煤制烯烃项目技术经济敏感性分析及对策

周 芳，郑 渊，姚 颖，赵 丽，姜 波

（中国成达工程有限公司，四川 成都 610041）

我国能源禀赋特点是“煤多、油缺、气少”，发展现代煤化工产业，实施石油替代战略，符合我国能源结构和能源安全的要求。现代煤化工是我国石化工业“十三五”期间发展的最大亮点，其中以煤制烯烃工程化和经济效益尤为突出。“十四五”期间，现代煤化工仍将是中国石化工业发展的战略重点，是实现由石化大国向石化强国跨越的标志性领先产业。2010 年8月，世界首套工业化大型煤制烯烃项目在中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司建成投产，产出了合格的聚乙烯、聚丙烯产品，这是全球煤制烯烃工业化道路上具有里程碑意义的事件。此后，中煤榆林等多个煤制烯烃项目相继建成投产，截至2019 年底,我国煤(甲醇) 制烯烃装置总生产能力达到1 495 万t/a[1]。这些项目的成功运行，为我国在煤制烯烃领域积累了丰富的工程技术和管理经验，培养了大批生产管理及工程技术人才，也为进一步发展煤制烯烃工业奠定了坚实的基础。

为使拟建煤制烯烃项目的全投资内部收益率IRR（税前）满足国家发改委发布的“关于调整部分行业建设项目财务基准收益率的通知”（发改投资[2013]586 号）中对现代煤化工项目的盈利能力要求，本文基于建设规模、产品方案基本相当的两家已建成投产的煤制烯烃工厂的建设及运营情况，对某拟建煤制烯烃项目进行了原料/ 燃料煤价格及主要产品价格双因素和建设投资单因素敏感性分析，并与两家运行工厂进行对比分析，分析结果可为拟建煤制烯烃项目投资决策提供参考。

1 典型煤制烯烃装置工艺流程及技术方案

1.1 典型煤制烯烃工艺流程

典型的煤制烯烃工艺流程示意图见图1。原料煤经过煤气化、变换及热回收、脱硫脱碳、甲醇合成等工序生产MTO 级甲醇（中间产品）；MTO 级甲醇通过甲醇催化转化生成轻质烯烃，并经烯烃分离得到聚合级乙烯和聚合级丙烯等产品；聚乙烯装置以聚合级乙烯为单体原料，辅以1-丁烯、1-己烯、氢气、异戊烷等调节剂生产聚乙烯产品；聚丙烯装置以聚合级丙烯为单体原料，辅以乙烯、氢气生产聚丙烯产品。通常设置烯烃转化（OCU）装置，以提高聚烯烃的产量。

图1 典型的煤制烯烃工艺流程示意图

1.2 典型煤制烯烃装置技术方案

典型煤制烯烃装置主要的工艺技术方案为：煤气化采用水煤浆或粉煤气流床加压气化技术，变换采用绝热变换、等温变换或绝热-等温变换组合工艺流程，脱硫脱碳采用低温甲醇洗技术，甲醇合成采用庄信万丰、鲁奇等低压甲醇合成技术，MTO 采用大连化物所的DMTO 技术（大连化物所还开发了含有C4回炼的DMTOⅡ技术）、神华的SHMTO 技术或美国UOP 公司的MTO/OCP 技术，烯烃分离主要采用鲁姆斯（LUMMUS）、惠生工程或KBR 公司的前脱丙烷技术，聚乙烯主要采用Univation 公司的Unipol 工艺或BP 公司的Innovene工艺，聚丙烯工艺主要采用DOW 公司(现Grace 公司)的Unipol 工艺或Basell 的Spheripol 工艺，硫回收以硫磺为主流产品，主要采用克劳斯超级/超优硫回收技术。

常见的聚乙烯产品包括HDPE、LDPE 和LLDPE 等多种牌号产品，常见的聚丙烯产品包括颗粒状均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物等多种牌号产品。

2 已建煤制烯烃项目的建设/运营情况及初步分析

选择两家已投产的、建设规模和产品方案基本相当的煤制烯烃工厂A 和工厂B 为对象，分析两家工厂的建设及运营情况，结果见表1。

由表1 可知，两家工厂整体效益较好。特别是工厂B，借鉴了第一套煤制烯烃示范装置的工程和建设经验，建设期更短，项目建成投产3 个月即实现达产并开始盈利，且空分装置为自建、用电全部自发，因而年平均利润可观；而工厂A 是第一次采用DMTOⅡ技术，该厂已对C4回炼装置进行了3 次改造，改造效果尚需进一步验证。工厂A 的空分装置由美国AP 公司出资配套建设，由该厂提供其所需的电、蒸汽、水等公用工程，AP 公司按“照付不议”原则提供项目所需的氧气、氮气、仪表空气等，因此经济上不合理。

2021 年在全球受新冠疫情影响、油价较低的情况下，两家煤制烯烃工厂没有出现亏损现象，在一定程度上说明了与石油路线相比，煤制烯烃路线受诸多实际因素影响，有时油价与煤价对应关系并不明显，其抗风险能力更强。

3 拟建煤制烯烃项目的技术经济敏感性分析

3.1 分析基础

某拟建煤制烯烃项目技术经济敏感性分析的主要基础如下：优化后的建设投资为187 亿元（锅炉不带发电）；项目的经济计算期定为18 a，其中包括3 a建设期；原料煤/ 燃料煤价按照230 元/t [含税价格，低热值192 55 kJ/kg（4 600 kcal/kg）]；年产PP 41.5万t、LLDPE 18 万t、HDPE9 万t，以上产品价格均采用华东地区2015—2019 年五年均价（含税价格）：PP 为8 697 元/t、HDPE 为9 916 元/t、LLDPE 为9 253 元/t。

3.2 技术经济敏感性分析

3.2.1 原料/燃料煤价及主要产品价格双因素敏感性分析

影响煤制烯烃的技术经济指标较多，包括项目建设投资、原料/燃料煤价格、产品价格、各公辅消耗及单价等，但根据对煤制烯烃项目建设及运营特点的分析，原料/ 燃料煤成本占比最高，因而本文重点考察制约项目经济性的两个关键因素主要产品价格与原料/燃料煤价之间的联动关系，以量化数据确定项目经济性成立的合理边界条件，分析数据见表2。

表2 原料/燃料煤价与主要产品价格双因素敏感性分析

由表2 可知，当主要产品取五年平均价（2015—2019 年）、原/ 燃料煤到厂价230 元/t 时，项目全投资所得税前内部收益率达到基准收益率11.03%。在其他条件不变的情况下，当吨煤到厂价高出40 元时，项目全投资所得税前内部收益率将降低0.76 个百分点；当产品价格降低4 个百分点时，项目全投资所得税前内部收益率将降低1.16 个百分点。

3.2.2 投资单因素敏感性分析

现代煤化工项目的建设特点是固定资产投资大，折旧在产品成本中占比较高，因而项目建设投资也是决定项目经济性的重要因素。在保持其他条件不变时，以建设投资的变化做单因素敏感性分析，结果见表3。

表3 建设投资单因素敏感性分析

由表3 可知，在保持其他条件不变的情况下，投资增加10 亿元（为197 亿元），内部收益率将降低0.85 个百分点。

3.3 与运行工厂的对比分析

该拟建煤制烯烃项目与工厂A 和工厂B 的成本对比分析见表4。

表4 拟建煤制烯烃项目与工厂A、工厂B 单位产品主要成本项对比

由表4 可知，在运费方面，拟建项目不及工厂A和工厂B，这是由于拟建项目运距（均以华东作为目标市场）相对较远所致。

由于采用基本相同的技术来源，建设规模及产品方案基本一致，因此三家的折旧成本基本相当，拟建项目略低，原因在于拟建项目是按优化后的投资考虑。

人工成本方面，工厂A 更具优势，拟建项目与工厂B 基本相当。

原料/燃料煤方面，工厂A 和工厂B 均为煤化一体化项目，在煤炭的供应量和供应价格上都有保障。表4 中计算数据较高，主要原因在于目前两家均按照煤炭的市场价格进行集团内部结算，工厂B 煤价较工厂A 价格低，是由于工厂B 全部采用自发电；而拟建煤制烯烃项目采用与合作方谈判的让利价格230 元/t计算，该价格即使是按等热值煤价折算，仍具有价格优势，因此，计算结果显示拟建项目在原料煤和燃料煤成本方面具有明显的优势。

4 项目实施建议及优化对策

4.1 优化降投资

建设投资是影响项目经济效益和产品竞争力的关键因素之一。建议在实施该项目前，应通过设计优化，尽量降低项目的建设投资，以确保较好的经济效益。投资主要优化建议如下：

（1）减少气化和空分系列数：随着气化和空分技术的发展，现代化工设计应力求装置大型化、规模化，因而建议选择大型气化炉/空分设备，从而减少气化/空分系列数，更好地体现规模效益。

（2）技术、设备、机组、仪表等的国产化：随着国内煤化工运行经验的积累及国内装备制造业的发展，技术、设备、机组、仪表等国产化已成为可能，如近年来国产化大型空分装置的技术发展快、工业化业绩好、性价比高；DPT 蒸汽上升式甲醇合成反应器已实现国产化；煤气化系统中很多国产仪表阀门使用效果较好等。

（3）其他优化方案：如利用锅炉烟气脱硫系统消化部分浓盐水，从而减少蒸发结晶装置的投资。

4.2 技术及产品方案优化

（1）从技术发展看，DMTOⅡ技术更为先进、经济性好。建议持续关注工厂A 现有DMTOⅡ装置整改后的运行情况，以及其他正在建设的DMTOⅡ装置今后的运行情况，如果C4回炼系统连续运行问题能够得以解决，采用DMTOⅡ技术将更具优势。

（2）从产品方案看，拟建煤制烯烃项目初期开发高端牌号产品的可能性较小，加上拟建项目距离主要目标市场较远，对下游特殊需求的响应速度相对较慢，建议拟建煤制烯烃项目产品定位主要为通用产品，在此基础上，根据聚乙烯产品发展趋势，建议与专利商进一步沟通，落实能否增加HDPE 的产量占比，以提高项目的经济效益。后期，可以根据市场发展态势，选取少数几种高端牌号产品作为整个产品系列的补充。

4.3 其他实施建议及对策

为确保工厂运行利润，建议空分自行建设；原料/燃料煤价是影响煤制烯烃项目经济效益和产品竞争力的关键因素之一，同时原料煤质的稳定也是煤化工装置实现长周期安全稳定运行的关键，建议在项目实施前，通过控制煤资源或谈判锁定原料煤及燃料煤的长期供应协议及到厂价格，以确保聚烯烃产品具备成本竞争力。