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氢能革命,PDH不能承受之重

氢能革命,PDH不能承受之重
氢能革命,PDH不能承受之重(第180篇)
字4347字,图十三张,需阅读5分钟
      根据国家政策(具体点),今后将着重发展清洁能源汽车,具体有哪些清洁能源汽车呢?电能、氢能就是其中两大典型的代表。尤其是氢能,最近市场比较火,凡是氢气富余的公司都筹建氢能公司,在上一篇文章已经讲过生产氢气的主要技术及成本情况,这里再重点说一说PDH产业的相关情况。

1、PDH主要技术

在炼化行业,已经工业化的丙烷脱氢制丙烯技术(以下简称,PDH),主要有UOP的Oleflex工艺、Lummus的Catofin工艺、林德/巴斯夫的PDH工艺等等,UOP的Oleflex工艺于1990年应用在泰国PTT工艺,建设的规模为10.5万吨/年,是全球第一个实现工业化的工艺。其中国内新建PDH装置应用最多的主要是UOP的Oleflex工艺、Lummus的Catofin工艺。

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图一 PDH工艺汇总

1.1  UOP的Oleflex技术

应用该技术,全球最大的装置规模可达到75万吨/年,装置位于中国烟台。

技术特点,采用铂催化剂和4台串联的绝热移动床反应器,操作压力大于0.1MPa,反应温度550--650度,对于原料要求苛刻,原料气丙烷含量要高于95%,硫含量要求更为苛刻。

该工艺的丙烯单程转化率为35--40%,总收率约为85%,氢气收率3.6%。

主要流程为,原料气与循环丙烷气混合后,经过换热器、加热炉升温,进入反应器,生产富丙烯气体;富丙烯气体经过冷却、压缩、干燥后,在冷箱部分分离为循环气、氢气(纯度90%),液体主要是丙烯和未反应的丙烷混合物;液体产品送至下游精馏部分,分离丙烯和循环丙烷。最终的丙烯纯度为99.5--99.8%。

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图二 UOP工艺

1.2  Lummus的Catofin技术

应用该技术,全球最大的装置规模可达85万吨/年,但现在投产的装置最大规模为60万吨/年,装置位于中国天津。

技术特点,采用氧化铬-氧化铝催化剂,反应器为多台并联、卧式固定床反应器,操作压力大于0.05MPa,反应温度560--620度,装置为间歇操作、操作需要加压操作能耗高、催化剂寿命短,但是原料适应性强,单程转化率高。

该工艺的丙烯单程转化率为45%,总收率约为90%,氢气收率3.6—5.1%。

原料气与循环丙烷混合后,经过换热器、加热炉升温,进入反应器;反应生成物经过冷凝、压缩后,在低温闪蒸罐进行分离,排放冷凝物送脱乙烷塔分离甲烷、乙烷及其它气体后,塔底丙烯经过精制部分提纯到纯度99.5%的丙烯。

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图三 Lummus工艺

2、丙烯下游产业链

根据2016年的国内丙烯当量消费数据,2016年丙烯下游产品占比最大的还是聚丙烯,约占整个丙烯当量消费的67.7%,其中国内产量约为1770万吨,表观消费约为2200万吨,约有430万吨需要进口;第二大丙烯下游产品消费为丙烯腈,约占整个丙烯当量消费的6.7%;第三大丙烯下游产品消费为环氧丙烷,约占整个丙烯当量消费的6.6%。

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图四 丙烯下游消费

3、典型公司利润

“大地”这里以2019年4月30日的市场价格为基准,分析典型公司的PDH装置利润。

当前,丙烷—丙烯的价差仅有2050元/吨,在2019年以前,丙烷—丙烯的价差最高达到4000元/吨,整个PDH产业还是比较吃香的。“大地”预计,今后随着PDH装置的投产,全球的丙烷将从供过于求转为供不应求,这将导致丙烷的价格逐渐与原油价格挂钩,从而导致PDH装置毛利进一步压缩。

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图五 丙烷价格趋势

      要知道,从整个成本上看,原料占整个PDH装置生产成本的80%,成本占比第二、三位分别是折旧、公用工程消耗。因此,PDH装置毛利对于丙烷价格较为敏感。

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图六 PDH成本构成

3.2 氢气成本

在当前价格体系下,PDH装置氢气的成本几乎为“零”。一个规模45万吨/年的PDH装置,丙烯价格取6600元/吨,氢气当燃料气外卖的话,装置的毛利约为4245万元/年,也就是说,当丙烷—丙烯价格为2050元/吨的时候,PDH装置基本是没有利润的,只有提高丙烯或者氢气的附加值,才能提升装置利润。

如果企业能够将氢气包装并外卖的话,企业毛利将增加至2.66亿元/年。这也不奇怪,为什么那么多拥有PDH装置的企业要上马氢能项目。一座日加氢能力在200公斤的加氢站建设费用大概在1000万元左右,180座加氢站,也就18亿元的投资;按照氢气售价14500元/吨的售价,大致8—9年就可以收回全部投资。但这里要注意,加氢站的设备成本只是其一,最主要的还是土地成本太高,在一线城市建设一个加氢站,光是土地的支出就达到1000—3000万元。

3.3 各能源性价比

“大地”再从热值进行分析,不同燃料的单位热值是不一样的,由于国内都是用质量计量居多,以下没有特别说明都是以质量为准。国内汽车驱动的能源可分为,汽油、柴油、天然气、电力还有氢能。如以居民用的小轿车为研究对象,多数都是汽油、电,当然,这里要加上氢能。汽油按照沿海炼油厂的原油、成本做参考;电的话,这里取天然气为原料的发电做参考;氢能以炼油厂、PDH装置做参考。价格体系以2019年4月份为例,加工的原油、天然气以3月份原油为准。

按照质量单位热值来看,汽油、柴油、天然气、氢气的热值分别如下:

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图七 主要燃料热值

        这里可以看出,按照质量热值来看,单位质量,密度越大的,热值相对来说越高,按照热值从高到低排序:

           氢气>柴油>汽油>燃料油>天然气>煤炭

        当前,上述各燃料的市场含税价格分别是多少呢?国六车用柴油大致为6500元/吨,92号国六汽油为7100元/吨,深圳进口天然气为4880元/吨,华南炼油厂的氢气大致为14500元/吨。至少从价格上来说,最便宜的是天然气、最贵的是氢气,传统的石油能源居中。可能有些朋友还是蒙了,到底氢能性价比如何呢?下面就说到氢气生产的技术、成本,按照单位热值再来排序:

汽油>柴油>天然气>氢气>燃料油>煤炭>石油焦

     “大地”上面也说到了,如果加氢站氢气价格为14500元/吨,地皮便宜的话,可以8--9年收回投资;如果加氢站氢气价格降至7100元/吨(与汽油相当),则需要18—19年才能收回投资。

4、未来发展

根据金联创的预判,4月份上游检修利好未能兑现,主要于下游需求减量有直接关系。目前来看,地炼检修利好延续,但下游工厂检修相对集中,整体需求偏淡,且部分工厂原料库存偏高,下游入市买盘意向清淡。炼厂持续出货不畅,库存压力攀升,让利出货意图明显。综合来看,市场需求平淡然供应呈缓慢回升的趋势,预计短线国内丙烯市场弱势运行为主。

“大地”认为未来PDH产业、氢能大规模普及,主要是原料价格回归挂靠原油,那么整个丙烷的价格随着新建PDH装置陆续投产而提高,预计2021年丙烷—丙烯的价差将跌破2050元/吨,行业的利润下滑,就要迫使企业走深加工、高附加值产品的路线;下面就要看丙烯下游衍生品、氢能产业是否景气了。

4.1 丙烯下游衍生品

丙烯下游衍生品,除了聚丙烯外,最重要的就是环氧丙烷、丙烯腈了,这两者能否推动丙烯的需求、价格进一步增加或者拉高呢?

4.1.1 环氧丙烷

2018年的环氧丙烷开工率创自2013年以来的新高,达到84.57%,这是可以刺激丙烯的消费的;寰球吉林分公司副总工程师于春梅提到,2017年世界环氧丙烷产能在1140万吨,消费量约986万吨,开工率达到86.5%。预计,2017~2020年产能年均增长率为3.9%,需求年均增长率则为4.3%。但是,也要注意,未来新增环氧丙烷装置较多,达到297万吨/年,其中2019年预计投产100万吨/年。未来环氧丙烷装置的产能扩张,有利于丙烯的消费。不过,多数新建的环氧丙烷装置都是“自给自足”,自身有稳定的丙烯来源。

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图八 环氧丙烷开工率

     环氧丙烷主要用于生产聚醚多元醇、丙二醇和各类非离子表面活性剂等,其中聚醚多元醇是生产聚氨酯泡沫、保温材料、弹性体、胶粘剂和涂料等的重要原料,各类非离子型表面活性剂在石油、化工、农药、纺织、日化等行业得到广泛应用。

4.1.2 丙烯腈

根据金联创的数据,从丙烯腈的产量及表观消费来看,国内丙烯腈的产量维持150--160万吨/年,表观消费维持200万吨/年,整个产业的需求已经接近峰值。再看看未来投产的数据,未来3年丙烯腈投产的产能约有150--170万吨/年,丙烯腈的产能扩张将会导致整个行业供过于求。丙烯腈的丙烯需求增长也开始乏力了。

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图九 丙烯腈供需

     丙烯腈下游主要应用领域为ABS、腈纶、丙烯酰胺/聚丙烯酰胺、丁腈橡胶和己二腈等。丙烯腈随着新建装置的投产,行业产能过剩,价格也开始下跌。

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图十 丙烯腈价格走势

     看来,丙烯的需求增量除了聚丙烯外,环氧丙烷、丙烯腈都不是很靠谱,还是回来看看氢能是否有机会吧!

4.2 氢能

燃料电池汽车,国家一部小汽车补贴约20万元/辆,一些地方按照:中央财政补助1:1给予本市财政补助,那么一辆燃料电池汽车的补贴最高可以达到40万元/辆。

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图十一  燃料电池汽车补贴

      燃料电池汽车的售价多少钱呢?“大地”找了一下,以丰田为例,其丰田Mirai燃料电池汽车最低售价也要44—45万元,考虑到国内设备及关键部件都要进口,预计国内的燃料电池汽车至少要55—60万元。以武汉格罗夫氢能汽车有限公司研发的3款氢能汽车——欧思典SUV、欧思典SUV运动版、格兰尼轿跑车为例,其最低售价也要75万元。

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图十二  燃料电池汽车

4.2.1  终端成本

氢气从生产端到加注枪出口,整个成本是多少呢?根据“大地”的初步测算,需要4.43元/立方米,如果只有一台加注机,可能达到8.87元/立方米,这个成本不低啊,按照加注一公斤氢气(约11立方米),运行100公里计算,百公里氢能汽车需要11立方米氢气。那么氢气的销售价格到底多少呢?华昌化工的公报是建议销售价格21.28元/公斤(不含税),如果含税的话(增值税,消费税暂时不计),至少要达到24.06元/公斤,到了终端,至少要68—100元/公斤。就算氢气价格低至15.00元/公斤,整个终端的成本也要最低55元/公斤。

按照当前92号国六汽油5.15元/升计算(含税),可以加20升92号国六汽油。按照常规的小汽车8升/100公里的油耗计算,当92号国六汽油(含税)价格低于7--8元/升这个区间的时候,氢能都不具备竞争力,主要是氢气从出厂到终端的成本太高,几乎氢价的2/3都是运输、气站的成本。

通过提高单位的供氢量摊薄加压站、气氢拖车还有加氢站的成本,可能吗?短期,至少10年内,可能性太小了。远期2030年,加氢站的规划才能达到1000个,氢能汽车达到100万辆。

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图十三  燃料电池远期规划

5、小结

氢能革命,10年内还是受制于终端成本过高,整个加氢站的终端价格只有汽油价格低于8元/升的情况下,才具有竞争力。长期来看,只有氢能汽车产量上去了,规模起来了,加氢站的投资才能摊薄,终端的氢气成本下来后,整个氢能产业才有竞争力

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