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天然气化工利用的经济性分析
    摘要：文章以完全成本法模型为基准，分析了采用天然气为原料生产合成氨、甲醇、丁辛醇、 氢气等产品时盈亏平衡点的天然气价格，提出了降低天然气成本，扩大应用范围的建议。
    关键词： 天然气 成本 盈亏平衡点
    天然气是高热值的清洁能源，同时也是发展C1化学工业的基本原料，其下游衍生物以合成气为基础原料的产品，如合成氨、甲醇、丁辛醇、氢气等已形成规模化生产，有力地推动了天然气化工利用的发展。以下对天然气的几种主要衍生物进行简单的技术经济分析，以预测不同化工产品采用天然气为原料时盈亏平衡点的天然气价格，以供天然气的化工利用方案参考。

1 完全成本模型及测算方法
    完全成本法是将企业在生产经营过程中发生的所有费用都分摊到产品成本中去，形成产品的完全成本，包括直接材料（原材料、辅助材料、燃料及动力）、直接工资、其他直接支出、制造费用、期间费用（管理费用、财务费用和销售费用）[1]。
    以装置规模、原料及公用工程消耗、定员、制造费用(包括折旧及维修费等)、投资、期间费用等参数为基础，来计算盈亏，
    当完全成本/(产品售价-税金)<1时，产品盈利；
    当完全成本/(产品售价-税金)=1时，产品为盈亏平衡点；
    当完全成本/(产品售价-税金)>1时，产品亏损。
    在盈亏平衡点时，完全成本=产品售价-税金。
    以此列方程求出天然气价格。
    方程左为：先设每立方米天然气价格为x，由原料、辅助材料、公用工程消耗、直接工资、制造费用等基础参数，列出含x的生产成本，期间费用按生产成本的的10%计，形成产品完全成本。
    方程右为："产品售价-税金"，其中产品价格按1998-2002年华东地区平均价计，产品及公用工程价格见表1。税金为含x的代数式，税金在盈亏平衡点时不计所得税，只计流转税及附加。流转税包括增值税、消费税和营业税，石化产品一般不涉及营业税，且仅汽油、柴油含消费税，故实际流转税即为增值税。城建税为流转税的7%，教育附加为流转税的3%，合计为增值税的10%。
    增值税=销售价(含税)×扣税率-买价(含税)×扣税率，扣税率=税率/(1+税率)，
    其中化肥增值税率为13%，其余为17%[2]。由此方程求出盈亏平衡点时天然气价格x，以测算不同产品对天然气价格的承受能力。主要测算的产品包括合成氨、甲醇、丁辛醇、氢气。

表1 产品及公用工程价格
元/t
项目名称
价格（含税）
产品

合成氨
1 400
甲醇
1 615
丁辛醇
5 230
氢气
7 200
丙烯(化学级)
3 333
公用工程

新鲜水
2.34
高压蒸汽
80
中压蒸汽
70
氮气/元·m－3
0.50
电/元·（kW·h）－1
0.50
脱盐水
11.7
工业风/元·m－3
0.35
循环水
0.29
2 天然气下游产品盈亏平衡点测算
2.1 合成氨及尿素
    以300 kt/a合成氨装置为基准，合成氨售价为1 400元/t，天然气消耗量为每吨氨1 070 m3，设盈亏平衡点时天然气价格为x元/m3。合成氨成本构成见表2。
表2 合成氨成本构成表
元/t
项目
成本
直接材料
1 070x +144
原材料
1070x
辅助材料
16
燃料及动力
128
直接工资
6
制造费用
299
生产成本
1070x +449
完全成本
(1+10%)(1 070x +449)
    (1+10%)(1 070x +449)=1 400-[1 400-(1 070x +144)]×13%(1+7%+3%)/(1+13%) x=0.67元/m3
    采用天然气加压蒸汽转化法生产时，在合成氨价格为1 400元/t的情况下，完全生产成本中原材料及辅助材料约占52%，盈亏平衡点时天然气的价格为0.67元/m3。由于近几年尿素价格持续走低，造成合成氨对天然气价格承受能力较差。
2.2 甲醇
    以规模为300 kt/a天然气重整合成装置为基准，天然气耗量为每吨甲醇959m3，设盈亏平衡点时天然气价格为x元/m3。甲醇成本构成见表3。
表3 甲醇成本构成表
元/t
项目
成本
直接材料
959x +93
原材料
959x
辅助材料
33
燃料及动力
60
直接工资
6
制造费用
312
生产成本
959x +411
完全成本
(1+10%)(959x +411)
    (1+10%)(959x +411)=1 615-[1 615-(959x +93)]×17%(1+7%+3%)/(1+17%) x=1.02元/m3
    在甲醇价格为1 615元/t时，甲醇完全成本中原料及辅助材料占63%，生产甲醇所需天然气的盈亏平衡点为1.02元/m3。若甲醇规模扩大，产品成本中固定费用将进一步下降，盈亏平衡点将上升。
2.3 丁辛醇
    以250 kt/a丁辛醇装置为基准，采用天然气重整生成合成气，合成气与丙烯液相羰基合成生成丁辛醇工艺路线。产品方案为丁醇140 kt/a，辛醇110 kt/a，合成气单耗为每吨丁辛醇760m3，丙烯单耗为每吨丁辛醇0.72 t，化学级丙烯价格为3 333元/t。先由丁辛醇价格求出合成气价格，再进一步求出天然气价格。设盈亏平衡点时合成气价格为x元/m3，天然气价格为y元/m3。丁辛醇成本构成见表4。

表4 丁辛醇成本构成
元/t
项目
成本
丁辛醇产品
合成气
直接材料
760x +3 379
735y +682
原材料
760x +2 773
735y
辅助材料
330
32
燃料及动力
276
650
直接工资
8
13
制造费用
150
370
生产成本
760x +3 537
735y+1 065
完全成本
(1+10%)(760x +3 537)
(1+10%)(735y +1 065)
    (1+10%)(760x +3 537)=5 230-[5 230-(760x+3 379)]×17%(1+7%+3%)/(1+17%) x=1.46元/m3，即合成气价格为1.46元/m3（2 190元/t）
    (1+10%)(735 y +1 065)=2 190-[2 190-(735y+682)]×17%(1+7%+3%)/(1+17%) y =1.13元/m3，即天然气价格为1.13元/m3。
    按丁辛醇价格为5 230元/t，原材料占完全生产成本的74%，这主要是由于原料中除合成气外，还需化学级丙烯约每吨丁辛醇2 400元，故原料占成本比例较高，按完全成本法，由合成气测算出盈亏平衡点的天然气价格为1.13元/m3。

2.4 制氢
    制氢装置以规模4×104m3/h (28.57 kt/a)为基准，工艺路线为天然气催化重整，天然气耗量为每吨氢气5 200m3。设盈亏平衡点时天然气价格为x元/m3。其完全成本构成见表5。
表5 完全成本构成
元/t
项目
成本
直接材料
5 200x +82
原材料
5 200x
辅助材料
40
燃料及动力
42
直接工资
34
制造费用
268
生产成本
5 200x-85
完全成本
(1+10%)(5200x-85 )
注:生产成本已扣副产蒸汽469元/t。
    (1+10%)(5 200x-85)=7 200-[7 200-(5 200x+82)]×17%(1+7%+3%)/(1+17%) x=1.26元/m3。
    当氢气价格为7 200元/t时，天然气重整制氢中原料占完全成本的91%，按完全成本法测算，盈亏平衡点的天然气价格为1.26元/m3。

3 结论及建议
    从上述分析看出，不同化工产品对天然气价格的承受能力不同，上述产品中以合成氨承受能力最差，制氢承受能力最强，其综合盈亏平衡点见表6。
表6 天然气下游产品盈亏平衡点价格
元/m3
产品名称
产品单价/ 元·t-1
盈亏平衡点
合成氨
1 400
0.67
甲醇
1 615
1.02
丁辛醇
5 230
1.13
氢气
7 200
1.26
    由表6看出，除化肥外，国内化工产品对天然气价格的承受能力范围在1.0元/m3～1.26元/m3之间，产品单价越高，天然气盈亏平衡点的价格也越高,但不是比例关系。中石化集团公司拥有渣油造气、轻油制氢等装置，如何利用廉价清洁的天然气替代不合理的原料和燃料路线，扩大天然气应用范围，是提高集团公司整体效益的主要措施之一，关键是要进一步降低天然气开采及输送成本。
    2000年，中石化集团公司天然气产量已达39.26×108 m3，从中石化总体统筹考虑，应加大天然气开发的技术投入，提高上下游整合度，降低开采及管输成本，用廉价天然气顶替企业所需的轻油、抽余C4、裂解C5等深加工价值较高的化工原料，降低企业能耗和原料消耗，盘活固定资产，为产品深加工提供原料支持。
    对距天然气田较远，用气成本较高的东部企业，也可按洞氮煤造气的模式，利用丰富的煤炭资源生产合成气，以系统优化企业燃料及原料结构，提高下游合成氨、醇类、制氢等产品的市场竞争力，当然也有煤利用的经济性分析问题。
参 考 文 献
1 于守法. 建设项目经济评价方法与参数应用讲座. 北京：中国计划出版社，1995. 85页
2 赵永丰. 化工百科全书（第13册）. 北京：化学工业出版社，1997. 54页
Economic Analysis on Utilization of Natural Gas in Chemical Engineering Field
(Programming Institute, SINOPEC Qilu Petrochemical Company, Zibo 255400)
ABSTRACT
     Taking complete cost model as benchmark, this paper analyzed the price of natural gas at break-even point when producing synthesized ammonia, methanol, butyloctanol, and hydrogen with natural gas as raw material, and raised the proposals on reducing natural gas cost and widening its applying range.
    Keywords: natural gas, cost, break-even point