机械一周解一惑系列：煤化工项目加速落地，设备需求稳步提升

本周关注：浙江鼎力、三一重工、奥来德 现代煤化工是以煤炭为原料，将煤以气化、液化和加氢等方式深加工，得到各类附加值高、清洁环保化工原材料的过程，主要产品包括煤制汽油、柴油、天然气，煤制乙二醇、煤制烯烃等基础化工品。煤化工按加工深度不同，可分为产业链上游的基础煤化工和中下游的精细煤化工；按发展成熟度不同，可分为传统煤化工和现代煤化工，传统煤化工主要包括煤制化肥、合成氨和焦炭，现代煤化工主要是新型煤基能源和新型煤基材料。煤化工下游应用较为广泛，其产品多为工业领域的原材料，涉及燃料、医药业、农业、制造重轻工等各个领域. 煤化工装备种类较多，可分为动设备、静设备。其中动设备包括往复压缩机、离心压缩机、离心泵、高速泵、屏蔽泵、潜水泵、真空泵、齿轮泵、汽轮机以及空分装备等，静设备包括有反应器、塔、容器、换热器、气化炉、储罐、管道和阀门等等。气化炉是煤化工最为关键的装备，大部分煤化工项目都需要经历煤炭经气化炉转换为合成气这一环节。煤气化炉从物料接触方式分为固定床（移动床）、流化床（沸腾床）、气流床三大类。固定床气化炉中的国产炉有赛鼎炉、云煤炉等。流化床气化炉中的国产炉有灰融聚炉（ICC）等。气流床气化炉中的国产炉更为广泛，包括两段炉（TPRI)、航天炉、东方炉、华理炉、五环炉、宁煤炉、柳化—齐耀炉、沈鼓炉、金重炉、对置四喷嘴炉、清华炉、多元料浆炉等。其次是气体分离设备，煤气化及煤液化均需使用大量的高纯度氧气，利用煤气化技术合成油，每一百万吨合成油的年生产能力需配置的空气分离设备的制氧能力约为300000m ³/h；利用煤气化生产甲醇，每一百万吨的年生产能力需配置的空气分离设备的制氧能力约为 120000m ³/h；利用煤气化生产合成天然气，每1000万立方米/天的生产能力需配置的空气分离设备的制氧能力约为 240000m ³/h。 我国石油、天然气进口依存度较高，发展煤化工关乎国家能源安全问题。国家统计局和海关总署数据显示，2023年，我国原油产量2.09亿吨，同比增长430万吨，增幅为2.1%，原油进口量5.64亿吨，同比增长5576万吨，增幅为10.97%，原油对外依赖度达到72.93%，同比增加1.72pct；2023年天然气产量2334亿立方米，同比增长105亿立方米，增幅为4.7%，天然气进口量1652亿立方米，同比增长170亿立方米，增幅11.5%，天然气对外依存度42.2%，同比增加1.8pct。伴随着中国能源需求逐步提高，虽然国内原油和天然气产量有所增长，但还不足以跟上消费的增长，进口需求依然旺盛，发展煤化工提高能源自给率关乎国家能源安全。 现代煤化工不断发展，煤直接和间接液化制油和化学品、煤经甲醇制烯烃等技术可以作为石油化工的替代以及补充。中国煤炭工业协会在煤化工“十四五”发展目标中提到，根据经济性、技术可行性和生态环境容量适度发展现代煤化工，发挥煤炭的工业原料功能，有效替代油气资源，保障国家能源安全。现代煤化工不断发展，煤直接和间接液化制油和化学品、煤经甲醇制烯烃等技术可以作为石油化工的替代以及补充。中国煤炭工业协会在煤化工“十四五”发展目标中提到，根据经济性、技术可行性和生态环境容量适度发展现代煤化工，发挥煤炭的工业原料功能，有效替代油气资源，保障国家能源安全。 投资建议：建议关注煤化工设备相关企业：杭氧股份、福斯达、兰石重装。 风险提示：1）原材料波动的风险。2）市场竞争的风险。3）项目审批和招标进度不及预期的风险。 1煤化工行业概况 1.1煤化工工艺流程 现代煤化工是以煤炭为原料，将煤以气化、液化和加氢等方式深加工，得到各类附加值高、清洁环保化工原材料的过程，主要产品包括煤制汽油、柴油、天然气，煤制乙二醇、煤制烯烃等基础化工品。煤化工按加工深度不同，可分为产业链上游的基础煤化工和中下游的精细煤化工；按发展成熟度不同，可分为传统煤化工和现代煤化工，传统煤化工主要包括煤制化肥、合成氨和焦炭，现代煤化工主要是新型煤基能源和新型煤基材料。煤化工下游应用较为广泛，其产品多为工业领域的原材料，涉及燃料、医药业、农业、制造重轻工等各个领域。 图1：煤化工技术路线图 1.1.1煤制天然气 原料煤经过气化炉气化，并精制净化后，制得以氢气、一氧化碳、甲烷为主要成分的合成气。在经过合成气甲烷化后，甲烷化技术是煤制天然气的关键环节，一氧化碳和氢气在一定温度、压力和催化剂下合成甲烷的反应叫甲烷化反应。 图2：煤制天然气工艺流程 1.1.2煤制甲醇 煤制甲醇生产工序主要分为原料气制备、变换和脱碳、气体净化、气体压缩、甲醇合成、粗甲醇精馏以及涉及安全环境保护（如废催化剂回收、水处理）等工序。 原料气制备方法主要有煤气化法（德士古TEXACO水煤浆气化、谢尔SHELL干粉煤气化、GSP干粉煤气化、鲁奇碎煤气化和UGI常压气化）、天然气转化法、焦炉煤气法；原料气处理、精制、压缩工艺的生产则同传统的合成氨生产工艺类似；甲醇合成工艺则有：ICI低压甲醇合成工艺、Lurgi低压甲醇合成工艺、TEC的新型反应器以及正趋向成熟的液相法甲醇合成工艺。 1.1.3直接/间接煤制油 直接煤制油：煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程，又称煤的加氢液化法。直接煤制油项目工艺流程主要包括煤炭洗选单元，制氢工艺单元，催化剂制备单元，煤液化反应单元，加氢改质单元等。 间接煤制油：煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。间接煤制油项目工艺流程主要包括煤气化、变换净化、 F- T合成、油品合成、精制等单元。 图3：直接煤制油流程图 图4：间接煤制油流程图 1.1.4煤制烯烃 煤制烯烃是指以煤为原料合成甲醇后再通过甲醇制取乙烯、丙烯等烯烃的技术。煤制烯烃主要包括两种工艺路线即MTO和MTP。 目前国外具有代表性的MTO工艺技术主要是：UOP／Hydro、ExxonMobil的技术，以及鲁奇（Lurgi）的MTP技术。ExxonMobil和UOP/Hydro的工艺流程区别不大，均采用流化床反应器，甲醇在反应器中反应，生成的产物经分离和提纯后得到乙烯、丙烯和轻质燃料等。 MTP技术由德国Lurgi公司在20世纪90年代开发成功。该工艺采用稳定的分子筛催化剂和固定床反应器。第一个反应器中甲醇转化为二甲醚，第二个反应器中转化为丙烯，反应一再生轮流切换操作。从甲醇装置来的精甲醇送至二甲醚（DME）预反应器，在高选择、高活性、几乎符合热力学平衡的条件下，精甲醇被转化为DME和水，甲醇、水、DME蒸气和循环的烯烃、蒸气一起被送往MTP反应器中，每个反应器有5－6个催化剂床层，每个床层的工艺条件接近性能担保值，而且反应条件相似并都有最大的丙烯收率，反应条件是由床层间的小股新鲜料液控制的。反应器出来的产品混合物经过冷却、分离、压缩、干燥、精馏、除杂，最后生产出符合规格的丙烯、LPG、乙烯、汽油等产品。 1.2煤化工涉及设备种类众多，气化炉、空分设备为核心 煤化工装备种类较多，可分为动设备、静设备。其中动设备包括往复压缩机、离心压缩机、离心泵、高速泵、屏蔽泵、潜水泵、真空泵、齿轮泵、汽轮机以及空分装备等，静设备包括有反应器、塔、容器、换热器、气化炉、储罐、管道和阀门等等。 表1：煤化工设备类型 气化炉是煤化工最为关键的装备，大部分煤化工项目都需要经历煤炭经气化炉转换为合成气这一环节。气化炉投资额往往占到煤化工装置总投资的四分之一到三分之一。年处理原煤25万吨的气化炉进口品牌单台造价接近1亿人民币，而国产化后的价格仅为进口的三分之一。 煤气化炉从物料接触方式分为固定床（移动床）、流化床（沸腾床）、气流床三大类。固定床气化炉中的国产炉有赛鼎炉、云煤炉等。流化床气化炉中的国产炉有灰融聚炉（ICC）等。气流床气化炉中的国产炉更为广泛，包括两段炉（TPRI)、航天炉、东方炉、华理炉、五环炉、宁煤炉、柳化—齐耀炉、沈鼓炉、金重炉、对置四喷嘴炉、清华炉、多元料浆炉等，都拥有很好的口碑和市场。 空分装备也是煤化工的关键装备之一，煤气化及煤液化均需使用大量的高纯度氧气，均具有较高的技术壁垒。 根据杭氧股份招股说明书，煤气化及煤液化均需使用大量的高纯度氧气，利用煤气化技术合成油，每一百万吨合成油的年生产能力需配置的空气分离设备的制氧能力约为 300000m ³/h；利用煤气化生产甲醇，每一百万吨的年生产能力需配置的空气分离设备的制氧能力约为 120000m ³/h；利用煤气化生产合成天然气，每1000万立方米/天的生产能力需配置的空气分离设备的制氧能力约为 240000m ³/h；利用煤直接液化技术合成油，每一百万吨合成油的年生产能力需配置的空气分离设备的制氧能力约为 100000m ³/h。 根据智研咨询，设备费用约占煤化工项目总投资的50%，安装工程约占20%，建筑工程占10%左右，设计、技术及其他占20%左右。 图5：煤化工成本结构 2我国能源依存度较高，发展煤化工事关能源安全 2.1油、气进口依存度较高，能源安全凸显 国内能源消费需求稳步增长，非煤能源占比逐步提升。2014-2023年，我国能源消费总量由42.83亿吨标准煤提升至57.2亿吨标准煤，CAGR为3.3%，其中煤炭占能源消费总量的比重由65.8%下降至55.3%，石油、天然气、一次电力及其他能源占能源比重分别由17.3%、5.6%、11.3%提升至17.9%、8.4%、17.5%。 图6：2014-2023年中国能源消费总量及结构 我国石油、天然气进口依存度较高，发展煤化工关乎国家能源安全问题。国家统计局和海关总署数据显示，2023年，我国原油产量2.09亿吨，同比增长430万吨，增幅为2.1%，原油进口量5.64亿吨，同比增长5576万吨，增幅为10.97%，原油对外依赖度达到72.93%，同比增加1.72pct；2023年天然气产量2334亿立方米，同比增长105亿立方米，增幅为4.7%，天然气进口量1652亿立方米，同比增长170亿立方米，增幅11.5%，天然气对外依存度42.2%，同比增加1.8pct。 伴随着中国能源需求逐步提高，虽然国内原油和天然气产量有所增长，但还不足以跟上消费的增长，进口需求依然旺盛，发展煤化工提高能源自给率关乎国家能源安全。 图7：2004-2023年我国原油对外依存度情况 图8：2004-2023年我国天然气对外依存度情况 现代煤化工不断发展，在这种背景下，煤直接和间接液化制油和化学品、煤经甲醇制烯烃等技术可以作为石油化工的替代以及补充。中国煤炭工业协会在煤化工“十四五”发展目标中提到，根据经济性、技术可行性和生态环境容量适度发展现代煤化工，发挥煤炭的工业原料功能，有效替代油气资源，保障国家能源安全。 从能源安全的角度出发，煤化工在一定程度上可以降低我国进口石油的需求。根据中国科学报的数据，2020年我国现代煤化工产业已经具备取代5%进口石油的能力，预计到2030年我国的现代煤化工产业将具备替代10%进口石油的能力。 2.2政策支持，煤化工产业的投资建设正逐渐向集聚化、高端化、多元化方向发展 煤炭作为我国主要的化石燃料，能源结构转型之下，燃煤发电的比例将会减少。 同时，这种背景下会出现煤炭产能产量过剩的情况，煤炭价格有望持续下降，而煤化工作为以煤炭为原材料的化工原料制造行业，下游应用领域广阔，产品需求较大，有望从中大幅受益。在保障能源战略安全和产能规划上，国家都有相应的政策规划出台。 表2：“十四五”期间我国煤化工发展规划 在市场竞争压力及政策引导下，我国现代煤化工产业的投资建设正逐渐向集聚化、高端化、多元化和低碳化方向发展。根据BHI拟在建项目网，国内现代煤化工拟在建项目225个，总投资规模超过1.67万亿元。项目聚集发展，产业布局持续优化从项目地区看，涉及21个省份，主要集中在新疆、陕西、山西、内蒙古等地。产业链延长，产品高端化、多元化。从类型看，煤制化学品项目数量最多，还有焦炉煤气利用、煤基燃料、煤化一体项目等。