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甲醇制烯烃装置的经济性研究

2021-09-26 22:38:44   来源:   作者:于芃森

企业应建立大产业链思维,深挖各环节效益,适时进行产品调整

甲醇制烯烃作为煤清洁化利用的优秀代表,在我国烯烃行业占有重要地位。截至2021年8月,我国已建成各类甲醇制烯烃装置35套,产能合计1630万吨/年,消耗甲醇约4500万吨/年,其中煤(甲醇)制聚丙烯产能约820万吨/年,占国内聚丙烯总产能的30%。

[甲醇制烯烃简史]

广义的甲醇制烯烃,是指以甲醇为原料,经催化反应后制取乙烯、丙烯等烯烃的工艺。其中,煤制一体化装置被称为CTO,是以煤为原料,制取甲醇后再生产出烯烃的工艺,而甲醇制烯烃装置被称为MTO,是以甲醇为原料生产烯烃,甲醇制丙烯装置被称为MTP,是以甲醇为原料生产丙烯。此外,经由甲醇制取聚合物的技术,还有甲醇制芳烃(MTA)和甲醇制汽油(MTG)。

人类对于甲醇的第一次大规模研究和使用发生于100多年前。德国鲁奇公司可以说是这一代技术和产业的奠基人和领军者,目前全球流行的MTP技术,都是以鲁奇MTP技术为基础的。

德国的能源结构与我国类似,以煤为主。20世纪能源研究大爆发时代,最早针对煤进行规模化深化研究和使用的,基本都是德国科学家和技术人员。世界上最早的煤制油技术,也诞生于德国。甲醇作为简单的一元醇,是煤化反应的最经济产物。所以,煤制甲醇的延伸就显得尤为重要,这一时代针对甲醇下游产品的研究极为丰富,并催生了传统煤化工产业。不过,石油的广泛使用及二战的爆发阻碍了相关技术的进步。二战结束后,针对这一技术的研究基本中断,但前期的理论成果犹在。

20世纪60—70年代,中东地区接连不断的战争导致全球石油供应出现危机,寻找替代能源被提上日程,人类对于甲醇规模化利用的第二次普遍性研究就此展开。南非的鲁奇—索萨煤制油装置以及市场熟知的新西兰的甲醇装置,都建成于这一时期。值得一提的是,新西兰的甲醇装置,设计之初是天然气制甲醇、之后再制油的装置,在运行了相当长的一段时间,由于原油价格大幅下滑,经济效益严重收缩,才转为只生产甲醇。

这一时期主导技术潮流的是美国。美国先后有十余家公司参与了针对甲醇利用的研究,并研发出众多的甲醇下游,其中MTO技术,就诞生于这一时期。不过,很快,中东地区战事结束,原油供应趋于稳定,国际原油价格再度大幅下滑,这些相关技术大多停留于研究和中试阶段,并没有形成规模化的商业生产。

[国内的发展历程]

图为1993年以来布伦特原油价格走势月线

进入21世纪,国际原油价格再度大幅走高,一度站上147美元/桶的平台,能源安全及针对煤的清洁化利用成为我国重点研究课题之一。在长期的技术论证及准备之后,国内规划并上马了一批经由煤制甲醇、再生产烯烃(芳烃)的装置,以2010年神华包头产能60万吨/年的甲醇制烯烃装置的投产为标志性节点,我国甲醇制烯烃产业正式登上历史舞台。

从技术路线来看,目前国内流行的甲醇制烯烃技术主要分为四类:一是大连化物所的DMTO技术,是国内建成装置最多、分部最广的技术;二是清华大学与中石化合作的SMTO技术,主要存在于中石化体系内;三是引进美国的(UOP)MTO技术,由南京惠生工程建设;四是来自德国鲁奇公司的MTP技术,以小装置居多,且在鲁奇技术的基础上进行了一定优化。

从下游产品来看,国内甲醇制烯烃装置主要分为两类:一是甲醇制烯烃后直接聚合生成聚乙烯和聚丙烯;二是甲醇制烯烃后再对烯烃进行深加工,生产以乙烯、丙烯为原料的精细化工产品。

从生产地域来看,我国内地及西北地区甲醇制烯烃装置以生产聚乙烯、聚丙烯等塑料为主,且绝大多数自备有煤制甲醇装置,而沿海甲醇制烯烃装置大部分拥有较为丰富的下游,部分装置延伸的下游甚至超过10个,但多数未配备甲醇装置,甲醇依赖国内采购或进口。

[工艺之间的对比]

内地甲醇制烯烃装置多数自备有甲醇装置,形成了煤—甲醇—烯烃—聚烯烃的完整产业链条,并实现了规模化发展。对于此类企业而言,甲醇及烯烃都是中间体,最体现经济效益的是煤和塑料的比价,但由于技术路线不同,其经济性也不同。

图为按原料分2020年我国聚丙烯产能占比

内地主要存在两种技术,一是MTO,二是MTP。

MTP主要是甲醇反应制取丙烯后生产聚丙烯,MTO则是甲醇反应制取乙烯、丙烯后生产聚乙烯和聚丙烯。两种工艺对于甲醇的消耗量不同。根据物料守恒,理论上,消耗两吨甲醇可生成1吨乙烯,消耗3吨甲醇可生成1吨丙烯。MTO装置乙烯和丙烯出率基本为1:1,甲醇综合耗能在2.8—3吨。也就是说,对于MTO装置而言,消耗2.8—3吨甲醇,能够获得1吨的乙烯和丙烯1:1混合物。MTP装置主要是甲醇制取丙烯后生产聚丙烯,甲醇单耗不低于3吨,大部分装置在3.2—3.5吨。也就是说,对于MTP装置而言,消耗3.2—3.5吨甲醇,才能获得1吨丙烯。

大部分甲醇制烯烃的副产品还有少量烷烃(乙烷丙烷等)和丁烯。基本上可以对比出MTO和MTP的优劣势。在煤炭价格相当、甲醇生产成本固定的条件下,聚乙烯价格的高低决定了MTO与MTP谁的经济性更高。聚乙烯价格偏高,甚至高于聚丙烯价格时,MTP的经济性就下降。而聚丙烯价格偏高,与聚乙烯价差在300元/吨以上时,MTP就具备较强的相对盈利能力。

对于DMTO、SMTO、(UOP)MTO的优劣势这里不做对比,理论上,三种技术在甲醇单耗上不存在太大差距,烯烃出率也基本相同。各种装置建设的地点不同,建设时间、周期及成本也不一样,但产品一样,再进行细化对比显得必要性不大。

[地域之间的对比]

国内绝大多数甲醇制烯烃装置位于内地,其中以陕西、内蒙古、宁夏交界处分布最广,主要依赖当地丰富的煤炭资源。个别存在于新疆、青海的装置,也多建设于煤炭企业周边,可以享有价格相对低廉的煤炭资源。

不过,也存在部分外采甲醇生产烯烃的内地MTO装置,中煤蒙大产能60万吨/年的甲醇制烯烃装置及内蒙古久泰产能60万吨/年的甲醇制烯烃装置都存在配套甲醇供应不足,需要外采的现象。吉林康奈尔、山东鲁清、山东玉皇等甲醇制烯烃装置,则需要全部外采甲醇。

华东港口地区的甲醇制烯烃装置几乎全部外采,虽然南京诚志一期装置配有甲醇生产装置,但供应并不充足。港口地区甲醇的来源更加多样,且下游产品直接面对终端用户,具备成品端的优势。

对比来看,西北和内地为甲醇主产区,甲醇依赖外销,价格多数时间低于沿海地区,具备甲醇价格及采购方面的优势。目前来看,在聚乙烯、聚丙烯价格稳定的前提下,内地外采甲醇制烯烃再制聚烯烃的装置,盈利能力相对较高。

[下游之间的对比]

内地甲醇制烯烃装置的主要终端产品为液化气、聚乙烯、聚丙烯,而沿海地区下游产品主要为聚乙烯、EVA、聚丙烯、环氧乙烷、环氧丙烷、乙二醇、丁辛醇、碳酸二甲酯,企业实际盈利能力较单纯生产聚合塑料强一些。

乙烯、丙烯单体为气体,运输上存在困难,且市场上没有大规模采购乙烯单体生产下游产品的装置。丙烯单体应用则较为广泛,故在计算港口地区甲醇制烯烃装置综合利润时,需要拿港口地区直接外采丙烯单体与甲醇制取进行对比。目前来看,当甲醇价格低于2900元/吨、丙烯单体高于9000元/吨时,甲醇制丙烯存在较强竞争力。

对于港口地区而言,甲醇价格的走高及烯烃下游产品价格的下滑,左右着港口地区甲醇制烯烃装置的利润。同样,对于内地而言,煤炭价格的走高及聚烯烃价格的下滑,左右着内地甲醇制烯烃装置的利润。

图为2015年以来港口地区甲醇制烯烃装置综合利润变化

2021年以来,国内煤炭价格接连走高,甲醇价格也靠近4年来的历史同期高位,而国际油价并未出现较大幅度反弹,故年内煤(甲醇)制烯烃企业普遍亏损严重。

内地企业的生产中,甲醇、乙烯、丙烯、聚乙烯、聚丙烯都是产品,需要建立一个大产业链思维,哪个环节的利润最佳,就可以有重点地进行调剂,在保证长约下游客户的同时,实现利润最大化。

港口地区企业的生产中,甲醇、乙烯、丙烯都是原料,可以根据不同原料价格对应下游利润情况进行侧重采购,从而将生产成本优化至最低,必要时可以卖原料,并更换原料端。

图为2015年以来内地煤制烯烃装置综合利润变化

[与其他工艺对比]

国内存在三种制取聚烯烃的工艺,分别是煤制(甲醇制)、油制和气体制(乙烷脱氢及丙烷脱氢)。以PP为例,目前原油价格在75美元/桶、聚丙烯价格在9300元/吨,其利润约有1000元/吨。而以内蒙古煤炭价格测算,煤制PP亏损约1800元/吨,丙烷脱氢制PP亏损约300元/吨。

图为2015年以来丙烷脱氢制PP装置综合利润变化

经过推演,当煤炭价格低于700元/吨、原油价格高于70美元/桶、聚丙烯价格高于9000元/吨时,煤制PP才具有经济性。这在过去几年中是常见的事情,但2021年煤炭价格过高,造成煤制烯烃装置利润欠佳,甚至低于外采甲醇制烯烃装置利润。

由此可见,当煤炭价格相对低廉时,煤制烯烃装置具备竞争优势,利润良好,利润波动主要来源于煤炭和聚烯烃价格的涨跌。

丙烷脱氢制丙烯装置利润的风险来源于丙烷和聚烯烃价格的波动。2021年以来,国际丙烷气体价格快速上涨,造成丙烷脱氢制丙烯装置陷入亏损状态。

不过,原油价格一直稳定在75美元/桶以下,原油制烯烃这一传统技术路线的利润最佳。

整体来看,十几年来,甲醇制烯烃从无到有,从弱小到在烯烃市场占据一席之地,走过了不平凡的历程。不过,甲醇作为一种危化品,煤制又属于“两高”项目,想进一步发展难度也很大,未来市场或难提供更多的甲醇。此外,我国烯烃市场趋于饱和,内地甲醇制烯烃装置基本完成规划,有望进入稳定时期。对于沿海地区而言,进口甲醇航运能力有限,仓储能力也有限,甲醇制烯烃发展基本达到顶峰,如果再盲目扩张,那么将进入优胜劣汰期。(作者单位:招金期货)

 
责任编辑: 孙亚宁
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