新型煤化工产业发展机遇分析报告Word格式.docx
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能源消费量持续提升,油价受世界局势影响波动较大。
从数据可以看出我国一次能源消费量持续提高,从2005年的1566百万吨油当量提升至2015年的3014百万吨油当量,目前已占世界能源消费总量的22.9%,然而从人均能源消费量来看,我国人均能源消费量不及美国的三成,2015年中国人均能源消费量仅为2.19吨油当量,而同期美国为7.10吨油当量,因此未来中国能源消费量还有很大的提升空间。
由于石油对外依存度高,我国对国际油价波动的防御能力有限,国际油价在过去几十年经历数次大的波动,且大部分时间整体呈现出持续提高的走势。
图表5:
能源人均消费不及美国1/3(左:
百万吨油当量,右:
吨油当量)
煤炭发展与国家战略同步,向创新驱动型转变。
煤化工按产品种类可以分为传统煤化工与新型煤化工。
传统煤化工通常指煤制焦炭、电石、甲醇等历史悠久技术成熟的工艺。
新型煤化工是指煤制油、烯烃、天然气、乙二醇等以煤基替代能源为导向的产业。
根据国家能源规划,未来煤炭发展进入新的发展时期,以上下游一体化为发展思路,由粗放型向精细型转变,注重质量效益与环境影响,放弃过往的以扩大产能为导向的发展模式。
图表6:
煤化工工艺路线总览
二、石油基化学品对外依存度高,煤化工发展符合国情
2.1烯烃对外依存度高,煤化工替代布局充分
乙烯是世界上产量最大的化学产品之一,乙烯工业是石油化工产业的核心,乙烯产品占石化产品的75%以上,在国民经济中占有重要的地位。
世界上已将乙
烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。
目前,世界上主要有煤化工制乙烯、石脑油制乙烯以及乙烷裂解制乙烯三种生产工艺技术。
裂解原料因所在地区不同而存在很大的差异,美国的裂解原料主要是乙烷裂解,石脑油则是包括中国在内的世界其他地区的主导技术,而煤化工制乙烯工艺也因为中国多煤贫油少气的能源结构而悄然兴起。
甲醇作为烯烃生产前驱体,行业下游悄然生变。
从原料结构上看,我国以煤制甲醇为主的甲醇生产格局已经形成,未来新建甲醇产能还将以煤基为主。
“十二五”期间全国新增产能3453万t/a,其中煤制甲醇2567万t/a,占74.3%,截止2015年煤制甲醇总产能5252万t/a,占比70.5%。
2015年,煤制烯烃占我国甲醇消费量的42.9%,其次是甲醛24.2%,而在2008年甲醛占比高达43%,烯烃占比几乎为0%。
图表7:
甲醇下游应用替代石化原料占比逐渐提升
美国页岩气带动乙烷裂解制乙烯。
页岩气革命为美国带来了充足的乙烷原料供应。
据统计,2010至2016年美国新增乙烯产能约700万吨,新建装置主要采用乙烷为原料。
据EIA有关数据,美国规划或正在建设的页岩气原料化工项目达197个,总投资在1250亿美元左右。
按计划到2018年将新增乙烯产能1600万吨/年。
美国位于墨西哥湾沿岸的新建裂解装置已经开工建设,包括六个新的乙烯裂解装置,五个扩展和配套的衍生产品单位,计划2017-2020年投产。
分别是雪佛龙、菲利普斯化工、陶氏化学、埃克森美孚化工、西方化学、台塑和沙索。
届时新增乙烯产能将达1000万吨/年左右,加上已有装置项目,美国乙烯产能将达到将近3500万吨左右。
图表8:
2010-2016美国主要乙烯产能投放情况(万吨/年)
图表9:
2017-2020美国主要公司乙烯扩产项目(万吨/年)
国内当前石脑油工艺占主导地位。
目前煤制烯烃(CTO)、甲醇制烯烃(MTO)、丙烷脱氢(PDH)正在和传统的石脑油制烯烃一起,成为中国烯烃生产的主流工艺路线。
2015年,国内乙烯产能净增84万吨/年至2117万吨/年,几乎所有新增能力都来自煤(甲醇)制烯烃,其占国内乙烯总产能的份额升至13.7%。
石脑油是炼油的主要产品之一,石脑油的价格与原油密切相关,石脑油制烯烃的成本决定于油价;
丙烷主要来自于天然气副产,也有部分产于炼油。
作为重要的能源产品,丙烷的价格和油价也会联动。
图表10:
2015年中国乙烯上游原材料石脑油占主导
图表11:
全球乙烯上游原材料占比
图表12:
2010-2016中国石油基乙烯新增产能统计(万吨/年)
原油对外依存度高,煤基烯烃空间大。
我国乙烯上游原料主要是石脑油,占比91%,而石脑油主要原料为原油。
目前我国原油大量依赖进口,2016年
原油与产品进口量达9080万桶,对外依存度上升至65.44%,因此煤基烯烃油很大的发展空间。
图表13:
石脑油月度自给率约80%(%)
图表14:
原油与进口量与进口依赖度(万吨)
双烯主要下游产品自给率低,进口替代空间大。
2016年我国乙烯产量1781万吨,表观消费量1946万吨,进口量166万吨,自给率91.54%。
从历史数据看,我国乙烯消费量增速始终超过产量增速,自给率一直保持在91%左右。
而乙烯主要下游产品聚乙烯(PE)自给率不足60%,2016年PE消费量2382.52万吨,产量仅有1418.10万吨,进口量接近1000万吨。
而丙烯同样自给率不足90%,2015年丙烯消费量2587万吨,产量2310万吨。
丙烯主要下游产品聚丙烯2016年表观消费量2127.64万吨,产量1849.67万吨,进口量301.81万吨,自给率86.94%。
图表15:
2015年中国乙烯消费结构
图表16:
2015年中国丙烯消费结构
图表17:
中国乙烯与聚乙烯进口量与自给率(万吨)
图表18:
中国丙烯与聚丙烯进口量与自给率(万吨)
煤制烯烃产能增长快,规划产能近600万吨/年。
目前煤制烯烃装置主要集中在内蒙古、陕西、浙江等地;
未来新增产能集中在内蒙古、山东、江苏等地,这种集中度主要是基于自然资源和销售地的因素。
煤制烯烃目前仍然维持着比较高的产能增长率,按照当前规划产能统计,2017-2020年新增产能合计约597万吨/年。
图表19:
煤制乙烯占总乙烯产能近15%(万吨)
图表20:
煤制丙烯占丙烯产能近15%(万吨)
图表21:
2015-2016中国主要煤化工制乙烯工艺投产情况
图表22:
2017-2020中国主要煤化工制乙烯工艺预计投产情况
2.2原油对外依存度高,煤制油分散能源风险
国内产油量难以满足需求,原油对外依存度高。
我国原油产量较低,对外依存度较高,且逐年攀升,2016年12月我国原油对外依存度达到65.44%。
2016年原油表观消费量57775.5万吨,而产量仅有19968.5万吨,且原油产量已多年未增长,而原油消费量逐年攀升,未来随着经济进一步发展,原油需求还将进一步提升。
成品油消费量也逐年提升,2016年我国成品油(汽煤柴合计)表观消费量达31479万吨。
图表23:
原油产量与消费量逐年提升(百万吨)
图表24:
成品油消费量逐年提升(万吨)
我国煤制油工业在“十二五”期间开始示范运行。
新中国建国前主要是以日本在锦州引进的德国以钴催化剂为核心的F-T合成工艺煤制油生产线为主,1943年投产,产能约100t/a,1945年停产。
建国后,我国重新恢复与扩建锦州生产线,高峰时产量达到4.7万t/a。
80年代初,几乎与世界同步地,我国重新恢复了煤制油技术的研究与开发。
而煤制油正式产业化则是在进入21世纪以后,2008年神华煤化工能源公司的直接液化煤制油项目投产,2009年采用中科院开发的费托合成油技术的伊泰项目开车。
“十二五”期间,我国在煤制油示范工程方面取得重大突破,期间投产的煤制油产能达240万t/a。
图表25:
神华煤制油厂区
图表26:
伊泰煤制油厂区
煤制油工艺降低原油对外依存度,分散能源风险。
煤制油本质上属于化工产业而不是炼化产业,而且技术远不如石油炼化工业成熟,因此目前不可能像炼油工业一样建设年产几千万吨的工厂,同时考虑到技术升级的空间,目前建设超大煤制油工厂也存在较大的经济风险。
我们认为,我国煤制油的发展是为了降低原油对外依存度,不会大规模替代原油炼化。
目前我国已经有四套煤液化工业化示范装置建成投产,并生产出合格油品。
其中包括,神华集团的108万t/a的直接法液化示范装置和18万t/a的间接法煤液化示范装置,伊泰集团的16万t/a的间接法煤液化示范装置和潞安集团的16万t/a的间接法煤液化示范装置。
图表27:
部分煤制油工程投料运行状况
图表28:
建设中的煤制油企业工程概况(万吨/年)
2.3天然气发展大势所趋,煤化工制气提前布局
煤制气产品性能媲美常规天然气。
煤制气生产过程中通过工艺技术脱除绝大部分有害物质,使得煤制天然气甲烷含量高于常规天然气,其作为汽车发动
机燃料,动力性能与柴汽油相比基本相当。
同时煤制天然气与煤炭和石油相比,大气主要污染物SO2和粉尘排放减少接近100%,氮氧化物减排80%以上。
图表29:
煤制气产品性能媲美常规天然气
天然气消费量持续提升,对外依存度高达34%。
21世纪初,我国经济水平
飞速发展,天然气市场需求不断增加。
在供应驱动以及价格驱动下,全国天然气消费量从2002年的302亿立方米增至2013年的1884亿立方米,复合年均增速高达16%。
在2015年末气价的下调与替代能源原油煤炭的价格上涨等利好因素下,2016年天然气消费市场在经历连续两年增速下降后出现了首次反弹。
根据国家发改委的最新数据,2016年天然气消费量2058亿立方米,同比增长6.6%。
由于较高的开采成本以及较为复杂的地质条件,2016年我国的天然气产量增速并不大。
根据国家发改委的最新数据,2016年,天然气产量1371亿立方米,同比增长1.5%。
2016年,全国天然气进口量752亿立方米,同比增加22%,对外依存度由2015年的32%上升至34%。
图表30:
中国天然气产量,消费量,进出口量(亿立方米)和进口依赖度
未来我国天然气需求稳步增长,2020年天然气消费占比将达10%。
根据国外天然气发展经验来看,在经过10-20年的快速增长后,将进入稳步增长期。
在经济增速放缓、价格优势减弱的背景下,天然气消费将由“高速增长阶段”进入“中高速增长阶段”。
多家机构的研究认为,到2020年中国天然气消费量有望达到3200亿-3500亿立方米,2016-2020年年均增速10.6%~12.6%,发展速度远高于煤炭、石油等其他化石能源,也快于非化石能源的增长。
按2020年天然气消费量达到3500亿立方米计算,中国天然气在一次能源消费结构中的占比将接近10%。
图表31:
世界典型国家能源消费演变进程
中国的煤制气产能以及规划产能主要集中在新疆和内蒙古地区,占全国产能的80%。
目前我国已经建设运行的,煤制天然气项目有大唐能源赤峰克什克
腾旗40亿立方米/年煤制气项目,该项目采用蒙东褐煤资源,采用鲁奇工艺,产品气通过管线经内蒙古赤峰、锡盟、河北承德到北京密云;
新疆庆华能源伊犁55亿立方米/年煤制气项目,该项目依托新疆煤炭基地,采用丹麦托普索工艺;
内蒙古汇能煤化20亿立方米/年煤制气项目,该项目使用托普索工艺,向北京地区供气。
另外正在建设的煤制天然气项目有18个,规划产能达786亿立方米/年,合计产能达953亿立方米/年。
图表32:
煤制气产能投产与建设情况
2.4煤制乙二醇起步早,加速替代石油基工艺
石油化工和煤化工作为主要乙二醇生产工艺。
石油化工工艺通过石油炼化制备乙烯,乙烯氧化制备环氧乙烷,环氧乙烷水合制备乙二醇。
这种工艺的优点是技术成熟,应用面广,收率高,但是由于对石油资源依赖性高,并不适合我国的能源禀赋。
煤化工工艺路线通过煤气化制备合成气,再使用合成气中的一氧化碳和氢气为原料生产乙二醇。
图表33:
目前我国乙二醇主要供应商产能占比
图表34:
目前我国乙二醇主要生产工艺为石油基
乙二醇进口依赖度高,国产化进行中。
乙二醇是用途广泛的基础化工原料,主要用于合成聚酯、化纤及生产各类有机溶剂。
乙二醇主要应用于聚酯生产。
聚酯分为纤维级聚酯与非纤维级聚酯,纤维级聚酯主要用于生产涤纶短纤维和涤纶长丝,是加工涤纶纤维的企业的主要原材料,而非纤维级聚酯有瓶类、薄膜等用途,主要用于包装业,电子电气,医疗卫生,建筑,汽车等领域。
我国的乙二醇进口依存度较高,2015年我国产量400万吨,进口量875万吨,出口量1.9万吨。
预计未来一段时间我国经济还将继续保持中高速发展,因此乙二醇消费量未来将继续保持,因此发展新的乙二醇生产技术,减少乙二醇对外依存度对我国有重要意义。
图表35:
乙二醇进口量与同比(万吨)
图表36:
乙二醇产量与表观消费量(万吨)
下游聚酯产量提升,带动乙二醇需求增长。
聚酯是乙二醇的直接消费领域,因此聚酯产量提升会带动乙二醇需求的增长。
我国聚酯行业在2001年以后进入一个产能扩张的时代,在经历2008年的全球经济危机后,2009-2010年聚酯行业触底反弹,之后聚酯行业产能产量一直保持增长。
2015年聚酯产能达到4950万吨(有效产能4624万吨),2015年聚酯产量3463万吨,带动MEG需求1160万吨。
图表37:
2010-2016年中国聚酯产能产量及对MEG需求增长(万吨)
煤制乙二醇新建产能陆续投产,拟建产能合计达千万吨。
据统计,截止至
2015年已投产的煤制乙二醇产能达到302万吨/年,其中250万吨为草酸酯路线。
此外我国还有一批在建和拟建的煤制乙二醇项目,合计产能超过700万吨/。
全部建成后我国煤制乙二醇产能将达到1000万吨/年。
图表38:
煤制乙二醇项目建设与投资情况
2.5煤制乙醇技术突破,成本优势明显
乙醇生产以粮食为主,玉米进口增加促使国家政策转向。
全球93%的乙醇依然采用农作物发酵生产。
作为燃料乙醇的生产和消费大国,美国和巴西分别
采用玉米和甘蔗为原料生产乙醇,我国则采用陈化粮为原料生产乙醇。
2004年起,我国陆续在安徽、河南、黑龙江、吉林、辽宁、广西、湖北、山东等11个省区及部分城市推广应用乙醇汽油。
但在推广使用的过程中,一直有人担心出现“与人争粮”,造成农产品价格大幅上涨,威胁国家粮食安全的局面。
图表39:
2010-2014年中国分品种酒精产量(万吨)
我国发酵乙醇产量在2008年以前处于高增长时期,在08年全球性的粮食危机以后增速开始下滑,2016年发酵乙醇产量同比下滑。
与之对应的是我国玉米的净进口量从2008年起开始转负,我国从玉米出口大国逐渐变成玉米进口国,
玉米进口量提升的另一个原因是国家2008年以来实行的临储政策。
图表40:
发酵乙醇产量增速下降(万千升)
图表41:
2008年以后玉米净进口量转负(千吨)
财政补贴方面,以2010年及以前,粮食乙醇企业可享受吨燃料乙醇2000元左右财政补助。
随后,补贴额度不断下调,对生物燃料乙醇企业的补贴越来越少。
2012年初,财政部发布通知,对2012年度生物燃料乙醇财政补助标准如下:
以粮食为原料的燃料乙醇,补助标准为500元/吨;
以木薯等非粮作物为原料的
燃料乙醇,补助标准为750元/吨。
2011年,财政部下发《关于调整定点企业
生物燃料乙醇财政政策的通知》,2013-2015年,中央财政对已核准项目以粮食为原料的生物燃料乙醇继续给予补贴,补贴标准分别为:
2013年300元/吨、2014年200元/吨、2015年100元/吨,2016年以后不再补贴。
燃料乙醇需求扩张,受益油品升级。
2015年全世界66%的乙醇都被用作燃料乙醇,燃料乙醇可以兑入汽油做乙醇汽油。
与其他汽油添加剂相比,乙醇是
世界公认的绿色环保的优良汽油添加剂,可以将车辆污染物综合排放量降低三分之一以上。
从原理上讲,汽油分子中不含氧,而乙醇含35%的氧,在汽油中添入乙醇,有助于充分燃烧,减少污染物排放。
作为燃料乙醇,2015年美国的使用量达4424万吨,巴西燃料乙醇的使用量为2128万吨,我国由于受制于原料来源的影响,使用量仅为250万吨。
图表42:
燃料乙醇辛烷值高达113
图表43:
我国燃料乙醇产量低于美国巴西(百万加仑)
我国汽油消费量逐年提升,2016年全年汽油表观消费量达11983万吨。
假设燃料乙醇添加改为强制执行,假设按照10%的燃料乙醇添加量计,2016年我
国燃料乙醇需求达1198.3万吨。
而实际上2015年我国燃料乙醇产量在230万吨左右,主要产能掌握在国家规定的8家企业手中,只有国家规定的8家企业有资质与中石油和中石化签订燃料乙醇销售合同,这种政府管控的模式也限制了燃料乙醇的发展。
图表44:
汽油表观消费量逐年提升(万吨)
煤基技术成功突破,成本优势明显。
大连化物所提出以煤基合成气为原料,
经甲醇、二甲醚羰基化、加氢合成乙醇的工艺路线。
该路线采用非贵金属催化剂,可以直接生产无水乙醇,是一条独特的环境友好型新技术路线。
2012年,大连化物所和延长石油联合开展“合成气制乙醇整套工艺技术”项目研发工作,2013年完成项目中试。
2014年大连化物所与延长石油启动了“10万吨/年合成气制乙醇工业示范”项目,2016年10月装置建成,2016年12月开始装置联动试车,2017年1月11日产出合格无水乙醇产品,纯度达到99.71%,主要指标均达到或优于设计值。
根据调研收集得到的信息,二甲醚羰基化煤基技术制乙醇成本约为4000元/吨,低于发酵法成本。
三、国家战略,顶层设计,现代煤化工进入有序发展期
煤化工发展速度受油价与政策影响。
我国现代煤化工发展起步于“九五”时期,期间完成了现代煤化工的技术探索工作,“十五”期间完成了现代煤化工工艺的中试工作,“十一五”期间实现商业化运行。
“十二五”期间,在国家股利政策的推动下,现代煤化工产能迅速扩大。
2010-2015年,煤化工发展速度与国家顶层政策紧密相关,11-12年,受益于国家政策推动与国际原油价格高位运行,煤化工项目遍地开花。
14-15年,顶层政策设计开始冷静,环境保护开始占据主导,煤化工产业环评迅速收紧,国际油价下跌,煤化工投资也迅速收缩。
进入十三五之后,油价逐步恢复,煤化工项目又开始提上议事日程。
图表45:
煤化工发展速度与国际油价相关性高(美元/桶)
煤化工产业反思后再出发。
“十二五”期间,建设投产了一大批示范项目。
据有关资料统计,从2013-2015年5月,获得国家发改委路条的煤化工项目共计22个,总投资达5000亿元,而各地上报发改委的煤化工项目达104个,总投资高达2万亿元。
其中有部分项目,无视当地环境容量,盲目建设,与国家建设煤化工产业的战略相违背,因此在“十二五”后期,煤化工项目的审批收紧甚至停滞。
进入“十三五”期间,国家重启煤化工产业建设,并发布了一系列相关政策,维护并推动煤化工产业有序发展。
2016年7月,工信部发布《石化和化学工业发展规划(2016-2020)》明确指出,要提升非石油基产品在乙烯和丙烯产量中的比例,积极促进煤制芳烃技术产业化,稳步发展非石油基乙二醇。
2016年12月,国家能源局发布《煤炭工业十三五规划》明确提出要有序推进陕北、神东、黄陇、新疆大型煤炭基地建设,推进煤炭深加工产业示范。
盲目新建结束,未来进入有序发展期。
新型煤化工发展初期,在示范项目还未完全成熟时,已有大量资本蜂拥而入,不考虑项目本身的盈利状况与技术
进展,而主要试图从煤矿资源和土地资源中获益,不利于新型煤化工的健康发展。
随着国家发改委与国务院收回煤制油煤制气项目的审批权限,并严格控制新增项目,新型煤化工的发展进入新的有序发展期,未来将严控产能,有序推进。
根据能源发展“十三五”规划,十三五期间将实现煤制油,煤制气生产能力达到1300万吨和170亿立方米左右。
根据中国石油和化学工业联合会发布的《现代煤化工“十三五”发展指南》,预计到2020年,煤制烯烃产能1600万吨/年,煤制芳烃产能100万吨/年,煤制乙二醇产能600-800万吨/年。
图表46:
国家煤化工相关政策不完全总结
图表47:
国家新建示范项目(煤制油、煤制气)
图表48:
现代煤化工产业升级示范重点
水煤资源不匹配或成煤化工最短板。
目前国内14个亿级大型煤炭基地均建设或规划有煤制油气和煤化工产业。
而当前已经建设的煤制油气,煤化工企业的内蒙古、新疆、山西、陕西等省区水资源相对匮乏,因此煤制油气产业的水需求与当地水资源匮乏形成矛盾。
以内蒙古为例,内蒙古煤炭储量最丰富的鄂尔多斯市,总水资源量仅为21.70亿立方米/年,褐煤储量最丰富的锡林郭勒盟,总水资源量仅为33.81亿立方米/年。
而新疆除伊犁地区外,石河子与昌吉等煤炭资源丰富的区域,水资源也十分匮乏。
水资源相对丰富的煤炭产区主要在贵州地区。
图表49:
全国煤炭资源和市级水资源量分布图
四、核心技术进步,煤化工发展突破桎梏
4.1煤制烯烃技术进展
煤化工制烯烃工艺立足于甲醇化。
煤制烯烃过程主要包括煤气化、净化、甲醇合成及甲醇制烯烃。
目前主要的甲醇制烯烃工艺有:
中科院大连化物所的
甲醇制乙烯/丙烯(DMTO)工艺,Lurgi公司的固定床甲醇制丙烯(MTP)工艺,中石化的甲醇制乙烯/丙烯(SMTO)工艺等。
其中大连化物所的DMTO工艺专利技术是世界上首套最大的煤制烯烃示范项目,首次用于神华包头煤制烯烃项目,2007年开始建设,11年投入商业化运营,运营当年累计生产聚烯烃产品50万t,营收56.4亿元,实现利润近10亿元。
煤制烯烃技术国产化进程。
国内煤制烯烃建设大量上马的另一个推动力是国产化配套技术的开发与应用。
2010年,清华大学与中国化学工程集团公司,
安徽淮化集团合作建设的万吨级MTP工业实验装置头晕;
2012年,中石化上海石化研究院自主研发的固定床甲醇制丙烯技术(MTP)实验装置在扬子石化投产;
2014年,中石化石油化工研究院、浙江大学、洛阳工程公司和湖南建长股份有限公司联合承担