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美国“页岩气化工”产业现状分析


2015-01-16    浏览次数(435)    
美国“页岩气化工”产业现状分析

页岩气大开发使美国页岩气化工迅猛发展,一举确立在全球化工业的独特竞争优势,导致美国化工业的复兴。

2008年以来,随着水平井和水力压裂技术的进步,美国页岩气产量出现了爆发性增长,继而拉低了美国天然气价格,2013年其天然气价格为3~4美元/百万英热单位。丰富低廉的页岩气为美国化工产业的强势复兴提供了条件,合成氨、甲醇、乙烯、丙烯等与之紧密相关的石油化工产业均呈现快速发展趋势,美国石化工业在全球的竞争力大幅提升,改变了全球石化产业的竞争格局。

页岩气为美国提供优质化工原料

据美国能源信息署(EIA)统计,2013年美国页岩气产量为2647亿立方米,约占美国天然气总产量的40%。预计到2040年,美国页岩气产量将达到5606.74亿立方米,在天然气产量中的比重将上升到53%(见下图)。

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页岩气开采技术的突破性进步使美国天然气产量大幅增长,天然气净进口量从2007年的1018亿立方米减少到2012年的425亿立方米,对外依存度从2007年的16.4%降低为2012年的5%左右,逐渐趋于自给自足。美国天然气价格近几年一直维持在较低水平(见下图)。

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据EIA预测,美国将在2016年成为液化天然气(LNG)净出口国,到2025年将成为管道天然气净出口国。随着美国天然气出口设施的建设和完善,未来天然气价格将有所上涨。

天然气凝析液(NGPL)是低分子量烷烃混合物,乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上的含量分别约为40%、30%、18%和12%(见下图),是制乙烯、丙烯的理想原料。过去5年,美国来自天然气处理装置的天然气凝析液产量增长50%,2013年达到260万桶/日。据EIA预测,2030年美国NGPL产量将增长到300万桶/日,之后随着天然气产量增长放缓,NGPL的产量也将趋于平稳。

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页岩气产业的蓬勃发展对美国的整个工业、电力、交通甚至就业都产生了深远的影响,对美国化工产业的积极影响尤其明显。页岩气的主要成分是甲烷,一些湿气还含有丰富的乙烷、丙烷和丁烷等,从而为下游化工产业提供了丰富低廉的原料。

页岩气化工蓬勃兴起

页岩气大开发使美国页岩气化工迅猛发展,一举确立了在全球化工业的独特竞争优势,导致美国化工业的复兴(见下图)。

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1. 天然气制合成氨(尿素)。

目前美国生产1吨尿素的天然气成本仅为人民币400元左右,从而使美国尿素成为继中东之后,全球盈利水平第二的尿素生产地区。廉价且丰富的天然气资源不仅激发了美国本土氮肥企业的扩产热潮,也吸引国际氮肥企业纷纷到北美新建尿素工厂。据不完全统计,从2012年初至今,北美共计划21个氮肥项目,产能总计超过1000万吨。国际氮肥市场供需格局将因此发生巨大改变。

美国历来是合成氨和尿素的进口国。2012年,美国尿素产能约为700万吨,表观消费量为1180万吨,产量630万吨,净进口量660万吨。一旦上述项目如期投产,到2020年,美国尿素产能有望达到2000万吨。而尿素消费量很难出现大幅增长,这意味着美国不仅将减少从中东和中国进口尿素,还将从尿素净进口国转变为净出口国,预计其年出口量将在500万吨以上。

2. 天然气—甲醇—烯烃产业链。

页岩气革命的成功,使甲醇的生产原料甲烷的成本大幅下降,美国因此掀起了甲醇扩能热潮,全球其他地区的装置也开始迁往美国。2018年,美国新增甲醇产能将超过1300万吨/年,新建装置投资将超过85亿美元。如果计划中的项目顺利实施,那么2018年北美地区甲醇产能将达到2000万吨,届时产能将大于预期需求量,部分甲醇将出口。

丰富的页岩气资源可以用于发展甲醇产业链,通过甲醇制烯烃技术,进一步发展下游乙烯、丙烯工业。天然气经甲醇制烯烃技术是一种利用天然气中的甲烷而不是天然气凝析液作为原料生产乙烯和丙烯的方式。据报道,巴斯夫计划在美国建MTP装置,预计2019年投产,为其在北美地区的丙烯下游产品提供丙烯原料。在石油价格高企的形势下,甲醇制烯烃技术将展现出较强的市场竞争力。

3. 乙烷裂解生产乙烯。

2009年以来,随着页岩气的大规模开发,美国天然气价格下滑至4美元/百万英热单位,WTI原油价格快速上涨至62美元/桶以上,乙烷原料成本优势显现,乙烯生产成本紧随中东之后,在450美元/吨左右。

亚洲和西欧的乙烯原料仍以较重的石脑油为主,是世界上生产成本最高的地区,超过1000美元/吨。过去3年,美国以乙烷或乙烷/丙烷混合料为原料生产乙烯的利润从2011年1月的不到500美元/吨增加到2014年1月的1000美元/吨以上。尽管石脑油裂解装置的利润很不稳定,但乙烷裂解装置与石脑油裂解装置的利润差就没低过380美元/吨,最高值达到1590美元/吨(见下图)。

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在利润驱动下,美国正兴起裂解装置投资热潮,陶氏、雪佛龙、菲利普斯、台塑、壳牌、埃克森美孚等国际大型石化公司均有建设计划,预计2020年前,近1000万吨的新增乙烯产能将在美国陆续投产,将给全球市场带来新的压力。美国乙烯生产商正在用乙烷替代石脑油作为裂解原料。2013年,美国裂解原料中乙烷比例已由2005年的41%提高至58%,而石脑油比例由28%降至7%。预计到2024年,乙烷比例将增至76%,石脑油比例仅为5%(见下图)。

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美国能源部发布的《2014能源展望》报告,对未来不同情境下乙烷与石脑油的价格比进行了分析预测。未来,无论是高油价情景还是低油价情景,无论是油气资源多还是油气资源少,乙烷作为裂解原料都具有绝对的成本价格优势,2025年前乙烷与石脑油的价格比均小于0.3。

4. 丙烷脱氢生产丙烯。

过去几年,随着乙烷在裂解原料中的比例增大,来自裂解装置的丙烯产量已经减少。乙烷裂解的丙烯收率仅约3%,而石脑油裂解的丙烯收率大于15%。同时催化裂化装置的丙烯产量也没有增长,造成丙烯供需缺口增大。因此,新型增产丙烯技术发挥的作用越来越大,来自丙烷脱氢(PDH)和复分解装置的产能都有所增长,特别是来自PDH装置的丙烯产能在未来5年将快速增长(见下图)。

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北美第一套PDH装置在2010年后期投入生产,产能65万吨/年。另外还有380万吨PDH产能在规划和建设阶段。

5. 丁烷生产丁烯(丁二烯)。

受页岩气革命的推动,近两年美国天然气处理厂生产的正丁烷数量年增幅超过10%(见下图)。目前,大约20%的丁烷用作石化原料,生产乙烯、环氧丙烷等。未来,随着乙烷供应量继续上升,美国以廉价乙烷为原料的裂解能力将增加,丁烷在乙烯原料中的比例将下降。由于美国乙烷裂解的碳四副产物大幅降低,中国的甲醇制烯烃项目也基本不产碳四,造成丁二烯的短缺量增加,因此一些公司考虑建设丁烷生产丁二烯装置。

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目前中国和美国有几个项目在评估。美国TPC公司与UOP公司正在合作开发一项专门生产丁二烯的低成本新技术,计划在2017或2018年采用新技术建设一套工业装置。巴斯夫与林德公司也在合作开发丁烷生产丁二烯新技术,目前正在德国Ludwigshafen的中试工厂进行运转。

改变全球化工市场格局

能源成本在化工产品的生产成本中占有很大比重。特别是一些能源密集型产品,如甲醇、乙烯、丙烯等,能源不仅提供原料还提供燃料和动力,能源成本在生产成本中的比重高达80%以上(见下图)。能源价格高将严重削弱下游产品的竞争力;反之,会给下游产品带来较强的竞争力。

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页岩气的成功开发带来的低能源使用成本,使美国化工产业在全球竞争中具备较强的竞争力,因此吸引着全球企业前来投资。目前,美国化工业51%的投资来自美国以外的企业,投资主要集中在大宗化学品(裂解装置和丙烷脱氢装置)领域,以及合成树脂和化肥(见下图)。预计到2020年,新增化工产品总量5590万吨。全球化工市场格局因此而发生着深刻的变化。

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1. 中国尿素出口市场将受到严重挤压。

在美国逐渐转变为尿素净出口国的过程中,国际尿素市场的竞争将更加激烈。中东、加拿大和中美洲地区的尿素将逐渐失去美国市场。同时,由于运输优势,拉美地区的尿素缺口将被美国填补,另外多余的美国尿素还将被运往西欧甚至远东市场,中东、东欧和中国在印度、东南亚和澳大利亚尿素市场的竞争将变得更加激烈。

2013年中国尿素出口量达到826.5万吨,成为世界上最大的尿素出口国,占全球贸易总量的17%,美国低成本尿素产能的扩张,中国尿素的出口市场将受到严重挤压。

2. 国内甲醇市场将受进口甲醇冲击。

生产甲醇的原料可以是天然气、煤炭、焦炭、渣油、石脑油、乙炔尾气等,在全球油价高企的形势下,中东、北美的天然气及中国的煤炭生产甲醇更具市场竞争力。

中国是甲醇净进口国,近年来中国甲醇下游新兴应用领域如甲醇燃料、甲醇制烯烃等产业发展迅速,拉动了甲醇的需求。预计到2018年甲醇制烯烃(丙烯)装置产能将达到1773万吨,对甲醇的需求量将超过5000万吨。虽然未来几年会有多套新建甲醇装置投产,但老旧甲醇装置普遍规模小、生产成本高、竞争力差,国内甲醇市场仍将受到北美低成本甲醇的冲击。

3. 美国乙烯将冲击亚洲市场。

随着北美以乙烷为原料的新增及改扩建裂解项目的相继投产,乙烯及其下游产品产量大幅增加,无法在本土和美洲消化掉,必将出口到其他地区,影响全球的贸易和市场价格。自2008年以来,全球乙烯市场便呈供应过剩局面。

美国2010年乙烯当量出口约600万吨,随着北美乙烷裂解装置产能的释放,欧洲和亚洲一些规模小、经济性差的石脑油裂解装置将被迫关停。乙烯产能的大量释放使北美聚合物生产商的聚乙烯产能快速增长,将导致2018年北美聚乙烯产能过剩超过450万吨。2020年,美洲地区过剩量将达到300多万吨峰值(见下图),欧洲、亚洲乙烯市场将面临激烈竞争。

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4. 影响全球丙烯市场。

裂解原料轻质化将造成丙烯产量的减少,预计美国来自裂解装置的丙烯将从2013年的500万吨降至2023年的350万吨,约下降30%。美国稳定廉价的丙烷来源,使PDH比其他原料路线生产丙烯更具竞争力。如果美国规划的PDH项目全部投产,2020年丙烯产能将增加近380万吨,这足够抵消因裂解原料轻质化所减少的150万吨丙烯量,丙烯必须出口其他国家才可缓解美国国内的供应过剩问题,届时将对全球丙烯市场、特别是我国丙烯市场造成影响。

5. 丁烷脱氢生产丁二烯能力将上升。

丁二烯主要来源于蒸汽裂解装置,北美、中东乙烯原料轻质化造成丁二烯供给量减少。而受中国、印度等新兴经济体的快速发展影响,汽车需求增加导致合成橡胶需求量不断增加,丁二烯将呈现世界范围的供不应求局面。丁烷脱氢生产丁二烯路线重新被关注。未来全球丁烷脱氢生产丁二烯的能力将进一步上升,美国丁烷脱氢产能的上升,将使美国从丁二烯净进口国变成丁二烯净出口国。

如果丁烷脱氢产能并未按期投产,全球丁二烯供应有可能会短缺,导致价格上升。但全球丁二烯市场极易饱和,新建几套装置就有可能使市场供应过剩,生产成本高的装置将无法盈利,被迫关闭。

6. 全球芳烃供应将趋紧。

北美乙烯生产企业采用轻质原料,导致热裂解汽油产量明显下降,继而造成芳烃产量减少,将造成全球芳烃供应紧张、价格上涨,特别是供需矛盾较为突出的对二甲苯。

我国是对二甲苯净进口国,受国内TPA(醋酸酯)新建装置投产的影响,2013年对二甲苯进口量比上年增加43.9%,为905.3万吨,进口价格呈现高位震荡走势。预计2017年国内对二甲苯自给率维持在60%左右,市场缺口仍然较大。未来五年全球对二甲苯需求增速高于产能增速,这将加剧我国对二甲苯市场供需矛盾。

美国页岩气化工产业的成本优势非常明显,其长期对我国相关行业的负面影响不容忽视,特别是石脑油裂解生产乙烯及其下游行业,将面临巨大竞争压力,必须采取有效措施认真应对:

如推进裂解原料的轻质化、优质化,优化和拓宽原料来源,降低乙烯生产成本;

积极寻求利用国外的乙烷、丙烷、液化石油气、液化天然气等资源,补充优化我国乙烯原料的不足;

采用有效技术降低能耗物耗;

充分利用石脑油裂解装置副产品,提高装置综合效益;

审慎新建石脑油裂解装置,确保新建装置具有国际竞争力。

作者: 王红秋 乔明 郑轶丹

来源: 《中国石化》

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