煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

于 涵， 蔣慶哲， 宋昭崢， 袁 波

(1.中國(guó)石油大學(xué) 重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102249； 2.中國(guó)石油 安全環(huán)保技術(shù)研究院， 北京 102206)

煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

于 涵1， 蔣慶哲1， 宋昭崢1， 袁 波2

(1.中國(guó)石油大學(xué) 重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102249； 2.中國(guó)石油 安全環(huán)保技術(shù)研究院， 北京 102206)

隨著碳市場(chǎng)的逐步建立，煉油廠(chǎng)CO2排放問(wèn)題成為煉油企業(yè)日漸沉重的負(fù)擔(dān)，將煉油廠(chǎng)捕集的CO2用于碳酸二甲酯化工合成在帶來(lái)減排效益的同時(shí)又可給煉油企業(yè)增加額外經(jīng)濟(jì)收益。闡述了煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC產(chǎn)業(yè)鏈流程；基于“0.6指數(shù)因子法”及比率估算法，建立了煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC 工藝經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)體系；考察了碳酸二甲脂(DMC)產(chǎn)能在5×104t/a至20×104t/a的生產(chǎn)工藝總投資、產(chǎn)品成本及利潤(rùn)空間等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；總結(jié)了產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模、主要費(fèi)用項(xiàng)目占比大小及不同指數(shù)因子取值對(duì)投資及產(chǎn)品成本的影響。結(jié)果表明，產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模越大，單位產(chǎn)品成本越低，主要費(fèi)用項(xiàng)目占比大小對(duì)各項(xiàng)費(fèi)用的影響越大，當(dāng)產(chǎn)能大于6×104t/a時(shí)，單位產(chǎn)品成本下降趨勢(shì)變小，綜合市場(chǎng)需求、生產(chǎn)現(xiàn)狀等因素，CO2-Urea-DMC 產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模宜在(5～8)×104t/a；DMC產(chǎn)能為5×104t/a工藝的總投資為6.67×108RMB(人民幣，下同)，產(chǎn)品成本為0.95×108RMB/a，利潤(rùn)為1.55×108RMB/a，經(jīng)濟(jì)效益可觀(guān)。

煉油廠(chǎng)； CO2利用； 碳酸二甲脂； 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

隨著全球變暖問(wèn)題的日趨嚴(yán)重化，國(guó)際范圍內(nèi)對(duì)于CO2排放問(wèn)題的關(guān)注度也越來(lái)越高。根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)統(tǒng)計(jì)：工業(yè)CO2排放量占全球總排放的20%，其中煉油板塊CO2排放占工業(yè)總排放的5%以上[1]。截至2015年底，我國(guó)原油消耗量達(dá)到1.63×106t/d，占世界的12.9%[2]。按照原油加工排放系數(shù)0.284 t/(t原油)[3]計(jì)算，CO2排放量為0.46×106t/d。煉油行業(yè)作為高耗能高排放企業(yè)，勢(shì)必承受巨大的減排壓力。典型煉油廠(chǎng)CO2排放源及CO2含量[4]如表1所示，其中制氫單元的煙氣中CO2含量最高，其他單元的CO2體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)20%。目前，從煉油廠(chǎng)尾氣中回收CO2的方法主要有化學(xué)回收法、物理回收法和生物固定法3種[5]。對(duì)于捕集提純后的CO2氣體多用于驅(qū)油、采氣、化工合成或直接注入地下進(jìn)行封存[6]。其中將CO2作為原料合成具有更高價(jià)值化工產(chǎn)品的路線(xiàn)是最具有經(jīng)濟(jì)效益的一種方式[7]。CO2可作為尿素、甲醇、二甲醚、叔丁基醚、碳酸酯等化學(xué)品的生產(chǎn)原料，消耗量達(dá)到1.78×108t/a[8-10]。筆者以煉油廠(chǎng)煙道氣為最初進(jìn)料，先后經(jīng)過(guò)脫水、捕集提純、尿素合成以及碳酸二甲脂合成工藝，構(gòu)建CO2-Urea-DMC產(chǎn)業(yè)鏈，從經(jīng)濟(jì)角度評(píng)價(jià)，對(duì)全流程進(jìn)行系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析，為煉油廠(chǎng)CO2資源化利用提供經(jīng)濟(jì)參考。

表1 典型煉油廠(chǎng)主要CO2排放源Table 1 Main CO2 emission sources of typical refineries

1 CO2-Urea-DMC工藝流程描述

1.1 CO2吸收解析

煉油廠(chǎng)煙道氣中含有CO2、N2、O2、H2O等氣體，還有少量的NOx和SOx[11]。本文中假設(shè)煙道氣已經(jīng)過(guò)水洗降溫、除塵和脫硫氮處理，只含有CO2、N2、O2和H2O 4種組分，摩爾分?jǐn)?shù)分別為10%、69.5%、5.5%、15%。由于煙道氣中CO2分壓較低，因此采用單乙醇胺(MEA)溶液吸收法，流程如圖1所示。

圖1 MEA法吸收CO2流程圖Fig.1 Flowsheet of MEA-based CO2 absorption

煙道氣(Flue-gas)經(jīng)過(guò)MEA吸收塔后，N2、O2和部分H2O從塔頂直接排空(Gas-out)，塔底富液(Rich-out)經(jīng)過(guò)壓縮、加熱后進(jìn)入解析塔將CO2分離出來(lái)。經(jīng)過(guò)解析后的MEA貧液(MEA-Recycle)進(jìn)入吸收塔塔頂循環(huán)利用，解析出的CO2氣體(CO2-out)由塔頂排出進(jìn)入DMC生產(chǎn)單元，純度為99.9%[12]。

1.2 DMC生產(chǎn)單元

DMC生產(chǎn)單元包括尿素合成單元和DMC合成單元，流程如圖2所示。

從MEA富液中解析分離出的CO2氣體(CO2-Feed)與氨氣(NH3-Feed)混合進(jìn)入尿素合成反應(yīng)器(Urea reactor)，反應(yīng)溫度為160℃，壓力為18 MPa，尿素的產(chǎn)率達(dá)到73.8%[13-14]，經(jīng)過(guò)二級(jí)分離除去產(chǎn)物中的原料和水等與甲醇混合進(jìn)入DMC合成反應(yīng)器(DMC reactor)，反應(yīng)溫度為140℃，壓力為0.6 MPa，DMC產(chǎn)率達(dá)到78.7%[15]，未反應(yīng)的原料經(jīng)分離后用于循環(huán)，最終得到純度為99.78%的DMC產(chǎn)品[16]。

圖2 CO2-Urea-DMC工藝流程圖Fig.2 Flowsheet of CO2-Urea-DMC process

2 煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型

2.1 項(xiàng)目總投資估算

項(xiàng)目總投資包括固定資產(chǎn)投資和流動(dòng)資本投資2個(gè)部分，而固定資產(chǎn)投資又可分為生產(chǎn)固定投資和非生產(chǎn)固定投資。

生產(chǎn)固定投資是指整個(gè)工藝流程正常運(yùn)轉(zhuǎn)所必要的裝置以及相關(guān)配套設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)、安裝所產(chǎn)生的費(fèi)用，如反應(yīng)釜、泵、換熱器、儀表的購(gòu)買(mǎi)和安裝、管道的連接等；非生產(chǎn)固定投資指與產(chǎn)品生產(chǎn)不直接關(guān)聯(lián)的項(xiàng)目所產(chǎn)生的費(fèi)用，如土地購(gòu)買(mǎi)及翻新、辦公樓建造、產(chǎn)品儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)取eters等[17]提出一般化工類(lèi)生產(chǎn)廠(chǎng)固定資產(chǎn)投資約占項(xiàng)目總投資的85%。

流動(dòng)資本投資是指產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的費(fèi)用，如原材料的購(gòu)買(mǎi)、員工工資、燃料的消耗、納稅等。

對(duì)于項(xiàng)目總投資的估算有多種方法[18]，美國(guó)造價(jià)師協(xié)會(huì)根據(jù)估算的準(zhǔn)確性不同提出了以下5種估算方法：(1)比率估算法：根據(jù)以往相似項(xiàng)目進(jìn)行投資估算，誤差為±30%；(2)分解估算法：根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)中需要的主要設(shè)備進(jìn)行分項(xiàng)估算，誤差為±30%；(3)邊界估算法：在項(xiàng)目承包商估算之前利用足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行的粗略估算，誤差為±20%；(4)項(xiàng)目控制估算：在項(xiàng)目圖紙及細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)之前，基于相對(duì)完整的項(xiàng)目信息進(jìn)行的投資估算，誤差為±10%；(5)項(xiàng)目承包商的預(yù)算：基于完整的工程制圖、統(tǒng)計(jì)信息以及相關(guān)細(xì)節(jié)做出的預(yù)算，誤差為±5%。

由于目前沒(méi)有針對(duì)煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC產(chǎn)業(yè)鏈全流程的實(shí)例報(bào)道，在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析時(shí)缺少相關(guān)詳細(xì)數(shù)據(jù)，因此，筆者將采用比率估算法。表2列出了一般化工流程固定資產(chǎn)投資中各項(xiàng)投資比率波動(dòng)范圍，從表2可以看出，固定資產(chǎn)投資包括直接投資和間接投資2大部分。表3為3種不同化學(xué)工藝的固定資產(chǎn)投資各項(xiàng)比率。

表2 固定資產(chǎn)投資中各項(xiàng)比例分布Table 2 Typical variation in the percentages of fixed capital investments

Source: Adapted from Ref.[17]

表3 不同化工工藝流程固定資產(chǎn)投資各項(xiàng)比率對(duì)比Table 3 Cost comparison of fixed-capital investment components, as an average percentage of the fixed-capital investment for three different chemical processes

Source: Adapted from Ref.[17]

根據(jù)表2、表3確定煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC流程固定資產(chǎn)投資各項(xiàng)比率，如表4所示。

表4 煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC工藝固定資產(chǎn)投資及各項(xiàng)所占比率Table 4 Percentages of cost components for CO2-Urea-DMC process of a refinery

Peters等[17]提出相似化工流程設(shè)備費(fèi)用與規(guī)模之間存在一定的指數(shù)關(guān)系而非簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，即在現(xiàn)有規(guī)模的設(shè)備造價(jià)已知的情況下，可推算出其他相似流程不同規(guī)模的設(shè)備造價(jià)，該估算方法稱(chēng)為“0.6指數(shù)因子法”如式(1)所示。

(1)

式(1)中，CA為原有A規(guī)模的設(shè)備造價(jià)；CB為B規(guī)模的設(shè)備造價(jià)；SA和SB分別表示A、B 2種規(guī)模的規(guī)模大小。據(jù)文獻(xiàn)[12-16,19-20]可知，產(chǎn)能為4.6×104t/a的煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC工藝流程設(shè)備總造價(jià)約為19.90×106USD。筆者將結(jié)合比率估算法和“0.6指數(shù)因子法”對(duì)煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行項(xiàng)目總投資分析，人民幣對(duì)美元匯率取2015年平均值6.2284。

2.2 產(chǎn)品成本計(jì)算

產(chǎn)品成本的計(jì)算有3種方法[21]：(1)基于每天產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算；(2)基于單位產(chǎn)品量進(jìn)行計(jì)算；(3)基于全年產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算。其中，基于全年產(chǎn)量的計(jì)算方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)可以忽略某些特殊產(chǎn)品的季節(jié)性影響；2)考慮了工廠(chǎng)的投產(chǎn)時(shí)間和設(shè)備停開(kāi)工情況等影響因素；3)在裝置非滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行情況下可進(jìn)行快速計(jì)算；4)對(duì)于一些不常見(jiàn)但無(wú)法忽略的費(fèi)用計(jì)算較快速，如某煉油廠(chǎng)的年周轉(zhuǎn)成本計(jì)算。因此筆者將基于全年產(chǎn)量的計(jì)算方法結(jié)合比率法對(duì)產(chǎn)品成本進(jìn)行估算。

產(chǎn)品成本的各項(xiàng)費(fèi)用所占比率及波動(dòng)范圍如表5 所示，根據(jù)表5數(shù)據(jù)可對(duì)煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC工藝產(chǎn)品成本各項(xiàng)費(fèi)用比率進(jìn)行估算，如表6所示。

3 結(jié)果與討論

3.1 項(xiàng)目總投資結(jié)果分析

由表4可以計(jì)算出不同生產(chǎn)規(guī)模以及固定資產(chǎn)投資和各項(xiàng)占比，結(jié)合固定資產(chǎn)投資在項(xiàng)目總投資中的占比可以計(jì)算出項(xiàng)目總投資與生產(chǎn)規(guī)模之間的關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)表7、表8。

由表8可知，直接投資包括設(shè)備購(gòu)買(mǎi)、安裝、測(cè)控、管道、電力、辦公樓、服務(wù)設(shè)施和土地費(fèi)用等，占固定資產(chǎn)投資的70%；間接投資占固定資產(chǎn)投資的30%，包括工程咨詢(xún)和監(jiān)理費(fèi)用、建設(shè)費(fèi)用、承包費(fèi)和由于意外事故所產(chǎn)生的費(fèi)用等。根據(jù)表7、表8可得出項(xiàng)目投資隨DMC生產(chǎn)規(guī)模不同而變化的趨勢(shì)，以及單位產(chǎn)品的資金投入與產(chǎn)能的關(guān)系，如圖3所示。

表5 典型化工產(chǎn)品成本估算Table 5 Estimation of total product cost

Source: Adapted from Ref.[17]

表6 煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC工藝總產(chǎn)品成本比率Table 6 Cost item percentages for CO2-Urea-DMC process of a refinery

表7 不同DMC生產(chǎn)規(guī)模的固定資產(chǎn)投資Table 7 Fixed-capital investment for a CO2-Urea-DMC plant with different production capacities

1) Percentage of the fixed-capital investment.

表8 不同DMC生產(chǎn)規(guī)模的項(xiàng)目總投資Table 8 Total capital investment for a CO2-Urea-DMC plant with different production capacities

由圖3可知，設(shè)備投資、流動(dòng)資本投資、固定資產(chǎn)投資和項(xiàng)目總投資隨著產(chǎn)能的增加呈指數(shù)上升趨勢(shì)。其中，流動(dòng)資本投資和設(shè)備投資曲線(xiàn)相似，當(dāng)產(chǎn)量在(1～20)×104t/a之間變化時(shí)，兩者費(fèi)用在(0.38～3)×108RMB(人民幣，下同)范圍內(nèi)變化，上升趨勢(shì)較為平緩；固定資產(chǎn)投資和項(xiàng)目總投資變化幅度較大，當(dāng)產(chǎn)量在(1～20)×104t/a之間變化時(shí)，固定資產(chǎn)投資變化區(qū)間為(2～13)×108RMB，總投資變化范圍為(2.5～15.3)×108RMB。由單位產(chǎn)品項(xiàng)目投資費(fèi)用變化曲線(xiàn)可以看出，單位產(chǎn)品的項(xiàng)目投資呈單調(diào)遞減趨勢(shì)，當(dāng)產(chǎn)能大于5×104t/a時(shí)，單位產(chǎn)品項(xiàng)目投資下降幅度較小，因此在項(xiàng)目建設(shè)時(shí)其規(guī)模應(yīng)當(dāng)不小于5×104t/a。

圖3 項(xiàng)目總投資各項(xiàng)費(fèi)用與產(chǎn)能的關(guān)系Fig.3 Variation of capital investment items with varying plant capacity

項(xiàng)目投資是基于“0.6指數(shù)因子法”來(lái)估算，指數(shù)因子“0.6”為經(jīng)驗(yàn)值，因此需考察指數(shù)因子的取值不同對(duì)項(xiàng)目投資的影響。圖4列出了當(dāng)指數(shù)因子分別為0.5、0.6、0.7、0.8的情況下總投資的變化趨勢(shì)。

圖4 總投資隨產(chǎn)能及指數(shù)因子的變化趨勢(shì)Fig.4 Variation of total capital investment with varying plant capacity and estimation factor

由圖4可以看出，隨著指數(shù)因子的增大，總投資隨著產(chǎn)能變化的波動(dòng)逐漸增大。在產(chǎn)能為7×104t/a情況下，指數(shù)因子取0.5時(shí)其總投資約為7.82×108RMB，指數(shù)因子取0.8時(shí)其總投資為8.87×108RMB，變化率為13.4%；在產(chǎn)能為10×104t/a情況下，指數(shù)因子分別為0.5和0.8時(shí)總投資變化率為26.2%；當(dāng)產(chǎn)能為15×104t/a時(shí)，變化率達(dá)到42.5%。因此可以判斷，當(dāng)產(chǎn)量小于10×104t/a時(shí)，估算結(jié)果受指數(shù)因子取值影響較小。

3.2 產(chǎn)品成本結(jié)果分析

根據(jù)表6可知，產(chǎn)品成本中維護(hù)和維修、生產(chǎn)供給品、設(shè)備折舊、稅收、保險(xiǎn)、租金和融資利息等資金投入是基于固定資產(chǎn)投資、建筑、土地和項(xiàng)目總投資計(jì)算的，這些費(fèi)用項(xiàng)目占據(jù)產(chǎn)品成本的54%，可根據(jù)此關(guān)系計(jì)算出產(chǎn)品成本的組成，結(jié)果如表9所示。

由表9結(jié)果可以計(jì)算出各項(xiàng)費(fèi)用在產(chǎn)品成本中的占比情況，如圖5所示。

由圖5可知，維護(hù)和維修費(fèi)用占比最大，占產(chǎn)品總成本的17%；其次是設(shè)備折舊費(fèi)用占13%；原材料費(fèi)用、操作人工費(fèi)和水電費(fèi)，三者各占10%。該5項(xiàng)費(fèi)用隨產(chǎn)能的變化趨勢(shì)如圖6所示。

表9 煉油廠(chǎng)CO2-Urea-DMC工藝產(chǎn)品成本估算Table 9 Estimated annual total product cost for the CO2-Urea-DMC plant

圖5 產(chǎn)品成本各項(xiàng)費(fèi)用占比Fig.5 Cost components by percentage of total product cost

圖6 主要費(fèi)用項(xiàng)目隨產(chǎn)能變化趨勢(shì)Fig.6 Variations of main cost items of the total product cost with varying plant capacity

由圖6可知，隨著產(chǎn)能的增大，各項(xiàng)費(fèi)用也隨之增大。當(dāng)產(chǎn)能在(1～20)×104t/a范圍內(nèi)變化時(shí)，維護(hù)和維修費(fèi)變化區(qū)間為(7～38)×106RMB/a，折舊費(fèi)用變化區(qū)間為(4.5～27.5)×106RMB/a，由于原材料費(fèi)用、操作人工費(fèi)、水電費(fèi)三者占比相同，因此可用同一條曲線(xiàn)表示，變化范圍為(3～22)×106RMB/a。

由表5計(jì)算出生產(chǎn)成本和一般費(fèi)用，如圖7所示。根據(jù)表8可得出產(chǎn)品成本中生產(chǎn)成本占比為85%，一般費(fèi)用占比為15%，因此產(chǎn)品成本與生產(chǎn)成本變化曲線(xiàn)接近，遠(yuǎn)高于一般費(fèi)用曲線(xiàn)。

產(chǎn)品總成本各項(xiàng)比率直接影響總成本的大小，圖8～10分別表示不同產(chǎn)能情況下，產(chǎn)品總成本隨主要費(fèi)用項(xiàng)目(原材料費(fèi)用、操作人工費(fèi)、水電費(fèi)、維護(hù)維修費(fèi)和折舊費(fèi))不同占比的變化趨勢(shì)。

圖7 生產(chǎn)成本和一般費(fèi)用隨產(chǎn)能的變化趨勢(shì)Fig.7 Variations of manufacturing cost and general expenses with varying plant capacity

圖8 產(chǎn)品總成本與原材料/操作人工費(fèi)/水電費(fèi)占比的關(guān)系Fig.8 Variation of total product cost with varying material cost/operating labor/utilities percentage and plant capacity

圖9 產(chǎn)品總成本與維護(hù)維修費(fèi)用占比關(guān)系Fig.9 Variation of total product cost with varying maintenance/repair cost percentage and plant capacity

如圖8～10所示，原材料費(fèi)用、操作人工費(fèi)、水電費(fèi)是基于產(chǎn)品成本的比例計(jì)算，因此產(chǎn)品成本與三者的關(guān)系呈對(duì)數(shù)關(guān)系；設(shè)備的維護(hù)維修費(fèi)用及折舊費(fèi)用是基于固定資產(chǎn)投資的比例而得，在產(chǎn)品成本中的比例固定，因此與產(chǎn)品成本呈線(xiàn)性關(guān)系。隨著各項(xiàng)費(fèi)用占比的升高，產(chǎn)能越大的項(xiàng)目，其產(chǎn)品成本變化幅度越大，以產(chǎn)能分別為5×104t/a和20×104t/a的項(xiàng)目為例，由圖8可見(jiàn)，當(dāng)原材料費(fèi)用占比分別為5%和40%時(shí)，產(chǎn)能5×104t/a的項(xiàng)目產(chǎn)品成本分別為0.8696×108、2.1378×108RMB/a，增長(zhǎng)幅度為1.2682×108RMB/a；對(duì)應(yīng)產(chǎn)能為20×104t/a 的產(chǎn)品成本分別為1.9979×108、4.9115×108RMB/a，增長(zhǎng)幅度為2.9136×108RMB/a，約為產(chǎn)能5×104t/a項(xiàng)目漲幅的2.3倍。

圖10 產(chǎn)品總成本與折舊費(fèi)用占比關(guān)系Fig.10 Variation of total product cost with varying depreciation percentage and plant capacity

指數(shù)因子的取值對(duì)產(chǎn)品成本也存在較大影響，圖11列出了指數(shù)因子分別取0.4～0.8時(shí)，產(chǎn)品成本隨產(chǎn)能的變化趨勢(shì)。

圖11 產(chǎn)品成本隨產(chǎn)能及指數(shù)因子變化趨勢(shì)Fig.11 Variation of total product cost with varying plant capacity and estimation factor

由圖11可知，指數(shù)因子取值越小，相應(yīng)產(chǎn)品總成本隨產(chǎn)能的升高的變化幅度越小。當(dāng)產(chǎn)能在(5～20)×104t/a區(qū)間內(nèi)變化時(shí)，指數(shù)因子為0.4 時(shí)其產(chǎn)品總成本變化范圍為(0.93～1.63)×108RMB/a，指數(shù)因子為0.8時(shí)其產(chǎn)品總成本浮動(dòng)范圍為(0.97～2.93)×108RMB/a。同時(shí)，由曲線(xiàn)斜率與右側(cè)截距可以看出，當(dāng)指數(shù)因子介于0.4～0.6之間時(shí)，曲線(xiàn)變化趨勢(shì)相似；當(dāng)指數(shù)因子取值大于0.6時(shí)，其波動(dòng)范圍變化較大，由此可得指數(shù)因子取值應(yīng)當(dāng)介于0.4～0.6。

3.3 項(xiàng)目規(guī)模及利潤(rùn)分析

由表9可以計(jì)算出不同DMC生產(chǎn)規(guī)模的產(chǎn)品總成本，結(jié)合年產(chǎn)量可得到DMC每噸產(chǎn)品的產(chǎn)品成本，如圖12所示。

圖12 單位產(chǎn)品成本與生產(chǎn)規(guī)模的關(guān)系Fig.12 Variation of cost per unit of capacity with plant capacity

由圖12可知，單位DMC產(chǎn)品成本隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大而降低，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于市場(chǎng)售價(jià)，有較大的利潤(rùn)空間，當(dāng)產(chǎn)量大于6×104t/a時(shí)，其單位產(chǎn)品成本變化趨于平緩。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)DMC生產(chǎn)規(guī)模最大的為山東石大勝華化工股份有限公司的酯交換工藝，DMC產(chǎn)量為6×104t/a；另外目前DMC市場(chǎng)需求量較小，據(jù)預(yù)測(cè)2018年國(guó)內(nèi)DMC需求量?jī)H為72.2×104t[22]，因此考慮到市場(chǎng)因素，CO2-Urea-DMC 產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)當(dāng)控制在(5～8)×104t/a 之間，且在此區(qū)間內(nèi)所采用的估算法中，指數(shù)因子取值影響較小，估算結(jié)果準(zhǔn)確性更高。以產(chǎn)量為5×104t/a的DMC生產(chǎn)項(xiàng)目為例，假設(shè)DMC市場(chǎng)售價(jià)為5000 RMB/t，該項(xiàng)目利潤(rùn)約為1.55×108RMB/a，經(jīng)濟(jì)效益較為可觀(guān)。

4 結(jié) 論

將煉油廠(chǎng)CO2進(jìn)行捕集利用，一方面一定程度上可減輕碳排放壓力，另一方面可將CO2變廢為寶，生產(chǎn)出具有高附加值的化工產(chǎn)品，在帶來(lái)一定經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也具有環(huán)境、社會(huì)等多重效益。筆者在綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，建立煉油廠(chǎng)CO2捕集、DMC合成產(chǎn)業(yè)鏈，采用“0.6指數(shù)因子法”對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈投資及收益等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行了估算。

(1) 以DMC產(chǎn)量為5×104t/a的工藝流程為例，該項(xiàng)目總投資為6.67×108RMB，其中固定投資為5.67×108RMB，一般投資為1.0×108RMB，分別占總投資的85%和15%。結(jié)果表明，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，單位產(chǎn)品總投資隨之減小，當(dāng)產(chǎn)能大于5×104t/a時(shí)，單位產(chǎn)品總投資變化趨勢(shì)趨于平緩。通過(guò)指數(shù)因子敏感度分析可知，估算結(jié)果在產(chǎn)能為10×104t/a以下時(shí)，其估算結(jié)果受指數(shù)因子取值大小影響較小。

(2) 當(dāng)DMC產(chǎn)量為5×104t/a時(shí)，產(chǎn)業(yè)鏈總生產(chǎn)成本為0.95×108RMB/a，單位產(chǎn)品成本為1900.0 RMB/t。產(chǎn)品成本中原材料費(fèi)用、操作人工費(fèi)、水電費(fèi)、設(shè)備維護(hù)維修費(fèi)用、設(shè)備折舊費(fèi)用等因素是影響成本的重要因素。指數(shù)因子取值大小對(duì)成本的估算也有較大影響，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)指數(shù)因子介于0.4～0.6之間時(shí)，成本變化趨勢(shì)相似；當(dāng)取值大于0.6時(shí)，其成本變化幅度明顯增大，因此指數(shù)因子取值應(yīng)介于0.4～0.6。

(3) 單位產(chǎn)品成本隨規(guī)模的擴(kuò)大而逐漸減小，當(dāng)產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模大于6×104t/a時(shí)，下降趨勢(shì)平緩；且考慮到DMC生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)需求因素，產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模不宜過(guò)大，結(jié)合結(jié)論(1)、(2)可知，短期內(nèi)該產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模應(yīng)當(dāng)控制在(5～8)×104t/a之間，在此范圍內(nèi)估算結(jié)果準(zhǔn)確性也相對(duì)較高。結(jié)果表明，規(guī)模為5×104t/a的CO2-Urea-DMC產(chǎn)業(yè)鏈利潤(rùn)約為1.55×108RMB/a，經(jīng)濟(jì)效益可觀(guān)。

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Economic Analysis of the Refinery CO2-Urea-DMC Industrial Chain

YU Han1, JIANG Qingzhe1, SONG Zhaozheng1, YUAN Bo2

(1.StateKeyLaboratoryofHeavyOilProcessing,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.CNPCResearchInstituteofSafetyandEnvironmentTechnology,Beijing102206,China)

With the gradual establishment of the carbon market, the CO2emission problem is becoming an increasingly heavy burden to the refinery industry. Using the CO2captured from the refineries as the feedstock, an CO2-Urea-DMC industry chain and the technological process were elaborated which will result in carbon emission reduction as well as extra economic benefits to the refinery industry. With the cost model based on the six-tenths-factor rule and ratio estimation of the whole chain including CO2capture and separation, an evaluation framework on urea synthesis and dimethyl carbonate(DMC) synthesis was set up. Economic indicators involving total capital investment, total product cost and profit were investigated with variable annual production varying from 5×104tons to 20×104tons. The influences of the plant capacity variations, cost components percentages and index factor on investment and product cost were investigated. Results showed that as the plant capacity increases, the corresponding investments go up as well, while the unit product cost goes down. The costs vary more significantly when the size of the plant capacity is expanded. The unit product cost drops significantly before the capacity reaches 6×104t/a, after which the downward trend appears. The applicable scale range of 5×104-8×104t/a is proposed considering some key factors like the market demand and technology condition. In our estimation, the total capital investment, annual product cost and profit of a CO2-Urea-DMC chain with capacity of 5×104t/a are 6.67×108RMB, 0.95×108and 1.55×108RMB/a, respectively.

refinery; CO2utilization; dimethyl carbonate; economic analysis

2016-09-08

中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司重大科技專(zhuān)項(xiàng)(016E-1209)資助

于涵，男，博士研究生，從事碳減排、回收、利用及能源發(fā)展戰(zhàn)略等研究；E-mail:yuhanluckydog@126.com

宋昭崢，男，副教授，從事油田化學(xué)、碳減排及能源發(fā)展戰(zhàn)略等研究；E-mail：song@cup.edu.cn

1001-8719(2017)04-0791-11

TE01

A

10.3969/j.issn.1001-8719.2017.04.026