1、第30卷第4期2007年10月煤炭轉化COALCONVERSIONVol.30No.4Oct.2007多方案煤制二甲酰的成本比較.張一惟D黃河2）李政3）倪維斗"摘要經濟成本作為影響煤制二甲醒市場發展的重要因素一直是人們關心的問題.考慮由生產和運輸兩個主要環節組成的不同煤制二甲醒情景，選擇多種工藝和方法，設計了8條技術路線.并對由這些路線計算所得的二甲醒成本進行分析和比較，在此基礎上對各技術路線進行了敏感性分析.計算結果表明，在假定的條件下，采用在煤炭產地一步生產出二甲酸再運輸的方式交貨成本最低，最具競爭力.敏感性分析表明，投資成本和原料價格對二甲醒成本的影響最大.關鍵詞煤制二甲醒，

2、技術路錢，成本比較中圖分類號0引言煤制二甲醒既可以作為液化石油氣（LPG）的替代品，也有可能作為車用柴油的替代品，因此是一種有望在我國得到大力發展的替代燃料.最終到達市場的煤制二甲醒的生產和運輸情景大致有兩類，一是首先在生產地制造甲醇，將甲醇運輸到市場地后脫水制成最終使用的二甲醒；二是在生產地直接制成二甲酰，隨后將二甲醍產品運輸到市場地.實際中迫切需要回答的一個問題是:從經濟角度看，上述兩種情景中哪一種成本更合算？產生上述問題的主要原因在于甲醇和二甲隧的物理性質不同，從而導致運輸方式和運輸費用的不同.二甲醒在常溫常壓下為氣體，因此運輸過程需要加壓容器，會加大運輸成本；甲醇在常溫常壓下為液體，單

3、位產品的運輸費用應當低于二甲醒，但由于最終在市場地需要脫除一定質量的水，部分抵消了運輸費用低的優勢.正是因為存在上述正、負兩方面的因素，導致無法簡單、直接地回答兩種方式孰優孰劣.為此，本文試圖通過考核這兩種生產和運輸情景，設計多條技術路線，對其成本進行計算比較，以期在一定程度上對該問題作出解答.為使成本計算的結果具有可比性，各條路線均以入廠原料煤為起點，到達市場的二甲醒為終端產品，分別計算生產和運輸環節的成本，最終加和得到總成本（即交貨成本）.1技術路線選擇1.1生產方式本文涉及的生產方式見表1.其中，煤制二甲酰氣相一步半法是氣相兩步法的改進，與傳統的以精甲醇為原料的兩步法不同的是將二甲醒生產

4、裝置和甲醇裝置直接相連，用甲醇合成氣相產物（粗甲醇）直接作為二甲醒合成原料，并充分利用甲醇生產中的能最，這種方法與傳統兩步法相比降低了二甲醒成本和能耗，用它代替氣相兩步法，另外，山東久泰公司開發的甲醇制二甲醒液相法新工藝由于缺乏相關資料，故不列入討論范疇.«1選定的生產方式Table1SelectedproductiontechniquesRawmaterialProductsProductiontechniques(shortenedforms)CoalMeOHGasphaseMeOHsynthesis(GPMeOH)LiquidphaseMeOHsynthesis(LPMeOH)

5、MeOHDMEFixedbedMeOHdehydration(MeOHdehydration)CoalDMEGPMeOHintegratedwithMeOHdehydration(integratedGPDME)Single-stepliquidphaseDMEsynthesis(LPDME)12運輸方式選用的運輸方式有公路和鐵路運輸.為了能較為清楚地反映各種運輸方式的特點，在一條技術路線中只采用一種運輸方式，不考慮不同方式的組合.公路運輸中，考慮到運輸任務長期穩定，自行組建車隊運輸.國家重點基礎研究發展規劃（973）項目（2OO5CB2212O7）.1）碩士生；2）博士后；3）教授、博土生導

6、師,4）中國工程院院士、教授、博士生導牌，清華大學熱能工程系,100084北京收稿日期：2007-06-19；修回日期：2007-08-01張一惟等多方案煤制二甲醒的成本比較87鐵路運輸中，考慮到在中國鐵路運輸屬于國家部門，因此采取的是租用鐵路罐車的方式進行運輸，運費按文獻3中規定計算.又考慮到一般工廠離國家修建的鐵路有一雄距離，因此需要自行修建一段接軌鐵路,使火車能直接通到工廠內部，方便運輸.研究之初曾考慮過管道運輸，但初步計算的結果顯示，由于管網修建成本高而導致在考慮的運量和距離范圍內其運輸成本過高，缺乏競爭力，因此下文中未將其列入討論范疇.1.3選定的技術路線根據選定的生產和運輸方式，組

7、合成8條技術路線(見表2).表2技術路線清單Table2ListofselectedtechnicalpathwaysNo.TechnicalpathwaysScenario11234GPMeOH+truck&MeOHtank+MeOHdehydrationGPMeOH+train&MeOHtank+MeOHdehydrationLPMcOH+truck&MeOHunk+MeOHdehydrationLPMeOH+train&MeOHtank+MeOHdehydrationScenario25678IntegratedGPDME+truck&伽Epres

8、surizedtankIntegratedGPDME+train&DMEpressuriredtankLPDME+truck&DMEpressurizedtankLPDME+train&DMEpressurizedtank2經濟成本計算在進行計算之前，首先需要給定統一的假設條件(見表3).應該指出，計算的結果和假設的條件是有較大關系的.表3主要假設ItemAnnualDMEyield/(ta-1)Annualproducingdays/(d,a-1)Discountrate/%Plantlifetime/aStraight-linedistance/kmAverages

9、alary/RMB(personyear)1Value500000300102020024000Table3Keyassumptions|Referencedequipmentcm?Depreciationcharge|Plantcapacity)*Equipment<x»tLabor&Fixedoperatingcmt計算中涉及多方面的數據，包括原料和各種能源價格、匯率、主要設備的參考價格及規模、各種生產數據和運輸數據等.在數據選取時盡量以國內的數據為主，國外的數據為輔.在同一參數有多組數據可供選擇時，盡量選取來源可信度高、工業背景相似、條目說明清楚、時間較近的數據，

10、并盡可能保持數據來源的一致性；另外，為了統一基礎，將其中的價格費用數據折算修正到2005年時的水平.各條技術路線最終成本單位均為元/t二甲酵.雖然不同文獻中經濟性計算所用清單的具體條目各不相同，但簡單來說成本都可以分為兩部分，即：pathwayoper.pathwayCdepr.p«thwy式中:Cp*thw”代表某一技術路線的成本;Coper,pathway代表該路線的運行成本如,ghw”代表該路線的折舊費用.由于難以找到詳細的數據按工業方法估算，本文選擇的是參數估算類經濟分析方法，即不考慮投資資金的組成、還貸、產品的銷售問題和稅收問題，只是以主要設備造價為計算基礎，考慮各類運維費

11、用以及物質和能量的輸入，從而得到其生產運輸成本，大致計算流程見圖1.圖1中TCI(totalcapitalinvestment)是環節的總投資,CRF(annualcapitalrecoveryfactor)是年均投資費用率.各條路線所用的計算步驟相似，下面以“煤氣相一步半法合成DME+汽車、DME儲槽”路線為例進Scale&locationfacton)r_IInrartmentcoot(acton|Rawmatgrid&utilitiegcomua>ptiw»|materiij&utilitiespricesVariableopwiingeo<

12、t|IOperatingcostI圖1成本計算流程圖Fig.Flowchartofcostcalculation行說明.2.1生產成本該路線的生產環節由一個氣相一步半法煤制二甲酰工廠組成.投資費用包括工廠的建設費用和初期工廠開始生產所需投入的流動資金，操作費用包括日常的原料、能源等消耗費用、工廠的運行維護費用、人員的工資以及監督管理費用等.煤氣相一步半法合成二甲醍的大致生產流程見第88頁圖2.生產成本的計算步驟見第88頁表4,未注明時,單位“元”指2005年人民幣.在計算固定投資的時候以煤處理制漿系統為例，列出計算步驟，其他部分的計算與之類似，直接給出計算結果.RawcoalCoalhandl

13、ingSlurrypreparaUooCoal-waterslurryGoifier|RE叩曾?|WGS&cleanupAirASUSyngiBIMeOHpntbeti.|ToRawMeOHjinuatportarionlStorage&亍thesi,|PTOCeM|Unacted1圖2氣相一步半法煤制二甲醒流程示意圖Fig.2FlowchartofintegratedGPDME2.2運輸成本該路線汽車運輸環節的設備是由牽引車和二甲醮儲槽組成的.牽引車拖載二甲隧儲槽到二甲酰工廠，由工廠的后處理設備將二甲醒加壓充裝到儲槽中.充裝完畢后，由牽引車將裝滿二甲酰的儲槽運送.到使用地交貨

14、.投資費用包括購買牽引車和二甲髓儲槽的花費；操作費用包括牽引車的燃料費用、車輛和儲槽的運行維護費用、人員的工資以及監督管理費用等.運輸成本的計算步驟見第89頁表5.衰4生產成本計算步驟Table4ApproachofproductioncostcalculationItemSymbolUnitFormulaornoteResultBasicdataAnnualDMEyieldYyt/aAssumed500000AnnualproducingdaysTdAssumed300NumberofworkersNworkerpersonAssumed250Productionefficiency7%Fr

15、omReference。57.4O21coalratiotngasifierR()2coalAssumed0.913ElectricityconsumptionUelectricitykWh/tO2FromReference"400LHVofDMEDMEMJ/kgFromReference"28.8LHVofcoalHzMJ/kgFromReference427.455PlantlifetimenyearsAssumed20Discountratei%Assumed10LocationfactorTocatioa%FromReference565Exchangerate($

16、toRMB)RekhagAverageexchangeratein2005(BankofChina)8.1949CoalpricePcoalRMB/tAssumed300ElectricitypricePelectricityRMB/(kWh)Electricitypriceoflargeindustrialusein2005(ShanxiProvince)0.34AveragesalaryPutaryRMB/(persona*)Assumed24000DepreciationchargeCoalhandling&preparationC?coalprtpMillionUSdollar

17、(M$)Calculatedin'anapproachshowedbelowindashedframe40.78ReferencedequipmentcostCmM$(2OO2)FromReference29.10'ReferencedequipmentcapacitySmtonscoal/dFromReference2367ScalefactorscalcFromReference。0.67ChemicalengineeringplantCEPCI2002FromReference"395.6Costindex(CEPC1)CEPCI2005FromReferenc

18、e”468.2EquipmentcapacitySprtonscoal/dqr1pr*T73046EquipmentcostCgM$(2005)(CEPC】2<JJ40.78ASUCasuM$Calculatedinthesameapproachofcoalhandling&preparationsystem83.17TexacocoalgasifierCgtMfierM$Thesameasabove116.67WGSCwGSM$Thesameasabove4.50CleanupsystemCK|eiolM$Thesameasabove68.03MeOHsynthesisCgpm

19、»ohM$Thesameasabove102.40DMEsynthesis&purificationCdehyipuriM$Thesameasabove33.13Storage&loadingCstof4loadM$Thesameasabove33.00Fixedcapitalinvestment(USA)FCIusaM$FCIusa=SUM(Ccoatprep.Casu)481.68Fixedcapitalinvestment(PRC)FCIprc10000RMBFCIprc=FCIusaXgtsnX&«»»守256576Wor

20、kingcapitalwc10000RMBPCIwcf'1。28508Workingcapitalis10%oftotalcapitalinvestmentTotalcapitalinvestmentTCI10000RMBTCIuFCl+WC285084AnnualcapitalrecoveryCRFozIQOXt11.75factorzbAnnualdepreciationchargeJ10000RMB/aS=TC1XCRF33497第4期張一惟等多方案煤制二甲醍的成本比較89續表4ItemSymbolUnitFormulaornoteResultOperatingcostAnnua

21、lrawmaterial.,.HDME1zixMcoaXconsumption(coal)t/a如匕913754AnnualrawmaterialcostCco«i10000RMB/aCco.1=Pc«iMco.i/1000027413AnnualelectricityconsumptionMdectnoty10000kwh/aMclecuidtyUrfccMdtyMcodR%.eoal/lO00033370AnnualelectricitycostCciectrctty10000RMB/aCek<ifid«y=PelectrnityA/eleinaty11

22、346M&QcostCm&r10000RMB/aCm&r=0.02XFCJ5132Variableoperatingcost0000RMB/aCf.rwMe=Ccm!+C'dertncwy+CM&R43891LaborcostCi”10000RMB/aC'wlary=P3“yNworker600SupervisioncostC»vptrnMon10000RMB/aC=015XCuUry90Fixedoperatingcost10000RMB/aCfixed=C*saUry+Cuiperviium690Annualoperatingcos

23、tCoper10000RMB/aCoperCv.ruMr+CfiM.d44581ProductioncostAnnualtotalproductioncostCprodtoui10000RMB/aC*prod<o(al=C&pr+Coper78078ProductioncostCnMEprodRMB/tC*DMEprod=10OOOCprodtocil/Yy1562表5運輸成本計算步驟Tabic5ApproachoftransportationcostcalculationItemSymbolUnitFormuladrnoteResultllasicdata100kmdiesel

24、oilconsumptionQtSeidL/100kmDataofDongfengEQ4243Gheavytractor38.5TruckunitpricePtrvck10000RMB/truckDataofDongfengEQ4243Gheavytractor25.6411TrucklifetimeWtruckyearsAssumed10DMEpressurizedtankvolumeV,.km3Assumed30DMEpressurizedtankunitpricePtank10000RMB/tankFoundUSunitpricefromReference8»thencalcu

25、latedChinaunitpriceusingexchangerateandlocationfactormentionedabove16.1388DMEpressurizedtanklifetimeyearsAssumed20Truckaveragespeedkm/hAssumed70loadingspeedQgdL/minAssumed300Truckavailability"truth%Assumed80DriverspertruckNdriverpersons/truckAssumed2Transportationdistance乙nmkmAdded20%tostraight

26、-linedistanceinconsiderationofactualroadtransportation240DieseloilpriceRMB/LAssumed3.5DMEdensityPDMEkg/m3FromReference4670DepreciationchargeTransportcapacitypercrip%t/trip吼伽me/100020.1TripsperyearNgtrips/aAZtrip=Yy/"trip24876TimepertripTtnph/tripT_2A|ran.2OOOVudtE財160Q心10.3Numberoftrucksneededp

27、eryearNdtruckM_TtripMripMs8760米心37NumberofdriversNdnverlolalpersonNdnverlotal=Ndriveriruci74TotalnumberoftrucksneededNirKKkiotal-flduringplantlifetimetruckNtrucktotal=Ntruckntrvck74TotalnumberoftanksneededNtank<ot«ltankKT.KT37duringplantlifetimeIVtanktotal=.TotalcapitalinvestmentTCI10000RMBT

28、CI=NuiKkrotaJP+AZtankrofaj/tank2495AnnualdepreciationchargeCdepr10000RMB/aCs=TClXCRF293OperatingcostAnnualdieseloilAfdiwiL/ay2£>trantnpQdieielMdiexl.一,A/:-4597085consumption100AnnualdieseloilcostC'dicscl10000RMB/aCgyPdiMdi/l000016092007年續表5ItemSymbolUnitFormulaornoteResultM&()costC&#

29、39;mm10000RMB/aCmu=0.05XTCI125VariableoperatingcostCvariable10000RMB/aC”n*ble=CdZ1734LaborcostCaaUry10000RMB/aCsahry"PMhryA/drwenoul177.6SupervisioncostC»upervi*»O«>10000RMB/a=15XC5.nr26.64FixedoperatingcostC*fi»cd10000RMB/aC(med=+CMptrviMon204.24AnnualoperatingcostCope,1

30、0000RMB/aCoper=Cvanabk+Gi*ed1938TransportationcostAnnualtotaltransportationcostGr.ntoul10000RMB/aCtrantoul=Cdcr+Coper2231TransportationcostCr)MEtr«aRMB/tCDMEtr«n=l000C”.iK<x*l/Yy452.3總成本所增大，且成本最高和最低的路線可能發生改變，改變情況將在第4.3部分中進行討論.由第2.1部分和第2.2部分的計算，則該路線得到二甲酰的交貨成本為：CDME=CDMEprod+CDMEmn=1562+4

31、5=1607兀/t3計算結果比較分析3.1技術路線成本比較計算出的各條路線二甲醯的交貨成本見圖3,淺色部分是生產成本，深色部分是運輸成本.1700r11111111112345678No.oftechnicalpathway圖38條技術路線交貨成本比較(500000tDME/a,200km)Fig.3Deliverycostcomparisonof8technicalpathways(500000tDME/a,200km)Transportationcost;Productioncosl在假設條件下（500000tDME/a,200km）,總的來說，情景一技術路線（運輸甲醇）的成本略高于情景二

32、技術路線（運輸DME）的成本.成本最高的技術路線是第2條，即“煤氣相法合成MeOH+火車+MeOH氣相脫水法合成DME”路線;成本最低的技術路線是第7條，即“煤液相一步法合成DME+汽車、DME儲槽”路線.最低和最高成本之間相差大約100元/t.運輸成本在整個交貨成本中占的比例很小，這主要是由于所假設的條件中運輸距離比較短.若距離增加，總體上情景-一成本高于情景二成本的現象將保持不變，但各路線中運輸成本的比例會有3.2生產技術成本比較所涉及到的生產技術有4種：氣相法制甲醇+甲醇脫水、液相法制甲醇+甲卸脫水、氣相一步半法制二甲醒、液相一步法制二甲醍.它們可以分為兩類生產方式：前兩種是生產甲酵異地

33、脫水的方式，后兩種是直接生產二甲醍的方式.單獨考察生產環節的成本，結果見圖4.1800r1111GPMeOH*LPMeOHIntegratedLPDMEdehydrationdehydraiionCPDME圖4生產環節成本比較Fig.4Productioncostcomparison»Operatingcoftt;Depreciationcharge從圖4可以看出，生產成本由高到低的排列是:氣相法制甲醇+甲醇脫水液相法制甲醇+甲醇脫水氣相一步半法制二甲醍液相一步法制二甲醒.總的來說，直接生產二甲醒方式的總成本要低于生產甲醇異地脫水方式的總成本，這是由于前者的總生產效率要高，且在設備上

34、省去了甲醇精僧和原料甲酵儲存的裝置.而對于同一種方式的兩種技術，氣相法轉化率稍高，原料消耗較少，而液相法由于設備投資小（見第91頁圖5）,加之精俺能耗小，耗電少，總的成本稍低3.3運輸環節成本比較情景一中運輸的是甲醇，情景二中運輸的是二甲醍，每種情景中均有兩種運輸方式：汽車和火車.比較兩種情景中的運輸成本，結果見第91頁圖6.圖S生產環節總投資比較Fig.5TotalcapitalinvestmentcomparisonofproductionpartTCI張一惟等多方案煤制二甲醒的成本比較張一惟等多方案煤制二甲醒的成本比較91圖6運輸環節成本比較Fig.6Transportationcost

35、comparison»MeOH;DME;CIncreasedro«tafterunit*unification圖6中淺色實體部分為甲醇的運輸成本，深色實體部分為二甲酰的運輸成本.由圖6可以看出，單位質量甲醇的運輸成本是要比二甲酰低的，這是由于甲醇常溫常壓下是液體，而二甲醒是氣體，運輸時需要加壓液化儲存，從運輸設備上來說有更高的要求，因此費用會更高.但由于能劇密度不同at-甲醒約需要1.4t甲醇脫水生成.當終端產品為二甲髓的時候，情景二中每運輸11二甲醒，情景一中需要運輸1.4t甲醇.為了使情景之間的運輸環節成本有統一的比較基礎，所以以元/t二甲醮為成本單位.此時在考慮情景一

36、中的運輸成本時，就要用1.4乘以甲醇的噸運輸成本.圖6中淺色的斜線標注部分EU為統一單位后增加的那部分費用這樣一來，情景一的運輸成本就要高于悄景二的運輸成本；另外還可以看出，此時同一情景下火車的運輸成本高于汽車.這一順序其實與假設的條件有較大的關系，不同的運鼐和距離下將會有不同的結果，下面對這兩種情況分別進行討論.1）運量對運輸成本的影響.在距離不變的情況下，運量對汽車運輸的影響相對較小，火車運輸成本隨著運量的增加而減少，但減少的趨勢逐漸變小（見圖7）.圖7中顯示的變化規律證明了汽車是一種靈Transportationquantity/（Mt,a"1）圖7運量對運輸成本的影響（200

37、km）Fig.7Quantityimpactontransportationcost（200km）Bytruck；Bytrain活的適于中、小運危運輸的方式，而火車適合于大運量的運輸.2）距離對運輸成本的影響.在運量不變的情況下，兩種運輸方式的成本都隨著距離的增加而增加,汽車增加趨勢大于火車.汽車是一種適于中、短途運輸的方式，長距離時其小運量和高運行維護費用的特點使其遜色于火車；火車大運量和較低運行維護費用的特點適于長途運輸，但其接軌費用較高，短距離運輸時很不經濟（見圖8）.這也說明，當超過一定距離后，總成本最高的技術路線將是使用汽車運輸°02004006008001000Trans

38、portationdistance/km圖8距離對運輸成本的影響（50萬t/年）Fig.8Distanceimpactontransportationcost（0.5Mt/a）Bytruck>Bytrain的路線，而最低的技術路線將是使用火車運輸的路線.4敏感性分析二甲醒交貨成本受到生產規模、原料價格、能源價格、折現率和運輸距離等諸多因素的影響由于國家政策、經濟形勢、資源條件和技術發展情況等的變化，這些影響因素在現實中（尤其是其未來的變化）帶有不確定性，為研究這些不確定性的影響程度，需要就這些影響因素進行敏感性分析.結果表明，影響較大的兩個因素是總投資和煤炭價格（見表6）.因此，提高設備

39、國產化程度減少總投資和在煤炭價格低的地方建廠可以有效地降低產品的成本.表6敏威性分析結果Table6ResultofsensitivityanalysisChangerateofdeliverycostwheneachofthefollowingimpactsdecreased20%respectively/%No.-TCIDiscountrateAnnualyrldCoalpriceElectricitypriceDistance1-9.69-5.574.02-6.73-2.90-0.58S12-9.715.584.27-6.72-2.89-0.293-9.58-5.513.976.96-2

40、.78-0.584-9.61-5.524.226.94-2.77-a295-9.725.584.22-6.83-2.83-0.516-9.72-5.594.44-6.8-2.81-0.27S27-9.32-5.353.90-7.27-2.78一0.538-9.32-5.354.14-7.23-2.77-0.285結論1）在假設條件下，情景二（煤DMEfDME）中各條技術路線的經濟表現要稍好于情景一（煤MeOHfMeOHDME）中的各條技術路線.其主要原因是：在生產環節，在原料地直接生產二甲醒的技術方案從投資和運行上都比生產甲醉異地脫水的技術方案有優勢；而在運輸環節，雖然單位質量甲醇運價低于二甲

41、醮，但折算到等效二甲醒的基礎后，運輸甲醇的方案就不劃算了.2）通過計算數據比較了不同運輸方式的特點，結果證明了汽車運輸方式適于短距離、小運量的運輸，遠距離運輸不經濟；火車運輸適于長距離、較大運量的運輸，短距離運輸不經濟.這一結論與常識一致，也說明本文在運輸環節中用到的假設是合理的.3）通過對多個變化因素的敏感性分析，找出了對本文經濟評價結果影響較大的因素，即總投資和煤炭價格.將來在設計時可在這兩方面注意減少費用，以達到降低成本的目的.1 倪維斗，斯暉.李政等.二甲酸經濟是解決中國能源與環境何的關鍵選科技導報,2002(6),58-60.2 劉華彥.孫勤,鄭建興等.二甲St生產技術與一步氣相法新工藝設計方案J.化肥設計,2004(6):18-21.3 扶道部.鐵運2000J71號.佚路貨物運價道出版社，2000.4 張寒.煤制合成燃料從礦井到油箱的生命周期評價D.北京：清華大學，2005.5 麻林強.以煤氣化為核心的甲醉、電的多聯產系統研究D.北京：清華大學.2003.6 KreutzT.WilliamsR.ConsonniSetal.Co-productionofHydrogen.ElectricityandCO*fromCoalwithCommerciallyReadyTechnology(PartB)：E