美国页岩气和页岩油对于炼油行业的影响-hydrocarbonchina

美国页岩气和页岩油对于炼油行业的影响
鲁凤兰译
(中国石化荆门分公司信息管理中心)
1 介绍
近年来，美国能源行业的页岩气生产产量显著增加。

天然气供应迅速增加从根本上改变了天然气供需状况，因而近期不再需要进口天然气液（LNG），而且提升了美国出口天然气的长期前景。

由于页岩革命，大量而廉价的天然气以及天然气液（NGLs）也导致了以此为原料的美国化工和石化行业的复苏。

尽管页岩行业受到越来越多的关注，目前有关其对美国炼油行业影响的公开可用信息或分析数据却非常匮乏。

然而，炼油行业在某种程度上已经体验了页岩气迅速发展造成的冲击。

例如，从页岩气中回收的低成本乙烷正迅速取代炼油厂石脑油作为乙烯生产的原料。

由于生产商逐渐瞄准了富含液体的页岩开采，对炼油行业的冲击预计会增加。

此外，当廉价页岩气开始供大于求时，企业股东已开始在以天然气为运输燃料的基础设施上进行长期投资，天然气可与现有的石油炼制燃料形成竞争。

在本文中，我们对页岩气对于炼油行业的影响进行了评述，并探讨应对策略，以便炼油行业对市场变化做出积极回应。

2 背景
自2005年以来，页岩气工业急剧增长，从一个微不足道的天然气供应源成为一个主要贡献者，占2011年美国天然气产量的1/4。

最近天然气价格下跌已驱使页岩生产商将开采重点从干气转移到湿气和致密油的生产，这两种产品的盈利性更高。

这种变化的原因是天然气价格疲软，油气比价格进一步攀升（见图1）。

图1也描述了未来几十年油气价格比进一步上升的预期情况。

图2是美国页岩油开采活动地图，突出显示了美国当前热门的页岩油开采区域，主要为Bakken，Eagle Ford，Marcellus，Niobrara和Utica。

图1:历史和预期油气价格比,表明与过去十年相比,今后油气价格向增大的方向发展
图2: 美国页岩开采活动图,突出显示当前主要的页岩油开采区域
在美国北达科他州的Bakken页岩，致密油的可开采量估计为35亿桶，预计到2015年开采量将从目前的50万桶/天（BPD）提高到100万桶/天（BPD）。

Eagle Ford
页岩油储量基本相当（30亿桶），预计到2015年开采量将从目前的15万桶/天（BPD）增长到40万-50万桶/天（BPD）。

新兴的致密油开采地包括科罗拉多州的Niobrara页岩，俄亥俄州的Utica页岩，南加利福尼亚州的Monterey-Santos页岩，后者因其150亿桶的巨大可采储量而闻名。

除页岩油外，页岩开采还包括大量的NGLs。

Eagle Ford的NGLs产量目前大约为10万桶/天（BPD，可望在2015年增加到25万桶/天（BPD）。

美国东北部的Marcellus页岩拥有34亿桶的NGLs可采储量，其目前和计划开采量可与Eagle Ford 页岩油大体相当。

Barnett页岩较少，并且对页岩油的贡献在减小；而Unica是一个新兴开采地，其潜力目前尚未确定。

综上所述，到2016年页岩油产量预计增长到200万桶/天（BPD），对国内石油产量复苏影响显著，导致美国未来几十年内石油进口量减少。

图3描绘了这种市场变化。

图3：近期和未来预期美国石油进口减少量，部分原因为美国页岩开采增加的石油产量
近年来，美国炼油行业经历了大起大落。

在2004年-2007年之间，炼油产品需求旺盛，造就了炼油行业利润高，也就是人们熟知的炼油行业“黄金时代”。

在此期间，经过扩能，炼油能力显著增加。

近年来美国炼油行业另一个重要的趋势是柴油产量稳定增长，这种增长是以汽油产量为代价的；而且炼油产品，如柴油，最近还有汽油的外贸出口也在不断增加。

后面这种趋势证明了国内炼油产品市场疲软，但也预示着发展中国家产品需求正在增加，这对过剩的美国炼油产量
来说也一种有希望的出口。

在这样的背景下，国内原油供应增长的趋势既是及时的，又是幸运的，因为这样既提高了美国炼油业在国际舞台上的竞争力，又降低了美国对于进口原油的依赖程度。

3. 对炼油行业的近期影响
正在兴起的美国页岩气和页岩油已经影响到了炼油行业。

图4为主要影响因素的高层次视图。

从这一角度对现代美国炼油行业的发展进行简要回顾是非常有帮助的。

在本行业的早些时候（大约是1900年），炼油厂主要是由原油蒸馏装置组成，该装置从轻质油品中获取汽油和煤油等。

由于汽车行业的发展和两次世界大战，汽油需求不断增加，在1920-1940年间引入了热裂化和催化裂化工艺，将瓦斯油裂化成汽油。

裂化装置来的副产气体满足了炼油厂的燃料需求。

不久以后引进了催化重整工艺，从低辛烷值原料生产高辛烷值汽油。

重整的一个重要优势是副产氢气，而氢气可有效地处理原料或炼制产品中的杂质。

几十年来，催化重整装置一直是炼油厂所需氢气的主要来源。

在20世纪90年代，美国环保总署推出了《空气清洁法案》，大幅度地提高了汽油的脱硫需求，而且引进了蒸汽-甲烷重整装置上马的风潮，以满足氢气需求的阶段性变化。

在20世纪90年代和21世纪，由于重质原油稳定增长，促使炼油厂配置重油改质加工设施（如延迟焦化，加氢裂化等）。

这意味着炼油厂公用工程巨大的需求，例如燃料、氢气、蒸汽和电力，目前大部分由界外输入。

图4 页岩行业的繁荣对于炼油行业主要近期影响的高层视图
美国页岩业繁荣的一个重要结果就是可长期利用廉价的天然气，无论是外购或在炼油厂内生产，都会显著降低炼油厂公用工程的消耗，而且还可以改善环境印迹。

对炼油厂来说，重新考虑燃料的使用并寻找机会将燃料替换为天然气是很明智的，而且，只要有可能，可将替换出来的燃料升级成高价值产品。

由于美国炼油厂制氢能力主要以甲烷蒸汽重整为主，廉价天然气意味着氢气会更加便宜，会使美国生产的超低硫产品更具竞争力。

从历史上看，脱碳（延迟焦化）历来就是渣油改质的主流技术路线。

从长期看，便宜的氢气会提高加氢的竞争力（例如，渣油加氢处理），从而代替脱碳方法。

美国炼油行业已经开始加工页岩开采的致密油，且数量不断增多，这种趋势可望在未来十年内还将继续。

这些致密油通常有轻质低硫的特点，但其质量相当不稳定；例如据报道，Eagle Ford页岩油重度范围在30-60°API之间（取决于信息来源）。

Bakken页岩区生产的致密油受到管道输出能力的限制，促使页岩油铁路输送以及管道建设计划。

Bakken页岩油大部分预计会提供给美国中西部和山地诸州的炼油厂，但远在费城和华盛顿州的炼油厂已通过船运接收Bakken页岩油，而且将Bakken页岩油连接到海湾沿岸炼油厂的计划正在进行中。

时至今日，Eagle Ford页岩的致密油主要被德克萨斯州的三河城和Corpus Christi两个地区的炼油厂消化了。

就在最近，有人关注要将页岩油输送到更远的炼油厂，如德克萨斯市的Marathon石油公司的炼油厂。

由于美国海湾地区的炼油能力巨大，Eagle Ford的页岩油有望在该地区的加工。

其它致密油的开采，如Niobrara, Utica和Monterey-Santos仍处于发展初期，本文未予详细讨论。

美国炼油厂处理的国内原油量不断增加，一个重要结果就是减少了国外原油的进口，主要是通过海运抵达美国海湾沿岸的进口原油。

这种趋势已经显现，未来十年预计这种情况会持续。

当廉价的页岩气和致密油对炼油行业产生直接影响时，页岩天然气液（NGLs）产量急剧上升或多或少会对炼油行业产生一些间接影响。

在终端市场上，廉价的页岩天然气液（NGLs）和炼油厂液化石油气（LPG）和轻石脑油形成了竞争。

例如，廉价的页岩乙烷促使乙烯生产商将乙烷做为其蒸汽裂解装置的原料，而取代了炼油厂的石脑油（图5），为此炼油厂就需要为石脑油寻找出路。

在阿尔伯塔省，对于沥青稀释液的需求不断增加，这为替换下来的石脑油提供了一个非常诱人的前景。

加之从加拿大运输沥青的增加，美国炼油行业是最大的受益者。

乙烯原料变为乙烷的另一个结果是降低了副产丙烯与丁二烯产量，因此对于
建设专门生产这些烯烃的脱氢装置的兴趣得到复苏。

目前丙烯短缺为炼油厂提供了市场机会，炼油厂可通过催化裂化（FCC）装置增产丙烯。

一段时间内，美国LPG市场期望从海湾出口LPG的量不断增加。

页岩LPG大量增加，暴露了输出能力的瓶颈，造成了现有码头匆忙扩大和新增能力。

总而言之，廉价页岩NGLs的急剧增加让炼油厂处理轻质馏分和石脑油时构成挑战。

从长远来看，乙烯扩能和LPG出口扩能会将目前的情况缓解到一定的程度，在此之前，炼油厂需考虑为这些产品寻找另外的市场出口，同时也应探索新的方案，在炼油厂内精制这些轻质产品。

图5 烯烃生产路线竞争总览，表明了页岩气中乙烷的影响
4.对炼油行业的长期影响
油气高价差的环境激发了人们的极大的兴趣，将天然气直接做为运输燃料使用（如LNG,或压缩天然气CNG），及通过化学转化生产液体运输燃料间接使用。

汽车行业使用CNG或LNG的技术业已成熟，加注燃料的基础设施匮乏和汽车改造成本是在美国应用这些燃料的障碍。

美国政府与运输行业股东合作，创建基础设施，鼓励在选定的当地市场（圣安东尼奥–奥斯汀–达拉斯–休斯顿; 圣地亚哥–洛杉矶–旧金山,等）应用这些燃料。

加利福尼亚能源委员会投资了一些项目，提供大量资金开发重型卡车LNG 技术和加油基础设施。

典型应用包括垃圾运输车，当地送货车（杂货店）和“8”级大巴（通常车辆重量为30000－80000磅）。

清洁能源公司和LNG汽车开发商Navistar公司最近宣布了一项联合销售协议，在美国开发大规模LNG加气站网络，旨在为长途卡车服务。

2011年，页岩油生产商Chesapeake能源公司为清洁能源公
司投资了1.5亿美元支持LNG燃料基础设施的开发。

应用费托合成（F-T）工艺，天然气经化学反应转化为液体燃料，这一工艺在技术和商业化运作上都很成熟，因为其产品可以利用现有的液体燃料基础设施，因此格外具有吸引力。

然而该技术的主要挑战是转化投资相对较高。

最近的预测表明天然气液化（GTL）装置的投资约为10万美元/桶加工能力。

在此成本之上，为了收回投资和获得有价值的回报，天然气和运输燃料之间必须维持一个稳定而足够的价差。

由于认识到这些挑战以及相应的机遇，Chesapeake公司最近宣布成立一个10亿美元的风险基金，长期投资天然气基础设施和技术。

萨索尔公司是一家南非石油公司，因其GTL和煤液化技术而闻名，最近宣布了在路易斯安那州西南的Calcasieu Parish建设96000桶加工能力的装置。

在此之前，萨索尔公司与它的加拿大合资企业Talisman公司在不列颠哥伦比亚省建造两套GTL装置。

壳牌公司最近宣布，它正在美国为其下一个GTL项目寻找厂址，很可能是美国海湾地区。

天然气液化还有其它技术路线，例如转化为甲醇，甲醇可进一步转化为液体燃料，例如汽油，或选择生产烯烃和石化产品。

由于成本巨大，时间较长以及不确定性因素影响其开发前景，预期页岩气对于运输行业的影响短期内不会大；然而，我们可以合理地推断，页岩气LNG和GTL将成为研究和基础设施投资增长的领域。

对于炼油行业来说，密切关注市场将是明智之举，以便对影响到炼油行业的趋势和发展做出积极的回应。

5 要点
美国页岩盆地天然气和页岩油生产繁荣，对于全球能源行业产生的结构性的影响，这一点现在已得到一致确认。

例如，页岩气中的廉价乙烷已对美国乙烯工业生产产生了积极的影响，也对乙烯衍生物市场产生了有益的连锁影响。

尽管天然气价格下降，但油品价格坚挺，有利的价差使得页岩油生产商把目光聚焦于富含石油的页岩开发上，推动了石油和NGL产量急剧上升。

几十年来，美国国内石油产量首次开始上升，国外石油进口开始缩减。

国内石油产品需求疲软，使得美国成为成品油，包括汽油的净出口国。

由于天然气廉价易得，显著地降低了炼油厂公用工程的成本，改善了收益。

特别是廉价的氢气提高了美国炼油厂在重油改质和超低硫燃料生产方面的竞争力。

同样也会对美国炼油收益和竞争力产生积极影响。

Bakken页岩生产的油气大部分都供应给当地的炼油厂，一直到解决输出管道的瓶颈问题。

Eagle Ford页岩生产的油气将主要在海湾沿岸的炼油厂加工，以取代进口轻质原油。

近期内大量廉价的页岩NGLs通常会让美国炼油厂陷入困境，因为NGLs在终端市场上与炼油厂生产的轻烃和石脑油形成竞争。

在终端市场和油品供应链充分扩张到足以吸收多余的油品之前，炼油厂将不得不探索创新性的解决方案来处理或在现场对炼油厂轻烃改质。

对于加拿大西部的沥青稀释液的需求不断增长，对于炼油厂来说是一个光明的前景，对于被页岩乙烷取代的用于乙烯裂解的炼油厂石脑油来说，也是一个非常诱人的出路。

作为乙烯原料，越来越多的乙烷被应用，造成了丙烯的短缺，炼油厂可扩大FCC装置增产丙烯。

从长期来看，油气价差不断扩大，会使各方努力将天然气通过CNG,LNG和GTL转变为运输燃料。

炼油厂应密切关注这些市场，以便对影响炼油行业的趋势和发展做出积极的回应。

摘自《2012 AFPM ANNUAL MEETING》2012年美国燃料和石化生产商年会报告译文集之《Impact of US Shale Gas and Liquids on the Refining Sector》。