產(chǎn)品;提高汽車油箱專用料、燃?xì)夤艿缹Ｓ昧?、汽車保險(xiǎn)杠專用料等高端料、專用料的生產(chǎn)比例,提升產(chǎn)業(yè)持續(xù)盈利和抗風(fēng)險(xiǎn)能力。