導讀：頁巖氣大開發(fā)使美國頁巖氣化工迅猛發(fā)展，一舉確立在全球化工業(yè)的獨特競爭優(yōu)勢，導致美國化工業(yè)的復興。

2008年以來，隨著水平井和水力壓裂技術的進步，美國頁巖氣產(chǎn)量出現(xiàn)了爆發(fā)性增長，繼而拉低了美國天然氣價格，2013年其天然氣價格為3~4美元/百萬英熱單位。豐富低廉的頁巖氣為美國化工產(chǎn)業(yè)的強勢復興提供了條件，合成氨、甲醇、乙烯、丙烯等與之緊密相關的石油化工產(chǎn)業(yè)均呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢，美國石化工業(yè)在全球的競爭力大幅提升，改變了全球石化產(chǎn)業(yè)的競爭格局。

文 | 王紅秋 喬明 鄭軼丹

來自《中國石化》 | 石油觀察

頁巖氣為美國提供優(yōu)質(zhì)化工原料

據(jù)美國能源信息署（EIA）統(tǒng)計，2013年美國頁巖氣產(chǎn)量為2647億立方米，約占美國天然氣總產(chǎn)量的40%。預計到2040年，美國頁巖氣產(chǎn)量將達到5606.74億立方米，在天然氣產(chǎn)量中的比重將上升到53%（見下圖）。

頁巖氣開采技術的突破性進步使美國天然氣產(chǎn)量大幅增長，天然氣凈進口量從2007年的1018億立方米減少到2012年的425億立方米，對外依存度從2007年的16.4%降低為2012年的5%左右，逐漸趨于自給自足。美國天然氣價格近幾年一直維持在較低水平（見下圖）。

據(jù)EIA預測，美國將在2016年成為液化天然氣（LNG）凈出口國，到2025年將成為管道天然氣凈出口國。隨著美國天然氣出口設施的建設和完善，未來天然氣價格將有所上漲。

天然氣凝析液（NGPL）是低分子量烷烴混合物，乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上的含量分別約為40%、30%、18%和12%（見下圖），是制乙烯、丙烯的理想原料。過去5年，美國來自天然氣處理裝置的天然氣凝析液產(chǎn)量增長50%，2013年達到260萬桶/日。據(jù)EIA預測，2030年美國NGPL產(chǎn)量將增長到300萬桶/日，之后隨著天然氣產(chǎn)量增長放緩，NGPL的產(chǎn)量也將趨于平穩(wěn)。

頁巖氣產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展對美國的整個工業(yè)、電力、交通甚至就業(yè)都產(chǎn)生了深遠的影響，對美國化工產(chǎn)業(yè)的積極影響尤其明顯。頁巖氣的主要成分是甲烷，一些濕氣還含有豐富的乙烷、丙烷和丁烷等，從而為下游化工產(chǎn)業(yè)提供了豐富低廉的原料。

頁巖氣化工蓬勃興起

頁巖氣大開發(fā)使美國頁巖氣化工迅猛發(fā)展，一舉確立了在全球化工業(yè)的獨特競爭優(yōu)勢，導致美國化工業(yè)的復興（見下圖）。

1. 天然氣制合成氨（尿素）。

目前美國生產(chǎn)1噸尿素的天然氣成本僅為人民幣400元左右，從而使美國尿素成為繼中東之后，全球盈利水平第二的尿素生產(chǎn)地區(qū)。廉價且豐富的天然氣資源不僅激發(fā)了美國本土氮肥企業(yè)的擴產(chǎn)熱潮，也吸引國際氮肥企業(yè)紛紛到北美新建尿素工廠。據(jù)不完全統(tǒng)計，從2012年初至今，北美共計劃21個氮肥項目，產(chǎn)能總計超過1000萬噸。國際氮肥市場供需格局將因此發(fā)生巨大改變。

美國歷來是合成氨和尿素的進口國。2012年，美國尿素產(chǎn)能約為700萬噸，表觀消費量為1180萬噸，產(chǎn)量630萬噸，凈進口量660萬噸。一旦上述項目如期投產(chǎn)，到2020年，美國尿素產(chǎn)能有望達到2000萬噸。而尿素消費量很難出現(xiàn)大幅增長，這意味著美國不僅將減少從中東和中國進口尿素，還將從尿素凈進口國轉(zhuǎn)變?yōu)閮舫隹趪?，預計其年出口量將在500萬噸以上。

2. 天然氣—甲醇—烯烴產(chǎn)業(yè)鏈。

頁巖氣革命的成功，使甲醇的生產(chǎn)原料甲烷的成本大幅下降，美國因此掀起了甲醇擴能熱潮，全球其他地區(qū)的裝置也開始遷往美國。2018年，美國新增甲醇產(chǎn)能將超過1300萬噸/年，新建裝置投資將超過85億美元。如果計劃中的項目順利實施，那么2018年北美地區(qū)甲醇產(chǎn)能將達到2000萬噸，屆時產(chǎn)能將大于預期需求量，部分甲醇將出口。

豐富的頁巖氣資源可以用于發(fā)展甲醇產(chǎn)業(yè)鏈，通過甲醇制烯烴技術，進一步發(fā)展下游乙烯、丙烯工業(yè)。天然氣經(jīng)甲醇制烯烴技術是一種利用天然氣中的甲烷而不是天然氣凝析液作為原料生產(chǎn)乙烯和丙烯的方式。據(jù)報道，巴斯夫計劃在美國建MTP裝置，預計2019年投產(chǎn)，為其在北美地區(qū)的丙烯下游產(chǎn)品提供丙烯原料。在石油價格高企的形勢下，甲醇制烯烴技術將展現(xiàn)出較強的市場競爭力。

3. 乙烷裂解生產(chǎn)乙烯。

2009年以來，隨著頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)，美國天然氣價格下滑至4美元/百萬英熱單位，WTI原油價格快速上漲至62美元/桶以上，乙烷原料成本優(yōu)勢顯現(xiàn)，乙烯生產(chǎn)成本緊隨中東之后，在450美元/噸左右。

亞洲和西歐的乙烯原料仍以較重的石腦油為主，是世界上生產(chǎn)成本最高的地區(qū)，超過1000美元/噸。過去3年，美國以乙烷或乙烷/丙烷混合料為原料生產(chǎn)乙烯的利潤從2011年1月的不到500美元/噸增加到2014年1月的1000美元/噸以上。盡管石腦油裂解裝置的利潤很不穩(wěn)定，但乙烷裂解裝置與石腦油裂解裝置的利潤差就沒低過380美元/噸，最高值達到1590美元/噸（見下圖）。

在利潤驅(qū)動下，美國正興起裂解裝置投資熱潮，陶氏、雪佛龍、菲利普斯、臺塑、殼牌、?？松梨诘葒H大型石化公司均有建設計劃，預計2020年前，近1000萬噸的新增乙烯產(chǎn)能將在美國陸續(xù)投產(chǎn)，將給全球市場帶來新的壓力。美國乙烯生產(chǎn)商正在用乙烷替代石腦油作為裂解原料。2013年，美國裂解原料中乙烷比例已由2005年的41%提高至58%，而石腦油比例由28%降至7%。預計到2024年，乙烷比例將增至76%，石腦油比例僅為5%（見下圖）。

美國能源部發(fā)布的《2014能源展望》報告，對未來不同情境下乙烷與石腦油的價格比進行了分析預測。未來，無論是高油價情景還是低油價情景，無論是油氣資源多還是油氣資源少，乙烷作為裂解原料都具有絕對的成本價格優(yōu)勢，2025年前乙烷與石腦油的價格比均小于0.3。

4. 丙烷脫氫生產(chǎn)丙烯。

過去幾年，隨著乙烷在裂解原料中的比例增大，來自裂解裝置的丙烯產(chǎn)量已經(jīng)減少。乙烷裂解的丙烯收率僅約3%，而石腦油裂解的丙烯收率大于15%。同時催化裂化裝置的丙烯產(chǎn)量也沒有增長，造成丙烯供需缺口增大。因此，新型增產(chǎn)丙烯技術發(fā)揮的作用越來越大，來自丙烷脫氫（PDH）和復分解裝置的產(chǎn)能都有所增長，特別是來自PDH裝置的丙烯產(chǎn)能在未來5年將快速增長（見下圖）。

北美第一套PDH裝置在2010年后期投入生產(chǎn)，產(chǎn)能65萬噸/年。另外還有380萬噸PDH產(chǎn)能在規(guī)劃和建設階段。

5. 丁烷生產(chǎn)丁烯（丁二烯）。

受頁巖氣革命的推動，近兩年美國天然氣處理廠生產(chǎn)的正丁烷數(shù)量年增幅超過10%（見下圖）。目前，大約20%的丁烷用作石化原料，生產(chǎn)乙烯、環(huán)氧丙烷等。未來，隨著乙烷供應量繼續(xù)上升，美國以廉價乙烷為原料的裂解能力將增加，丁烷在乙烯原料中的比例將下降。由于美國乙烷裂解的碳四副產(chǎn)物大幅降低，中國的甲醇制烯烴項目也基本不產(chǎn)碳四，造成丁二烯的短缺量增加，因此一些公司考慮建設丁烷生產(chǎn)丁二烯裝置。

目前中國和美國有幾個項目在評估。美國TPC公司與UOP公司正在合作開發(fā)一項專門生產(chǎn)丁二烯的低成本新技術，計劃在2017或2018年采用新技術建設一套工業(yè)裝置。巴斯夫與林德公司也在合作開發(fā)丁烷生產(chǎn)丁二烯新技術，目前正在德國Ludwigshafen的中試工廠進行運轉(zhuǎn)。

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能源成本在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)成本中占有很大比重。特別是一些能源密集型產(chǎn)品，如甲醇、乙烯、丙烯等，能源不僅提供原料還提供燃料和動力，能源成本在生產(chǎn)成本中的比重高達80%以上（見下圖）。能源價格高將嚴重削弱下游產(chǎn)品的競爭力；反之，會給下游產(chǎn)品帶來較強的競爭力。

頁巖氣的成功開發(fā)帶來的低能源使用成本，使美國化工產(chǎn)業(yè)在全球競爭中具備較強的競爭力，因此吸引著全球企業(yè)前來投資。目前，美國化工業(yè)51%的投資來自美國以外的企業(yè)，投資主要集中在大宗化學品（裂解裝置和丙烷脫氫裝置）領域，以及合成樹脂和化肥（見下圖）。預計到2020年，新增化工產(chǎn)品總量5590萬噸。全球化工市場格局因此而發(fā)生著深刻的變化。

1. 中國尿素出口市場將受到嚴重擠壓。

在美國逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩貎舫隹趪倪^程中，國際尿素市場的競爭將更加激烈。中東、加拿大和中美洲地區(qū)的尿素將逐漸失去美國市場。同時，由于運輸優(yōu)勢，拉美地區(qū)的尿素缺口將被美國填補，另外多余的美國尿素還將被運往西歐甚至遠東市場，中東、東歐和中國在印度、東南亞和澳大利亞尿素市場的競爭將變得更加激烈。

2013年中國尿素出口量達到826.5萬噸，成為世界上最大的尿素出口國，占全球貿(mào)易總量的17%，美國低成本尿素產(chǎn)能的擴張，中國尿素的出口市場將受到嚴重擠壓。

2. 國內(nèi)甲醇市場將受進口甲醇沖擊。

生產(chǎn)甲醇的原料可以是天然氣、煤炭、焦炭、渣油、石腦油、乙炔尾氣等，在全球油價高企的形勢下，中東、北美的天然氣及中國的煤炭生產(chǎn)甲醇更具市場競爭力。

中國是甲醇凈進口國，近年來中國甲醇下游新興應用領域如甲醇燃料、甲醇制烯烴等產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，拉動了甲醇的需求。預計到2018年甲醇制烯烴（丙烯）裝置產(chǎn)能將達到1773萬噸，對甲醇的需求量將超過5000萬噸。雖然未來幾年會有多套新建甲醇裝置投產(chǎn)，但老舊甲醇裝置普遍規(guī)模小、生產(chǎn)成本高、競爭力差，國內(nèi)甲醇市場仍將受到北美低成本甲醇的沖擊。

3. 美國乙烯將沖擊亞洲市場。

隨著北美以乙烷為原料的新增及改擴建裂解項目的相繼投產(chǎn)，乙烯及其下游產(chǎn)品產(chǎn)量大幅增加，無法在本土和美洲消化掉，必將出口到其他地區(qū)，影響全球的貿(mào)易和市場價格。自2008年以來，全球乙烯市場便呈供應過剩局面。

美國2010年乙烯當量出口約600萬噸，隨著北美乙烷裂解裝置產(chǎn)能的釋放，歐洲和亞洲一些規(guī)模小、經(jīng)濟性差的石腦油裂解裝置將被迫關停。乙烯產(chǎn)能的大量釋放使北美聚合物生產(chǎn)商的聚乙烯產(chǎn)能快速增長，將導致2018年北美聚乙烯產(chǎn)能過剩超過450萬噸。2020年，美洲地區(qū)過剩量將達到300多萬噸峰值（見下圖），歐洲、亞洲乙烯市場將面臨激烈競爭。

4. 影響全球丙烯市場。

裂解原料輕質(zhì)化將造成丙烯產(chǎn)量的減少，預計美國來自裂解裝置的丙烯將從2013年的500萬噸降至2023年的350萬噸，約下降30%。美國穩(wěn)定廉價的丙烷來源，使PDH比其他原料路線生產(chǎn)丙烯更具競爭力。如果美國規(guī)劃的PDH項目全部投產(chǎn)，2020年丙烯產(chǎn)能將增加近380萬噸，這足夠抵消因裂解原料輕質(zhì)化所減少的150萬噸丙烯量，丙烯必須出口其他國家才可緩解美國國內(nèi)的供應過剩問題，屆時將對全球丙烯市場、特別是我國丙烯市場造成影響。

5. 丁烷脫氫生產(chǎn)丁二烯能力將上升。

丁二烯主要來源于蒸汽裂解裝置，北美、中東乙烯原料輕質(zhì)化造成丁二烯供給量減少。而受中國、印度等新興經(jīng)濟體的快速發(fā)展影響，汽車需求增加導致合成橡膠需求量不斷增加，丁二烯將呈現(xiàn)世界范圍的供不應求局面。丁烷脫氫生產(chǎn)丁二烯路線重新被關注。未來全球丁烷脫氫生產(chǎn)丁二烯的能力將進一步上升，美國丁烷脫氫產(chǎn)能的上升，將使美國從丁二烯凈進口國變成丁二烯凈出口國。

如果丁烷脫氫產(chǎn)能并未按期投產(chǎn)，全球丁二烯供應有可能會短缺，導致價格上升。但全球丁二烯市場極易飽和，新建幾套裝置就有可能使市場供應過剩，生產(chǎn)成本高的裝置將無法盈利，被迫關閉。

6. 全球芳烴供應將趨緊。

北美乙烯生產(chǎn)企業(yè)采用輕質(zhì)原料，導致熱裂解汽油產(chǎn)量明顯下降，繼而造成芳烴產(chǎn)量減少，將造成全球芳烴供應緊張、價格上漲，特別是供需矛盾較為突出的對二甲苯。

我國是對二甲苯凈進口國，受國內(nèi)TPA（醋酸酯）新建裝置投產(chǎn)的影響，2013年對二甲苯進口量比上年增加43.9%，為905.3萬噸，進口價格呈現(xiàn)高位震蕩走勢。預計2017年國內(nèi)對二甲苯自給率維持在60%左右，市場缺口仍然較大。未來五年全球?qū)Χ妆叫枨笤鏊俑哂诋a(chǎn)能增速，這將加劇我國對二甲苯市場供需矛盾。

美國頁巖氣化工產(chǎn)業(yè)的成本優(yōu)勢非常明顯，其長期對我國相關行業(yè)的負面影響不容忽視，特別是石腦油裂解生產(chǎn)乙烯及其下游行業(yè)，將面臨巨大競爭壓力，必須采取有效措施認真應對：

如推進裂解原料的輕質(zhì)化、優(yōu)質(zhì)化，優(yōu)化和拓寬原料來源，降低乙烯生產(chǎn)成本；

積極尋求利用國外的乙烷、丙烷、液化石油氣、液化天然氣等資源，補充優(yōu)化我國乙烯原料的不足；

采用有效技術降低能耗物耗；

充分利用石腦油裂解裝置副產(chǎn)品，提高裝置綜合效益；

審慎新建石腦油裂解裝置，確保新建裝置具有國際競爭力。