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1前言
2008年以来，随着水平井和水力压裂技术的进步，美国页岩气产量呈现爆发式增长。据美国能源信息署(EIA)统计，2013年美国页岩气产量为2647亿m3，约占美国天然气总产量的40%。预计到2040年产量将达到5606.74亿m3，占美国天然气产量的比重将升至53%。页岩气产量的大幅增长，不仅使美国天然气净进口量从2007年的1018亿m3减少到2012年的425亿m3，逐渐趋于自给自足，而且还拉低了天然气价格，2013年美国天然气价格约3～4美元/MBtu，约合人民币0.6～0.8元/m3。丰富低廉的页岩气使美国化工产业在全球竞争格局中具备较强的竞争力。
2美国页岩气的组成
页岩气属于非常规油气资源，从组成来看，大部分页岩气为干气，主要成分是甲烷，含量在90%以上。还有一些属于湿气，含有丰富的乙烷、丙烷和丁烷等，在生产过程中可以处理得到凝析液(NGL)。
过去5年，美国来自天然气处理装置的天然气凝析液(NGL)产量增长了50%，2013年达到260万bbl/d。据EIA预测，到2030年NGL产量将增长到300万bbl/d左右，之后随着页岩气产量增长放缓，NGL的产量也将趋于平稳。NGL是低分子量烷烃混合物，乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上的含量分别约为40%、30%、18%和12%，可为下游化工产业提供丰富低廉的原料。
3美国页岩气化工利用途径
美国页岩气的蓬勃发展惠及其能源领域、整体工业、电力、交通甚至就业，其中合成氨、甲醇、乙烯、丙烯等与之紧密相关的化工产业均呈现快速发展趋势。
3.1天然气制合成氨(尿素)
目前美国生产1t尿素的天然气成本仅为人民币400元上下，这使美国尿素产业的盈利水平继中东之后排名全球第二位。廉价丰富的天然气资源不仅掀起了美国本土氮肥企业的扩产热潮，同时也吸引国际氮肥企业在北美新建尿素工厂。据不完全统计，从2012年初至今，北美共计划21个氮肥项目，总产能超过1000万t/a。一旦这些项目如期投产，到2020年，美国尿素产能有望达到2000万t/a，远远超过本土的表观消费量，这就意味着美国将从尿素净进口国转变为净出口国，预计其年出口量将在500万t以上。
3.2天然气—甲醇(烯烃)
随着页岩气革命的成功，甲醇生产原料甲烷的成本大幅下降，美国由此掀起了甲醇扩能热潮，新装置建设、旧装置扩能、闲置装置重启，甚至世界其他地区的装置也迁至美国。到2018年，美国将新增甲醇产能超过1300万t/a。如果计划项目顺利实施，那么2018年北美地区甲醇产能将达到2000万t/a，届时产能将大于预期需求量，部分甲醇将会用于出口。
另外，丰富的页岩气资源可以用于发展甲醇产业链，通过甲醇制烯烃技术，进一步发展下游乙烯、丙烯工业。天然气经甲醇制烯烃技术是一种利用天然气中的甲烷(而不是天然气凝析液)作为原料生产乙烯和丙烯的方式。根据报道，BASF公司计划在美国建设MTP装置，为其在北美地区的丙烯下游产品提供丙烯原料，预计2019年投产。在石油价格高企的形势下，甲醇制烯烃技术将展现出较强的市场竞争力。
3.3乙烷裂解生产乙烯
自2009年以来，随着页岩气的大规模开发，美国天然气价格大幅下滑，而WTI原油价格却快速上涨，乙烷原料成本优势显现，美国从高成本的乙烯地区转变为低成本的乙烯地区。目前，北美乙烯生产成本紧随中东之后，在450美元/t左右。过去3年，美国以乙烷或乙烷/丙烷混合料为原料生产乙烯的利润从2011年1月的不到500美元/t，增加到2014年1月的1000美元/t以上，乙烷裂解装置与石脑油裂解装置的利润差一直大于380美元/t，并且最高值达到了1590美元/t。
在盈利驱动下，美国正兴起裂解装置投资热潮，陶氏、雪佛龙菲利普斯、台塑、壳牌、埃克森美孚等国际大型石化和化工公司均有建设计划。预计2020年前近1000万t/a的新增乙烯产能将陆续投产，这将给全球市场带来新的压力。同时，对于现有装置美国乙烯生产商正在用乙烷替代石脑油作为裂解原料，2013年美国裂解原料中乙烷的比例已经由2005年的41%提高至58%，而石脑油占比则由28%下降至7%。预计到2024年乙烷比例将增长至76%，而石脑油比例仅为5%。美国能源部发布的《2014能源展望》报告预测，未来无论是高油价情景还是低油价情景，也无论是油气资源多还是油气资源少，乙烷作为裂解原料都具有绝对的成本价格优势，2025年以前乙烷与石脑油的价格比均小于0.3，2040年前均小于0.4。
3.4丙烷脱氢生产丙烯
过去几年中，随着乙烷在裂解原料中的比例增加，来自裂解装置的丙烯产量已经减少，乙烷裂解的丙烯收率仅约3%，而石脑油裂解的丙烯收率大于15%。同时，催化裂化装置的丙烯产量也没有增长，造成丙烯供需缺口增大。因此，新型增产丙烯技术发挥的作用越来越大，来自丙烷脱氢(PDH)和复分解装置的产能都有所增长，特别是来自PDH装置的丙烯产能未来5年将快速增长。北美第一套PDH装置在2010年后期投入生产，由美国丙烯生产商EnterpriseProducts建设，采用Lummus-Catofin工艺，产能65万t/a，另外还有380万t/a的PDH产能在规划和建设阶段。
3.5丁烷生产丁烯(丁二烯)
受页岩气革命的推动，近两年美国天然气处理厂生产的正丁烷数量年增幅超过了10%。目前，大约有20%的丁烷用作石化原料，生产乙烯、环氧丙烷等。未来，随着乙烷供应量的继续上升，美国以廉价乙烷为原料的裂解能力将增加，丁烷在乙烯原料中的比例将下降。由于美国乙烷裂解的C4副产物大幅降低，而中国的甲醇制烯烃项目也基本不产C4，造成丁二烯缺口增大，因此一些公司考虑建设丁烷生产丁二烯装置，目前中国和美国也有几个项目在评估。美国TPC公司与UOP公司正在合作开发一项专门生产丁二烯的低成本新技术，并计划在2017年或2018年采用新技术建设一套工业装置。
巴斯夫与林德公司也在合作开发丁烷专门生产丁二烯新技术，目前正在德国Ludwigshafen的中试工厂进行运转。
4对全球化工市场的影响
能源成本在化工产品的生产成本中占有很大比重，特别是一些能源密集型产品，如甲醇、乙烯、丙烯等，能源不仅提供原料还提供燃料和动力，能源成本在生产成本中的比重高达80%以上。能源价格高，将会严重削弱下游产品的竞争力；反之，能源价格低将会给下游产品带来较强的竞争力。
页岩气的成功开发带来的低能源使用成本使美国化工产业在全球竞争格局中具备较强的竞争力，吸引着全球企业前来投资。事实上，51%的投资来自美国以外的企业。投资主要集中在大宗化学品(裂解装置和丙烷脱氢装置)领域，约占55%，塑料树脂约占22%，化肥约占14%，预计到2020年新增化工产品总量约5590万t。
4.1对尿素市场的影响
在美国逐渐转变为尿素净出口国的过程中，国际尿素市场的竞争将更加激烈，中东、加拿大和中美地区的尿素将逐渐失去美国市场。同时，由于运输优势，拉美地区的尿素缺口将被美国填补，另外多余的美国尿素还将被运往西欧甚至是远东市场。
而原本主要供应拉美、西欧和远东市场的东欧、北非和中国的尿素出口量将受到挤压。结果就是中东、东欧和中国在印度、东南亚和澳大利亚尿素市场的竞争将变得更加激烈。值得注意的是，拉美、东南亚和印度也积极在本土或国外投建尿素新项目，这意味着未来全球尿素贸易量将缩小。
4.2对甲醇市场的影响
目前中东、南美为甲醇的主要出口地区，东亚(主要是中国)、西欧、北美为主要进口地区。但随着北美页岩气制甲醇新增产能的释放，预计2017年北美将成为甲醇净出口地区，这必将对全球甲醇贸易流产生重大影响。中国是甲醇净进口国，尽管大批煤制甲醇项目的投产一定程度上减少了进口，但近年来中国甲醇下游新兴应用领域如甲醇燃料、甲醇制烯烃等行业发展迅速，又拉动了甲醇的需求。
据统计，2018年仅甲醇制烯烃领域消耗的甲醇就将达到5000万t。虽然未来几年中国会有多套新建甲醇装置投产，但老旧装置普遍规模小、生产成本高、竞争力差，中国甲醇市场仍将受到进口低成本甲醇的冲击。
4.3对乙烯产业链的影响
随着北美以乙烷为原料的新增及改扩建裂解项目的相继投入运行，乙烯及其下游产品产量大幅增长，无法在本土和美洲消化掉，必将出口到其他地区，影响全球的贸易和市场价格。自2008年以来，全球乙烯市场便呈现出供应过剩局面，随着北美乙烷裂解装置产能的释放，乙烯市场的竞争将日趋激烈。欧洲和亚洲一些规模小、经济性差的石脑油裂解装置将关停。
乙烯产能的大量释放使北美聚合物生产商的聚乙烯产能快速增长，将导致2018年北美聚乙烯产能过剩超过450万t/a，同期中南美洲聚乙烯供需缺口较大，为320万t，北美过剩产品将自然流入中南美。然而2020年美洲地区过剩量将达到300万t以上的峰值，因此2017～2023年北美聚乙烯生产商需要积极寻求美洲以外的市场，参与欧洲和亚洲市场的竞争。
4.4对丙烯产业链的影响
美国稳定廉价的丙烷来源，使PDH比其他原料路线生产丙烯更具竞争力。如果美国规划的PDH项目全部投产，2020年丙烯产能将会增加近380万t/a，这足够抵销因裂解原料轻质化而减少的150万t丙烯量，丙烯必须出口其他国家才可缓解供应过剩问题，届时将对全球丙烯市场造成影响。
PDH工艺要求原料丙烷纯度在97%以上，杂质气态硫体积分数在100μL/L以下。中国湿性油田伴生气资源较为匮乏，而石油炼制副产液化气硫含量较高，因此，在中国建设PDH装置必须进口以国外油田伴生气为来源的高纯度液化丙烷。据不完全统计，中国已审批的PDH项目产能达566万t/a。
中国海关统计数据显示，2013年中国进口液化丙烷245.4万t，平均价格为893.9美元/t。与2012年相比进口量增加了30.3%，价格上扬了0.69%。2007～2013年中国丙烯出厂价与进口液化丙烷平均价差(含税)为4000元/t左右，先行投产的丙烷脱氢项目可获得较为可观的盈利。但预计到2015年之后，随着全球丙烷脱氢项目的陆续上马和投产，中国过去近10年的丙烯-进口丙烷可观价差将适当收窄。另外，中国PDH项目的经济性还将取决于能否拥有长期、稳定、相对低廉的丙烷资源供应和充足的丙烷储存设施。
4.5对丁烯(丁二烯)
产业链的影响丁二烯主要来源于蒸汽裂解装置，北美、中东乙烯原料轻质化造成丁二烯供给量减少；另外，受中国、印度等新兴经济体快速发展的影响，汽车需求增长，导致合成橡胶需求量不断增加，丁二烯将呈现世界范围的供不应求局面。由此，丁烷脱氢生产丁二烯路线重新被关注。
2018年全球丁烷脱氢路线生产的丁二烯产量占丁二烯总产量的比例，将从目前的2.6%上升到8.2%，对全球丁二烯供应和贸易流向都会产生一定影响。美国丁烷脱氢产能的上升，将使其从丁二烯净进口国成为丁二烯净出口国，如果丁烷脱氢产能并未按期投产，全球丁二烯供应有可能会短缺，导致价格上涨。不过全球丁二烯市场极易饱和，新建几套装置就有可能使市场供应过剩，生产成本高的装置将无法盈利，被迫关闭。
4.6对芳烃产业链的影响
北美乙烯生产企业采用轻质原料导致热裂解汽油产量明显下降，继而造成芳烃产量减少。未来10年，美国裂解汽油产能将减少100万t/a，从而造成苯产能减少25万t/a，约占美国苯总产能的3%；甲苯产能减少约7.5万t/a，占美国甲苯总产能的不到1.5%；二甲苯减少6.5万t/a，占美国二甲苯总产能的不到1%。北美芳烃有79.6%来自催化重整油，19.1%来自裂解汽油，裂解原料的改变对美国芳烃的供应影响有限。但由于致密油中萘和芳烃含量较低，美国炼厂采用致密油将会对芳烃产量产生不利影响。美国芳烃产量的减少必然造成全球芳烃供应紧张、价格上涨，特别是供需矛盾较为突出的对二甲苯。
中国是对二甲苯净进口国，预计2017年对二甲苯自给率仍维持在60%左右，市场缺口较大。而未来5年全球对二甲苯需求增速将高于产能增速，这将加剧中国对二甲苯市场的供需矛盾。
5建议
美国页岩气化工产业的成本优势非常明显，对中国相关行业的不利影响不容忽视，特别是石脑油裂解生产乙烯及其下游行业将面临巨大压力。面对严峻的形势，必须采取有效措施加以应对。
①优化和拓宽原料来源，降低乙烯生产成本。在条件允许的情况下，坚持裂解原料的轻质化、优质化。要积极拓宽乙烯原料来源，组织开发合成气通过费-托合成工艺直接制烯烃技术、甲烷直接转化制烯烃技术等非石油路线制烯烃技术。此外，还要积极寻求利用国外的乙烷、丙烷、液化石油气、液化天然气等资源，补充优化中国乙烯的原料。
②采用有效技术，降低能耗物耗。以先进、节能、高效为目标，继续推进乙烯生产企业的技术改造和关闭落后产能。近年来，经过工业验证值得推广应用的技术有添加结焦抑制剂等炉管结焦抑制技术，注入阻聚剂和喷涂衬里等减少急冷油塔和压缩机结垢技术，采用辐射型火嘴和二级急冷技术等提高裂解炉热效率，采用新型高效塔板和中间冷凝器与中间再沸器等优化分离系统，二元制冷和三元制冷等减少压缩机能耗技术，乙烯装置先进控制和优化技术等。
③最大价值利用石脑油裂解装置的副产品，提高装置综合效益。随着中国乙烯工业的快速发展，乙烯裂解碳四、碳五和碳九等裂解副产物的产量大幅增长，预计到2015年中国裂解碳四总量将超过500万t、碳五将超过200万t、碳九将近200万t。为了最大限度地提升中国裂解副产品的价值，可以实施两种方案：在不适合集中分离利用的地区可以采取混合利用的方式；在乙烯装置比较集中的地区，应将各馏分裂解副产物集中分离出单组分，分别进行深度加工利用，为企业创造更高的效益。另外，应审慎新建石脑油裂解装置，确保新建装置具有国际竞争力。
