(中國(guó)石油天然氣股份有限公司石油化工研究院)
近年來(lái),煤制烯烴是我國(guó)快速發(fā)展的現(xiàn)代煤化工主要工藝技術(shù)之一。煤制烯烴技術(shù)以煤為主要原料生產(chǎn)甲醇,再用甲醇生產(chǎn)烯烴(乙烯+丙烯),之后通過(guò)烯烴聚合工藝生產(chǎn)聚烯烴(聚乙烯、聚丙烯)等下游產(chǎn)品。其中,煤制甲醇技術(shù)屬于傳統(tǒng)技術(shù),而甲醇制烯烴是近十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù),已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。煤制烯烴技術(shù)已經(jīng)十分成熟,包括將甲醇轉(zhuǎn)化為乙烯和丙烯的MTO技術(shù)(例如UOP/Hydro的MTO工藝、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的DMTO工藝、中國(guó)石化上海石油化工研究院的SMTO工藝等),以及將甲醇轉(zhuǎn)化成丙烯的MTP技術(shù)(例如Lurgi的MTP工藝、清華大學(xué)的循環(huán)流化床甲醇制丙烯工藝FMTP等)。對(duì)煤炭企業(yè)而言,可以以煤為原料經(jīng)過(guò)合成氣生產(chǎn)甲醇,再用甲醇制烯烴;對(duì)不具備煤炭資源的生產(chǎn)企業(yè)而言,例如沿海地區(qū)MTO企業(yè),可采用外購(gòu)甲醇直接生產(chǎn)烯烴。近年來(lái),我國(guó)煤制烯烴發(fā)展很快,對(duì)傳統(tǒng)石油基烯烴市場(chǎng)產(chǎn)生越來(lái)越大的沖擊,值得石油化工企業(yè)深入思考與重視。
國(guó)外生產(chǎn)乙烯主要采用石腦油蒸汽裂解、輕烴(乙烷、LPG等)裂解工藝,生產(chǎn)丙烯主要采用催化裂化、丙烷脫氫(PDH)等工藝,烯烴原料基本上全部來(lái)自石油和天然氣,煤制烯烴在國(guó)外并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)規(guī)?;l(fā)展。我國(guó)生產(chǎn)烯烴的原料以石腦油蒸汽裂解(占比在70%左右)為主,還有輕柴油、輕烴裂解、丙烷脫氫(三者占比在10%以?xún)?nèi),其中少量丙烷采用進(jìn)口原料),以及煤(甲醇)制烯烴(約占20%)。煤制烯烴是我國(guó)近年發(fā)展起來(lái)的一種獨(dú)具特色的烯烴生產(chǎn)工藝。
我國(guó)石油烯烴生產(chǎn)能力不足是助推煤制烯烴快速發(fā)展的重要因素之一。從乙烯生產(chǎn)狀況分析,2018年,我國(guó)乙烯總產(chǎn)能達(dá)到2550×104t/a,產(chǎn)量約為2372×104t,裝置平均開(kāi)工率保持在93%的高位;全年乙烯單體凈進(jìn)口量達(dá)258×104t,凈進(jìn)口聚乙烯、乙二醇等下游產(chǎn)品折合純乙烯當(dāng)量2380×104t。乙烯表觀消費(fèi)量為2630×104t,當(dāng)量消費(fèi)量為5010×104t,當(dāng)量自給率不足50%。從丙烯生產(chǎn)狀況分析,2018年,我國(guó)丙烯總產(chǎn)能為3620×104t/a,產(chǎn)量約為3005×104t,年均產(chǎn)能利用率達(dá)到83%;全年進(jìn)口丙烯單體284×104t,進(jìn)口聚丙烯、丙烯腈等下游衍生物折合丙烯當(dāng)量580×104t。丙烯表觀消費(fèi)量為3289×104t,當(dāng)量消費(fèi)量為3869×104t,自給率達(dá)到77.7%[1]。
我國(guó)石油資源嚴(yán)重不足,2019年原油對(duì)外依存度已達(dá)72%,今后該數(shù)據(jù)仍將逐年上升。我國(guó)乙烯、丙烯、芳烴、乙二醇等基礎(chǔ)有機(jī)原料(特別是乙烯)需求旺盛,但自給率低,下游高端化衍生物產(chǎn)品進(jìn)口量大。近年來(lái),新建乙烯、丙烯裝置規(guī)模不斷擴(kuò)大,低成本烯烴原料供應(yīng)問(wèn)題越來(lái)越突出,如果僅依賴(lài)石油為原料的傳統(tǒng)路線(xiàn),我國(guó)乙烯、丙烯生產(chǎn)將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。發(fā)展煤制烯烴,無(wú)論對(duì)降低石油對(duì)外依存度、保障國(guó)家能源安全,還是滿(mǎn)足持續(xù)增長(zhǎng)的下游化學(xué)品消費(fèi)需求,都具有重要意義。
由于國(guó)際原油價(jià)格持續(xù)寬幅震蕩,特別是前些年幾次高油價(jià)的刺激,我國(guó)煤制烯烴發(fā)展十分迅速。2010年,我國(guó)第一套、世界首套工業(yè)化煤制烯烴裝置——神華包頭煤化工有限責(zé)任公司180×104t/a甲醇生產(chǎn)60×104t/a烯烴裝置投產(chǎn)。截至2018年底,我國(guó)已建成煤制烯烴(包括甲醇制烯烴)項(xiàng)目28個(gè),總產(chǎn)能達(dá)到1302×104t/a,占我國(guó)烯烴(乙烯+丙烯)總產(chǎn)能(6170×104t/a)的21%[2]。目前,我國(guó)煤(甲醇)制聚烯烴裝置產(chǎn)能達(dá)到1206×104t/a,預(yù)計(jì)2020年產(chǎn)能將達(dá)到1652×104t/a,目前還有10多個(gè)項(xiàng)目正在建設(shè)和規(guī)劃中(圖1)。
圖1 2010—2020年我國(guó)煤(甲醇)制烯烴產(chǎn)能變化
我國(guó)煤制烯烴企業(yè)的原料來(lái)源分為企業(yè)自備和外采兩種。在目前已投產(chǎn)的28家企業(yè)當(dāng)中,有13家企業(yè)建設(shè)有甲醇裝置,且多集中在煤炭資源豐富的西北地區(qū)。外采甲醇制烯烴的企業(yè)有15家,其中有11家集中在華東地區(qū),除部分沿海企業(yè)采用進(jìn)口甲醇外,還與內(nèi)地甲醇企業(yè)建立了長(zhǎng)期的合作關(guān)系,原料來(lái)源具有一定穩(wěn)定性。未來(lái),我國(guó)煤制烯烴將會(huì)加快發(fā)展,新建烯烴裝置主要來(lái)自煤制烯烴,勢(shì)必對(duì)石油烯烴帶來(lái)越來(lái)越大的沖擊,值得石油化工企業(yè)高度重視。
從煤氣化到最后制成聚烯烴或烯烴衍生物產(chǎn)品,工藝流程比較長(zhǎng),造成具有經(jīng)濟(jì)規(guī)模的煤制烯烴項(xiàng)目投資額較高,目前建設(shè)中的項(xiàng)目投資額都超過(guò)100億元,煤基180×104t甲醇年產(chǎn)60×104t聚烯烴項(xiàng)目投資均在200億元以上,只有具備相當(dāng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的企業(yè)才能發(fā)展煤制烯烴項(xiàng)目。由于工藝流程較長(zhǎng),煤的增值幅度很大,自有煤礦的煤炭(坑口煤)每噸成本只有100多元,5~6t煤炭就可以生產(chǎn)1t售價(jià)在8000元/t以上的聚乙烯或聚丙烯,即使算上設(shè)備折舊和水耗、能耗、人力成本等,總成本為6000元/t左右,盈利空間仍比較可觀。煤制烯烴價(jià)格隨原油價(jià)格變化,油價(jià)越高,烯烴價(jià)格越高。經(jīng)測(cè)算,煤制烯烴在油價(jià)30美元/bbl下有現(xiàn)金流,40美元/bbl可實(shí)現(xiàn)盈利,油價(jià)50美元/bbl能夠?qū)崿F(xiàn)較好盈利;油價(jià)65~75美元/bbl,煤制烯烴成本與石腦油制烯烴成本相當(dāng),具有較好盈利水平[2]。
自備煤礦的煤制烯烴企業(yè)一般都配有甲醇生產(chǎn)裝置,下游烯烴及聚烯烴產(chǎn)品盈利性較好,尤其是在油價(jià)較高時(shí)期,盈利狀況會(huì)更好。但采用外購(gòu)甲醇的企業(yè)通常處于微利或盈虧平衡狀態(tài),有時(shí)甚至出現(xiàn)虧損,這是由于外購(gòu)甲醇價(jià)格一直較高,甲醇制烯烴生產(chǎn)成本偏高,利潤(rùn)空間被擠壓。
2020年3月,國(guó)際原油價(jià)格暴跌,3月16日布倫特原油價(jià)格跌破30美元/bbl,這對(duì)煤化工項(xiàng)目造成強(qiáng)烈沖擊。如果低油價(jià)持續(xù),煤制烯烴盈利能力將會(huì)迅速下降。
目前,我國(guó)聚乙烯和聚丙烯行業(yè)普遍存在的問(wèn)題是通用品牌樹(shù)脂供應(yīng)多,高中檔產(chǎn)品空白率高,高端聚烯烴產(chǎn)品供應(yīng)量不足。近幾年,中東地區(qū)聚乙烯和聚丙烯產(chǎn)能集中釋放,中東供應(yīng)商不斷加大對(duì)我國(guó)的出口力度,日本、韓國(guó)聚烯烴產(chǎn)品對(duì)我國(guó)的出口力度也從未減弱;加之國(guó)內(nèi)新建大型煉化一體化項(xiàng)目配套的聚乙烯和聚丙烯產(chǎn)能逐步投產(chǎn),我國(guó)聚烯烴產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。
從我國(guó)煤制烯烴下游衍生產(chǎn)品來(lái)看,西北地區(qū)多以聚烯烴(PE、PP)為終端產(chǎn)品,這些產(chǎn)品主要通過(guò)鐵路、公路輸送到華東消費(fèi)市場(chǎng)。華東地區(qū)的甲醇制烯烴項(xiàng)目多選擇乙二醇、環(huán)氧乙(丙)烷、EVA、丙烯腈等下游產(chǎn)品,產(chǎn)品以供應(yīng)本地及周邊市場(chǎng)為主。煤制烯烴項(xiàng)目應(yīng)該著眼于高起點(diǎn),開(kāi)發(fā)高端聚烯烴產(chǎn)品,才能保證產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
我國(guó)煤炭資源和水資源分布不均,煤炭資源主要分布在華北、西北地區(qū),距離終端市場(chǎng)較遠(yuǎn),外運(yùn)成本高,只能就地轉(zhuǎn)化。我國(guó)富煤地區(qū)水資源普遍缺少,煤化工項(xiàng)目的上馬無(wú)疑會(huì)影響當(dāng)?shù)厣睢⑸a(chǎn)用水,解決水資源問(wèn)題是發(fā)展煤化工的前提。
煤制烯烴項(xiàng)目的耗水量很高,通常1t烯烴產(chǎn)品耗煤4.5t、耗水20~30t,一套年產(chǎn)60×104t的煤制烯烴項(xiàng)目年消耗水量約為(1200~1800)×104t。根據(jù)工信部2015年公布的《煤制烯烴行業(yè)規(guī)范條件》(征求意見(jiàn)稿),煤制烯烴單位產(chǎn)品綜合水耗準(zhǔn)入值不大于16t/t,先進(jìn)值為12t/t[3]。近年來(lái),煤制烯烴企業(yè)通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、增加生產(chǎn)工藝回用水、提高廢水處理技術(shù),煤制烯烴裝置水耗明顯下降,大部分企業(yè)可達(dá)到項(xiàng)目準(zhǔn)入指標(biāo)要求。例如,中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱(chēng)中天合創(chuàng))煤制烯烴裝置2019年單位聚烯烴產(chǎn)品水耗為10.77t/t,達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
煤制烯烴生產(chǎn)過(guò)程中,煤炭的碳原子只有少部分(約占20%~30%)轉(zhuǎn)移至烯烴產(chǎn)品中,大部分轉(zhuǎn)化為CO2排放,生產(chǎn)1t烯烴約排放5.8t CO2,是石腦油制烯烴CO2排放量的6.2倍[4]。我國(guó)正在積極試點(diǎn)探索建立碳交易市場(chǎng),煉化、化肥、煤化工等碳排放量較高的企業(yè)將作為石化領(lǐng)域首先納入碳交易市場(chǎng)的行業(yè)。煤化工企業(yè)生產(chǎn)成本核算中一般均未考慮碳稅成本,目前我國(guó)開(kāi)始試點(diǎn)征收碳稅,一旦全面征稅,煤制烯烴將面臨生產(chǎn)成本增加(約10%~15%)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,勢(shì)必影響經(jīng)濟(jì)效益。因此,將煤制烯烴排放的CO2(如粗煤氣低溫甲醇洗凈化過(guò)程排放的高濃度CO2)進(jìn)行捕集利用,如開(kāi)發(fā)碳捕獲、儲(chǔ)存及利用技術(shù)(CCUS),對(duì)于煤化工企業(yè)而言尤為迫切[5]。
近年來(lái),我國(guó)在CCUS技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)示范等方面開(kāi)展了許多工作,投入力度不斷加大,但總體仍處在研發(fā)和示范階段。在CO2利用方面,圍繞CO2驅(qū)油、驅(qū)煤層氣、CO2生物轉(zhuǎn)化和化工合成等不同利用途徑,開(kāi)展了理論和關(guān)鍵技術(shù)研究,已開(kāi)展CO2驅(qū)油工業(yè)試驗(yàn),建成微藻制生物柴油中試和小規(guī)模的CO2制可降解塑料生產(chǎn)線(xiàn),尤其是CO2驅(qū)油技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用。此外,煤化工企業(yè)還嘗試植樹(shù)造林(森林碳匯),通過(guò)碳匯交易間接降低CO2排放。
目前,國(guó)內(nèi)煤制烯烴產(chǎn)能快速增長(zhǎng),項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性逐步提升,產(chǎn)品種類(lèi)牌號(hào)不斷豐富,這在一定程度上是對(duì)石油化工產(chǎn)品的有益補(bǔ)充,同時(shí)也對(duì)石油烯烴市場(chǎng)帶來(lái)越來(lái)越大的沖擊,將進(jìn)一步加劇市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。尤其是在“十四五”期間,這種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系將會(huì)更為明顯。
2018年,國(guó)內(nèi)乙烯當(dāng)量自給率不足50%,丙烯當(dāng)量自給率約為77.7%。基于我國(guó)石化行業(yè)對(duì)乙烯、丙烯消費(fèi)的巨大需求,傳統(tǒng)石油制烯烴難以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求,煤制烯烴成為重要補(bǔ)充方式。2018年煤(甲醇)制烯烴占我國(guó)烯烴總產(chǎn)能比例已達(dá)21%,預(yù)計(jì)未來(lái)我國(guó)的烯烴消費(fèi)結(jié)構(gòu)中,煤制烯烴占比將會(huì)進(jìn)一步增加。未來(lái)5年,我國(guó)烯烴供需仍有缺口,加上我國(guó)全面取消廢塑料進(jìn)口等利好政策推動(dòng),聚烯烴產(chǎn)品特別是高端聚烯烴發(fā)展前景廣闊。由于煤制烯烴產(chǎn)量收率較高,且受原料限制少,因此煤制烯烴將逐漸成為國(guó)內(nèi)烯烴市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主體之一。
煤制烯烴的生產(chǎn)成本主要包括原料煤炭、助劑、設(shè)備折舊和人工費(fèi)等,其中原料費(fèi)占成本20%~22%,主要受煤炭?jī)r(jià)格變動(dòng)影響。國(guó)內(nèi)煤制烯烴具有較好的利潤(rùn),主要受益于近幾年煤炭(坑口煤)價(jià)格持續(xù)低位,而原油價(jià)格中位震蕩運(yùn)行。例如,2019年,中天合創(chuàng)煤制烯烴項(xiàng)目生產(chǎn)MTO級(jí)甲醇423.40×104t,生產(chǎn)聚烯烴產(chǎn)品137.53×104t,同比增長(zhǎng)8.23%,產(chǎn)品全產(chǎn)全銷(xiāo),實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入115.35億元、利潤(rùn)總額19.35億元,達(dá)到產(chǎn)量與綜合指標(biāo)雙提升[6]。
煤制烯烴下游產(chǎn)品一般為大宗聚乙烯、聚丙烯產(chǎn)品,以合成樹(shù)脂通用料居多,產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象比較嚴(yán)重。受?chē)?guó)內(nèi)石油聚烯烴和進(jìn)口產(chǎn)品的壓力,為拓寬產(chǎn)品效益空間,煤制烯烴企業(yè)加大技術(shù)創(chuàng)新,擴(kuò)大產(chǎn)品品種牌號(hào),產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)。以中天合創(chuàng)煤制烯烴項(xiàng)目為例[7],其LDPE裝置產(chǎn)品主要有4種牌號(hào),用以生產(chǎn)擠出涂層料、注塑、吹塑、薄膜料;PE裝置可生產(chǎn)全密度聚乙烯樹(shù)脂,產(chǎn)品覆蓋薄膜、中空吹塑、注塑、單絲、管材及電纜料,共計(jì)11個(gè)牌號(hào);PP裝置既可生產(chǎn)通用拉絲料、重載部件壓膜料,也可生產(chǎn)膜裂纖維絲、地毯襯底、編織袋等。
“十四五”期間,煤制烯烴對(duì)石油烯烴的沖擊將會(huì)持續(xù)加大,國(guó)內(nèi)石化企業(yè)應(yīng)對(duì)關(guān)鍵是加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整,強(qiáng)化技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新,化工業(yè)務(wù)領(lǐng)域堅(jiān)持差異化、高端化、高附加值的產(chǎn)品路線(xiàn),具體提出以下3個(gè)方面的建議。
目前,國(guó)內(nèi)成品油消費(fèi)增速放緩,特別是柴油消費(fèi)進(jìn)入平臺(tái)期,但航空煤油、清潔汽油、高端潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油、高端石蠟、部分石化原料(乙烯、丙烯、芳烴、乙二醇等)需求以及下游高端合成樹(shù)脂、合成橡膠產(chǎn)品消費(fèi)需求旺盛。因此,調(diào)整煉化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),加快煉油向化工轉(zhuǎn)型,成為行業(yè)發(fā)展總趨勢(shì)。大型石油國(guó)企實(shí)現(xiàn)煉化轉(zhuǎn)型升級(jí)的途徑主要包括5個(gè)方面:一是從單廠運(yùn)行優(yōu)化向區(qū)域運(yùn)行優(yōu)化轉(zhuǎn)型,統(tǒng)籌考慮原料及中間產(chǎn)品互供、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)布局等,克服企業(yè)“單打獨(dú)斗”的弊端,提高本區(qū)域內(nèi)企業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力;二是加強(qiáng)技術(shù)開(kāi)發(fā),推動(dòng)煉化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向清潔化、高端化轉(zhuǎn)型,降低汽柴比,少產(chǎn)柴油,多產(chǎn)航空煤油、船用燃料油、高端瀝青、石蠟等煉油特色產(chǎn)品及化工原料(石腦油等),大力開(kāi)發(fā)高端合成樹(shù)脂、合成橡膠新產(chǎn)品,提升化工業(yè)務(wù)核心競(jìng)爭(zhēng)力;三是化工原料結(jié)構(gòu)向多元化發(fā)展,充分利用乙烷、丙烷等裂解原料,提高烯烴原料靈活性,降低烯烴生產(chǎn)成本;四是煉化生產(chǎn)模式向智能化轉(zhuǎn)型,加快推進(jìn)智能煉廠建設(shè)和分子煉油技術(shù)的應(yīng)用;五是油氣主營(yíng)業(yè)務(wù)向油氣+新能源模式轉(zhuǎn)型,加快發(fā)展氫能、生物燃料等新能源業(yè)務(wù),加強(qiáng)對(duì)外技術(shù)開(kāi)發(fā)合作,延伸產(chǎn)業(yè)鏈,打造未來(lái)新的效益增長(zhǎng)點(diǎn)。
煤制烯烴的可變成本(原料費(fèi)、動(dòng)力費(fèi)用等)一般占總成本的30%左右,固定成本(設(shè)備折舊、財(cái)務(wù)費(fèi)用等)占比達(dá)50%,而石油基烯烴的可變成本一般占到總成本的70%。在原油價(jià)格中位(70美元/bbl左右)運(yùn)行情況下,石油烯烴與煤制烯烴生產(chǎn)成本基本相當(dāng),競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵在于節(jié)能降耗、降低成本,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化、高端化發(fā)展。在低油價(jià)(45美元/bbl以下)情況下,煤制烯烴會(huì)失去競(jìng)爭(zhēng)力。大型石油國(guó)企可以充分發(fā)揮煉化一體化裝置在投資成本及生產(chǎn)效益方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),通過(guò)乙烯原料多元化(例如,減少直餾石腦油、增加直餾柴油作乙烯原料,加快上馬乙烷裂解制乙烯項(xiàng)目)、生產(chǎn)工藝優(yōu)化及節(jié)能降耗等手段進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本,為聚烯烴產(chǎn)品生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。
充分發(fā)揮大型石油國(guó)企石化產(chǎn)品種類(lèi)齊全、產(chǎn)業(yè)鏈豐富的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),特別是煉化一體化企業(yè),碳二、碳三、碳四、碳五等烯烴品種齊全,應(yīng)大力開(kāi)發(fā)共聚牌號(hào)產(chǎn)品,開(kāi)發(fā)市場(chǎng)需求的茂金屬聚烯烴(mPE、mPP)、聚烯烴專(zhuān)用料(如管材料、車(chē)用料、醫(yī)用料、透明料、纖維料、注塑料)、高性能膜料(如電子產(chǎn)品包裝膜料、食品包裝膜料)等合成樹(shù)脂產(chǎn)品。以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向,加快聚烯烴產(chǎn)品向差異化、高端化方向拓展,改變生產(chǎn)通用產(chǎn)品的同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)局面,實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效,提升下游聚烯烴產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。