美國頁巖氣開發對世界天然氣和石油化工產業的影響

楊 挺，孫小濤

（中國化工經濟技術發展中心， 北京 100029）

頁巖氣作為一種儲量豐富的非常規天然氣日益受到各國的重視，隨著美國頁巖氣大規模商業性開采的成功，全球石油化工產業中心已呈現向美國偏移的趨勢，對全球天然氣供求格局，美國自身能源結構以及合成氨、甲醇、乙烯、丙烯等工業生產等都會產生深遠的影響。

1 頁巖氣開發現狀

1.1 資源儲量

2011年4月，美國能源信息署（EIA）對美國之外的14個地理區域、32個國家（不含俄羅斯和中東國家）的頁巖氣資源進行了定量評估，加上美國本土的頁巖氣資源量，全球總頁巖氣風險氣藏量為716.4萬億立方米，技術可采資源量為187.5萬億立方米[1]。

隨后，隨著對頁巖氣開發的認識不斷深入，美國、中國、波蘭等國家對自身的資源儲量進行了重新評估，與EIA之前公布的數據存在差異。由此可知，頁巖氣為新生事物，現階段其資源量存在不確定性，但不可否認的是，頁巖氣資源將會是非常豐富，對比2010年底世界天然氣探明儲量（196.1萬億立方米）[2]即可知，頁巖氣將不可避免的對世界能源格局產業產生深遠影響。

1.2 生產現狀

目前，世界上只有美國、加拿大、澳大利亞 3個國家實現頁巖氣的商業化開采，其中以美國最為主要。2007年美國頁巖氣產量達到366億立方米，占美國天然氣總量的 6.7%；2010年美國頁巖氣產量增至1511億立方米，占美國天然氣總量的25%。主要產區主要有德克薩斯州、賓夕法尼亞州、路易斯安那州、阿肯色州、俄克拉何馬州和密歇根州，2007—2010年美國頁巖氣生產情況見表1。頁巖氣的開采使美國天然氣產量在 2009—2011年連續 3年超過俄羅斯，占據第一位[2]。根據EIA預測，2035年美國頁巖氣產量占天然氣總量的比例將持續升至 49%[3]。

頁巖氣的主要成分是甲烷，并含有少量的乙烷、丙烷、二氧化碳和氮氣，但不同地質構造不同區塊生產的頁巖氣組成差距很大（見表2）。賓夕法尼亞州Marcellus頁巖地區和德克薩斯州Barnett頁巖地區所產頁巖氣中乙烷、丙烷含量相對較高，其它產區的含量較低。Marcellus地區頁巖氣中的乙烷含量最高可達16.1%，丙烷含量最高達4%；Barnett地區頁巖氣中的乙烷含量最高可達 11.8%，丙烷含量最高達5.2%[4]；密歇根州的Antrim地區頁巖氣中的乙烷含量平均不超過5%；阿肯色州的Fayetteville地區頁巖氣中的乙烷平均含量為 1%；路易斯安娜州的 Haynesville地區頁巖氣中的乙烷平均含量為0.1%。

表1 2007—2010年美國頁巖氣生產情況 單位：億立方米

表2 美國主要頁巖氣盆地頁巖氣的組成[5]單位：摩爾分數，%

2 頁巖氣對世界天然氣和石油化工產業的影響

2.1 對天然氣供求格局的影響

頁巖氣的開發使美國近幾年逐漸趨于天然氣自給自足的能源獨立，產量從2007年的5456億立方米增加到2011年6513億立方米，進口量從2007年的1304億立方米減少為2011年979億立方米，出口量從2007年的233億立方米增加到2011年的427億立方米，對外依存度從2007年的16.4%降低為2011年的7.8%，詳見表3。據EIA預測，美國將在2016年成為液化天然氣（LNG）的凈出口國，到2025年將成為管道天然氣凈出口國，而2021年將成為整體的凈出口國。

表3 2007—2011年美國天然氣產量和進出口量單位：億立方米

從進出口國家來看，美國管道天然氣進口幾乎全部來自加拿大，還有極少一部分來自墨西哥；LNG主要來自特立尼達和多巴哥，還有一部分來自卡達爾、也門、埃及、秘魯、挪威、埃及等國家。美國管道天然氣出口國家主要是加拿大和墨西哥；LNG出口國家主要是智利等中南美洲國家，西班牙、英國等歐洲國家，中國、印度、日本、韓國等亞洲國家。

受美國頁巖氣影響，加拿大天然氣產量從2006年的1884億立方米減少至2011年的1605億立方米，對美國的天然氣出口量也由2007年的1071億立方米減少至2011年的879億立方米。為了開拓新的出口市場，加拿大正在積極開展LNG出口項目，計劃在西海岸建造5個LNG廠，其中的兩個LNG廠已獲得20年的LNG出口許可證，積極尋求亞洲買家，屆時，日本有可能成為加拿大 LNG出口最大市場。

卡塔爾是世界最大的LNG出口國，2011年對美國出口LNG達26億立方米，成為美國LNG的第二大來源國，隨著美國、澳大利亞、非洲以及中東國家不斷擴大LNG產能以及LNG價格走低，卡塔爾正將亞洲作為主攻區域，加緊重新布局 LNG銷售網。

隨著美國LNG進口量的減少，一些LNG出口商已經將出口目標從美國轉移到歐洲和亞太地區。大量的 LNG轉銷歐洲會擠壓俄羅斯天然氣在歐洲的市場份額，2011年俄羅斯對歐洲的出口量為1406億立方米，占歐洲總進口量的31%。如果波蘭、匈牙利和其它國家能夠實現本國頁巖氣商業化生產，俄羅斯天然氣對歐洲的影響將不斷縮小，繼而會影響到未來俄羅斯的天然氣貿易流向，俄羅斯會更加重視對亞洲天然氣出口，尤其是中俄天然氣管線的建設。

2.2 對美國能源結構和天然氣工業的影響

頁巖氣的開發使美國的一次能源消費結構發生了變化，原油、原煤分別從 2005年的 40.4%和24.6%降低為2011年的36.7%和22.1%，而天然氣的份額由2005年的24.6%上升至2011年的27.6%。在美國天然氣的消費領域中，電力和工業用氣是主要的兩個領域，分別占總消費量的34.1%和30.2%，其次是民用氣、商用氣和交通燃料用氣等。

2011年，美國燃煤發電占發電總量的比例由2006年的 49%降至 42%，而天然氣發電比例則由2006年的20%升至25%，煤炭消費受到天然氣的嚴重擠壓，這是由于在頁巖氣開采的推動下，美國天然氣管道建設、天然氣產量迅速增加，天然氣價格呈現降低趨勢，2007—2012年8月美國天然氣價格曲線見圖 1，工業用天然氣價格和發電用天然氣價格基本吻合，自2000年開始，美國的天然氣價格一路攀升，在2008年7月工業用天然氣價格達到峰值13.06美元/MMBtu，隨著天然氣的大量供應，加上受經濟衰退的影響，天然氣價格大幅下降，2012年5月更是跌至3美元/MMBtu左右，預計未來兩年，仍將會維持在3～4美元/MMBtu，這樣就使天然氣發電具備成本優勢。

天然氣價格下降帶來的低能源使用成本將使美國部分制造業在全球競爭格局中具備較大的競爭力。美國歷來是甲醇和合成氨的進口國，2011年美國甲醇和合成氨進口量分別為500萬噸和700萬噸左右。目前諸多公司開始考慮在美國擴大甲醇和合成氨的生產，全球最大的甲醇生廠商 Methanex 表示將從智利 Cabo Negro 的一個閑置工廠遷至路易斯安那州的Geismar，預計2014年下半年投產，產能將達到 100 萬噸/年；美國化肥制造商 CF Industries Holdings Inc（CF）將在路易斯安娜州Donaldsonville和Port Neal新建兩套合成氨裝置，產能合計為190萬噸/年。以甲醇為例，豐富的頁巖氣資源可以用于發展甲醇產業，既滿足美國自身的甲醇需求，又可通過甲醇制烯烴技術，進一步發展下游乙烯、丙烯工業。以天然氣價格為 3美元/MMBtu計算（約0.66元/立方米），天然氣制甲醇成本為900元/噸左右，雖然高于中東地區的甲醇成本（以沙特天然氣價格0.75美元/MMBtu計，甲醇成本為500元/噸左右），但對于亞洲和其它地區來說，仍然具備較大優勢。

2.3 對烯烴工業的影響

頁巖氣開發使乙烷的價格也隨之下滑，但中間有較大的波動，2010—2012年8月美國乙烷價格曲線見圖2，在2011年11月，乙烷價格達到近兩年的高點，約90美分/加侖，隨后迅速下跌，2012年6月更是跌至30美分/加侖（約223美元/噸），達到2002年11月以來的最低水平。雖然高于中東價格（當前沙特乙烷的價格為0.75美元/MMBtu（約36.9美元/噸），伊朗為3美元/MMBtu（約148美元/噸），但美國用乙烷制成乙烯的成本略大于400美元/噸，遠低于石腦油制烯烴成本。

表4 2005—2010年美國乙烯原料構成單位：%

在充足的低成本原料促使下，美國乙烯原料輕質化趨勢日漸明顯，尤其是乙烷裂解制乙烯，頁巖氣的開發使這種趨勢將會更加明顯。表 4為2005—2010年美國乙烯原料的構成，乙烷作為乙烯原料的比例由 2005年的 46.2%升至 2010年的64.3%。

目前，多家公司如埃克森-美孚、陶氏化學、殼牌、雪佛龍菲利普斯、臺塑、西湖化學、威廉姆斯、英力士、利安德巴塞爾等公司均在德克薩斯州和路易斯安那州富含乙烷的頁巖氣區重啟、擴建或新建乙烷裂解裝置，合計產能達到約800萬噸/年，詳見表5。另外，Sasol、沙特基礎工業公司、巴西化學集團、泰國Indorama公司、Occidental化學公司等也在美國積極尋求機會發展乙烷裂解裝置，預計2020年，乙烷作為乙烯原料的比例將突破70%。

美國2010年乙烯當量出口約600萬噸，主要出口產品為聚乙烯和乙二醇，隨著乙烷裂解裝置的陸續投產，未來幾年，乙烯當量出口還會繼續增加，會對中東乙烯市場造成一定的沖擊。

另外，陶氏、臺塑、美國企業產品公司等3家企業還將在德克薩斯州建設丙烷脫氫裝置，以頁巖氣副產的丙烷為原料，合計產能為210萬噸/年。

表5 利用頁巖氣生產的乙烷、丙烷制烯烴新建、擴建裝置

3 結 論

美國頁巖氣的成功開發對全球天然氣市場產生了深遠影響，美國天然氣將逐步實現自給自足，并在未來幾年有望實現出口，全球天然氣貿易流向也將隨之改變，對加拿大、俄羅斯以及中東地區等天然氣出口國產生較大的沖擊，而且將進一步優化美國自身的能源結構，為美國石油化工產業的強勢復興提供了條件，合成氨、甲醇、烯烴等與之緊密相關的石油化工龍頭產業均呈現快速發展趨勢，世界石油化工產品供求格局將可能發生較大變化。

[1]EIA.World Shale Gas Resources：An Initial Assessment of 14 Regions Outside the United States[R].2011.

[2]BP.BP世界能源統計年鑒[R].2012.

[3]EIA.Annual Energy Outlook 2012[R].2012.

[4]Ronald J.Hill，Daniel M.Jarvie，John Zumberge，et al.Pollastro oil and gas geochemistry and petroleum systems of the Fort Worth Basin[J].AAPG Bulletin，2007，91（4）：445-473.

[5]SBI Energy.Global Shale Gas Technologies and Markets[R].2011.