“炔烯之争”——不同原料路线的聚氯乙烯成本分析

第42誊第6期聚氯乙烯Vol. 42, No.62014年6月Polyvinyl ChlorideJun. , 2014[科研与生产]炔烯之争”一不同原料路线的聚氟乙烯成本分析邓科* ,唐勇,周高明,颜华(宜宾天原集团股份有限公司,四川宜宾644004)[关键词]聚氯乙烯;乙炔;乙烯;天然气;煤;等离子体;原料路线;成本[摘要]综合分析了不同原料路线PVC生产成本,包括电石乙炔法、乙烯法、等离子体制乙炔、煤制烯烃、天然气部分氧化法制乙炔、生物乙醇脱水制乙烯等。认为电石乙炔法和石油乙烯法仍是我国聚氯乙烯工业的两种主要生产工艺,且两种工艺的成本优势随着乙烯和电石价格的变化呈现交替变化;我国的聚氯乙烯行业未来将逐渐形成西北地区采用一体化电石法工艺沿海地区采用乙烯法工艺的格局;富煤少油的资源特点决定了电石法PVC生产工艺仍将在很长一段时期内主导我国的PVC产业。[中圈分类号] TQ325.3[文献标志码] B [文章编号] 1009 -7937(2014)06 -0007 -08Acetylene process or ethylene process?Cost analysis of PVC produced from different raw materialsDENG Ke, TANG Yong, ZHOU Caoming, YAN Hua( Yibin Tianyuan Group Co. , Ltd. , Yibin 644004, China)Key words: polyvinyl chloride ; acetylene; ecthylene; natural gas; coal; plasma; raw material route;production costAbstract: The authors analysed the production cost of PVC from different raw materials ，includingacetylene from calcium carbide, ethylene from oil, acetylene by plasma method, olefns fom coal,acetylene fom natural gas by partial oxidation method, ethylene from bio ethanol dchydration , etc. Thecalcium carbide acetylene method and the oil ethylene method were still the two major productionprocesses in China's PVC industy, and the cost advantage of the two processes will altemnate with thechange of ethylenes and calcium carbides prices. A situation would form in China' PVC industry in thefuture ,that was, the integrated calcium carbide method would be predominate in northwest China whilethe thylenc method would be prevalent in China's coast area. The resource characteristics rich in coal andshort of oil determined that the calcium carbide method would lead Chinas PVC industry for a very longperiod.1聚氯乙烯原料路线呈 多元化发展法PVC企业在传统模式的基础上逐渐演变为“煤一中国聚氯乙烯(PVC)产业的新一轮扩能已经自发电一电石一PVC"完整的一体化产业链,摆脱开始转变为多角度的模式,中东廉价的乙烯将使乙了传统氯碱企业成本高企的瓶颈,凭借资源优势和烯法PVC在未来的扩能中比重增加,同时还出现了一体化产业链的商业模式,使PVC成本处于全行业天然气法PVC生产工艺(青海盐湖工业股份有限公最低水平;而沿海地区则开始借助于进口乙烯、氯乙司)。从扩能的产业模式对比来看,西部地区电石烯及二氯乙烷生产PVC,这也是符合其区域特点的中国煤化工MHCNMH G[收稿日期] 2014-03 -04[作者筒介]邓科(1977- -) ,男,硕士,化工工艺工程师,从事化工新材料和工艺过程的开发与应用。.聚氯乙烯2014年最优化道路。等离子体制乙炔、煤气制乙炔、天然气等离子体制乙除了已经实现工业化生产的电石乙炔法、天然炔天然气氧化偶联制乙烯、生物乙醇脱水制乙烯、气乙炔法和乙烯法3种PVC工艺路线外,还有许多乙烷-步制氯乙烯等一系列新兴的“乙烯/乙炔一企业通过技术刨新寻找更低成本或更为环保的氯乙烯”生产工艺路线在国内多家氯碱企业和科研PVC生产工艺路线，如煤制烯烃、EDC-乙炔催化院所正处于积极研究过程中。重整等绿色工艺路线,与传统电石法PVC路线相不同原料PVC生产工艺路线示意图见图1。比,这些新路线在某些方面极具竞争优势。此外,煤煤刁+C电石]煤等高子体制乙炔乙换-天然气部分氧化或等离子体制乙炔催化氧化偶联制乙烯电解食黄水+[+01]一 镇乙炯>[PYC ].C乙烧]包括页岩气、天然气凝析气裂解[石脑润+[乙烯]→[绕碗][乙傅]}生物乙脖脱水制乙烯[甲傅MTO喇烯烃图1不同原料PVC生产工艺路线示意围Fig.1 Route diagram for producing PVC from difterent raw materials由图1可见:上述工艺路线基本都是经过乙烯1 000x2 800 +(1.171 x300) =7 970. 40(元)。或乙炔中间体后得到氯乙烯单体进而聚合得到1 t乙炔电耗:1 000 x3300 +(1.171 x300) =PVC产品,因此,可以说PVC的路线之争就是乙烯9393. 68(kW●h)。与乙炔的来源之争。.1.2等离子体制乙炔的 原料成本和电耗在此,笔者以目前我国PVC工业中占比例最大天然气等离子体制乙炔原料成本见表2,煤等的电石法乙炔作为标准进行比较。鉴于有的PVC离子体制乙炔原料成本见表3,煤层气等离子体制工艺路线目前处于研究开发中,还无法得到其工业乙炔原料成本见表4,电石法乙炔与等离子体制乙化装置的投资消耗、定员等准确数据,加上不同企炔原料成本和能耗比较见表5。业的管理、财务和销售费用也不尽相同,因此下文仅表2天然气等离子体制乙炔原料成本从各工艺路线最主要的原料成本和能耗角度,分析Table2 Raw material costs of acetylene不同原料路线PVC生产的特点,以得出一个概括性production by natural gas plasma process的结论。名称单耗价格.成本/元1.1 电石法乙炔的原料成本和电耗2000m'.1.8元/m’3 600电11 000kw.h 0.5 元/(kW.h)5 500电石法乙炔的原料及价格见表1。合计9 100表1电石法乙炔的原料及价格注:采用天然气等离子体制乙炔方法生产1 t乙炔的电耗,太原Table1 Raw materials for producing acetylene理工大学试验值为11 000 kw●h, 四川大学试验值为12 000via calcium carbide process and their priceskW●h,此处取低值。项目数值衰3煤等离子体制乙炔原料成本乙炔密度/(kg/m')1.171Table3 Raw material costs of电石发气量/(m'/t)300电石价格/(元/t)2800acetylene production by coal plasma process电石电耗/(kw●V/t)3 300中国煤化工一成本/元电价/[元/(kW .h)]0.5TYHCNMHG2 200煤炭价格/(元/)40011 000kw.h_ 0.5元/(kW .h)由表1可见:1 t电石法乙炔的电石成本:7 700第6期邓科等:“炔烯之争”一不同原料路线的聚氯乙烯成本分析表4煤层气等离子体制乙炔原料成本说等离子体法所获得乙炔的成本高于或等于电石法Table4 Raw material costs of acetylene乙炔的成本,且生产1t乙炔能耗比电石法高约production by coal-bed gas plasma process1607kW●h,若其尾气不能充分利用的话,在成本名称单耗价格成本/元上与电石法相比就没有优势可言。更重要的是,目煤层气2 000 m'1.2元/m'2 400前大功率等离子体发生器的制造还存在困难,虽然11 000kW.h 0.5元/(kW ●h)5500;清华大学、太原理工大学、四川大学、山西煤炭化学合计7 900从表5可以看出:所有等离子体制乙炔工艺的研究所、中国科学技术大学等都从事过相关研究,但能耗都大于电石法乙炔。以煤或煤层气为原料采用至今仍未有任何工业化试验成功的报道。可见，除等离子体制乙炔的成本与电石法乙炔成本接近,而了原料成本和电耗外,设备和技术也是目前国内等天然气等离子体制乙炔即便在1. 8元/m'的天然气离子体制乙炔工艺工业化进程的一个瓶颈。计划价格下,其原料成本仍高于电石法乙炔,也就是表5电石法乙炔与等离子体制乙炔原料成本和能耗比较Table 5 Comparison of raw materlal costs and energy consumption between calcium carbideprocess and plasma process for acetylene production等离子体工艺工艺路线电石法工艺天然气制乙炔煤制乙炔.煤层气制乙炔乙炔原料成本/(元/t)7970.409100.7 700乙炔电耗/[(kW●b)/]9 393.6811 000011 0001.3天然气部分氧化制乙炔的原料成本和能耗了天然气催化偶联制乙烯,其试验数据初步表明天然气部分氧化制乙炔原料成本见表6。其生产成本和原料消耗比中石化四川维尼纶厂裹6天然气部分氧化制乙炔原料成本天然气部分氧化制乙炔低,但该工艺尚处于实验Table 6 Raw material costs of acetylene室小试阶段,要实现工业化生产还有很长的一段production by natural gas partial oxidation process路要走。1.4 生物乙醇脱水制乙烯天然气6 000 m'1.8元/m'10 800乙醇可以农作物为原料进行生产,生物乙醇在电1800kw.h 0.5 元/(kW.h)900副产尾气9 600 m'-0.30元m’-2 880加热催化条件下脱水可生成气态产物乙烯,这一生8 820产过程污染小,而且生物乙醇为可再生资源产品,因天然气部分氧化制乙炔生产工艺相对清洁环此研究与开发生物乙醇脱水制乙烯具有非常现实的保,能够与国家目前所颁布的有关清洁生产政策法意义。规相吻合。但是从表6可以看出:该工艺天然气单目前,以玉米发酵生产1 t无水乙醇消耗3.18 t耗较高,中石化四川维尼纶厂从BASF公司引进的玉米,采用乙醇脱水法生产1 t乙烯消耗近2.0t乙天然气部分氧化制乙炔工艺技术已稳定运行约30醇。按照现在2 200元/t的玉米价格计,则以生物年,生产1 t乙炔消耗天然气6 000 m'左右,同时还乙醇脱水生产1 t乙烯仅原料成本就高达近14000需3000m'的氧气和近2000kW●h的电能,即便元(2x3.18x2 200 =13992元) ,远高于目前进口尾气综合利用可在一定程度上摊薄成本,其原料成乙烯价格或电石法乙炔价格。另外,玉米属于农产本也高于电石法乙炔。更重要的是,天然气是政府品,玉米乙醇产量的增大- -定会使玉米进口量增加，控制资源,与煤炭不同,在中国其首要用途是作为城导致其价格上涨,进而带来玉米市场价格的混乱,必市燃气,在此基础上有富余的天然气才可能用于化定会受到国家的严厉调控。以此,本着“不与民争工生产,而且也是首要考虑支农产业(如合成氨粮、不与粮争地”的原则,现有企业已经着手开发成类)。因此,随着中国城市化进程的加快和新气田本更低的秸秆7,醇牛产技术。中国煤化工,勘探难度的不断增加,企业获得化工用天然气计划2013年为原料生产纤MYHCNMHG性指标的可能性也在不断降低。维素乙醇的小吃动工业几衣且山天可再生能源公此外,中国科学院兰州化学物理研究所提出司(Beta Renewables)在意大利北部克雷申蒂诺市正.聚氯乙烯2014年式启动;与此同时,国内也在进行千吨级的秸秆制乙0.167 5X +25. 92。醇中试试验。可以说，秸秆制乙醇大规模生产技术自发电成本随煤炭价格变动关系为:一旦得以突破,使成本降低到一个合理的范围内,则Y2 =0.1165 +0. 00063x (X -100)/1.17,即采用分散生产秸秆乙醇、再集中脱水制乙烯的方式Y2 =0. 000 538 5X +0. 062 65。就将成为可能。其中,X为煤炭含税价格,Y,为蒸汽税后成本，2“烯炔”路线PVC成本分析[1-2]1.Y2为自发电税后成本。.不管是乙烯法还是乙炔法PVC生产路线,最后煤炭价格与蒸汽/自发电成本的关系见图2和都是由氯乙烯单体聚合生成PVC;因此,乙炔法表8。PVC和乙烯法PVC两种工艺路线的原料成本差异1600.45主要源于电石和乙烯的成本差异。0.40 r--自发电笔者以40万Va PVC规模为例分析一体化电.-0-蒸汽0.35、120石法PVC和乙烯法PVC的生产成本。其中,40万B0.30 R，100Vs电石法PVC配套60万tVa电石、60万Va石灰、-0.2540万Va兰炭、40万Va烧碱、2 x150 MW热电、-0.20100万Va电石渣制水泥,总投资46. 704亿元;乙烯6C-0.15法PVC所需乙烯均为外购,仅配套40万Va烧碱,总投资约37. 504亿元。491002030400 500600 708:10煤炭价格/ (元/t)2.1 40万 t/a电石法PVC成本估算假设40万t/a电石法PVC装置建成后达产,其.圈2煤炭价格 与蒸汽/自发电成本的关系销售收人和固定资产投资相对固定,煤炭价格的变Fig.2 Relationship between coal price动将成为引起生产成本变动的主要因素。and steam/ self-generated power cost40万t/a电石法PVC及配套项目投资情况见表8不同煤炭价格与蒸汽/自发电成本比较表7。Table 8 Comparison of steam/self-generated表740万t/a电石法PVC及配套项目投资power costs at different coal pricesTable 7 Investments in 400 kt/a PVC project煤炭价格/蒸汽成本/自发电成本/.via calcium carbide process and its related projects项目投资/亿元10042. 6700. 116 50040万V/a兰炭1.05215051.0450. 1433 425 .60万以生石灰0.62420059.4200. 17035060万V/电石6.70425067.7950. 19727540万Vs烧碱7. 06830076. 1700. 224 20040万va固碱2.07635084.5450.251 12540092. 9200.278 05040万VaPVC8.640100万Va水泥.3. 880450.101.2950.304 97530 x10* kW热电联产16.660500109. 6700.331 900合计46. 704550118.0450.358 825600126. 4200. 385 750(1)煤炭价格变动对自发电和蒸汽生产成本的650134. 7950.412 675影响。700143. 1700. 439600，基础数据:1 t蒸汽耗煤0.196t、1 kW●h电耗(2)煤炭价格变动对电石生产成本的影响。煤0.000 63 t(煤发热量18 900 k]/kg)。当煤炭含基础数据:生产1 t电石需要兰炭或焦炭0.7 t税价格为100元/t时,则蒸汽税后成本为42.67元/(生产1 t兰岁中国煤花工需耗电3 400t,自发电税后成本为0.116 5元(kW●h)。kW●h。当煤YHCNMHG时,则电石税则蒸汽成本随煤炭价格变动关系为:后生产成本为2 100元/t。Y, =42.67 +0.196 x(X -100)/1.17,即Y, =则电石生产成本随煤炭价格变动关系为:0.第6期邓科等:“炔烯之争”一-不同原料路线的聚氯乙烯成本分析Y=2 100 +0.945 x(X -100)/1.17 +3 400 x煤炭价格与PVC成本的关系见图4和表10。0.00063x (X -100)/1.17,即Y=2.64X +1 836。700其中,Y为电石税后成本。6 500-煤炭价格与电石成本的关系见图3和表9。6 0003 8003 6003 4005 003 2004 500民28004090 20000400500 600 7002600煤炭价格/ (元/t)2 400图4煤炭价格与 PVC成本的关系2 200Fig.4 Relationship betweencoal price and PVC production cost.2000一 200 300煤发价格/ (G元/t)表10 不同煤炭价格与PVC生产成本比较圈3煤炭价格 与电石成本的关系Table 10 Comparison of PVCFig.3 Relationshlp between coalproductlon costs at different coal prlcesprlce and calcium carbide production cost煤炭价格/(元/t)PVC成本/(元/t)表9不同煤炭价格与电石生产成本的比较104 350.01504 567.5Table 9 Comparison of calclum204 785.0carbide production costs at difterent coal prices2505 002.5煤炭价格/(元/:)电石成本/(元/t)305 220.02 1003505 437.550405 655.02002 364455 872.52496.5006 090.0300556 307.52 7606006 525.02 892656 742.53 024706 960.05503 2882.2 40万 t/a乙烯法PVC成本估算3 420假设40万t/a乙烯法PVC装置建成后达产,其6503 552销售收入和固定资产投资相对固定,则乙烯价格的3 684变动将成为引起生产成本变动的主要因素。(3)煤炭价格变动对PVC生产成本的影响。40万/a乙烯法PVC及配套烧碱投资见表11,基础数据:生产1 tPVC需要电石1.5 t、电368乙烯法PVC原辅料单耗见表12,40万v/a乙烯法kw . h、蒸汽1.15 t;另外,假设氯化氢成本固定,不PVC成本费用见表13。随煤炭价格变化而波动。当煤炭含税价格为100表11 40万 ta乙烯法PVC及配套烧碱投资元/t时,则PVC税后生产成本为4350元/t。Table 11 Investments in 400 k/a PVC project viaethylene process and ts related caustic soda projects则PVC生产成本随煤炭价格变动关系为:项目投资/亿元Y&=4 350 +1.5 x0. 945 x(X - 100)/40万Va烧碱1.17 +1.5x3400 x0. 00063 x(X -100)/1.17 +40万中国煤化工076368 x0. 00063 x(X -100)/1.17 +1.15 x0. 196 xCHCNMHG3(X - 100)/1.17,即Y石法=4.35X +3 915。J1. 504其中,Y4石扶为电石法PVC税后成本。.11.聚氯乙烯2014年表12 乙烯法PVC原辅料单耗于乙烯法PVC的乙烯价格,见表15。Table 12 Unit consumption of rgw and uxiliary6 200pmaterials for PVC production via ethylene process; 00含税税后原料单耗单价/元 成本/元 成本/元。560氯气0.6t50030256. 41B 5400氧气105 m'0.4244.37. 69丹5200乙烯0.47 t73923474.242969.440.026 t2 40062.53.33催化剂0.05 kg164 600聚合助剂1.14kg8596.982.82纯水4t15.381000 1100 1200 1300 1400 1500 .循环水400 t0.268.38乙烯价格/美元/)工业水93.213.85圄5乙烯价格与 PVC成本的关系2120 ,240205. 13FIg.5 Relationship between ethylene price and PVC cost仪表空气0.121.23表14不同乙烯价格与PVC生产成本比较电550 kW .h 0.45247.5211.54Table 14 Comparison of PVC production合4 581.583 915. 88costs at difterent ethylene prices裹13 40万t/a乙烯法 PVC成本费用二乙娣价格/(美元/心)PVC成本/(元/)Table 13 Costs and expenses of 400 kt/a8004 294.728PVC production vla ethylene process504 418.455成本构成费用/(万元a)备注9004 542. 1819504 665. 908原辅料156635.21税后计100004 789.634职工薪酬3 648.00工资及福利4.8万元/1 0504 913. 361人●2),共760人1 1005 037.087按固定资产净残值49%折旧费18 150. 401 1505 160.814计,15年平均折旧期1 2005 284. 540物料消耗3200.001tPVC产晶以80元计5 408. 266维修费5 672. 00固定资产投资2%计13005 531. 993销售费5 760.00按税前销售收入2%计1 3505 655.719管理费4 320.00 .按税前销售收人1.5%计1400.5 779.446总投资70%贷款,年利率1 4505 903. 172财务费. 13 995.80 .以6.5%计。1500.6 026.899合计211 381.41 .表15 相同生产成本下电石法从表13可知:当乙烯价格为1 200美元/t和乙烯法PVC煤炭与乙烯价格对应表(以人民币对美元汇率6.16计,折合7392元/t)Table 15 Comparison of coal price and ethylene时,采用氧氯化法工艺生产的PVC税后综合成price for producing PVC at the same cost本为211 381.41 +40 =5 284. 54(元/t),与300煤炭价格/PVC生产成本/对应乙姗价格/元/t的煤炭价格下西北地区-体化电石PVC生(元/t)100.004350.00822.34产成本相当。150.004 567.50910.23根据上述测算，可推算出乙烯法PVC生产成本200.00 .998.13随乙烯价格变动关系为:250.005 002. 501 086.02Yz械钵=5 284.54 +0.47 x(Xz# -1200) x300.005 220.00.1 173.92350.005 437.50.1 261.816.16/1.17,即Y乙揣扶=2. 47Xz婚+2 315. 104。400.005 655.001 349.71其中,Xzm为乙烯含税价格,美元/t,Yz婚故为乙450.005 872.501 437.60烯法PVC税后成本,元/t。500.00nnonn1 525.50550.00中国煤化工613.40乙烯价格与PVC成本的关系见图5和表14。60.00MYH.CN MH G 701.29根据表10和表14可以得出在PVC生产成本.650.006 742.501 789.19相同的情况下，一体化的电石法PVC煤炭价格对应700.006 960.001 877.0812第6期邓科等:“炔烯之争”一不同原料路线的聚氯乙烯成本分析由表15可见:当某个企业可获取的煤炭和乙烯前PVC行情低迷导致全行业出现亏损的情况下,西的价格- -旦确定,电石法pvc和乙烯法PVC的成北地区的一 -体化电石法pVC生产企业和沿海地区本也随之而定,从成本角度而言也就决定了该企业的乙烯法PVC生产企业借助成本优势仍可实现盈所应选择的PVC工艺路线。.利。两种生产工艺中煤炭与乙烯价格对应关系见图由此可见,西北地区的一体化电石法PVC和沿6海地区的乙烯法PVC将是未来中国具有成本优势20的两种PVC生产模式。所以,无论电石法PVC的1 8o0“双高”帽子戴得有多高,被业内外诟病的时间有多长,成本优势以及符合我国富煤少油的资源禀赋特1 600电石却VC优势区点决定了其仍具有生命力,且会在很长一段时期内主导我国的PVC产业。特别是近期受到日本乙烯乙烯却PV优势区裂解装置大范围停车检修的影响,亚洲乙烯价格持续上涨,2014年初东北亚CFR乙烯现货报价为1 001 500美元/t,创近4年来历史新高,在此背景下,西北地区的电石法PVC成本优势更为明显。800 200300400500600 700煤炭价格/(元/)2.3其他路线圈6两种生产工艺中煤炭与乙烯价格对应圜煤制烯烃产业化应用成功对西北电石法PVCFig.6 Coal price and the corresponding ethylene未来走向产生了微妙影响,为西北氯碱企业展现了price for PVC production via two kinds of process另一个可能。“煤一甲醇-烯烃- -PVC"工艺路线事实上,仅就生产成本而言,乙烯法PVC和电是以煤为原料,这一工艺路线前段部分与电石法原石法PVC两种工艺的成本优势随着乙烯和煤炭/电料相同,但却没有电石法的高能耗和高污染,同时该石价格的变化呈现交替变化。工艺还不需合成氯化氢,可用氯气直接氧氯化乙烯过去国际油价和乙烯价格较高,而煤炭/电石价得到氯乙烯,也避免了使用汞触媒;在后半段由烯烃格较低,两者的价格交汇点落于图6曲线的上方,即经平衡氧氯化得到氯乙烯,与乙烯法PVC路线一电石法PVc优势区。在这样的背景下,中国企业借样。因此,该工艺路线可以说是集电石法PVC生产助资源优势快速发展,在短短十余年时间内实现产工艺和乙烯法PVC生产工艺两者之长,具有原料易.能快速增长,走出了一条以电石为原料路线的PVC得能耗少、生产成本低污染小等特点。发展之路。煤制烯烃路线PVC生产成本见表16和图7。但随着国际油价的变化,乙烯价格大幅度回落,表16煤制烯烃路线PVC生产成本而国内在国家高价能源政策下,电石成本价格不断Table 16 PVC production costs上涨,两种工艺的成本优势出现逆转,电石和乙烯价via coal-to-olefn process元/t格的交汇点处于图6曲线的下方,此时乙烯法PVC煤炭价格甲静成本烯烃成本PVC成本比电石法PVC更具成本优势,特别是在人民币对美100895 .4 2904 105元汇率走低的形势下,采用进口乙烯生产PVC具备501 0206404 2802001 1454 9904 455较强盈利能力。1 2705 344 630按照目前1 200美元/t的乙烯价格,只有当煤3001 395s 6904 805炭价格低于350元/t时,一-体化电石法PVC才有可1 5206 0404 980能和乙烯法PVC在成本上抗衡,而要做到这-点，1 6456 3905 1551 77067405 330只有西北地区的“煤- -自发电一-电石- -PVC"这种7 0905 505一体化产 业模式的氯碱企业才能做到;同时,考虑到550中国煤化工5 680西北地区的物流费用偏高,因此煤炭成本价格须在0MHCNMHG5 855250元t以下才能保证电石法PVC的盈利水平与2270.0 14U6 030沿海地区的乙烯法PVC盈利水平相当。因而,在目002 3958 490; 205l3.