煤?石油?天然气?乙二醇生产工艺路线及成本大PK,看看哪条最赚钱!

文章来源:现代煤化工精英平台 点击数:53 发布时间:2017-09-20
乙二醇主要用于生产聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、防冻剂、不饱和聚酯树脂(UPR)、以及润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂、炸药等,用途十分广泛,同时也是化纤(涤纶)产业链重要的一环。
煤?石油?天然气?乙二醇生产工艺路线及成本大PK,看看哪条最赚钱!

目前全球乙二醇有多种生产工艺,我们按大类可以分为两种,即乙烯制和煤基合成气草酸酯制,前者根据乙烯来源的不同又可以分为石脑油裂解制乙烯、乙烷裂解制乙烯(石油伴生气、页岩气)和煤制甲醇制乙烯,而后者煤基草酸酯制目前则多用于中国。

我国乙二醇进口量大,对外依存度高。截止到 2016 年,我国共拥有乙二醇产能约 824 万吨,共生产乙二醇 528 万吨,其中煤制乙二醇约 95 万吨,同时进口量为 757 万吨,进口依赖度高达 59%。

传统的石脑油、天然气制乙二醇路线

传统的石脑油路线生产乙二醇以乙烯为原料分两步:第一步是乙烯氧化制环氧乙烷,第二步是环氧乙烷水合生成乙二醇,目前该路线的主要技术被美国科学设计公司(SD)、英荷壳牌公司(Shell)和美国联碳公司(UCC,后被美国 Dow 公司收购)所垄断。而工业生产乙烯的原料主要包括石脑油、乙烷、丙烷、LPG、柴油等,目前美国和中东的乙烯生产主要以天然气中的乙烷、丙烷等轻质原料为主,中国的乙烯工业主要以液态石脑油等重质原料为主,从乙烯来源的经济性考虑,轻质原料的乙烯收率更高。

(1)石脑油乙烯制环氧乙烷再制乙二醇路线工业化应用最广,该法工艺流程长、水耗高,乙烯氧化制环氧乙烷的选择性较低,环氧乙烷水合副产物较多,分离精制工艺复杂,能耗大,该工艺路线完全依赖于石油,竞争性随原油价格涨跌而波动。

(2)乙烷乙烯制环氧乙烷再制乙二醇路线成本竞争力较强,该工艺先采用乙烷裂解生产乙烯,再通过环氧乙烷水合生产乙二醇,这是北美及中东地区生产乙二醇的主要方法。依赖廉价的原料乙烷,该路线具有较强的成本竞争力,主要面向中国等亚洲市场出口。

综合来看,以石脑油生产乙二醇路线技术最为成熟,应用最广,但缺点也十分明显,非常依赖石油资源,并不符合我国“缺油少气多煤”的资源现状。

创新的煤制乙二醇路线煤制乙二醇是以煤炭为原料,通过气化生成合成气后再制得乙二醇,主要的工艺技术路线有三种:

(1)一步合成路线,以煤气化制取合成气(CO、H2),再由合成气一步直接合成乙二醇,此技术的关键是催化剂的选择,目前美国联碳和日本住友等公司在对此技术进行研发,但在相当长时间内难以实现工业化。

(2)煤制甲醇路线,以煤制取合成气后,然后合成制得甲醇,经甲醇制烯烃(MTO)得到乙烯,再由传统的石油路线从乙烯生产乙二醇。如宁波富德能源公司外购 180 万吨/年甲醇制烯烃项目中,30 万吨乙烯即用以生产 50 万吨乙二醇,项目已于 2013 年成功投产。

(3)草酸酯路线,以煤为原料得到合成气以后,再分离提纯得到 CO 和 H2,其中 CO 通过催化偶联合成草酸酯,再与 H2 进行加氢反应制得乙二醇,同时该法还可以得到其他具有经济价值的草酸、草酰胺、碳酸二甲酯等副产物。该工艺流程短、中间环节少、成本低,是国内关注度最高的煤制乙二醇技术。目前国内宣布掌握该项技术的包括福建物构所、丹化集团、河南煤业集合体、天津大学、惠生工程、华本能源集合,华东理工大学、上海浦景、淮化集团集合体,华谊集团,上海戊正,日本高化学代理的宇部兴产、东华工程集合体等。

成本测算:煤制乙二醇具有一定优势

乙二醇的生产工艺根据原料不同,分为石油路线和煤基路线两种。目前工业化的石油路线,大都是通过乙烯合成环氧乙烷再水合生产乙二醇,有竞争力的路线主要有:中东石油伴生气的乙烷制乙烯、北美页岩气的乙烷制乙烯、东北亚地区石脑油裂解制乙烯。

煤基路线则以廉价的褐煤为原料开辟出一条全新的乙二醇生产工艺,各工艺路线的成本测算如下:

石油制乙二醇路线成本

所有石脑油路线都会经过中间乙烯阶段,再由乙烯制得环氧乙烷,直接加压水合生产乙二醇,平均每生产 1 吨乙二醇需要 0.65 吨乙烯,乙二醇的成本差异主要源自乙烯的来源不同。综合来看,该路线具有投资低、公用工程消耗少等优点,以年产 40 万吨的乙二醇装置为例,总投资约 20 亿元。该路线中乙二醇生产成本最高的是我国的石脑油路线,其次是北美页岩气路线,中东油田伴生气目前成本最低。

石脑油制乙二醇成本:约为 5600 元/吨

我国乙二醇生产路线主要以石脑油裂解制乙烯为主,石脑油是炼油的主要产品之一,因此石脑油的价格与原油价格密切相关,石脑油乙烯制的成本主要决定于油价。根据我们测算,当 WTI 油价在55 美元/桶左右时,我国东部地区以进口石脑油裂解生产乙烯的成本约为 5500 元/吨,综合考虑公用工程消耗和折旧等,乙二醇的生产成本约为 5600 元/吨。当 WTI 油价在 40 美元/桶时,乙烯的生产成本约为 4800 元/吨,对应我国东部地区乙二醇的生产成本约为 5200 元/吨。

天然气制乙二醇成本:中东伴生气 4500 元/吨、北美页岩气 4800 元/吨

我国进口乙二醇主要来源于中东和北美,这两个地区 70%的乙烯产量都以天然气作为原料。中东凭借廉价的油田伴生气中的乙烷、丙烷为原料生产乙烯,在国际市场上拥有极大的成本优势。但是近年来中东廉价乙烷等轻质原料日益短缺,中东各国新增乙烷配额又相当有限,因此乙烷的价格已经涨至 2 美元/MMbtu(约 99 美元/吨),乙烯的生产成本约为 2400 元/吨。即使如此中东地区的乙二醇生产成本也是全球最低的,包含折旧仅为 3600 元/吨左右。但是考虑到中东地区乙二醇终端产品运输到我国华东地区需要承担不菲的运费和关税,合计约 900 元/吨,综合考虑中东乙二醇的成本约为 4500 元/吨。

北美地区页岩气储量丰富,近年来受益于页岩气革命,天然气产量得到大幅提升,目前北美天然气的价格在 3.3 美元/MMbtu 左右,对应乙烯的生产成本为 3300 元/吨,测算得下游乙二醇的生产成本约为 4200 元吨,算上运到华东地区的运费、关税(合计约 600 元/吨)等,北美乙二醇的综合成本约为 4800 元/吨,仅次于中东地区。

煤制乙二醇路线成本

由于我国特殊的贫油、少气、富煤资源禀赋,一方面使得我国油制乙烯法制乙二醇产能增幅有限,另一方面极大地促进了我国开发煤制乙二醇技术与项目的积极性。目前以煤为原料制合成气再生产乙二醇主要有两条工艺路线,一是以合成气制甲醇再制乙烯,通过乙烯法路线生产乙二醇;二是通过合成气分离提纯,将 CO 催化偶联合成草酸酯,再通过草酸酯加氢制得乙二醇,目前这两条工艺路线均已实现工业化生产。

煤经甲醇制乙二醇成本:7400 元/吨

从投资门槛上看,国家发改委已明令禁止建设 50 万吨/年以下煤经甲醇制烯烃项目,而 50 万吨/年以上项目投资额巨大,典型的 180 万吨煤制甲醇制烯烃总投资额在 200 亿元左右。如果以外购甲醇为原料,投资门槛可以降低很多,若以外购甲醇 2300 元/吨测算,每 3 吨甲醇生产 1 吨乙烯,再通过乙烯法生产乙二醇,此工艺路线乙二醇的生产成本约为 7400 元/吨,远高于其他乙二醇生产路线,无任何成本优势。

草酸酯路线制乙二醇成本:5200 元/吨左右

相比煤经甲醇制乙二醇,草酸酯路线的生产成本要低很多。一般年产 30 万吨的乙二醇项目投资额在 50 亿元左右,该路线每生产一吨乙二醇大概需要 6.7 吨煤(5-8 吨,视煤质而定),煤炭可使用廉价的褐煤或长焰煤。我国乙二醇项目大部分集中在煤炭资源富集的西部地区,其中内蒙古、新疆、陕西合计占总产能的 53%,而我国乙二醇的主要消费市场却集中在华东、华南等地。综合考虑我国东、中、西部褐煤到厂价格和终端产品运送到华东地区的运费等因素,我们测算得西部地区乙二醇的生产成本最低,平均水平约为 5100 元/吨(包含到华东地区运费),其次中部地区的生产成本约为 5200 元/吨,较高的东部地区乙二醇成本约为 5400 元/吨。

油煤比处于低位下煤制乙二醇仍具一定优势

煤制乙二醇成本位于中等,相比国内石脑油和甲醇制具有成本优势。我们测算得国内西部煤制乙二醇的生产成本约为 5100 元/吨,要高于中东乙烷和北美页岩气路线,但煤制乙二醇在我国仍有广阔的发展空间,其原因在于我国国产乙二醇中以石脑油和甲醇为原料的路线长期占比在 80%以上,煤制乙二醇相比石脑油和甲醇制仍具有明显的成本优势。此外,5100 元/吨只是平均水平,配套煤炭资源、规模扩大、开车提升情况下煤制乙二醇成本仍有较大下降空间,如新疆天业集团以电石炉尾气为原料生产乙二醇,不需要昂贵的煤气化和空分装置,其乙二醇的生产成本较平均水平还能再降低 20%左右。

供需结构:国外供给放缓,下游需求稳定

全球乙二醇供给放缓近些年全球乙二醇产能扩张放缓。全球乙二醇产能扩张速度在 2010 年达到顶峰,增速达到 14.6%,随后几年里乙二醇的产能增速逐渐放缓,基本维持在 4%附近,2016 全球乙二醇产能在 2999 万吨左右,产能增速为 3.7%。装置开工率方面,在 2007-2010 年由于受到金融危机和产能增长过快的双重影响,有所下降,随着 2011 年后经济复苏装置开工率有所回升,近年来基本保持在 88%左右的水平。消费端来看,2016 年乙二醇表观消费量为 2634 万吨,增速为 3.6%。我们预计 2017 到2020 产能和消费量基本保持在 3%左右的增长速度,2020 年以后增长幅度将会进一步放缓,预计年均增长率为 2%。

关注国内煤制乙二醇的三大逻辑:

(1)煤制乙二醇色度、纯度问题均得到一定程度解决,质量提升已经迎来拐点,在下游消费中占比不断提高;

(2)煤制乙二醇成本相比石脑油制具有一定优势,短期看有望率先替代东北亚进口乙二醇,长期看由于全球供需平衡以及经销商的存在,进口北美乙二醇价格并不便宜,考虑运费、关税、货期以及货源稳定性后煤制乙二醇优势企业仍可与国外石油伴生气制、页岩油制乙二醇一争高下;

(3)近两年煤制乙二醇新增产能有限,我们预测 2017 新增 88 万吨,2018 年新增 185 万吨,考虑环保核查、资金需求后诸多项目建设、投产进度均需往后拖延,供给端不必过分担忧。此外目前乙二醇社会库存较低,在其成为期货品种前存在补充社会库存需求,若库存按需求 10%测算,则乙二醇新增长期需求约 80 万吨,这一部分有望由煤制产能补足。

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