全球聚丙烯需求增长迅速 替代生产工艺出现

近年来全球丙烯需求增长迅速,但传统工艺生产的丙烯难以跟上需求快速增长的步伐,为了确保丙烯供应,必须实行替代生产工艺。在少数几个以丙烯生产为重点的生产工艺中,丙烷脱氢(PDH)已被证明是最有效的生产工艺,因此,PDH项目受到热捧。目前,全球投入运营的PDH装置已经有26套,产能已经超过1200万吨/年,其中中国的PDH产能占全球逾一半。

A原料轻质化下的PDH投资热潮

2007年开始,北美的乙烷裂解成本优势开始显现,国际投资者逐步加大了对乙烷裂解装置的投资。另外,随着2010年以来美国页岩气革命的爆发,美国天然气产量呈现爆发性增长,但这也导致了天然气价格的崩盘。为了获得更好的利润,生产企业大量开发富含凝析油(NGL)的湿气,这是因为页岩气副产的凝析油经过简单分离就可以提取出更高附加值的乙烷、丙烷、丁烷和化工汽油,价格均比天然气高。在利润的驱使下,凝析油的供应增速比天然气还要更快。而乙烷是凝析油中最大的组分,占比接近50%,这就造成乙烷供应的剧烈增加。

全球聚丙烯需求增长迅速 替代生产工艺出现

全球聚丙烯需求增长迅速 替代生产工艺出现

从数据上看,2011年后随着油气井定向钻探和压裂页岩技术的突破,乙烷产量每年增长超过30%。为了消化乙烷,石化企业面临三个选择,要么将乙烷重新注回,要么对乙烷进行裂解开发(主要是乙烯并聚合为聚乙烯),要么直接出口乙烷。在页岩气革命的初期,乙烷重新注回是不得已而为之的选择,但随着时间推移,美国炼厂纷纷投建乙烷制乙烯装置,有效地消化了乙烷的供应。对于消化不了的过剩乙烷,美国选择直接出口。

在美国主要有两个出口乙烷的港口,一个在南部的得克萨斯州,一个在北部的宾夕法尼亚州。根据EIA数据,2016年全球乙烷产量约6600万吨,美国乙烷的实际产量在2521万吨左右,占比约38%,中东产量2400万吨,占比36.36%。美国接近2171万吨乙烷用于国内乙烯生产,另有约350万吨用于出口,分别出口给加拿大180万吨、出口给欧洲100万吨、出口给印度70万吨。预计到2020年,全球乙烷产量约8500万吨,其中美国约4000万吨,增长1500万吨,出口700万吨以上;中东产量约2780万吨,全部自身消化。

乙烯原料的轻质化近年来得到了广泛关注,2005年之前,全球通过石脑油裂解制乙烯的产量达到乙烯总产量的55%左右;到2010年,全球通过石脑油裂解制乙烯的产量达到乙烯总产量的约51.2%,而乙烷裂解占比为32.1%,丙烷和丁烷占比分别为8.4%和4.1%;到2014年,全球通过石脑油裂解制乙烯的产量占比乙烯总产量下滑到46%,乙烷裂解占比上升到35%;到2016年,全球通过石脑油裂解制乙烯的产量占比乙烯总产量已下降到42%左右,而轻烃则上升到51.2%(其中乙烷36.2%、丙烷9.2%、丁烷5.8%)。

丙烯的工业化生产工艺主要有:石脑油蒸汽裂解副产丙烯;炼厂二次加工重(渣)油的催化裂化,即FCC装置副产丙烯;丙烷脱氢制丙烯;以甲醇为原料的缩合法(MTO或MTP法);乙烯和丁烯为原料的烯烃歧化法等五种工艺。 2010年以前,以蒸汽裂解副产丙烯和FCC副产丙烯为主流方法,但乙烯原料的轻质化间接影响了丙烯的供应。若采用石脑油蒸汽裂解,一般乙烯和丙烯的比例在3∶1—2∶1,如每生产1吨的乙烯,则会有0.5吨的丙烯副产。而采用乙烷制乙烯后,每生产1吨的乙烯,则仅有1/40吨的丙烯副产。可以预见的是,随着时间的推移,丙烯的供需结构将逐步好于乙烯,令投资者重新审视丙烯的投资机会并加大丙烯的产能建设。

与中东和北美大力发展轻质化烯烃产能方向不同的是,中国根据国情,因地制宜选择了MTO/MTP制和PDH制。中国的大型煤化工企业规划的产能多为煤制一体化装置,中间品甲醇和烯烃全部用于聚合聚乙烯或者聚丙烯。而沿海地区由于进口便利,则选择了MTP或丙烷脱氢制式。这类PDH装置对原料——丙烷的纯度要求极高(要求丙烷纯度至少达到97%),现有国外丙烷脱氢装置,都采用湿性油田伴生气为来源的高纯低硫丙烷为原料。而我国湿性油田伴生气资源较匮乏,且国产液化气是石油炼制过程中产生的副产品,是一种杂质含量及硫含量较高的混合气体,国产液化气中丙烷质量无法满足丙烷脱氢工艺原料要求。因此,国内建设的PDH装置,必须进口以国外油田伴生气为来源的非炼油厂生产的高纯度液化丙烷,主要来源地是中东及北美地区,从最近三年的数据来看,中东和北美货源大约占据了中国80%—95%的丙烷进口量。也就是说,中国的丙烷脱氢制丙烯所需的原料丙烷,高度依赖于中东及北美地区的货源。

B PDH工艺的优势

PDH工艺有四种:UOP公司的Oleflex工艺;ABB Lummus公司的Catofin工艺;伍德(Krupp Uhdewcng)公司的STAR工艺;Linde-BASF-Statoil共同开发的PDH工艺等。已实现工业化的主要是UOP的Oleflex工艺和ABB Lummus的Catofin工艺,UOP和Lummus两种工艺路线大体相同,所不同的只是脱氢和催化剂再生部分。UOP公司的Oleflex工艺采用铂基催化剂,氢作为原料的稀释剂,丙烷选择性脱氢转化为丙烯,单程转化率随反应条件改变,一般在35%—65%,未反应的丙烷可循环使用,丙烯总收率可达80%以上;ABB Lummus公司的Catofin工艺使用铬-氧化催化剂,丙烷转化率为85%。

在全球范围内运行的PDH装置中,约有60%使用霍尼韦尔UOP的Oleflex技术,其余的PDH装置使用西比埃鲁姆斯的Catofin技术,仅有一套设施使用蒂森克虏伯公司的STAR技术。中国已经投放的12套装置中,6套采用Catofin工艺,6套使用Oleflex工艺。从PDH厂家的反馈情况来看,美国货源的丙烷较中东纯度更高,设备的稳定性较好,因而北美的丙烷更具吸引力。

从现货交易结算的定价机制上看,中国采取美国合同货MB价格和沙特CP价格两种方式。这两者价格走势往往高度一致,CP定价是参照前一个月沙特阿美石油公司(Aramco)月初、月中、月底3次招标的中标价,并参考现货价格趋势而制定,于每月底正式对外公布下一个月的 CP.Mont Belvieu(MB)价格,每日由OPIS发布,为在生产商或者买卖双方都同意的MB地区任何设施(包括管道、罐区、分离厂区)进行交割的结算价格。

PDH工艺具有三大优势:首先,丙烷在500℃—600℃条件下经催化脱氢得到丙烯,该技术的特点是单一原料生产单一产品(主要是丙烯),流程简短;其次,是生产成本只与丙烷价格波动密切相关,大约1.2吨的丙烷生产1吨丙烯,而丙烷价格与石脑油价格、丙烯市场没有直接的关联,这可以帮助丙烯衍生物生产商改进原料的成本结构,规避一些市场风险;最后,是对于丙烯供应不足的衍生物生产厂,可购进成本较低的丙烷生产丙烯,免除运输与储存丙烯的高成本支出。从最近两年中国投放的PDH装置利润测算来看,丙烷脱氢制丙烯的利润一直处于较高位置,吨盈利在1000—2000元。若工厂配置相对应的PP聚合装置,其一体化的净利润将更高,可以在此基础上再加上至少400元/吨。相对于PP不到10000元/吨的均价而言,高达1500元/吨的净利润使得石化工厂扩产动能十足。

C中美两国对丙烷贸易的依赖程度

截至2018年3月,全球共有27套PDH装置在运行(含MDH项目),全球产能约1250万吨,其中,中国有8套合计产能467万吨/年的纯PDH装置在运行,主要集中在华北、华东地区,华南地区的福建省有两套装置中景石化和中江石化分别在2016年和2017年各投放了35万吨的PP产能,相对应的PDH产能仍未完工。也就是说,中国一年需要消耗的进口丙烷数量为467×1.2=560.4万吨。与此同时,山东地区还有四套MDH装置共84.5万吨产能(主要是神驰化工、齐翔腾达、东明石化、京博石化)。这四家公司使用LPG原料(丙烷/丁烷混合物)生产丙烯和丁烯。这些MDH装置通常被进一步整合到MTBE生产中。与纯PDH装置相比,这些MDH装置中的许多装置可以使用国有原料。

总的来说,中国的PDH产能为551.5万吨,约占全球产能一半。而受益于页岩气革命、大力推动原料轻质化的美国,仅在2010年、2015年各投放了1套PDH装置,第三套装置在2017年11月才完成投放。根据公开信息统计,美国目前在建或已经宣布建设计划的PDH项目共有4个,全部位于南部的得克萨斯州。IHS预计到2020年,北美丙烷脱氢制丙烯装置年产能将达450万吨,包括Flint HillsResources年产66万吨装置,陶氏化学年产75万吨装置,奥升德年产117万吨装置和FPC年产60万吨装置等,若美国PDH装置的产能投放成功,则可带动丙烷需求450×1.2=520万吨/年。

受益于经济的高速发展、环保调控升级、产业格局变化带来的高需求,2013年以来中国进口的丙烷数量逐年提升。中国海关总署公布的数据显示,2013年到2017年进口丙烷数量分别为245万吨、475万吨、855万吨、1160万吨、1337万吨,涨幅惊人,预计2018年丙烷的进口量依旧维持两位数的增长。根据前文的测算,2018年中国需要高纯度丙烷约560.4万吨,也就意味着大约有一半以上的进口丙烷被用于其他用途。实际上,丙烷常用作发动机、烧烤食品及家用取暖系统的燃料。因此,丙烷既可用于丙烯的原料或炼油工业中的溶剂,或作为发动机燃料,还可与丁烷和少量乙烷的混合物液化后可用作民用燃料即液化石油气,这几方面的需求同样巨大。

与中国丙烷进口高度依赖中东和美国不同,美国丙烷出口对中国的依赖程度相对而言并不高。以最近三年为例,2015年到2017年,美国分别有269万吨、325万吨、337万吨丙烷出口给中国,占美国丙烷出口比例仅为14.9%、13.80%、13.27%;而这三年里来源于美国的丙烷占中国丙烷进口比例分别为31.51%、28.04%、25.25%。EIA数据显示,2013年到2017年,美国的丙烷出口量高达887万吨、1243万吨、1807万吨、2355万吨、2658万吨。也就是说,美国出口的丙烷体量越来越大,尽管中国消化的数量逐年增加,但美国新增的丙烷出口大部分还是被全球其他地区消化了,这部分新增需求主要是在欧洲和东亚。实际上,东亚地区如日本、韩国也在大力兴建烯烃转化和PDH等装置,特别是韩国,2015年其丙烷脱氢和烯烃转化装置产能已经达到110万吨,2016年至今其规划扩产的产能直接翻倍。所以,随着中美两国的大量PDH装置不断上马,以及日韩的需求提升,丙烷的整体需求将快速增加。

D巴拿马运河提升丙烷运输效率

巴拿马运河于2016年6月26日顺利通航首艘大型液化气体运输船(VLGC),自此,美国产丙烷运输至东亚地区时间将缩短至25天左右,较之前缩短15天以上。运费方面,VLGC国际市场航运价格短租评估价格为6万—7万美元/天,长约船折算单日运费评估为4万美元。缩短15天将对整船货物成本降低100万美元左右,但是运河通行的费用偏高,VLGC通过巴拿马运河单船费用30万美元/月。整体来看,运输成本上有70万美元以上缩减。若为长租船舶,运输成本下降额度依旧较为可观,但对于中国市场采购商而言,运费成本的降低并不能构成其采购成本在全国市场范围内的绝对降低。

2018年3月8日,沙特预测合同价CP丙烷约450美元/吨,码头使用费高达60美元/吨。目前从美国运输丙烷的货船,一条船的丙烷运输能力大约是4.8万吨或者2.4万吨的规格,运费下降数十万美元,对于整船货物成本(4.8万×450美元/吨=2160万美元)而言,降低幅度约70/2160=3.25%,与整船货物价值变动相比比较有限,远不及丙烷现货以及产品丙烯、聚丙烯的价格波动剧烈。巴拿马运河通航,成本方面的变动短期暂时不会体现于市场之上,但若从中东方面为保证自身市场份额与出口至远东的价格优势来看,美国产丙烷通过巴拿马运河运输至远东,时间上的缩短意义更为重要。市场处于频繁波动之时,15天运输时间的缩短,对于风险的控制将大大增强。

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