聚乙烯生产生命周期成本评价

孙仁金, 吴　金, 董康银, 薛淑莲, 李　慧, 陈志浩

(中国石油大学 工商管理学院, 北京 102249)



聚乙烯生产生命周期成本评价

孙仁金, 吴金, 董康银, 薛淑莲, 李慧, 陈志浩

(中国石油大学 工商管理学院, 北京 102249)

摘要：聚乙烯作为一种广泛应用的通用树脂类产品,其产量和消费量迅速增长,但生产过程中的高能耗和高污染所造成的环境和社会成本日益显著。将聚乙烯生产成本分为内部成本、外部成本2个单元,建立了1套聚乙烯生产生命周期成本计算模型。实证结果表明,20万t产能聚乙烯生产装置的生产生命周期成本为18.80亿RMB,单位成本为9400RMB/t;内部成本中,原材料采购费用最高,约占总费用的59%;外部成本中,原油开采费用最高,约占总费用的45%;内部关键成本点是原材料采购,外部关键成本点是原油开采、乙烯生产和聚乙烯生产。该模型能够快速有效地计算聚乙烯生产生命周期成本,可用于相关企业节能降耗的计算。

关键词：聚乙烯; 生命周期成本; 成本评价; 关键成本点

聚乙烯(PE)是乙烯聚合制得的一种热塑性树脂,是聚合物中产量最大的品种,广泛应用于农膜、地膜、包装制品、管材、电线电缆等领域。中国是世界最大的聚乙烯消费国,2015年聚乙烯消费量达到1900万t[1]。2014年末,我国聚乙烯产量全年累计达到1214.9万t,较2013年增长11%。随着环保意识增强和环保投入增加,聚乙烯生产过程中的能源消耗和环境成本引起了关注,使得对聚乙烯生产生命周期成本的评价和控制日益紧迫。

生命周期评价(LCA)是一种评价产品、工艺或活动,从原材料采集到产品生产、运输、分配、使用以及最终处置,整个生命周期内有关的环境负荷的方法[2]。生命周期成本分析(LCCA)是一种项目评价的经济方法。在这种方法中,由于拥有、运行、维护修理和最终处理的所有成本都被认为是决策相关成本。我国已有多种基础材料的生命周期评价,但有关聚乙烯生命周期评价的研究却很少。李蔓等[3]运用生命周期评价方法对聚乙烯生产相应细节进行定量分析,得到了单位聚乙烯的能源消耗量和环境影响负荷。笔者在LCA方法的基础上,构建了聚乙烯生产生命周期成本评价模型(LCCA),对聚乙烯生产生命周期内外部成本进行了详细的划分和估算,并找出了关键成本点。

1聚乙烯生产生命周期的系统边界及成本构成

1.1聚乙烯生产工艺流程

聚乙烯生产工艺流程可分为产乙烯阶段和产聚乙烯阶段[4]。产乙烯阶段包括原油蒸馏,轻烃、石脑油裂解,裂解气分离和单体净化;产聚乙烯阶段主要包括聚合反应、树脂脱气、造粒和气力输送、产品包装。

1.2系统边界

聚乙烯生产生命周期系统边界由横向和纵向2个序列组成,如图1所示。按照生命周期理论,纵向的聚乙烯生产生命周期是在聚乙烯生产工艺流程的基础上,加上原油开采、原油运输以及回收处理,因此包括原油开采、原油运输、聚乙烯生产和聚乙烯回收处理阶段, 其中聚乙烯生产阶段分为产乙烯阶段和产聚乙烯阶段;横向生命周期包括建材开采、建材运输、炼油厂建设和炼油厂废弃4个阶段。

1.3成本构成

聚乙烯生产生命周期系统内各阶段成本由内、外部成本共同组成。内部成本主要是资源和能源消耗成本,外部成本指污染物排放造成的环境成本。聚乙烯生产生命周期中,对环境影响最大的因素是废气排放,主要包括CO2、SO2、NOX、HC、TSP、PM等。废水、固体废弃物排放、对土地等自然资源的使用、意外事故以及其他不可抗因素,本研究中假设其已被列入生产过程中的常规成本,现阶段不予考虑。

2聚乙烯生产生命周期成本估算模型

按照LCA评价方法研究构建聚乙烯生产生命周期成本估算模型(LCCA),包括内部成本(IC)和外部成本(EC)模型。

2.1内部成本估算模型

按照聚乙烯生产成本动因,可将内部成本进一步分解为炼油厂建设内部成本(IC1)、原油采购内部成本(IC2)、原油运输内部成本(IC3)、乙烯生产内部成本(IC4)和聚乙烯生产内部成本(IC5)。

2.1.1炼油厂建设内部成本(IC1)

炼油厂建设内部成本IC1为炼油厂建设阶段的初始投资额。

2.1.2原油采购内部成本(IC2)

IC2的计算如式(1)所示。式(1)中,P2为国际原油阶段均价,RMB;Q2为原油阶段采购量,kt;In为聚乙烯相关环节成本分配系数。

IC2=P2Q2×In

(1)

2.1.3原油运输内部成本(IC3)

IC3的计算如式(2)所示。式(2)中,P3为成品油阶段均价,RMB;Q3为单位距离燃料消耗量,kt;D3为总运输距离,km;R为原油运输途损率。

IC3=(P3Q3D3+IC2×R)×In

(2)

2.1.4乙烯生产内部成本(IC4)

乙烯生产分为2个阶段,原油蒸馏产裂解料阶段和裂解料加工产乙烯阶段。将石脑油作为乙烯生产主要裂解料,因此需将总成本费用分摊给石脑油。产品成本分摊方法选择相对销售价值分配法。原油蒸馏产裂解料阶段和裂解料加工产乙烯阶段各产品的成本分配系数可由式(3)计算。

(3)

式(3)中,Ix为原油蒸馏和裂解料加工各产品的成本分配系数;Px为该环节各产品的销售单价,RMB;Rx为该环节各产品的收率。

所以,裂解料和乙烯的生产成本分别可由式(4)、(5)计算。由此,IC4的计算如式(6)所示。

C裂解料=原油蒸馏产裂解料成本费用×I裂解料

(4)

C乙烯=裂解料加工产乙烯成本费用×I乙烯

(5)

IC4=C裂解料+C乙烯

(6)

2.1.5聚乙烯生产内部成本(IC5)

在聚乙烯生产环节,以乙烯为原料产聚乙烯收率在99%以上,因此不必对聚乙烯生成总成本费用进行分摊,即得式(7)。

IC5=聚乙烯生产成本费用

(7)

2.2外部成本估算模型

聚乙烯生产生命周期外部成本包括原油开采外部成本(EC1)、原油运输外部成本(EC2)、乙烯生产外部成本(EC3)、聚乙烯生产外部成本(EC4)和聚乙烯回收处理外部成本(EC5)。

2.2.1原油开采外部成本(EC1)

EC1的计算如式(8)所示。式(8)中,Qi为第i项污染物的排放量,kg;EVi为对应排放物环境价值,RMB;In为聚乙烯相关环节成本分配系数。

(8)

2.2.2原油运输外部成本(EC2)

EC2的计算如式(9)所示。式(9)中,G1、G2为不同燃料单位载重单位里程燃料消耗量,kg;EFi为对应排放物环境排放系数;EVi为对应排放物环境价值,RMB;In为聚乙烯相关环节成本分配系数。

(9)

2.2.3乙烯生产外部成本(EC3)

(10)

(11)

EC3=ECa+ECb

(12)

2.2.4聚乙烯生产外部成本(EC4)

EC4的计算如式(13)所示。

(13)

式(13)中,EVA为聚乙烯生产装置第A项污染物的环境价值,RMB;QA为聚乙烯生产装置第A项污染物的排放量,kt;EVB为聚乙烯生产燃煤发电第B项污染物的环境价值,RMB;QB为聚乙烯生产燃煤发电第B项污染物的排放量,kt。

2.2.5聚乙烯回收处理外部成本(EC5)

EC5的计算如式(14)所示。

(14)

式(14)中,EVk为聚乙烯回收处理环节第k项污染物的环境价值,RMB;Qk为聚乙烯回收处理环节第k项污染物的排放量,kt。

综合上述聚乙烯生产全生命周期内外部成本的分解,最终确定聚乙烯生产生命周期成本的计算模型如式(15)所示。

(15)

3聚乙烯生产生命周期成本估算模型的验证

选取华中地区某炼化企业作为实证研究的目标企业,该企业1996年7月建成投产,初始投资总额49.33亿RMB,拥有8套各型炼化装置,目前乙烯装置年产乙烯18万t,聚乙烯装置年产聚乙烯20万t,聚丙烯装置年产聚丙烯6万t。公司每年可为社会提供包括聚乙烯、聚丙烯、纯苯、MTBE等在内的13类化工产品45万t。

3.1生命周期成本核算的验证

3.1.1内部成本核算

(1) 炼油厂建设内部成本(IC1)

由于炼油厂生产的化工产品中乙烯、聚乙烯和聚丙烯占绝大多数,为方便计算,其余少量化工产品忽略不计。如表1所示,按销售百分比法计算各产品的成本分配系数分别为,I乙烯=32.7%,I聚乙烯=54.3%,I聚丙烯=13%。

炼油厂寿命周期为10年,按直线折旧法计提折旧,以固定资产残值抵消废弃处置费用,折算后炼油厂建设内部成本为4.294亿RMB。

(2) 原油采购内部成本(IC2)

炼油厂所用原油50%为进口原油,50%为国产原油。进口原油价格按照2014年第4季度国际布伦特原油均价计算,国产原油价格按照价格处于国内中上水平的胜利油田2014年1～3季度原油结算均价计算,原油需求量按照炼油厂聚乙烯装置年产聚乙烯最大吨位数计算。

原油蒸馏产裂解料收率约为34%,裂解料裂解产乙烯收率约为31%,乙烯聚合产聚乙烯收率约为99%,年产20万t聚乙烯须消耗原油191.67万t。按照2种结算价格计算的原油采购成本为82.97亿RMB。待确定相关环节具体成本分配系数后最终确定IC2。

(3) 原油运输内部成本(IC3)

各原油来源地距目标炼油厂平均运输里程为573km,目标炼油厂以货运载重汽车为主要运输方式,单位里程载重柴油消耗量为0.0267kg。计算出原油运输未分配的内部成本为1.62亿RMB,待确定相关成本分配系数后最终确定IC3。

(4) 乙烯生产内部成本(IC4)

炼油厂常减压装置单位内部成本为26.44RMB/t,乙烯生产装置单位内部成本为932RMB/t,因此191.67万t原油加工量常减压装置运行内部成本0.51亿RMB,64万t裂解料乙烯生产装置总成本费用5.96亿RMB。

由表2和表3可计算出裂解料石脑油和乙烯成本分配系数约为0.36,从而乙烯生产内部成本(IC4)为2.33亿RMB,并据此计算出IC2和IC3分别为10.75亿RMB和0.21亿RMB。

(5) 聚乙烯生产内部成本

20万t产能聚乙烯生产装置过程费用即该环节内部成本IC5为0.75亿RMB。

由上述IC1、IC2、IC3、IC4、IC55部分内部成本加和得到聚乙烯生产生命周期内部成本约为18.33亿RMB。

3.1.2外部成本核算验证

考察聚乙烯生产生命周期各阶段污染物排放对环境造成的影响,并将造成的影响折算成外部成本,主要污染物环境价值如表4所示。

(1) 原油开采外部成本(EC1)

考虑原油开采过程中的损耗,在需求量为191.67万t的情况下按200万t开采量计算总排放水平。根据原油开采环节主要排放物及排放量(如表5所示)计算得出原油开采环境成本EC1为0.21亿RMB。

(2) 原油运输外部成本(EC2)

该环节外部成本主要由柴油燃烧排放造成。根据柴油燃烧主要排放物及排放量和估算模型,如表6所示,原油运输外部成本EC2为0.00113亿RMB。

(3) 乙烯生产外部成本(EC3)

该环节需计算原油蒸馏和裂解料裂解2套装置外部成本,除装置运行外部成本外,还需考虑装置消耗的电力在发电过程中的外部成本。因我国仍以燃煤发电为主,笔者以燃煤发电的污染物排放水平作为标准计算2套装置消耗的电力在发电过程中的环境成本。据模型计算得出乙烯生产外部成本EC3为0.1754亿RMB。

(4) 聚乙烯生产外部成本(EC4)

炼油厂聚乙烯装置采用Unipol工艺,装置主要能耗来源于电力,因此按照燃煤发电排放水平折算外部成本。聚乙烯生产环节燃煤发电排放统计如表7所示,计算得到聚乙烯生产外部成本EC4为0.0849亿RMB。

(5) 聚乙烯回收处理外部成本(EC5)

目标炼油厂尚未有聚乙烯废弃物回收处理装置,回收处理采用焚烧和集中填埋方式,计算该过程中的污染物排放水平。考虑到我国目前的垃圾分类处理水平以及公民的环保意识水平,聚乙烯废料回收率按10%计算,即年产量20万t聚乙烯能够回收处理2万t,处理环节相关排放数据如表8所示。在聚乙烯回收处理环节,按装置年产能分配的废弃物处理总量计算的外部成本EC5为0.0016亿RMB。

由上述EC1、EC2、EC3、EC4、EC55部分外部成本加和得到聚乙烯生产生命周期外部成本约为0.47亿RMB。

3.2聚乙烯生产生命周期成本构成分析

通过验证得到,目标炼油厂年产20万t聚乙烯的生产生命周期成本为18.80亿RMB,单位成本为9400RMB/t。据此,分析其内、外部成本构成,找出关键成本点,结果如图2所示。

由图2(a)可以看出,聚乙烯生命周期内部成本构成中的关键成本点为原材料采购,可优化点为乙烯生产和聚乙烯生产;炼油厂建设因在规范的工程造价和严格的经费预算监督下,可优化空间不大,作为不可抗成本点。

由图2(b)可以看出,聚乙烯生命周期外部成本构成中,原油运输和回收利用外部成本基本忽略不计,所以,关键成本点为原油料采购、乙烯生产和聚乙烯生产,原油运输和回收利用外部成本可通过相关措施予以优化。

4结论

(1) 聚乙烯生产生命周期阶段划分为横向的炼油厂建设和纵向的聚乙烯生产两个阶段。

(2) 根据聚乙烯生产生命周期的阶段划分,分析确定了聚乙烯生产生命周期内、外部成本构成。构成聚乙烯生产内部成本动因的阶段有炼油厂建设阶段、原油采购阶段、原油运输阶段、乙烯生产阶段以及聚乙烯生产阶段;构成聚乙烯生产外部成本动因的阶段有原油开采阶段、原油运输阶段、乙烯生产阶段、聚乙烯生产阶段以及聚乙烯使用废弃阶段。

(3) 根据系统边界和成本构成,设计了聚乙烯生产生命周期内外部成本估算模型。

(4) 通过实证研究,目标炼油厂年产20万t聚乙烯的生产生命周期成本为18.80亿RMB,单位成本为9400RMB/t。内部成本构成中,原材料采购是关键成本点;外部成本构成中,原材料采购、乙烯生产和聚乙烯生产是关键成本点。

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Life Cycle Cost Analysis of Polyethylene Production

SUN Renjin, WU Jin, DONG Kangyin, XUE Shulian, LI Hui, CHEN Zhihao

(School of Business Administration,China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

Keywords：polyethylene;lifecyclecost;costassessment;keycosts

Abstract：Theproductionandconsumptionofpolyethylene,thewidlyusedresinproduct,arerapidlygrowing.Butthesurgeofenvironmentalandsocialcostscausedbyhighenergyconsumptionandpollutionduringitsproductionprocessisincreasinglysignificant.Thelifecyclecostassessmentmodelofthewholecostinvolvinginternalcostandexternalcostwassetup,whichcouldbesignificationinlifecyclecostassessment.Thecasestudyresultsshowedthatthelifecyclecostofpolyethyleneplantwithannualproductioncapacityof20×104twas1.88billionRMB,andtheunitcostwas9400RMB/t.Thecostofmaterialpurchasewasthehighestone,about59%oftheinternalcost,whilethemajorityoftheexternalcostwasthecostofcrudeoilexploitation,about45%.Theinternalkeycostwasmaterialpurchase,andtheexternalkeycostincludedthecrudeoilexploitation,ethyleneproductionandpolyethyleneproduction.Thismodelcouldbeusedtoquicklyandefficientlyimplementlifecyclecostofpolyethyleneplant,supportedfortheenergysavingofrelatedenterprises.

收稿日期：2014-04-13

基金项目：国家“十二五”科技计划(2012BAE05B06)和国家自然科学基金(NSFC)(U1162204,21176254)项目资助

文章编号：1001-8719(2016)02-0401-06

中图分类号：X820

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1001-8719.2016.02.025

通讯联系人： 孙仁金，男，教授，从事清洁能源与环境经济、可行性研究与项目经济评价和企业战略与管控研究；E-mail:cup618@163.com