1前言
2008年以來，隨著水平井和水力壓裂技術(shù)的進(jìn)步，美國頁巖氣產(chǎn)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。據(jù)美國能源信息署(EIA)統(tǒng)計(jì)，2013年美國頁巖氣產(chǎn)量為2647億m3，約占美國天然氣總產(chǎn)量的40%。預(yù)計(jì)到2040年產(chǎn)量將達(dá)到5606.74億m3，占美國天然氣產(chǎn)量的比重將升至53%。頁巖氣產(chǎn)量的大幅增長，不僅使美國天然氣凈進(jìn)口量從2007年的1018億m3減少到2012年的425億m3，逐漸趨于自給自足，而且還拉低了天然氣價(jià)格，2013年美國天然氣價(jià)格約3～4美元/MBtu，約合人民幣0.6～0.8元/m3。豐富低廉的頁巖氣使美國化工產(chǎn)業(yè)在全球競爭格局中具備較強(qiáng)的競爭力。
2美國頁巖氣的組成
頁巖氣屬于非常規(guī)油氣資源，從組成來看，大部分頁巖氣為干氣，主要成分是甲烷，含量在90%以上。還有一些屬于濕氣，含有豐富的乙烷、丙烷和丁烷等，在生產(chǎn)過程中可以處理得到凝析液(NGL)。
過去5年，美國來自天然氣處理裝置的天然氣凝析液(NGL)產(chǎn)量增長了50%，2013年達(dá)到260萬bbl/d。據(jù)EIA預(yù)測，到2030年NGL產(chǎn)量將增長到300萬bbl/d左右，之后隨著頁巖氣產(chǎn)量增長放緩，NGL的產(chǎn)量也將趨于平穩(wěn)。NGL是低分子量烷烴混合物，乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上的含量分別約為40%、30%、18%和12%，可為下游化工產(chǎn)業(yè)提供豐富低廉的原料。
3美國頁巖氣化工利用途徑
美國頁巖氣的蓬勃發(fā)展惠及其能源領(lǐng)域、整體工業(yè)、電力、交通甚至就業(yè)，其中合成氨、甲醇、乙烯、丙烯等與之緊密相關(guān)的化工產(chǎn)業(yè)均呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。
3.1天然氣制合成氨(尿素)
目前美國生產(chǎn)1t尿素的天然氣成本僅為人民幣400元上下，這使美國尿素產(chǎn)業(yè)的盈利水平繼中東之后排名全球第二位。廉價(jià)豐富的天然氣資源不僅掀起了美國本土氮肥企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)熱潮，同時(shí)也吸引國際氮肥企業(yè)在北美新建尿素工廠。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2012年初至今，北美共計(jì)劃21個氮肥項(xiàng)目，總產(chǎn)能超過1000萬t/a。一旦這些項(xiàng)目如期投產(chǎn)，到2020年，美國尿素產(chǎn)能有望達(dá)到2000萬t/a，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過本土的表觀消費(fèi)量，這就意味著美國將從尿素凈進(jìn)口國轉(zhuǎn)變?yōu)閮舫隹趪�，預(yù)計(jì)其年出口量將在500萬t以上。
3.2天然氣—甲醇(烯烴)
隨著頁巖氣革命的成功，甲醇生產(chǎn)原料甲烷的成本大幅下降，美國由此掀起了甲醇擴(kuò)能熱潮，新裝置建設(shè)、舊裝置擴(kuò)能、閑置裝置重啟，甚至世界其他地區(qū)的裝置也遷至美國。到2018年，美國將新增甲醇產(chǎn)能超過1300萬t/a。如果計(jì)劃項(xiàng)目順利實(shí)施，那么2018年北美地區(qū)甲醇產(chǎn)能將達(dá)到2000萬t/a，屆時(shí)產(chǎn)能將大于預(yù)期需求量，部分甲醇將會用于出口。
另外，豐富的頁巖氣資源可以用于發(fā)展甲醇產(chǎn)業(yè)鏈，通過甲醇制烯烴技術(shù)，進(jìn)一步發(fā)展下游乙烯、丙烯工業(yè)。天然氣經(jīng)甲醇制烯烴技術(shù)是一種利用天然氣中的甲烷(而不是天然氣凝析液)作為原料生產(chǎn)乙烯和丙烯的方式。根據(jù)報(bào)道，BASF公司計(jì)劃在美國建設(shè)MTP裝置，為其在北美地區(qū)的丙烯下游產(chǎn)品提供丙烯原料，預(yù)計(jì)2019年投產(chǎn)。在石油價(jià)格高企的形勢下，甲醇制烯烴技術(shù)將展現(xiàn)出較強(qiáng)的市場競爭力。
3.3乙烷裂解生產(chǎn)乙烯
自2009年以來，隨著頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)，美國天然氣價(jià)格大幅下滑，而WTI原油價(jià)格卻快速上漲，乙烷原料成本優(yōu)勢顯現(xiàn)，美國從高成本的乙烯地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榈统杀镜囊蚁┑貐^(qū)。目前，北美乙烯生產(chǎn)成本緊隨中東之后，在450美元/t左右。過去3年，美國以乙烷或乙烷/丙烷混合料為原料生產(chǎn)乙烯的利潤從2011年1月的不到500美元/t，增加到2014年1月的1000美元/t以上，乙烷裂解裝置與石腦油裂解裝置的利潤差一直大于380美元/t，并且最高值達(dá)到了1590美元/t。
在盈利驅(qū)動下，美國正興起裂解裝置投資熱潮，陶氏、雪佛龍菲利普斯、臺塑、殼牌、�？松�美孚等國際大型石化和化工公司均有建設(shè)計(jì)劃。預(yù)計(jì)2020年前近1000萬t/a的新增乙烯產(chǎn)能將陸續(xù)投產(chǎn)，這將給全球市場帶來新的壓力。同時(shí)，對于現(xiàn)有裝置美國乙烯生產(chǎn)商正在用乙烷替代石腦油作為裂解原料，2013年美國裂解原料中乙烷的比例已經(jīng)由2005年的41%提高至58%，而石腦油占比則由28%下降至7%。預(yù)計(jì)到2024年乙烷比例將增長至76%，而石腦油比例僅為5%。美國能源部發(fā)布的《2014能源展望》報(bào)告預(yù)測，未來無論是高油價(jià)情景還是低油價(jià)情景，也無論是油氣資源多還是油氣資源少，乙烷作為裂解原料都具有絕對的成本價(jià)格優(yōu)勢，2025年以前乙烷與石腦油的價(jià)格比均小于0.3，2040年前均小于0.4。
3.4丙烷脫氫生產(chǎn)丙烯
過去幾年中，隨著乙烷在裂解原料中的比例增加，來自裂解裝置的丙烯產(chǎn)量已經(jīng)減少，乙烷裂解的丙烯收率僅約3%，而石腦油裂解的丙烯收率大于15%。同時(shí)，催化裂化裝置的丙烯產(chǎn)量也沒有增長，造成丙烯供需缺口增大。因此，新型增產(chǎn)丙烯技術(shù)發(fā)揮的作用越來越大，來自丙烷脫氫(PDH)和復(fù)分解裝置的產(chǎn)能都有所增長，特別是來自PDH裝置的丙烯產(chǎn)能未來5年將快速增長。北美第一套PDH裝置在2010年后期投入生產(chǎn)，由美國丙烯生產(chǎn)商EnterpriseProducts建設(shè)，采用Lummus-Catofin工藝，產(chǎn)能65萬t/a，另外還有380萬t/a的PDH產(chǎn)能在規(guī)劃和建設(shè)階段。
3.5丁烷生產(chǎn)丁烯(丁二烯)
受頁巖氣革命的推動，近兩年美國天然氣處理廠生產(chǎn)的正丁烷數(shù)量年增幅超過了10%。目前，大約有20%的丁烷用作石化原料，生產(chǎn)乙烯、環(huán)氧丙烷等。未來，隨著乙烷供應(yīng)量的繼續(xù)上升，美國以廉價(jià)乙烷為原料的裂解能力將增加，丁烷在乙烯原料中的比例將下降。由于美國乙烷裂解的C4副產(chǎn)物大幅降低，而中國的甲醇制烯烴項(xiàng)目也基本不產(chǎn)C4，造成丁二烯缺口增大，因此一些公司考慮建設(shè)丁烷生產(chǎn)丁二烯裝置，目前中國和美國也有幾個項(xiàng)目在評估。美國TPC公司與UOP公司正在合作開發(fā)一項(xiàng)專門生產(chǎn)丁二烯的低成本新技術(shù)，并計(jì)劃在2017年或2018年采用新技術(shù)建設(shè)一套工業(yè)裝置。
巴斯夫與林德公司也在合作開發(fā)丁烷專門生產(chǎn)丁二烯新技術(shù)，目前正在德國Ludwigshafen的中試工廠進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
4對全球化工市場的影響
能源成本在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)成本中占有很大比重，特別是一些能源密集型產(chǎn)品，如甲醇、乙烯、丙烯等，能源不僅提供原料還提供燃料和動力，能源成本在生產(chǎn)成本中的比重高達(dá)80%以上。能源價(jià)格高，將會嚴(yán)重削弱下游產(chǎn)品的競爭力；反之，能源價(jià)格低將會給下游產(chǎn)品帶來較強(qiáng)的競爭力。
頁巖氣的成功開發(fā)帶來的低能源使用成本使美國化工產(chǎn)業(yè)在全球競爭格局中具備較強(qiáng)的競爭力，吸引著全球企業(yè)前來投資。事實(shí)上，51%的投資來自美國以外的企業(yè)。投資主要集中在大宗化學(xué)品(裂解裝置和丙烷脫氫裝置)領(lǐng)域，約占55%，塑料樹脂約占22%，化肥約占14%，預(yù)計(jì)到2020年新增化工產(chǎn)品總量約5590萬t。
4.1對尿素市場的影響
在美國逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩貎舫隹趪�的過程中，國際尿素市場的競爭將更加激烈，中東、加拿大和中美地區(qū)的尿素將逐漸失去美國市場。同時(shí)，由于運(yùn)輸優(yōu)勢，拉美地區(qū)的尿素缺口將被美國填補(bǔ)，另外多余的美國尿素還將被運(yùn)往西歐甚至是遠(yuǎn)東市場。
而原本主要供應(yīng)拉美、西歐和遠(yuǎn)東市場的東歐、北非和中國的尿素出口量將受到擠壓。結(jié)果就是中東、東歐和中國在印度、東南亞和澳大利亞尿素市場的競爭將變得更加激烈。值得注意的是，拉美、東南亞和印度也積極在本土或國外投建尿素新項(xiàng)目，這意味著未來全球尿素貿(mào)易量將縮小。
4.2對甲醇市場的影響
目前中東、南美為甲醇的主要出口地區(qū)，東亞(主要是中國)、西歐、北美為主要進(jìn)口地區(qū)。但隨著北美頁巖氣制甲醇新增產(chǎn)能的釋放，預(yù)計(jì)2017年北美將成為甲醇凈出口地區(qū)，這必將對全球甲醇貿(mào)易流產(chǎn)生重大影響。中國是甲醇凈進(jìn)口國，盡管大批煤制甲醇項(xiàng)目的投產(chǎn)一定程度上減少了進(jìn)口，但近年來中國甲醇下游新興應(yīng)用領(lǐng)域如甲醇燃料、甲醇制烯烴等行業(yè)發(fā)展迅速，又拉動了甲醇的需求。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年僅甲醇制烯烴領(lǐng)域消耗的甲醇就將達(dá)到5000萬t。雖然未來幾年中國會有多套新建甲醇裝置投產(chǎn)，但老舊裝置普遍規(guī)模小、生產(chǎn)成本高、競爭力差，中國甲醇市場仍將受到進(jìn)口低成本甲醇的沖擊。
4.3對乙烯產(chǎn)業(yè)鏈的影響
隨著北美以乙烷為原料的新增及改擴(kuò)建裂解項(xiàng)目的相繼投入運(yùn)行，乙烯及其下游產(chǎn)品產(chǎn)量大幅增長，無法在本土和美洲消化掉，必將出口到其他地區(qū)，影響全球的貿(mào)易和市場價(jià)格。自2008年以來，全球乙烯市場便呈現(xiàn)出供應(yīng)過剩局面，隨著北美乙烷裂解裝置產(chǎn)能的釋放，乙烯市場的競爭將日趨激烈。歐洲和亞洲一些規(guī)模小、經(jīng)濟(jì)性差的石腦油裂解裝置將關(guān)停。
乙烯產(chǎn)能的大量釋放使北美聚合物生產(chǎn)商的聚乙烯產(chǎn)能快速增長，將導(dǎo)致2018年北美聚乙烯產(chǎn)能過剩超過450萬t/a，同期中南美洲聚乙烯供需缺口較大，為320萬t，北美過剩產(chǎn)品將自然流入中南美。然而2020年美洲地區(qū)過剩量將達(dá)到300萬t以上的峰值，因此2017～2023年北美聚乙烯生產(chǎn)商需要積極尋求美洲以外的市場，參與歐洲和亞洲市場的競爭。
4.4對丙烯產(chǎn)業(yè)鏈的影響
美國穩(wěn)定廉價(jià)的丙烷來源，使PDH比其他原料路線生產(chǎn)丙烯更具競爭力。如果美國規(guī)劃的PDH項(xiàng)目全部投產(chǎn)，2020年丙烯產(chǎn)能將會增加近380萬t/a，這足夠抵銷因裂解原料輕質(zhì)化而減少的150萬t丙烯量，丙烯必須出口其他國家才可緩解供應(yīng)過剩問題，屆時(shí)將對全球丙烯市場造成影響。
PDH工藝要求原料丙烷純度在97%以上，雜質(zhì)氣態(tài)硫體積分?jǐn)?shù)在100μL/L以下。中國濕性油田伴生氣資源較為匱乏，而石油煉制副產(chǎn)液化氣硫含量較高，因此，在中國建設(shè)PDH裝置必須進(jìn)口以國外油田伴生氣為來源的高純度液化丙烷。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國已審批的PDH項(xiàng)目產(chǎn)能達(dá)566萬t/a。
中國海關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2013年中國進(jìn)口液化丙烷245.4萬t，平均價(jià)格為893.9美元/t。與2012年相比進(jìn)口量增加了30.3%，價(jià)格上揚(yáng)了0.69%。2007～2013年中國丙烯出廠價(jià)與進(jìn)口液化丙烷平均價(jià)差(含稅)為4000元/t左右，先行投產(chǎn)的丙烷脫氫項(xiàng)目可獲得較為可觀的盈利。但預(yù)計(jì)到2015年之后，隨著全球丙烷脫氫項(xiàng)目的陸續(xù)上馬和投產(chǎn)，中國過去近10年的丙烯-進(jìn)口丙烷可觀價(jià)差將適當(dāng)收窄。另外，中國PDH項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性還將取決于能否擁有長期、穩(wěn)定、相對低廉的丙烷資源供應(yīng)和充足的丙烷儲存設(shè)施。
4.5對丁烯(丁二烯)
產(chǎn)業(yè)鏈的影響丁二烯主要來源于蒸汽裂解裝置，北美、中東乙烯原料輕質(zhì)化造成丁二烯供給量減少；另外，受中國、印度等新興經(jīng)濟(jì)體快速發(fā)展的影響，汽車需求增長，導(dǎo)致合成橡膠需求量不斷增加，丁二烯將呈現(xiàn)世界范圍的供不應(yīng)求局面。由此，丁烷脫氫生產(chǎn)丁二烯路線重新被關(guān)注。
2018年全球丁烷脫氫路線生產(chǎn)的丁二烯產(chǎn)量占丁二烯總產(chǎn)量的比例，將從目前的2.6%上升到8.2%，對全球丁二烯供應(yīng)和貿(mào)易流向都會產(chǎn)生一定影響。美國丁烷脫氫產(chǎn)能的上升，將使其從丁二烯凈進(jìn)口國成為丁二烯凈出口國，如果丁烷脫氫產(chǎn)能并未按期投產(chǎn)，全球丁二烯供應(yīng)有可能會短缺，導(dǎo)致價(jià)格上漲。不過全球丁二烯市場極易飽和，新建幾套裝置就有可能使市場供應(yīng)過剩，生產(chǎn)成本高的裝置將無法盈利，被迫關(guān)閉。
4.6對芳烴產(chǎn)業(yè)鏈的影響
北美乙烯生產(chǎn)企業(yè)采用輕質(zhì)原料導(dǎo)致熱裂解汽油產(chǎn)量明顯下降，繼而造成芳烴產(chǎn)量減少。未來10年，美國裂解汽油產(chǎn)能將減少100萬t/a，從而造成苯產(chǎn)能減少25萬t/a，約占美國苯總產(chǎn)能的3%；甲苯產(chǎn)能減少約7.5萬t/a，占美國甲苯總產(chǎn)能的不到1.5%；二甲苯減少6.5萬t/a，占美國二甲苯總產(chǎn)能的不到1%。北美芳烴有79.6%來自催化重整油，19.1%來自裂解汽油，裂解原料的改變對美國芳烴的供應(yīng)影響有限。但由于致密油中萘和芳烴含量較低，美國煉廠采用致密油將會對芳烴產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響。美國芳烴產(chǎn)量的減少必然造成全球芳烴供應(yīng)緊張、價(jià)格上漲，特別是供需矛盾較為突出的對二甲苯。
中國是對二甲苯凈進(jìn)口國，預(yù)計(jì)2017年對二甲苯自給率仍維持在60%左右，市場缺口較大。而未來5年全球?qū)Χ�甲苯需求增速將高于產(chǎn)能增速，這將加劇中國對二甲苯市場的供需矛盾。
5建議
美國頁巖氣化工產(chǎn)業(yè)的成本優(yōu)勢非常明顯，對中國相關(guān)行業(yè)的不利影響不容忽視，特別是石腦油裂解生產(chǎn)乙烯及其下游行業(yè)將面臨巨大壓力。面對嚴(yán)峻的形勢，必須采取有效措施加以應(yīng)對。
①優(yōu)化和拓寬原料來源，降低乙烯生產(chǎn)成本。在條件允許的情況下，堅(jiān)持裂解原料的輕質(zhì)化、優(yōu)質(zhì)化。要積極拓寬乙烯原料來源，組織開發(fā)合成氣通過費(fèi)-托合成工藝直接制烯烴技術(shù)、甲烷直接轉(zhuǎn)化制烯烴技術(shù)等非石油路線制烯烴技術(shù)。此外，還要積極尋求利用國外的乙烷、丙烷、液化石油氣、液化天然氣等資源，補(bǔ)充優(yōu)化中國乙烯的原料。
②采用有效技術(shù)，降低能耗物耗。以先進(jìn)、節(jié)能、高效為目標(biāo)，繼續(xù)推進(jìn)乙烯生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)改造和關(guān)閉落后產(chǎn)能。近年來，經(jīng)過工業(yè)驗(yàn)證值得推廣應(yīng)用的技術(shù)有添加結(jié)焦抑制劑等爐管結(jié)焦抑制技術(shù)，注入阻聚劑和噴涂襯里等減少急冷油塔和壓縮機(jī)結(jié)垢技術(shù)，采用輻射型火嘴和二級急冷技術(shù)等提高裂解爐熱效率，采用新型高效塔板和中間冷凝器與中間再沸器等優(yōu)化分離系統(tǒng)，二元制冷和三元制冷等減少壓縮機(jī)能耗技術(shù)，乙烯裝置先進(jìn)控制和優(yōu)化技術(shù)等。
③最大價(jià)值利用石腦油裂解裝置的副產(chǎn)品，提高裝置綜合效益。隨著中國乙烯工業(yè)的快速發(fā)展，乙烯裂解碳四、碳五和碳九等裂解副產(chǎn)物的產(chǎn)量大幅增長，預(yù)計(jì)到2015年中國裂解碳四總量將超過500萬t、碳五將超過200萬t、碳九將近200萬t。為了最大限度地提升中國裂解副產(chǎn)品的價(jià)值，可以實(shí)施兩種方案：在不適合集中分離利用的地區(qū)可以采取混合利用的方式；在乙烯裝置比較集中的地區(qū)，應(yīng)將各餾分裂解副產(chǎn)物集中分離出單組分，分別進(jìn)行深度加工利用，為企業(yè)創(chuàng)造更高的效益。另外，應(yīng)審慎新建石腦油裂解裝置，確保新建裝置具有國際競爭力。