甲醇制汽油产业发展趋势

甲醇制汽油（简称MTG）产业是碳一化工的一个分支，是甲醇作为能源产品的重要表现形式。甲醇制汽油的原料和产品都具有较强的能源属性，不仅受甲醇原料供应和价格影响，更受国际油价和石油路线成品油价格的影响。近年来，国内油品对外依存度逐渐升高，区域性油品供应紧张情况时有发生。受2014年以前原油价格持续高位运行的刺激，甲醇制汽油具有成本优势，产业发展较快。目前国内已有多个项目实现稳定运行，既有国外引进技术，也有我国消化吸收再创新的工艺，工业经验不断成熟，但单体项目规模较小。2014年下半年以来，国际油价出现暴跌，关于甲醇制汽油产业的发展前景争议四起。一方面，有观点认为甲醇制汽油产业总体规模较小，产品有助于解决区域油品供需不足、油品质量升级、消纳过剩甲醇产品，且技术成熟，应该予以一定发展。另一方面，有观点认为国内汽油已经实现自给，甲醇有效产能并不存在过剩，甲醇制汽油产业受原料和产品市场价格影响过大，在较低油价下缺乏竞争力，未来应以技术储备为主，不建议大规模发展。“十三五”期间，甲醇制汽油产业将面临低油价的挑战，其产品的环保优势和低油价下的经济竞争力将决定其发展空间。一、产业发展现状我国甲醇制汽油产业发展取得较大进展，至2015年已经形成约70万吨/年的产能。云南解化在2007年完成3500吨/年合成汽油工业示范装置基础上，又于2014建成20万吨/年的工业化项目，采用同类工艺技术，内蒙庆华于2012年2月建成10万吨/年甲醇制芳烃装置，二期工程10万吨/年甲醇制芳烃装置也即将建成。此外，晋煤集团引进美孚MTG技术于2010年建成10万吨/年装置，目前正在建设百万吨级甲醇制汽油项目。2014年8月唐山境界实业有限公司采用中科院山西煤化研究所“一步法甲醇制高清洁燃料”工艺建成20万吨/年甲醇制高清洁燃料项目。我国在建及拟建的甲醇制汽油项目较多，预计到2020年，甲醇制汽油产能将达到500万吨/年。近年来，我国甲醇制汽油项目情况见表1、表2。表1  近年来已建成甲醇制汽油项目，万吨/年项目名称建设地点建设规模备注云南煤化工集团解化合成汽油项目云南先锋0.352007年12月建成晋煤甲醇制汽油项目山西晋城102010年3月建成内蒙庆华甲醇制芳烃项目内蒙古阿拉善盟乌斯太102012年2月建成新疆新业能化甲醇制汽油项目新疆五家渠102013年10月建成云南先锋褐煤洁净化利用试验示范项目云南昆明市寻甸县202014年4月建成唐山境界实业有限公司甲醇制汽油项目河北唐山202014年8月建成瓮福（集团）有限责任公司甲醇制汽油项目贵州福泉市12014年7月建成中试装置表2  近年来在建、拟建甲醇制汽油项目，万吨/年项目名称建设地点建设规模备注晋煤甲醇制汽油项目山西晋城50在建，两期共100万吨内蒙庆华甲醇制芳烃项目二期内蒙10在建新疆中基甲醇制芳烃项目新疆乌鲁木齐米东4在建潞宝集团甲醇制汽油项目山西潞城30在建浙能嘉兴甲醇制汽油项目浙江嘉兴10在建宁夏吴忠MTG项目宁夏吴忠30在建龙煤天泰煤化工甲醇制汽油项目黑龙江七台河10在建内蒙古丰汇化工有限公司甲醇制稳定轻烃项目内蒙乌兰察布10在建金道器识实业有限公司甲醇制汽油项目河北唐山25在建三维（易高）甲醇制汽油项目内蒙鄂尔多斯14在建香港中华煤气集团甲醇制汽油项目山西新絳70拟建彬县甲醇制汽油项目陕西彬县25拟建乌审旗甲醇制汽油项目内蒙鄂尔多斯10拟建瓮福（集团）有限责任公司甲醇制汽油项目贵州省福泉市20拟建二、MTG产品竞争力分析根据国家油品质量升级时间表，第四阶段车用汽油标准过渡期至2013年底，目前国内主营汽油全部升级为国四汽油。国家质检总局、国家标准委于2013年12月18日发布了第五阶段车用汽油国家标准。该标准自发布之日起实施，自2018年1月1日起全国范围内供应第五阶段车用汽油。“十三五”期间，甲醇制汽油需要由满足国四标准向国五标准过渡。衡量汽油品质的关键指标包括辛烷值、硫含量、烯烃含量、芳烃含量以及极端天气下的安全启动性能等。（一）辛烷值汽油的抗爆性以辛烷值表示，目前我国执行的汽油标号包括：89#、92#、95#、98#等。汽油中所含各种烃类的抗爆性互不相同，抗爆性最小的是正构烷烃，其次是异构烷烃，并且均随着碳链长度的增加而降低。（二）烯烃、芳烃含量烯烃和芳烃对于汽油辛烷值的贡献较大。烯烃的抗爆性优于同碳数相同结构的烷烃，并且其结构对抗爆性的影响大致遵循与烷烃相同的规律。环烷烃的抗爆性更高，但比同碳数的芳烃低，并且随着支链长度的减小、支化度和密实性的增大而提高，但效果不如烷烃和烯烃显著。MTG汽油产品烯烃含量不大于10%，芳烃含量不大于35%，可以满足汽油国五标准要求。（三）硫含量甲醇制汽油生产过程中没有其他途径加入硫，硫含量基本为零。（四）安定性诱导期是汽油稳定性指标的之一，从各厂家公布的指标来看，甲醇制汽油产品诱导期大于600分钟，高于国家标准。从市场实际反馈来看，由于MTG汽油中烯烃、芳烃含量较高，产品的安定性存在一定缺陷。MTG汽油产品质量对标情况见表3。表3  MTG汽油产品质量对标情况标准名称国四国五MTG标准编号GB17930-2013GB17930-2013-实施时间2014.1.12018.1.1-汽油标号90#、93#、97#93#、97#89#~92#诱导期，min≥480480600硫含量，ppm ≤50100.0001苯含量，V% ≤1.01.00.25~0.40芳烃含量，V%≤404025~35烯烃含量，V%≤28247.0~10.0氧含量，w%≤2.72.7-锰含量，（g/L）≤0.0080.002无冬季蒸汽压下限≥424545夏季蒸汽压上限≤686565注：MTG数据来自相关技术商三、MTG项目竞争力分析MTG产业将甲醇赋予了新的能源属性，开辟了一条新的甲醇下游加工路线。我国甲醇主要由煤炭路线生产而来，与煤制甲醇项目相比，MTG项目投资小，建设难度不高，原料成本占到产品成本约80%，其经济性主要由原料和产品的比价关系决定。根据反应器类型不同，MTG技术可以分为固定床和流化床两类工艺，其中固定床工艺发展较为成熟，已经实现工业化运行，而流化床工艺尚未实现工业化。在固定床工艺中，根据催化剂种类，可以分为两步法技术和一步法技术，二步法以美国埃克森美孚工艺为代表，一步法以中科院山西煤化所和丹麦托普索TIGAS工艺为代表。不同工艺路线的MTG没有本质区别，在流程设计、工艺消耗和产品质量上差别不大。国外工艺技术转让费和催化剂费用方面较高，但催化剂稳定性稍好。国内工程设计发展较快，多个项目均采用国内设计，但催化剂仍需进一步验证。本文以国内某实际运行项目为案例，分析MTG项目竞争力。该项目采用埃克森美孚工艺及专有催化剂，年产10万吨清洁油品，建设投资3.2亿元，总投资4.0亿元。相关数据见表4和表5。表4  产品方案产品单位数量汽油万吨8.7LPG万吨1.3均四甲苯溶液（40~50含量）万吨1.3表5  公用工程测算取值名称单位价格（元）脱盐水吨8.5新鲜水吨6.0循环水吨0.12回收冷凝水吨4电千瓦时0.5高压蒸汽吨150根据测算，不同原油价格下MTG项目可以承受的甲醇和汽油价格比是不同的，可承受价格比与原油价格成正比，大致在22%~29%波动。由于国内甲醇价格与原油关联度不高，主要受国内区域市场供需影响，而甲醇成本又占MTG项目成本约90%，因此甲醇价格成为影响MTG项目盈利的关键。根据国内甲醇近两年价格变动情况，甲醇平均价格在2000~2500元/吨范围内波动，局部地区甚至达到3000元/吨的高位。因此，初步可以判断，MTG项目需要在原油维持在80美元以上时，才可以达到行业基准收益水平。实际价格体系下甲醇竞争力价格测算见表6。表6  实际价格体系下甲醇竞争力价格测算，元/吨原油价格（美元/桶）预测汽油价格IRR12%时对应的甲醇价格甲醇/汽油价格比405092112022%455370122523%505648133024%555926144024%606203154025%656481165025%706759175026%757037186026%807315197027%907870218028%1008426239028%1108981260029%四、MTG产业发展趋势（一）国际原油将呈现供大于求、价格呈长期走低态势总体来看，促使油价下跌的因素将包括：全球经济增长缓慢，新兴经济体增速放缓；主要产油国持续增产，市场竞争日趋激烈；供应增长大于需求，长期处于买方市场；美国强化能源战略，美元持续走强，推动美元回流本土；新能源汽车发展迅速，石油在终端消费市场份额进一步降低；地缘政治造成的石油减产风险存在，但由于过剩产能的存在，影响力较弱等。支撑石油价格的因素包括：低油价下，非常规油气开发成本较高，产能增速放缓；部分高成本原油产能将退出市场；地缘政治造成的石油减产风险仍然存在等。“十三五”时期，低油价因素将占据主导地位，国际石油价格继续低位震荡的概率较大，估计仍在40～60美元/桶的范围内波动。（二）汽油消费量持续增加，而传统汽油增产空间有限2014年我国汽油产量为11029万吨，同比增长12.3%，表观消费量10531万吨，同比增长8.8%。我国汽油主要用于汽车和摩托车领域，占总消费量的98%。“十三五”时期，随着我国工业化发展进程加快、居民收入水平的提高和家庭用汽车日益普及，预计2020年和2025年国内汽油消费需求分别为1.5亿吨和1.7亿吨。供应方面，近年来国内市场成品油消费中柴油和汽油的比例出现明显变化，炼厂不断通过降低柴汽比，增加汽油产量。我国柴汽比在2005年达到2.31的历史最高点后呈不断下降趋势。2015年我国柴汽比为1.56，创下历史最低点，同时也逼近炼厂1.5的调节极限。“十三五”时期，我国经济增速将由高速转为中高速，柴油消费增速低于汽油消费增速将成为常态，预计今后若干年内生产柴汽比将长期呈现下行趋势。随着国内炼油能力过剩，新建或改扩建项目明显放缓，汽油增产能力有限。预计2020年和2025年炼油能力分别为8.0亿吨和8.4亿吨，汽油产量将分别达到1.37亿吨和1.56亿吨，2015年以后我国将由汽油出口国变为汽油进口国，2020年的缺口约为1300万吨。（三）甲醇直接作为车用燃料争议不断，短期内推广难度大甲醇本身具有高辛烷值，可以作为燃料直接与汽油进行掺混使用。汽车应用甲醇汽油无需对现有发动机进行太多改造，改造费用不超过100美元。与MTG相比，直接掺混汽油显然更具经济诱惑力。甲醇汽油近年来在我国取得较快发展，已经在山西、上海、陕西等地开展了汽车试点，M15汽油年消耗甲醇约1000万吨。吉利汽车等公司也先后研发了高比例甲醇汽车，应该说甲醇直接作为燃料使用已经不存在技术障碍。但由于甲醇具有挥发性和腐蚀性，对汽车动力系统和车内乘客具有安全隐患，甲醇汽油在业内仍然存在很大争议。美国、欧洲等国家对待甲醇汽油的态度都非常谨慎，欧洲至今仅允许M3及更低比例的甲醇汽油。我国M15国家标准至今仍未正式出台，甲醇汽车也不在新能源汽车范围内。在国产替代燃料中，未来国家将着力发展天然气、液化天然气、纯电动汽车，预计在甲醇汽车安全性得到充分验证前，甲醇汽油难以大规模推广。综上所述，“十三五”时期，我国汽油市场增速放缓，但增长空间依然存在，短期内甲醇直接掺混汽油还无法大规模推广应用，甲醇制汽油产业仍有一定的发展空间。目前，我国在建及拟建的甲醇制汽油项目较多，到2020年的规划建设产能将达到500万吨/年。但是，根据现在国内甲醇供需情况和价格水平，新建MTG项目盈利能力不强，且存在副产品利用难、产品性能指标存在缺陷等问题，预计2020年MTG实际规模约300万吨，年均增长26.4%，单体项目规模增大，平均规模达到20万吨/年。五、“十三五”发展建议MTG产业将甲醇赋予了新的能源属性，开辟了一条新的甲醇下游加工路线，在甲醇直接作为能源使用尚不成熟的阶段，提升的甲醇项目的经济性。但应该看到，MTG只能算作甲醇下游的一个较小的延伸方向，与甲醇制烯烃、甲醇制芳烃等方向相比，其产品增值和发展意义都有所欠缺，作为能源产品还将与甲醇直接掺混汽油、LNG车代能源等其他能源路线进行竞争，特别在未来甲醇掺混汽油推广应用后，将可能直接失去竞争力。因此，未来MTG主要起到满足区域汽油需求和延伸甲醇产业链、灵活调节甲醇装置经济性的作用，“十三五”期间将完成甲醇制汽油百万吨级工业升级示范，并进行副产品（均四甲苯）转化及利用研究。（一）改进催化剂性能，降低生产成本MTG产业技术已经趋于成熟，但在工艺消耗、催化剂性能方面还有较大提升空间。一方面是现有催化剂的汽油收率较低，消耗1吨甲醇将产生约56%的水，且催化剂周期寿命较短，吨产品催化剂消耗较高。建议加大催化剂研发力度，改善催化剂单程和整体寿命，降低工艺消耗，提升MTG装置抗风险能力。（二）优化油品后加工流程，提升产品辛烷值现在MTG产品组分中重油组分比例普遍较高，进一步处理后进入最终产品的比例较低，造成了较高的辛烷值损失。建议优化油品后加工流程，有效提高重油组分的处理效果，提升产品辛烷值，实现对95#、97#等标号汽油的替代。（三）研发新一代催化剂，向甲醇制芳烃过渡甲醇制芳烃是我国亟待突破的煤化工发展方向，至今未建立大型工业化示范装置。MTG和甲醇制芳烃催化剂非常接近，现有产品中含芳烃组分约25%~35%，如果可以进一步提升芳烃含量，可以经济性的生产对二甲苯（PX）等产品，既缓解了国内PX市场缺口，又免除了油品需缴纳的消费税，将有力提升装置经济效益。（四）研发流化床反应器流程，提升项目整体规模固定床MTG工艺存在催化剂寿命短、失活快、产品质量不稳定等缺点，而且难以规模放大，单个反应器仅5~10万吨，实现百万吨级项目需要数十个反应器并联，无法实现规模效益。流化床MTG工艺具有传热﹑传质效果好，升温降温时温度分布稳定，催化剂性质恒定，汽油品质高，换热效果好及投资低等优点，是未来MTG技术研发的重点。