生物質氣化費托合成的經濟性分析

江宏玲， 周 成

(1.安徽省·淮委水利科學研究院，安徽合肥 230088；2.安徽國際商務職業學院，安徽合肥 231131)

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生物質氣化費托合成的經濟性分析

江宏玲1， 周 成2

(1.安徽省·淮委水利科學研究院，安徽合肥 230088；2.安徽國際商務職業學院，安徽合肥 231131)

以生物質稻秸為研究對象，基于已有的生物質費托(FT)合成的模擬工藝流程，計算得到了轉化過程的生產成本。總結了生物質FT合成油生產成本的構成比例，并與煤基FT合成油生產成本進行了對比，另外針對生物質原材料成本做了敏感性分析。結果表明，以現階段煤價為例，考慮生物質補貼，生物質制FT合成油的生產成本會低于煤基FT合成油的生產成本。隨著更多生物質的經濟補貼機制的建立，以生物質為原料制取FT合成油的市場前景廣闊。

生物質氣化；費托合成；經濟性分析；成本

費托合成(Fisher-Tropsch Synthesis，簡稱FT合成)是指以合成氣(主要成分是CO和H2)為原料，通過催化劑轉化生成烴類和含氧化合物的過程。以生物質為原料，制備合成氣，通過FT合成生產的液體燃料，能夠直接應用于交通運輸、能源動力及化工等領域，在一定程度上緩解了由于石油短缺而帶來的壓力[1]。同時，費托燃料不含有硫元素[2]，不會對環境造成污染，所以這是一種很有發展潛力的生物質利用方式[3-4]。

目前國內外有關FT合成已發表過一些相關技術經濟數據，但是生物質FT合成尚處于實驗室研究和工業中試階段，過程的經濟性缺乏相關的數據資料參考，而且在不同背景，比如不同地區、不同生產工藝條件下，經濟性也是不盡相同的，甚至大相徑庭[5]。因此，筆者以稻秸為原料，基于串行流化床生物質氣化FT合成技術[6]，對生物質氣化FT合成系統進行經濟性分析，得出生產成本費用的結果，并與傳統煤基合成油進行比較，探討生物質FT合成的市場前景。

1　生物質氣化FT合成成本計算基礎

該研究借助參數估算類經濟分析方法，估算出年產5萬t FT合成油的稻秸氣化FT合成系統的投資費用。

1.1基礎數據①產品：FT合成油，5萬t/a。②項目實施進度：項目擬2年建成，第三年投產，當年生產負荷達到設計能力的80%，第四年直至以后生產負荷為100%，生產期為15 年。③資金來源：固定資產投資的30%為自有資金，不還本不計息，其余70%為銀行貸款，貸款利率確定為6.12%。

1.2投資估算投資估算是經濟評價的重要基礎工作之一，其構成及計算方法應遵照技術規定有關章節進行。該研究中固定資產的投資估算采用生產規模指數法[7-8]，即利用已經建成項目的投資或其設備投資，估算某一特定規模的項目投資或其設備投資的方法，計算公式為：

(1)

式中，n表示生產規模指數。選取n值的原則是：改變設備裝置數量或生產場所規模，從而改變項目生產規模，n取0.8～1.0；改變設備、裝置的功能和效率，從而改變項目生產規模，n取0.6～0.7。

1.3生產成本生產成本包括原材料費、用水耗電費、工資及福利費、維修費、折舊費和其他費用等[2，9]：

原材料費(生物質、催化劑)=原材料消耗量×材料單價

(2)

用水費=系統給水量×水價

(3)

耗電費=系統耗電量×電價

(4)

職工工資及福利=職工人數×人年工資×(1+福利費系數)

(5)

維修費=固定資產原值×維修費率

(6)

(7)

其他制造費=固定資產原值×其他制造費率

(8)

式(5)中，福利費系數取15%，人年工資取行業平均水平4萬元/(人·a)；式(6)中，維修費率取3%；式(7)中，固定資產形成率按95%計算，折舊年限為15年，不考慮生產設備的回收報廢；式(8)中，其他制造費率取值1%。

2　生物質FT合成油生產成本計算

2.1投資費用估算基于文獻[6]中生物質氣化FT合成的工藝數據，查閱相關文獻的數據[10-12]，估算出年產5萬t FT合成油的稻秸氣化FT合成系統的投資費用，如表1所示。

表1稻秸FT合成系統投資費用(5萬t FT合成油/a)

Table 1Investment cost for rice straw FT synthesis system (5×104t synthetic oil/a) 萬元

項目Item設備購置Equipmentpurchase安裝工程Installationworks建筑工程Constructionworks合計Total供電系統Powersupplysys-tem13701374111918水系統Watersystem17105149603184加料系統Feedingsystem8228230143918氣化系統Gasificationsystem74002466164411510凈化系統Cleaningsystem411020554526617合成系統Synthesissystem162755178296024413公用工程Utilities288531624808084輔助系統Auxiliarysystem4555650101041530974953

估算得出該套生物質FT合成油系統的投資費用約為7.5億元，其中30%，即2.25億元為股本金，不還本不計息；其余70%即5.25億元為人民幣貸款。

2.2生產成本計算以稻秸為例，按照前文中介紹的生產成本計算方法，估算出稻秸FT合成油的生產成本，具體計算數據見表2。

生物質制FT合成油的生產成本構成情況見圖1。從圖1可以看出，生物質制FT合成油的生產成本中生物質原料費用占的比例最大，說明生物質FT合成油生產成本對生物質原料的價格變動更為敏感；其次是基本折舊費，折舊費與整個稻秸制FT合成油的生產設備投資費用相關，提高科技水平、改進生產技術，可降低單位FT合成油的生產成本；水費和其他制造費所占的比例很小。

表2　稻秸FT合成油生產成本

圖1　稻秸FT合成油生產成本構成Fig.1　Structure of production cost for rice straw FT synthetic oil

我國對生物質燃料發展近來大力支持，已建立了相應的經濟補貼和激勵機制[13]，目前對生物質燃料的具體補貼額度與當地的政策及燃料價格等因素有關[14]，該研究選取安徽省某地對生物質燃料的扶持政策：對于生物質液體燃料的平均補貼額度大約是140元/t生物質。考慮補貼費用1 826元/t之后，稻秸制FT合成油的生產成本為4 446元/t。

3　煤基合成氣FT合成成本估算

目前國內外生物質FT合成油的經濟性，缺乏相關的數據資料參考[15]，但煤間接液化的經濟技術指標，已有相關的數據[16-19]，根據文獻[20]中煤基合成油項目的主要基礎數據，如表3所示。規模為18萬t/a的煤基FT合成油系統投資費用約為25.1億元，按照前文的計算方法，估算煤間接液化制合成油的生產成本費用，如表4所示。

表3　煤基合成油項目主要基礎數據

計算時，按照煤價是600元/t，得到煤制FT合成油的生產成本約為5 022元/t合成油。對比前文生物質基FT合成油的生產成本可知，不考慮生物質補貼時，生物質基FT合成油的生產成本高于煤基FT合成油；若考慮生物質補貼，生物質制FT合成油的生產成本顯著降低，會低于煤基FT合成油的生產成本。隨著國家對生物質制備液體燃料技術的不斷重視和大力支持，會有更多的經濟補貼和激勵機制建立，生物質制備FT合成油，作為一個能源項目是可行的，所顯示出的市場前景十分廣闊[21-22]。

表4煤間接液化制合成油生產成本費用

Table 4Production cost for synthetic oil by indirect coal liquefaction

序號No.項目名稱Itemname成本Cost元/t合成油占比Percentage%1原材料費311161.95其中:煤費285656.87 催化劑費2555.082用水費340.683耗電費4007.964職工工資及福利370.745維修費4188.326基本折舊費88317.587其他制造費1392.77生產成本合計Totalproductioncost5022

4　敏感性分析

生物質基FT合成工藝流程中，生物質原材料成本費用的份額最大，由于市場因素，稻秸的價格會發生變化，甚至會使原料成本產生很大的波動，從而導致生物質制取FT合成油的成本費用產生很大變化[23-24]，因而有必要進行相應的敏感性分析。FT合成油生產成本隨原材料價格變化趨勢見圖2。

從圖2可以看出，隨著原料價格的變化，生產成本都是隨著原材料價格的增加而增大，且變化范圍很大。以稻秸為例，稻秸價格是600元/t時的合成油成本，與稻秸價格是200元/t時的合成油成本大概相差5 216元/t合成油。

按照目前稻秸的市場價格300元/t估算生產成本，由圖2a可知，若不考慮生物質補貼，只有當煤價高于900元/t時，生物質基FT合成油才有價格優勢。由圖2b可知，若考慮生物質補貼政策，煤價只要不低于500元/t，生物質基FT合成油均具價格優勢。從現階段的煤價來看，生物質基FT合成油的生產成本是很可能低于煤基FT合成油的，以生物質為原料制取FT合成油市場前景廣闊。

注：a.不考慮生物質補貼;b.考慮生物質補貼。　Note:a. Not containing biomass subsidies；b. Containing biomass subsidies圖2　FT合成油生產成本隨原材料價格變化Fig. 2　Price variation of raw materials for production cost of FT synthetic oil

5　結論

(1)該研究估算了年產5萬t生物質基FT合成油的投資費用約為5.47億元；估算出稻秸FT合成油生產成本，補貼前約為為6 272元/t，補貼后約為4 446元/t。

(2)在生物質氣化制取FT合成油的生產成本中生物質原料成本占的份額最大，說明生物質基FT合成油對生物質原料的價格變動更為敏感，其次是基本折舊費。

(3)生物質制FT合成油的生產成本隨著生物質價格的增大而增大，且生產成本的變化范圍很大。按照目前稻秸市場價格300元/t，若不考慮生物質補貼，只有當煤價高于900元/t時，生物質基FT合成油才有價格優勢；若考慮生物質補貼政策，煤價只要不低于500元/t，生物質基FT合成油均具價格優勢。

利用生物質通過FT合成的方法制高品位液體燃料仍是實驗室研究的初步摸索階段，還需要進一步放大，提高生物質基液體燃料產率、降低合成成本是生物質制備液體燃料研發過程中尚需解決的關鍵問題。綜觀近年來生物質基FT合成油的技術進展，其總體投資費用和生產成本等有望在不久的將來達到與現行傳統煉廠相競爭的水平，FT合成燃料的發展前景看好。

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Economic Analysis of Biomass Gasification Fischer-Tropsch Synthesis

JIANG Hong-ling1, ZHOU Cheng2

(1. Anhui & Huaihe River Institute of Hydraulic Research, Hefei, Anhui 230088; 2. Anhui Institute of International Business, Hefei, Anhui 231131)

Based on the existing simulated process of biomass Fischer-Tropsch oil (bio-FT-oil), the cost of bio-FT-oil was obtained, taking straw as the research object. The cost of bio-FT-oil was compared with coal-FT-oil after summarizing its composition. Furthermore, the sensitivity analysis was carried out for the biomass raw material cost. Results show that the cost of bio-FT-oil could be lower than coal-FT-oil for the current coal price, taking the biomass subsidies into account. With the more establishment of economic mechanism of subsidy for biomass, the biomass FT-oil will have a broad prospect.

Biomass gasification; Fischer-Tropsch synthesis; Economic analysis; Cost

國家重點基礎研究發展計劃資助項目(2010CB732206)。

江宏玲(1987-)，女，安徽六安人，工程師，碩士，從事新能源研究。

2016-05-27

S-9；TK 63

A

0517-6611(2016)21-201-04