吳 濤,周鳳英,閆 強(qiáng)
(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083;2.中國地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心,北京 100037;3.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,北京 100037;4.國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室,北京 100037)
基于消費成本比較的我國煤制乙二醇發(fā)展前景
吳 濤1,周鳳英2,3,4,閆 強(qiáng)2,3,4
(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083;2.中國地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心,北京 100037;3.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,北京 100037;4.國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室,北京 100037)
我國乙二醇缺口量大,傳統(tǒng)石油路線生產(chǎn)不足,為煤制乙二醇的發(fā)展奠定了市場基礎(chǔ),同時煤制乙二醇符合國家煤炭清潔利用政策,其發(fā)展前景得到廣泛關(guān)注。本文從我國乙二醇供需情況以及生產(chǎn)布局分析了我國煤制乙二醇的現(xiàn)狀,重點對不同路線生產(chǎn)的乙二醇進(jìn)行了成本對比分析,結(jié)果表明煤制乙二醇路線成本低于乙烯路線,高于乙烷路線。認(rèn)為煤制乙二醇是將來乙二醇擴(kuò)能的主要方式,同時煤制乙二醇在低油價下具有競爭力,具有廣闊發(fā)展前景。
煤制乙二醇;消費成本;發(fā)展前景
乙二醇是重要的化工基礎(chǔ)原料,可用于生產(chǎn)聚酯、防凍劑、潤滑劑、增塑劑、炸藥和其他化工中間體,此外還可用于涂料、照相顯影液、剎車液以及油墨等行業(yè),在各領(lǐng)域用途廣泛,我國乙二醇主要消費領(lǐng)域為聚酯,占比90%以上,其次為防凍液。
2009年我國首個自主研發(fā)的20萬t/a煤制乙二醇投產(chǎn)以來,煤制乙二醇引起各界廣泛關(guān)注,不少專家和學(xué)者對煤制乙二醇進(jìn)行了相關(guān)研究。豐存禮[1]認(rèn)為我國石油路線生產(chǎn)乙二醇的工藝成熟,但需要依賴國外進(jìn)口技術(shù),而煤制乙二醇路線已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化,技術(shù)自主程度高但催化劑性能和裝置生產(chǎn)能力有待提高。孫玉凈等[2]和江魯奔[3]先后對國內(nèi)石油路線和煤制路線生產(chǎn)的乙二醇工廠成本進(jìn)行對比分析,認(rèn)為煤制乙二醇比石油路線工廠成本低。孫玉凈等[2]分析了國外乙烷原料制乙二醇的生產(chǎn)成本,王韌[4]進(jìn)一步分析了不同工藝和不同原料來源乙烯法生產(chǎn)成本,認(rèn)為中東企業(yè)具有技術(shù)規(guī)模及成本的綜合優(yōu)勢。國內(nèi)專家和學(xué)者對于煤制乙二醇的發(fā)展持有不同觀點。姜小毛等[5]提出煤制乙二醇熱前需要進(jìn)行冷思考,認(rèn)為國內(nèi)乙二醇市場容量不高,對石油和天然氣的替代性不如煤制油氣和煤制烯烴且面對來自國內(nèi)石化企業(yè)和國際中東企業(yè)的競爭,當(dāng)謹(jǐn)慎發(fā)展。顧定槐[6]指出下游聚酯對乙二醇的需求增速將放緩,且中東地區(qū)乙二醇產(chǎn)能擴(kuò)大,降價競爭將給國內(nèi)煤制乙二醇進(jìn)一步加壓,不可盲目跟風(fēng)。錢伯章[7]認(rèn)為中國煤制乙二醇技術(shù)難題已經(jīng)基本解決,發(fā)展煤制乙二醇符合國家能源戰(zhàn)略,且具有工藝流程短、能耗低、成本低且節(jié)約石油資源等優(yōu)勢,煤制乙二醇產(chǎn)業(yè)會進(jìn)入快速發(fā)展期,并逐步替代進(jìn)口。當(dāng)前,煤制乙二醇項目建設(shè)熱烈,以唐宏青為代表的專家和人士認(rèn)為目前乙二醇的發(fā)展軌跡與我國二甲醚、甲醇、合成氨行業(yè)類似,眾多項目的上馬將導(dǎo)致產(chǎn)能過剩;以馬新賓為代表的樂觀一派則認(rèn)為近幾年是不用擔(dān)心產(chǎn)能過剩的問題。
筆者從生產(chǎn)技術(shù)和布局闡述了我國乙二醇的現(xiàn)狀,重點對代表性地區(qū)的草酸酯路線和傳統(tǒng)石油路線到達(dá)消費區(qū)的成本進(jìn)行對比分析,討論煤制乙二醇的下游市場情況和產(chǎn)能過剩風(fēng)險,對乙二醇的發(fā)展前景進(jìn)行展望。
國際乙二醇市場自2013年以來已經(jīng)飽和,出現(xiàn)供大于求的局面,我國乙二醇長期處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。近年來我國乙二醇產(chǎn)能和產(chǎn)量穩(wěn)步提升,但國內(nèi)乙二醇生產(chǎn)完全無法滿足需求,自給率始終在40%以下,一直以來需要大量依靠進(jìn)口,圖1為2010~2015年我國乙二醇供需情況。中東北美以及東南亞地區(qū)為我國乙二醇進(jìn)口主要來源地,包括沙特阿拉伯、臺灣、加拿大、韓國、伊朗、科威特、新加坡、日本、阿聯(lián)酋、美國等國家和地區(qū),其中來自沙特阿拉伯、臺灣、加拿大和科威特進(jìn)口數(shù)量占比70%以上。我國乙二醇最主要消費地區(qū)為華東地區(qū),包括江蘇省、浙江省和上海地區(qū),其次為福建省和廣東省。2016年,我國乙二醇進(jìn)口總量為753萬t,其中南京海關(guān)進(jìn)口503萬t;寧波海關(guān)進(jìn)口100萬t;上海海關(guān)進(jìn)口38萬t;杭州海關(guān)進(jìn)口34萬t;廈門海關(guān)進(jìn)口22萬t;拱北海關(guān)進(jìn)口21萬t;福州海關(guān)進(jìn)口18萬t;其余(海口海關(guān)、合肥海關(guān)、黃埔海關(guān))進(jìn)口17萬t。
圖1 2010~2015年我國乙二醇供需情況
2.1 技術(shù)現(xiàn)狀
乙二醇生產(chǎn)從原料來說分為乙烯法和合成氣法,乙烯法根據(jù)乙烯來源不同可分為不同路線:石腦油裂解產(chǎn)生乙烯而后制乙二醇稱為石油乙烯路線(乙烯路線);以石油或者天然氣伴生乙烷制乙烯而后制乙二醇稱為乙烷乙烯路線(乙烷路線);以煤制甲醇或者天然氣制甲醇經(jīng)MTO工藝制乙烯而后制乙二醇稱為MTO乙烯路線。合成氣法是利用煤或者天然氣制取的合成氣直接或間接制取乙二醇,當(dāng)前工業(yè)化的是以煤制合成氣經(jīng)草酸酯加氫間接制乙二醇,稱為草酸酯路線(圖2)。其中乙烷路線是中東和北美地區(qū)乙二醇生產(chǎn)的主要路線;東南亞和東北亞地區(qū)則主要采用乙烯路線生產(chǎn)乙二醇。我國乙二醇生產(chǎn)的路線主要包括乙烯路線、草酸酯路線和MTO乙烯路線。
2.1.1 乙烯路線
乙烯路線分為兩段進(jìn)行,首先石腦油經(jīng)過裂解得到乙烯,乙烯氧化后得到環(huán)氧乙烷,環(huán)氧乙烷經(jīng)水合反應(yīng)得到乙二醇。工業(yè)上采用乙烯氧化的到環(huán)氧乙烷是直接在銀催化劑作用下直接生產(chǎn),環(huán)氧乙烷水合反應(yīng)在無催化劑條件下與水混合后直接反應(yīng)生成乙二醇。直接水合法是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)乙二醇的主要方法,不需要使用催化劑,具有雜質(zhì)少、乙二醇質(zhì)量高等優(yōu)點,乙烯氧化工藝技術(shù)國外壟斷,以SHELL、SD和DOW為代表。當(dāng)前針對乙烯路線,研究主要集中在乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷所使用的銀催化劑上,旨在提高催化劑性能;直接水合法工藝十分成熟,目前針對其少有研究,但為了克服其水耗高的缺點,國內(nèi)外研究側(cè)重在與之對應(yīng)的催化水合法技術(shù)開發(fā)上。
2.1.2 草酸酯路線
乙烯法生產(chǎn)乙二醇裝置要依托石化裝置建立,建設(shè)周期長,資金投入大;國內(nèi)使用國外壟斷技術(shù),設(shè)備需要進(jìn)口;原料受制于石油價格,這樣嚴(yán)重受制于人的狀態(tài),也是我國乙二醇依存度居高不下的主要原因。 我國缺油少氣,尤其是石油資源日漸短缺,因此完全依賴乙烯路線生產(chǎn)乙二醇不符合我國國情;我國煤炭資源相對豐富,煤制乙二醇項目的成功建設(shè)投生產(chǎn),開辟了乙二醇生產(chǎn)新道路。據(jù)計算,若800萬t乙二醇缺口全部采用煤制乙二醇技術(shù)來填補(bǔ),可替代約1 600萬t石油資源[8]。
通常所說的煤制乙二醇路線就是草酸酯路線,指利用煤氣化得到的合成氣制備中間產(chǎn)物CO經(jīng)氧化偶聯(lián)生產(chǎn)乙二醇,目前草酸酯路線技術(shù)比較成熟,國外以日本宇部興產(chǎn)和美國碳聯(lián)為代表,國內(nèi)以中科院福建物構(gòu)所為代表。從總反應(yīng)來看,生產(chǎn)乙二醇需要消耗的原料僅包括來自合成氣的CO和H2以及O2。實際反應(yīng)還有醇及亞硝酸酯參與,首先CO與亞硝酸酯反應(yīng)生成草酸二酯,草酸二酯加氫制得乙二醇。理論上整個過程反應(yīng)不消耗醇和亞硝酸酯,但在實際過程中需要進(jìn)行一定的補(bǔ)充。草酸酯路線中,草酸加氫催化劑是關(guān)鍵,當(dāng)前研究集中在開發(fā)具備較高強(qiáng)度和加氫活性的新型催化劑。
2.1.3 MTO乙烯路線
MTO乙烯路線是煤經(jīng)甲醇制烯烴或者進(jìn)口甲醇制烯烴和乙烯路線生產(chǎn)乙二醇的結(jié)合,首先利用進(jìn)口甲醇或者煤氣化的合成氣制甲醇,甲醇經(jīng)MTO工藝生產(chǎn)烯烴,從烯烴中分離出乙烯;以乙烯為原料經(jīng)氧化產(chǎn)生環(huán)氧乙烷,環(huán)氧乙烷進(jìn)一步水合反應(yīng)生成乙二醇。煤制甲醇是我國甲醇主要生產(chǎn)方式,甲醇制烯烴技術(shù)已經(jīng)成熟,其后乙烯制乙二醇與乙烯法一致,總的來說甲醇制乙二醇路線是一條成熟的工業(yè)化路線。
2.1.4 乙烷路線
乙烷主要來自中東地區(qū)石油或者北美地區(qū)頁巖氣伴生氣中,以乙烷為原料制取乙烯,乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷,環(huán)氧乙烷水合生成乙二醇,乙烷路線是我國進(jìn)口乙二醇的主要生產(chǎn)路線。
圖2 乙二醇生產(chǎn)路線流程圖
2.2 我國乙二醇項目分布
自1996年第一個乙二醇裝置投產(chǎn)以來,乙二醇產(chǎn)能持續(xù)增加,2009年以前,乙二醇產(chǎn)能全部來自乙烯法。2016年,乙烯路線依然是我國乙二醇生產(chǎn)的主流路線,項目合計18個,產(chǎn)能合計498.3萬t/a,占總產(chǎn)能的63.8%,其中中石化產(chǎn)能為380.4萬t/a,占比76.3%;中石油產(chǎn)能82.9萬t/a,占比16.6%;中海油35萬t/a,占比7%(圖3)。產(chǎn)能60萬t/a以上的項目有2個,位于浙江省和上海市;產(chǎn)能30萬~60萬t/a的項目有6個,分布在福建、廣東、江蘇、四川和天津等省(市);產(chǎn)能30萬t/a以下的項目有10個,主要分布在廣東、江蘇、遼寧、天津和新疆等省(區(qū)、市)。
2009年第一個草酸酯裝置投產(chǎn)。2011~2016年,乙二醇擴(kuò)能主要來自草酸酯法,尤其是2015年,乙二醇產(chǎn)能爆發(fā)式增長。2016年草酸酯路線項目合計12個,產(chǎn)能合計212萬t/a,占總產(chǎn)能的27.4%,其中永金化工60萬t/a,占比28.3%;陽煤集團(tuán)42萬t/a,占比19.8%;新杭能源30萬t/a,14.2%占比;新疆天業(yè)25萬t/a,占比11.8%;內(nèi)蒙古通遼金煤和遼寧北方化學(xué)公司均20萬t/a,占比9.4%;安徽淮化集團(tuán)10萬t/a,占比4.7%;山東華魯集團(tuán)5萬t/a,占比2.4%。項目規(guī)模都在60萬t/a以下,其中30萬t/a的項目有1個,位于內(nèi)蒙古;30t/a以下的項目11個,安徽、河南地區(qū)分布較為集中,有4個項目,其余分布在山西、內(nèi)蒙古、新疆及河北等地區(qū)。
2016年MTO乙烯路線項目合計2個,產(chǎn)能合計63萬t/a,占總產(chǎn)能的8%。其中,浙江寧波禾元化學(xué)有限公司50萬t/a,占比79.4%;中國三江精細(xì)化工有限公司13萬t/年,占比20.6%。
2017~2020年擬在建乙二醇項目合計31個中,其中4個采用乙烯法,27個采用草酸酯法。至2020年,預(yù)計其中24個項目將建成,乙二醇產(chǎn)能增加至1 496萬t/a,屆時煤制乙二醇產(chǎn)能為743萬t/a,將為中國乙二醇貢獻(xiàn)50%的產(chǎn)能,如圖4所示。
圖3 乙烯路線和草酸酯路線企業(yè)產(chǎn)能占比
圖4 中國乙二醇產(chǎn)能情況
華東地區(qū)是我國乙二醇最大消費區(qū)域,到達(dá)華東地區(qū)成本是各個路線競爭力的核心部分(表1)。不同路線生產(chǎn)的乙二醇到達(dá)華東地區(qū)的成本=原材料消耗+公用工程費用+其他費用(人工費+折舊費)+到達(dá)華東地區(qū)的運費-副產(chǎn)品收益;進(jìn)口乙二醇(即乙烷路線)另外加上關(guān)稅和增值稅,分別以5.5%和17%計算。由于乙烯路線乙二醇生產(chǎn)區(qū)多與消費區(qū)重疊,計算假設(shè)其生產(chǎn)區(qū)與消費區(qū)重疊,故不計運費;草酸酯路線生產(chǎn)區(qū)與消費區(qū)距離變化較大,選取新疆、內(nèi)蒙古和安徽為典型生產(chǎn)區(qū)分別計算運費,運費計算參考鐵路貨物運價率表,運輸距離按內(nèi)蒙古鄂爾多斯站至上海站、新疆烏魯木齊站至上海站、安徽淮南站至上海站鐵路距離;乙烷路線假設(shè)以中東為生產(chǎn)地,運費按100美元/t,折合人民幣680元/t計算[4]。
乙烯路線成本中乙烯消耗占比很高,2016年油價在50美元/桶波動,乙烯價格以6 375元/t計算,則乙烯路線到華東地區(qū)乙二醇成本為5 634元/t。根據(jù)項目組2016年到煤化工企業(yè)和煤礦生產(chǎn)企業(yè)實際調(diào)研情況:新疆煤炭價格為90~100元/t;內(nèi)蒙古煤炭價格(神華煤炭和華能子煤礦)為140~150元/t;安徽煤炭價格為320~350元/t。分別按照100元/t、150元/t和350元/t計算,草酸酯路線生產(chǎn)乙二醇從新疆、內(nèi)蒙古和安徽到華東地區(qū)成本分別為:4087元/t、4276元/t、4262元/t。乙烷路線成本計算以油價50美元/桶,乙烯價格為4420元/t,則乙烷路線生產(chǎn)的乙二醇到達(dá)華東地區(qū)的成本為3 596元/t。當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下,草酸酯路線生產(chǎn)的乙二醇到達(dá)華東地區(qū)成本低于乙烯路線高于乙烷路線。
乙烯和乙烷[4]價格受油價波動影響,將乙烯和乙烷價格與油價掛鉤得出乙烯路線和乙烷路線成本與油價變化的關(guān)系;草酸酯路線與煤炭價格掛鉤可以得到到達(dá)華東地區(qū)成本與煤炭價格變化的關(guān)系(圖5)。從圖5中可以看出,當(dāng)前草酸酯路線到達(dá)華東地區(qū)成本對應(yīng)乙烯路線的低油價成本,因此,我國草酸酯路線能夠應(yīng)對低油價下乙烯路線帶來的競爭;但與乙烷路線相比,則競爭力不足。
表1 乙二醇成本
煤制乙二醇實際上開辟了中國乙二醇生產(chǎn)的新領(lǐng)域,有潛力改變中國的原料結(jié)構(gòu),國家煤炭清潔利用政策對煤制乙二醇是有利的。一直以來,乙二醇供給不足是擴(kuò)能的主要推動力,下游聚酯行業(yè)發(fā)展平穩(wěn),但乙二醇消費量依舊可觀。預(yù)計到2020年,我國聚酯產(chǎn)能將超過5 000萬t,屆時乙二醇消費量會超過1 800萬t,而2020年乙二醇的產(chǎn)量約900萬t[9],缺口量將在800萬t以上,因此乙二醇產(chǎn)能過剩風(fēng)險很小。當(dāng)前國內(nèi)乙烯路線生產(chǎn)幾乎全部來自三大石化集團(tuán),產(chǎn)能增幅十分有限,未來產(chǎn)能增加主要依靠煤制乙二醇。國內(nèi)乙烯路線工藝技術(shù)成熟,提升空間小,且在技術(shù)上很難實現(xiàn)國產(chǎn)化;煤制乙二醇技術(shù)自主程度高,更具有進(jìn)一步節(jié)約能耗降低成本的潛力。
基于到達(dá)消費區(qū)的成本分析,我國煤制乙二醇成本低于乙烯路線成本,在低油價下仍然具有競爭力,同時也面臨一些問題和挑戰(zhàn)。煤制乙二醇產(chǎn)能凸顯,但開工率普遍不高,2016年煤制乙二醇產(chǎn)能212萬t/a,實際產(chǎn)量只有115萬t。煤制乙二醇產(chǎn)品開始進(jìn)入聚酯行業(yè),但多與乙烯法乙二醇以20%~30%的比例摻混,聚酯企業(yè)對煤制乙二醇產(chǎn)品接受程度有限甚至不能接受,部分以進(jìn)入兄弟企業(yè)或者自建下游企業(yè)來消化煤制乙二醇產(chǎn)品,煤制乙二醇的質(zhì)量問題不容忽視,儼然成為煤制乙二醇行業(yè)發(fā)展的瓶頸。國家對環(huán)保問題日益重視,煤制乙二醇將面臨愈加嚴(yán)格的環(huán)保要求,環(huán)保成本勢必增加。此外,煤制乙二醇面臨國際競爭壓力不減,雖然國內(nèi)乙二醇供需不足,但國際市場飽和,北美頁巖氣化工業(yè)對乙二醇產(chǎn)量帶動作用持續(xù),但北美聚酯行業(yè)增長緩慢,出口量勢必增加;中東地區(qū)乙二醇產(chǎn)能大,隨著乙烷資源減少,未來新增產(chǎn)能有限,但中東乙二醇需求量小,亞洲依然是出口的主要市場;煤制乙二醇到達(dá)消費區(qū)的成本高于進(jìn)口地區(qū)到達(dá)消費區(qū)的完全成本,煤制乙二醇國際競爭力不足。
煤制乙二醇前景良好,具有進(jìn)一步節(jié)約能耗,降低成本,提升競爭力的潛力,產(chǎn)品提質(zhì)和廢水廢鹽處理是重點和難點;煤制乙二醇將成為中國聚酯化纖行業(yè)的重要原料來源,市場份額會逐步擴(kuò)大,國內(nèi)乙二醇自給能力將進(jìn)一步提高;社會對煤制乙二醇認(rèn)知將更加客觀、理性。
[1] 豐存禮.國內(nèi)乙二醇生產(chǎn)工藝技術(shù)情況與市場分析[J].化工進(jìn)展,2013,32(5):1200-1204.
[2] 孫玉凈,于春梅.我國煤制乙二醇產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀與前景[J].化學(xué)工業(yè),2012,3(1-2):49-52.
[3] 江魯奔.我國乙二醇項目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析[J].低碳技術(shù)2017(7):84-85.
[4] 王韌.油價波動背景下煤制乙二醇產(chǎn)品競爭力分析[J].化學(xué)工業(yè),2015,33(4):32-41.
[5] 姜小毛,鄭春臨.“煤制乙二醇”的冷思考[J].化工管理,2009(6):42.
[6] 顧定槐.煤制乙二醇熱帶來冷思考[N].中國石化報,2010-06-29(8).
[7] 錢伯章.煤制乙二醇前景方興未艾[J].聚酯工業(yè),2015,28(3):13-14.
[8] 劉定華,劉曉勤,華強(qiáng),等.乙二醇合成技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用前景[N].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2002,24(6):95-98.
[9] 劉新波,李廣敏,周麗.乙二醇生產(chǎn)工藝及市場分析[J].化工中間體,2013(12):38-43.
Development prospect of coal based ethylene glycol based on comparison of consumption cost in China
WU Tao1,ZHOU Fengying2,3,4,YAN Qiang2,3,4
(1.School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083,China;2.Research Center for Global Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China;3.Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China;4.MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Beijing 100037,China)
China’s ethylene glycol has large gap,the traditional petroleum route production is insufficient,which laid a market foundation for the development of coal-based ethylene glycol.At the same time,the coal-based route conforms to the national policy about the clean utilization of coal is widely concerned.This paper analyzes the present situation of the coal-based ethylene glycol in China from the supply and demand and layout,and the cost comparison analysis of ethylene glycol from different routes is focus.The results show that the cost of the coal preparation ethylene glycol route is lower than the ethylene route,higher than the ethane route.It is considered that the coal-based route is the main way to expand the capacity in the future while the coal-based route is still competitive under low oil price,so it has broad prospects for development.
coal-based ethylene glycol;consumption cost;development prospect
2017-03-18 責(zé)任編輯:宋菲
地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價項目“全國特種煤資源綜合評價與信息系統(tǒng)建設(shè)”資助(編號:DD20160189);地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價項目“能源安全綜合研究與動態(tài)跟蹤評價”資助(編號:DD20160084)
吳濤(1992-),女,碩士研究生,地質(zhì)工程專業(yè),目前主要從事煤化工方面調(diào)研工作,E-mail:wtao_winona@163.com。
周鳳英(1964-),女,博士,副研究員,從事能源礦產(chǎn)科研工作,E-mail:fying64@qq.com。
F407.21
A
1004-4051(2017)07-0052-05