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甲醇制烯烃(甲醇制烯烃行业深度报告)

甲醇制烯烃
能化分析师
隆辰亮
从业资格号:F3067325

MTO
价格影响
甲醇制烯烃(MTO)行业每年消耗的甲醇量大约占我国甲醇总供应量的50%。根据工艺路线的长短流程不同,一般还称为CTO、MTP、CTP等,下文统称为MTO。MTO行业的上游是煤、天然气、焦炉气等,通过甲醇路线产生烯烃,从而生产相应的下游:聚丙烯PP、聚乙烯PE、乙二醇MEG、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA等。终端用途为集装袋、塑料农膜、管材、聚酯纤维等,与人民生活息息相关。
MTO对甲醇的消费量最大,并且存在浙江兴兴、宁波富德等直接从国内外市场购买甲醇来生产聚丙烯、乙二醇的装置,对于甲醇的需求来说是直接的边际增减量。因此,MTO利润指标是市场相当关注的指标,经常被称为甲醇价格顶部的压力信号。影响MTO利润的因素有上游煤、天然气和甲醇的价格,下游聚丙烯、乙二醇等产品的价格,企业的电费、人工和折旧等费用。可以看到甲醇的价格与MTO利润很难长期背离,其中的价格传导方式为:甲醇价格上升→MTO利润压缩→MTO企业停车检修→甲醇需求量下降→甲醇供过于求→甲醇价格下降。
当前甲醇期货的价格面临着较多的不确定性:一是由于下游PP、MEG等产业由于投产压力等原因,价格承压调整,从而MTO利润被压缩;二是由于国外供需偏紧,甲醇进口压力不大,内地由于“能耗双控”政策和春季检修等原因持续去库,库存压力不大,现实比较强;三是未来供应端增量大于需求端增量,供需端有变宽松的预期。在诸多不确定性的扰动下,为了帮助读者在最为关键的变量中寻找确定性,本文将详细介绍甲醇制烯烃行业中的各种细节,希望对读者理解行业有所帮助。

图1:甲醇行业上下游概况

图2:甲醇现货价格与MTO利润

MTO
行业介绍
1973年,中东战争以及随之而来的“石油危机”,使世界石油化学工业的发展深受石油价格猛涨的影响,煤化工开始重新受到重视。特别是20世纪90年代以来,国际石油价格剧烈波动,各国加紧了以煤为原料的化学工业研发,在煤气化、煤液化、C1化学等方面开发了一系列战略性储备技术。我国自从上世纪80年代起开始研制煤制烯烃技术,目前中科院大连化物所、中国石化、中化集团、清华大学等均拥有自主知识产权的煤经甲醇制烯烃技术。
2017年3月国家能源局公布《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》,明确煤制化学品产业的发展目标为生产烯烃、芳烃、含氧化合物等基础化工原料及化学品,弥补石化原料不足,降低石化产品成本,形成与传统石化产业互为补充、有序竞争的市场格局,促进有机化工及精细化工等产业健康发展。规划中的重点任务包括:“研发新一代甲醇制烯烃技术,适时推动百万吨级工业化示范”及“推动合成气一步法制烯烃、乙醇等技术工程放大和试验示范”。2017年3月下旬,国家发展改革委和工信部印发《现代煤化工产业创新发展布局方案》,要求重点开展煤制烯烃、煤制油升级示范,提升资源利用、环境保护水平;有序开展煤制天然气、煤制乙二醇产业化示范,逐步完善工艺技术装备及系统配置;稳步开展煤制芳烃工程化示范,加快推进科研成果转化应用。
自2011年内蒙古神华包头60万吨煤制烯烃装置投产以来,MTO行业规模逐渐由零变为1500万吨以上,依据产能计算的年消耗甲醇量在4500万吨左右,行业发展十分迅速。2021年,有天津渤化60万吨、甘肃华亭20万吨装置投产;2022年,有宁夏宝丰宁东三期50万吨/年煤制烯烃与50万吨C2-C5综合利用制烯烃项目投产;2023年,有内蒙古宝丰煤基新材料有限公司4×100万吨/年煤制烯烃示范项目(一期260万吨/年)投产。其中宝丰能源的烯烃项目都有配套的甲醇项目,为长流程的煤制烯烃一体化项目,这也是甲醇制烯烃行业为了应对其他工艺路线的成本压力所拿出的应对手段。

图3:甲醇制烯烃产能

图4:甲醇制烯烃装置

MTO
工艺介绍
煤经甲醇制烯烃可以拆分成两个过程:煤制甲醇和甲醇制烯烃。在煤制甲醇工艺中,干粉煤与氧气在气化炉内制得高一氧化碳含量的粗煤气,再加入氢气调整碳氢比,净化脱除多余二氧化碳和硫化物后得到甲醇合成气,再经过压缩、合成、精馏等工序得到产品甲醇。煤制烯烃主要包含煤气化、合成气净化、甲醇合成以及甲醇制烯烃四项核心技术。目前,煤气化、合成气净化和甲醇合成技术均已实现商业化并有多套大规模装置在运行,甲醇制烯烃开发比较成功的工艺有UOP/HYDRO 公司的MTO(甲醇制烯烃,产品含乙烯和丙烯)技术、德国Lurgi 公司的MTP(产品以丙烯为主)技术以及大连化物所的DMTO(甲醇制烯烃,含乙烯和丙烯)等技术。

图5:宝丰能源煤和焦炉气制烯烃产业链

图6:各种甲醇制烯烃工艺

图7:反应器床层气化技术对比

MTO
行业竞争压力
甲醇制烯烃的下游聚烯烃行业主要有煤经甲醇制烯烃、石脑油蒸汽裂解制烯烃和丙烷脱氢制烯烃等工艺路线,各种工艺路线呈现市场竞争的关系。影响这几条竞争关系的主要因素是原油的价格、煤的价格以及行业上下游景气度等。对于聚丙烯来说,布伦特原油价格大于60美元时,煤制烯烃(CTO)工艺利润最高,具有相当明显的利润优势;原油价格在40-60美元区间时,CTO、乙烯裂解、MTO的利润情况相当;原油价格小于40美元时,外采丙烯开始有竞争能力。对于聚乙烯来说,原油价格大于60美元时,CTO利润也是最高的;原油价格在45-60美元时,MTO、乙烯裂解工艺的利润也开始有竞争力。
石脑油蒸汽裂解是传统的烯烃生产技术,自上世纪40年代工业化以来已有约70年的历史。蒸汽裂解工艺的原料广泛,包括乙烷、丙烷等轻烃和柴油等化工轻油,其中以石脑油为最常见原料。石脑油蒸汽裂解的过程为:将石脑油和水蒸气通入管式裂解炉,在800摄氏度以上,水蒸气破坏原料分子键,使原料在很短的时间内发生分子断裂和脱氢反应,联产乙烯和丙烯,并副产碳四、丁二烯和芳烃等。该技术非常成熟、适合装置大型化,生成的纯单体杂质少,但是投资较大,产品收率与石脑油中各族烃的含量有关。
丙烷脱氢制得的烯烃主要是丙烯。由于石脑油裂解制烯烃工艺产出的丙烯较少,丙烷脱氢逐渐成为了重要的丙烯增产工艺。丙烷脱氢工艺的过程为:新鲜丙烷原料与循环丙烷气混合,通入固定床或移动床反应器,在铂-铝催化剂或氧化铬-铝催化剂的作用下,脱氢转换为丙烯。目前成熟的丙烷脱氢工艺中,丙烷脱氢装置投资额适中,且装置最佳操作温度在500-650摄氏度之间,低于石脑油裂解温度。但是丙烷脱氢必须使用催化剂,氧化铬催化剂有剧毒,废剂处理成本较高。另一方面,发展丙烷脱氢工艺必须有稳定的丙烷原料供应。我国目前丙烷主要来源于炼油厂液化石油气,但是我国炼油厂石油气规模一般较小、位置分散且含硫量较高,难以满足丙烷脱氢装置的需要。因此,国内丙烷脱氢企业的丙烷原料大多来自于进口。

图8:三种烯烃的工艺路线

图9:聚丙烯各种工艺利润

图10:聚乙烯各种工艺利润

MTO
行业展望
“碳中和”政策对甲醇的影响比较大(详情见文章《碳中和对煤化工有什么影响?》)。“碳中和”对甲醇的直接影响就是成本抬升,通过碳交易和绿色金融在排放配额、原料、环保、融资等方面增加生产成本。未来几年甲醇仍然处在产能的增长期。成本的上涨一定程度上会传导到下游,但是利润分配上会更多地集中在烯烃等下游。我们预计本轮改革甲醇的价格会有所上涨,但上涨的幅度有限,上涨的幅度主要取决于下游MTO的利润情况。长期来看,较低的利润必然会导致甲醇行业的产能出清,届时会进入新的一轮产能周期和利润再分配过程。在“碳中和”的背景下,甲醇制烯烃作为现代煤化工行业的典型代表,面临着直接的机遇与挑战,通过查阅总结资料,我们得出以下几条可行的发展方向:

(1)煤电一体化是可行的路径。煤电一体化同时生产化工产品、燃料气、电力、热能,使煤炭被充分利用,提高能量转换效率,降低生产成本和二氧化碳、污染物的排放。同时,利用电解水产生更多的氢气,在制甲醇的反应中加入氢气能增加反应的转化率,减少二氧化碳的排放量。宝丰能源还发展光伏发电技术,利用光伏发电制造氢气,从而减少二氧化碳的排放,这也是一个可行的应对方案。

(2)二氧化碳的固定。主要包括:当作大棚种植中的气体肥料、制造降解塑料、经过催化可以转换成甲醇、合成气或者烃类的化工原料,可以产生多种高附加值的产品,如脂类、羧酸等物质。

(3)二氧化碳的循环。主要包括:生产超临界的二氧化碳作为萃取介质、作为食品的保鲜剂和添加剂、用于空调制冷的介质、制造干冰和用于气体焊接等。

(4)下游产品精细化发展。现代煤化工衍生的产业链覆盖广泛,能生产合成氨、天然气以及石化替代品,包括烯烃、乙二醇、燃油等。但是对于市场份额的抢占,还需要更精细化的终端产品,产生更多附加值。例如聚乙烯双峰产品、茂金属聚乙烯产品等。

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