炼化行业高景气, 乙烯工业蓬勃发展. 全球炼油能力缓慢增长, 炼厂规模持续增加. 我国炼油产能过剩, 落后产能淘汰进度加速, 产业结构优化升级. 2016年全球乙烯产能稳定增长(约1.62亿吨/年, 较2015年净增300万吨左右, 同比增长1.9%), 行业开工率保持高位(89.6%). 2016年我国乙烯总产能继续增长(达2310.5万吨/年), 产量消费量齐增(产量增速3.9%, 消费量增速4.2%). 预计到2020年国内乙烯总产能将达3200万吨/年.
化工原料呈现多元化发展态势. 近年来石化行业制烯烃的原料呈现多元化发展趋势. 除石脑油制烯烃外, 煤制烯烃(CTO), 甲醇制烯烃(MTO), 轻烃(包括乙烷, 丙烷, 丁烷等)路线, 天然气及合成气制烯烃等方法迅速发展, 还诞生出煤基乙炔制烯烃等新型路线. 我国以石脑油制烯烃为主, 占比逐年下降(2016年为48%), 烯烃原料多元化的道路将不断延伸与拓宽.
原料轻质化优势明显, 将是行业发展大势所趋. 轻质化原料生产路线具有产品收率高, 成本低, 项目投资少, 能耗低, 污染小等优势. 国内化工原料正面向轻质化方向发展, 即从石脑油向以轻烃, 石油气, 天然气等气体资源方向转变. 从全球来看, 美国乙烯原料主要来自页岩气副产乙烷, 预计到2020年将超过80%, 而中东亦在扩大轻质原料占比. 目前中东超过90%的石化装置, 北美地区超过70%的石化装置已实现了原料轻质化. 我们认为, 到2020年全球石脑油占比将下降到40%左右.
乙烷裂解制乙烯前景光明, 国内尚处起步阶段. 全球乙烷资源供需局面整体相对平衡, 美国是乙烷唯一出口地区, 乙烷价格近年来略显低迷. 乙烷裂解制乙烯不存在技术瓶颈, 原料成本低, 可大幅提升乙烯收率, 但同时影响了C3C4等副产品的供应. 全球乙烷制乙烯装置主要集中在中东和北美地区, 国内已建成装置较少, 尚处起步阶段, 发展面临多方面的挑战.
丙烷脱氢 (PDH) 和液化石油气 (LPG) 裂解平稳发展. PDH路线成本优势显著, 利润率和投资回报率较高. 丙烯-丙烷价差处于高位带来的高景气度为PDH提供发展空间. 我国PDH稳步发展, 项目陆续上马, 截至2016年底PDH总产能超过800万吨/年, 预计到2020年总产能将超过1500万吨/年. LPG裂解工业应用较少, 主要通过PDH装置实现, LPG深加工的推进将促进C4发展, 未来LPG直接裂解制烯烃将逐渐起步, 为原料轻质化增添新的元素.
1. 炼化行业高景气, 化工原料多元化, 轻质化
1.1 炼油能力趋于稳定, 产能结构不断优化
全球炼油能力缓慢增长, 主要集中于亚太, 欧洲和北美地区. 全球炼油能力保持缓慢增长, 2016年世界炼厂总产能达97430千桶/天(约合48.72亿吨/年), 同比增长0.45%, 2006年以来年均复合增长率1.0%. 炼油能力主要分布在亚太地区, 欧洲及欧亚大陆和北美地区, 分别占比33.7%, 23.9%和22.7%. 美国, 中国和俄罗斯位居世界炼油能力前三位, 合计贡献39216千桶/天, 占总能力的40%. 新增炼油能力约437.8千桶/天, 主要来自中国, 伊朗, 印度, 土库曼斯坦等国家.
世界炼厂规模略有增加. 2016年度, 世界炼厂总数约为646家, 较2015年增加12家;炼厂平均规模754万吨/年, 较2015年增长43万吨/年. 世界前25家炼油公司炼油总能力达27.3亿吨/年, 占世界总能力的56.1%, 2000万吨级以上炼厂数量达22家, 主要分布于美国和沙特等地区.
全球炼厂原油加工量保持稳定. 2016年, 全球炼厂原油加工量合计80550千桶/天, 同比增长0.8%, 2010年来保持稳定, 年均增长率约1.2%. 其中, OECD国家原油加工量37752千桶/天, 同比减少212千桶/天;非OECD国家加工量42798千桶/天, 同比增加858千桶/天, 中国和印度炼厂加工量高于2015年水平. 炼厂开工率方面, 世界平均开工率于2016年达82.67%, 较上一年度提高0.29个百分点, 亚太地区炼厂开工率达84.63%, 增速最快, 全球炼油行业保持良好发展趋势.
低油价背景下, 预计世界炼油能力将继续增长. 布伦特原油价格自2014年下半年断崖式下跌以来, 持续处于低位震荡, 截至2017年6月底价格为47.92美元/桶. 我们预计全年油价将窄幅震荡, 平均油价预计在45-55美元/桶. 低油价将推动炼厂发挥成本优势进一步提高原油加工量. 目前全球拟建炼油项目约739个, 其中亚太地区215个位居首位, 中东地区约171个. 739个项目中有38%在建, 26%处于计划阶段. 预计2017年世界新增炼油能力约4200万吨/年, 世界炼油总能力达48.9亿吨/年, 同比增长0.4%;2020年全球炼油能力将达51.8亿吨/年.
我国炼油能力趋于平稳, 主要来自主营炼厂. 截至2016年底, 我国炼油能力为14309千桶/天(约合7.5亿吨/年), 较2015年小幅增加4千桶/天, 近3年炼厂产能基本持平. 从经营主体看, 我国形成了以中石油, 中石化为主, 中海油, 中国化工, 中化, 中国兵器, 地方炼厂, 外资及煤基油品企业等多元化发展格局. 从炼厂数量看, 中石油26家, 中石化35家, 中海油12家, 煤制油15家, 其他炼厂100余家, 中石化, 中石油和中海油旗下主营炼厂产能合计占全国的64.6%.
我国炼厂平均规模较小, 产能区域性特点明显. 2016年, 全国千万吨级炼厂24座, 合计炼油能力3.14亿吨/年, 占全国的42%. 中石油和中石化千万吨级炼厂合计炼油能力分别占各自总能力的55%和69%. 炼厂平均规模中石油725万吨/年, 中石化743万吨/年. 然而, 由于国内仍存在不少小炼油装置, 中国炼厂总平均规模仅为405万吨/年, 与世界炼厂平均规模754万吨/年仍有较大差距. 从炼油地区布局看, 华北, 东北, 华南和华东地区是中国炼油能力的主要集中地, 2016年炼油能力分别为2.7亿吨/年, 1.24亿吨/年, 1.14亿吨/年内和1.01亿吨/年, 合计占80%, 形成了以东部为主, 中, 西部为辅的梯次分布.
我国原油加工量增速不断下滑. 我国原油加工量持续上升, 2016年达11023千桶/天(约合5.5亿吨/年), 同比增长3.17%, 增速较2015年下滑2.03个百分点, 近三年来持续下滑. 我国各类炼厂平均开工率76.7%, 同比上升1.3个百分点. 预计2017年中国原油加工量5.57亿吨, 同比增长1.2%, 增量主要来自云南石化, 惠州炼厂(二期)及获得原油进口权的地方炼厂等.
'两权' 放开, 地方炼厂发展迅猛. 随着国家对符合条件的地炼企业放开进口原油使用权和原油进口权, 地方炼厂发展迅速. 截至2016年底, 全国地方炼厂(含央企收购或控股的地方炼油企业)炼油总能力达2.62亿吨/年, 占全国的34.8%, 从规模上看, 地方炼厂已 '三分天下有其一' . 2016年地炼开工率达52%, 较上一年度大幅提高10.9个百分点, 将成为我国炼化行业发展的重要助推器.
淘汰落后炼油产能, 结构优化升级. 2016年度, 我国加速淘汰落后炼油产能, 延长石油集团和地方炼油企业合计淘汰2086万吨/年落后产能. 预计2017年我国将新增产能4600万吨/年, 淘汰落后产能1100万吨/年, 年底炼油总能力或将达到7.9亿吨/年, 同比增长4.6%, 为化工阶段提供充足的原料供应.
1.2 化工原料向多元化发展
乙烯工业是石油化工产业的核心, 传统方法通过石脑油制取. 乙烯是世界上产量最大的化学产品之一. 乙烯产品占石化产品的75%以上, 其产量被作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一. 工业上制取乙烯传统的方法是运用催化重整工艺, 对原油进行加工分离出化工轻油石脑油, 通过石脑油(以及部分轻柴油)为原料裂解制得. 此外, 石脑油裂解还副产丙烯, 丁二烯和芳烃等, 这些中间产物将用于下游合成化工品的制取.
全球化工原料多元化进程稳步推进. 近年来, 随着技术工艺的不断成熟和市场配置的不断优化, 全球范围内石化行业制烯烃的原料呈现多元化发展趋势. 除油制烯烃外, 煤制烯烃(CTO), 甲醇制烯烃(MTO), 轻烃(包括乙烷, 丙烷, 丁烷等)路线, 天然气及合成气制烯烃等方法迅速发展, 还诞生出煤基乙炔制烯烃等新型路线.
近年来我国和世界乙烯原料结构存在较大差异, 石脑油制烯烃路线盈利能力继续保持. 以2015年为例, 世界乙烯原料结构中石脑油占比47%, 而同期我国超过60%;2015年度全球轻烃(C2,C3,C4为主)原料占比合计48%, 而我国比例仅为14%. 从区域分布看, 亚太和欧洲地区以石脑油制烯烃为主;而在北美, 中东和北非地区, 则以乙烷和丙烷为主. 我国石脑油制烯烃盈利能力得以继续保持, 2017年来, 乙烯-石脑油价差虽略有下降, 但仍处于460美元/吨的较高位置.
煤制烯烃 (CTO) 在资源利用上符合我国国情, 低油价下失去竞争优势. 我国煤炭资源丰富, 基础储量逐年增长, 一次能源消费占比62.4%, 发展煤制烯烃符合我国国情. 在目前原油价格持续低位震荡的形势下, 煤制烯烃路线受到冲击. 根据中石油经济技术研究院《2016年国内外油气行业发展报告》, 从经济角度看, 考虑到折旧和财务费用(一般占到生产成本的40%), 原油价格50美元/桶应是煤制烯烃与石脑油制烯烃的节点, 低油价带来的下游产品价格降低使得煤制烯烃失去优势. 若未来油价上涨到 65美元/桶以上, CTO方式跟石脑油路线相比将具备较明显的经济性.
甲醇制烯烃 (MTO/MTP) 项目陆续上马, 高成本致使处于亏损状态. 截至2017年1月, 我国总计建成投产11套外采型MTO装置, 产能475万吨/年, 主要集中在沿海地区. 预计到2020年, 我国规划和批准的甲醇制烯烃产能会达到2000万吨/年, 其中完全外采型的甲醇制烯烃装置约占三分之一. 然而, 甲醇制烯烃成本构成中甲醇原料成本占比在75%以上, 其成本变化与甲醇价格变化有较大程度的关联, 2017年来甲醇价格始终居于高位, 原材料成本与产品售价倒挂现象频现, 加上因生产工艺复杂导致的大量生产性投资, 大幅压缩了我国甲醇制烯烃的盈利空间.
轻烃裂解制烯烃兴起, 气体资源逐步取代石油作为原料. 传统石脑油制备工艺具有产品收率较低, 设备和工艺较复杂, 能耗较高, 成本较昂贵等特点, 以气体为主体的轻烃资源逐步兴起成为替代石脑油的原料. 目前主要的轻烃生产路线有乙烷裂解, 丙烷脱氢(PDH), LPG裂解等, 还包括天然气和转化的合成气直接制取烯烃. 北美和中东是全球轻烃制烯烃发展领先的地区, 预计随着北美新增产能的释放, 到2020年, 在全球乙烯供应中, 乙烷裂解路线比例将在40%左右.
烯烃原料多元化的道路将不断延伸与拓宽. 随着中国乙烷裂解, 煤/甲醇制烯烃, 炼化一体化大乙烯项目, PDH等新项目的布局, 以及全球范围内创新烯烃生产技术的突破与工业化(如神雾环保开发的煤基乙炔制烯烃新工艺正快速推进商业化, Siluria公司甲烷氧化偶联制乙烯示范装置于2015年在克萨斯州成功投产), 烯烃原料多元化的道路将不断延伸与拓宽.
1.3 乙烯工业稳定发展, 原料轻质化将成未来趋势
1.3.1 全球及我国乙烯发展状况
全球乙烯产能稳定增长 . 2016年全球乙烯产能约为1.62亿吨/年, 较2015年净增300万吨左右, 同比增长1.9%, 近15年复合增长率2.8%. 其中亚太地区乙烯产能达到5520万吨/年, 占比33.7%, 北美地区乙烯产能达到3640万吨/年, 占比22.2%, 中东地区乙烯产能达到2920万吨/年, 占比17.8%. 三个地区合计占全球乙烯产能的73.8%, 产能区域集中度较高.
全球乙烯行业开工率保持高位. 2016年全球乙烯装置达到301座, 比2015年增加了5座, 平均规模53.8万吨/年, 基本保持不变. 全球前十大企业生产商总装置数量达到136座, 总产能达到9170万吨/年, 占世界乙烯总产能的56.6%, 平均规模67.4万吨/年. 世界前十大乙烯联合装置总产能2256.6万吨/年, 占世界总产能的13.9%. 2016年由于新增产能减少, 乙烯需求量增加, 行业开工率保持高位, 全球平均开工率为89.6%, 高于2015年的85%. 其中北美地区保持97%以上的水平, 中东地区开工率87%左右, 西欧地区开工率85%左右, 亚太地区开工率平均85%.
我国乙烯总产能继续增长, 新增产能首次全部来自煤基烯烃. 2016年我国乙烯总产能达到2310.5万吨/年, 同比增长5%, 近10年复合增速5.8%. 2016年新增产能110万吨/年, 全部来自煤(甲醇)制烯烃, 我国煤制烯烃产能已达到449.5万吨, 共17套装置, 占乙烯总产能的19%. 因煤制烯烃装置的不断投产, 两桶油乙烯产能占比近年不断下降, 2016年占比为72.8%, 其中中石油拥有7家生产企业, 12套乙烯装置, 中石化有14家生产企业, 16套乙烯装置. 低油价下煤基烯烃企业运行较为困难, 产能增长是因为投资惯性.
我国乙烯装置规模基本达到世界水平. 截至2016年底, 国内共有40家乙烯生产企业, 生产装置47套(其中石油基乙烯装置30套), 乙烯生产企业平均规模57.8万吨/年. 乙烯装置平均规模49.2万吨/年(其中石油基装置62万吨/年), 较2015年下降0.8万吨/年, 与世界乙烯装置平均规模53.8万吨/年差距较小. 单套规模80万吨/年及以上的大型装置10套, 合计产能996万吨/年, 占总产能的43.1%;60~80万吨/年乙烯装置11套, 合计产能739万吨/年, 占总产能的32%;60万吨/年以下的中小乙烯装置26套, 合计产能575.5万吨/年, 占总产能的24.9%. 在全球最大的10家乙烯生产公司中, 中石化以1084万吨/年的乙烯产能居第四位, 中石油以597万吨/年的乙烯产能居第六位. 全国百万吨级乙烯装置国产化率超过80%.
国内乙烯产消总体保持平衡. 2016年, 我国乙烯产量达1781万吨, 同比增长3.9%, 较2015年增速提高2.8个百分点, 自2005年来上涨135.9%, 年均复合增长率8.1%;2016年乙烯表观消费量达1946万吨, 同比增长4.2%, 自2005年来涨幅达156.5%, 年复合增长率为8.9%. 2016年我国乙烯供需缺口达164.7万吨, 较2015年151.6万吨扩大13.1万吨, 总体保持平衡. 根据《石化和化学工业发展规划(2016-2020年)》, 2020年前, 国内乙烯和丙烯需求年均增速分别为3.6%和4.7%, 保持稳定增长.
丙烯产量和表观消费量增速高. 我国丙烯产业发展良好, 截至2016年底丙烯产量2273万吨, 同比增速14.28%;表观消费量2563万吨, 同比增速13.11%. 产量和表观消费量增速与乙烯相比明显较高.
乙烯丙烯当量消费将平稳增长. 据工业和信息化部发布的《石化和化学工业发展规划(2016-2020年)》预测, 2020年乙烯和丙烯当量消费将分别达到4800万吨和4000万吨, 年均增长率分别为3.6%和4.7%, 未来需求仍有空间.
预计未来国内乙烯发展迎来高峰期, 石油基烯烃仍为主线, 非石油基原料将广泛应用. '十三五' 期间将是中国乙烯发展的高峰期, 预计在2020年前在建和规划的项目将集中投产. 预计到2020年国内乙烯总产能将达3200万吨/年. 从石油基原料看, 传统石脑油占比将进一步下降, 轻柴油, 凝析油占比将有所上升;从非石油基原料看, 天然气, 天然气凝析液(NGL), 液化气, 轻烃, 煤(甲醇)等将被广泛应用, 乙烯装置原料结构将进一步得到优化, 多元化程度将进一步上升.
1.3.2 化工原料轻质化将是大势所趋
我国化工原料面向轻质化方向发展, 中东和美国轻质化进程领先. 以2014年为例, 我国烯烃原料中石脑油约占75%, 远高于同期世界约50%的平均水平. 近年来, 国内烯烃市场总体缺口仍较大, 低油价下化工品利润回升, 石脑油产量上升空间不大等因素促进了我国乙烷裂解制乙烯, LPG裂解, PDH制丙烯, 甲烷偶联制乙烯, 煤基乙炔法制乙烯等新兴工艺研发进程. 截至2016年底, 国内乙烯原料虽仍以石脑油为主. 但其占比从2014年的75%迅速下降至48%. 此外, 随着国内企业不断进行原料优化, LPG作为比石脑油廉价的原料被大量运用. 2016年度, LPG占乙烯原料的7.1%, 未来占比还将继续提高, 轻烃占比维持在14%左右. 国内化工原料正面向轻质化方向发展, 即从石脑油向以轻烃, 石油气, 天然气等气体资源方向转变. 从全球来看, 美国乙烯原料主要来自页岩气副产乙烷, 预计到2020年将超过80%, 而中东亦在扩大轻质原料占比. 目前中东超过90%的石化装置, 北美地区超过70%的石化装置已实现了原料轻质化.
全球各区域乙烯原料差异化分布. 乙烯原料地区差异性显著. 从世界各地区天然气液体在乙烯原料中所占比重看, 北美地区最高, 为84.3%, 中东地区为77%, 西欧和亚太地区分别为36.3%和32.6%. 从石脑油在乙烯原料中所占比重看, 亚洲和西欧分别高达60.1%和59.7%, 北美地区仅为6.7%. 其中, 亚洲方面, 在丙烷或丁烷的吨价为石脑油价格90%的情况下, 乙烯装置运营商通常选择LPG作为乙烯裂解原料. 在韩国, 日本和中国台湾, 乙烯装置运营商的裂解原料中5%~15%为LPG, 东南亚裂解装置运营商的裂解原料中LPG所占比重高达20%;中东方面, 新建单套装置规模都在80万吨至100万吨, 以乙烷等轻质烃原料为主.
北美页岩气的快速发展推动原料革新. 美国依靠成熟的开发生产技术以及完善的管网设施, 大力开发利用页岩气资源. 美国页岩油气钻机数自2009年后快速上升, 最高时超过1200台, 截至2017年5月总钻机数653台, 并仍呈继续上升趋势. 页岩气的不断开发大大丰富了石化行业的天然气资源, 天然气相对传统原油而言逐渐具备替代性, 为全球化工原料轻质化革新提供了稳定的资源保障.
美国已经基本实现乙烯原料轻质化, 投资热情不减. 受页岩气革命影响, 美国下游化工产品乙烯的原料结构发生显著变化. 据中为咨询的数据显示, 2005年美国乙烷生产乙烯产量为0.11亿吨, 占乙烯总产量的43.2%, 2010年乙烷生产乙烯产量为0.15亿吨, 占乙烯总产量的64.4%, 2005~2010年乙烷产乙烯量占乙烯总产量的比例大幅提升. 2005~2010年石脑油裂解生产乙烯占乙烯总产量的比例从23.0%大幅下降到了8.8%. 美国已经基本实现了乙烯原料轻质化, 多元化的乙烯原料结构处于一个相对合理的状态. 另外, 美国石化企业仍在争相投资原料轻质化项目, 以新建和改造乙烷裂解装置为主.
轻质化原料具备一定的成本优势. 轻质化气体资源裂解制乙烯, 丙烯等具有成本较低的独特优势. 轻质化原料相比于石脑油, 整体裂解工艺简单, 原料价格相对低廉. 以天然气为例, 早在2000年前后, 天然气和原油的价格都约在5美元/百万英热单位, 即原油价格在30美元/桶左右. 但2005年之后, 两者价格走势开始背离. 2007年起, 北美页岩气的快速发展大幅拉低天然气价格, 同时也明显增加了乙烷的供应. 到2014年, 北美天然气价格依然维持在5美元/百万英热单位以下, 而单位原油价格虽然在2014年下半年大幅下滑, 但平均价格依然要明显高于天然气的价格. 除天然气以外, 其他气体资源如轻烃等较石脑油同样具有成本优势.
政策扶持推动我国原料轻质化进程加速. 近年来, 国家有关部门出台一系列政策, 大力推动化工原料的多元化和轻质化进程. 《石化和化学工业发展规划(2016-2020年)》明确指出, 要加快现有乙烯装置升级改造, 优化原料结构, 实现经济规模, 提升加工深度, 并要求重点发展丙烷脱氢制丙烯等新型工艺, 提升非石油基产品在乙烯和丙烯产量中的比例, 提高保障能力. 2016年4月发布的《石油和化学工业 '十三五' 发展指南》也进一步明确了围绕原料多元化, 加快现有乙烯装置的升级改造.
原料轻质化或将导致化工产品供需格局发生变化. 由于使用轻质化原料制烯烃将改变各产物收率, 故将导致所得产品组成不同. 裂解反应下, 随着原料从化工轻油向轻烃转变, 三烯收率整体提升, 从而致使烯烃产量相对增加. 目前轻质化的趋势将使得乙烯, 丙烯单体增加, 而C4及以上单体如丁二烯量减少, C4缺口将逐渐形成;同时对芳烃的产量也将造成少量影响(纯苯减少, PX增加), 化工原料的供需格局将发生较大变化.
轻质原料替代石脑油是大势所趋. 轻烃, LPG, 天然气等原料替代石脑油将是未来发展趋势. 据亚化咨询预计, 2020年全球乙烯产量将增加5200万吨, 其中, 乙烷, LPG和液体原料的使用量将分别增加44%, 14%和41%;世界乙烯裂解原料中, 乙烷用量的年均增长率为2.3%, LPG的年均增速为0.2%, 石脑油需求将以2.3%的年均速度递减. 我们认为, 到2020年全球石脑油占比将下降到40%左右.
全球各地区将加速推进轻质原料替代石脑油. 分地区来看, 北美地区页岩气的开发将使乙烷产量继续较快增长, 天然气凝析液也将继续大量生产, 以天然气副产物为原料的乙烯装置得到更快发展;欧洲地区石脑油供应可能会受到该地区炼油厂进一步关闭的影响, 因国际市场LPG供应状况预期改善, 乙烯裂解装置未来将更多改用LPG作裂解原料;亚太地区未来一方面还将需要进口大量石脑油, 而另一方面LPG占比将继续提升, 乙烯装置运营商将增加使用LPG/轻石脑油, LPG/全馏程石脑油, LPG/公开规格石脑油及LPG/重石脑油混合物作原料进行裂解;中东地区廉价乙烷产量增加将受到天然气开发和生产成本的制约, 可供石化生产用天然气趋于紧张, 价格也将逐渐有所提高, 预计中东新建乙烯生产装置将增加采用其他轻烃或较重质原料. 中国PDH发展良好, 沿海地区正规划进口乙烷裂解制乙烯项目, 同时创新技术路线蓄势待发. 我们预计, 在2020年之前, 全球乙烯新建装置投产将主要在北美和中国.
2. 乙烷裂解: 前景光明, 国内尚处起步阶段
2.1 全球乙烷供给不断增长, 价格略显低迷
乙烷制乙烯工艺路线多样化, 以乙烷蒸汽裂解为主. 目前全球大约96%的乙烷来自天然气加工, 约99%的乙烷用于生产乙烯. 乙烷制乙烯工艺路线中, 已经实现工业化的是乙烷蒸汽裂解技术. 该技术发展的核心是裂解炉技术的改进与完善, 具有代表性的是美国鲁姆斯公司, S&W公司, 德国林德公司, 荷兰KTI公司及中石化工程建设公司. 该技术具有产品单一, 并能富产大量氢气的优点, 但反应条件苛刻, 能耗高. 目前在美国, 中东及欧洲建成的乙烷裂解装置均采用乙烷蒸汽裂解. 此外, 还在研究的工艺路线有催化膜反应器脱氢和乙烷氧化脱氢. 催化膜反应器脱氢具有较低的反应温度和较高的产品收率, 是具有潜力的发展方向, 目前尚处于起步阶段.
全球乙烷资源供需局面相对平衡, 美国是乙烷唯一出口地区. 2011年后随着油气井定向钻探和压裂页岩技术突破, 乙烷产量每年增长超过30%. 2016年全球乙烷产量约6600万吨, 其中40%来自美国, 除满足自身作为乙烯原料外, 约300万吨出口至加拿大, 西欧和印度等地用于乙烯原料;中东占比约36%, 全部用于区域乙烯原料. 预计到2020年, 全球乙烷产量约8500万吨, 其中美国约4000万吨, 增长1500万吨, 出口700万吨以上. 中东产量约2780万吨, 全部自身消化. 美国是全球乙烷最大供给和消费第一, 也是目前唯一的出口地区, 已修建了2条到加拿大的专用管道, 其余乙烷通过水运供应印度和西欧.
美国乙烷产能过剩将持续出口, 计划以到岸价方式向全球用户供应. 目前美国乙烷产能过剩约30万桶/天(4万吨/天), 而据美国能源安全分析公司(ESAI)预测, 到2020年美国乙烷产量将达250万桶/天(35万吨/天), 过剩60~100万桶/天(8~14万吨/天). 持续出口将是化解国内乙烷供需不均的必要途径. 2016年初, 英力士(Ineos)和沙特基础工业公司(SABIC)开始从美国进口乙烷到欧洲西北部. 印度孟买的信赖公司(Reliance Industries)也从2016年3季度起从摩根角设施长期进口乙烷, 预计每年150万吨, 合计合约量已经超过500万吨/年. 美国乙烷公司目前正着手以到岸价方式为全球乙烷用户提供长期的乙烷供应, 如在墨西哥湾建设1000万吨产能的乙烷出口终端. 建成后将成为全球规模最大的乙烷出口终端, 这将极大推动全球原料轻质化进程.
乙烷国际贸易活跃, 专用运输船需求大增. 乙烷易挥发和蒸汽压高, 必须用专用的VLEC(乙烷船)深冷运输, 未来美国的过剩乙烷出口将刺激VLEC的需求增长. 印度信诚向三星重工订造6艘大型乙烷船(VLEC), 可装载4.7万吨液体乙烷, 每艘造价约1.2亿美元, 英国船东NavigatorGas计划订造8艘VLEC, 山东海运计划订造8艘VLEC从美国运输乙烷. 预计未来几年市场会有大量新增的VLEC, 来自印度, 英国, 中国等公司计划订购VLEC运输船泊大约将有40-60艘.
乙烷价格近年来略显低迷. 全球乙烷价格主要受美国乙烷市场影响. 受制于下游乙烷裂解新增产能和出口设施尚未大规模投入使用, 近两年来美国乙烷严重过剩, 该国市场价格在2008年达到高点600美元/吨(约18.8美元/百万英热单位)后开始断崖式下跌, 下降至约160美元/吨, 定价机制脱离原油走势与天然气价紧密挂钩. 来自美国东北部和墨西哥湾沿岸的乙烷不断寻求新市场.
美国乙烷价格可能企稳回升. 随着2017年后北美乙烷裂解装置大规模投产以及出口开始吸收过剩产能(现阶段主要出口至加拿大, 欧洲和日本以满足当地乙烷裂解装置的原料需求), 美国乙烷价格可能出现反弹, 预计到2020年, 美国乙烷价格将达到300美元/吨.
管输费用为乙烷生产主要成本, 管道设施加速建设将有效控制乙烷成本. 以美国为例, 95%的乙烷通过管道运送至客户终端, 管道运输相比槽车, 铁路等运输方式长距离运输成本较低, 但占总成本的比例也接近60%. 近年来美国一些主要管道项目纷纷落地, 乙烷基础管网的完善便捷了运输, 一定程度上压缩了管输成本, 这将为乙烷的后续利用提供更加广阔的盈利空间, 促进乙烷裂解制乙烯效益的提升.
2.2 乙烷裂解路线优势明显, 国内尚处起步阶段
乙烷蒸汽裂解是技术成熟的工艺. 早期管式裂解炉只能适应气体或轻质液体等单一原料, 随着乙烯装置规模扩大, 裂解原料的需求量也大量增加, 单台10万吨/ 年生产能力的裂解炉原料用量在30万吨/年以上. 而受炼油能力, 炼厂布局和原料价格波动, 上游装置异常停车等因素影响, 裂解炉难以长期采用特定原料, 现代裂解炉系统具有加工几种原料的灵活性. 目前灵活进料的裂解系统可以在不同的裂解炉中加工乙烷, LPG, 石脑油, 加氢尾油等多种原料, 也可以在同一台裂解炉中同时加工多种原料. 目前国际上已经运行的乙烷制乙烯装置全部采用传统的蒸汽裂解工艺, 由于采用单一的气体炉, 因此从技术角度来看不存在瓶颈.
全球乙烷裂解装置集中度高. 据凯顿咨询统计, 目前乙烷裂解制乙烯装置主要集中在中东(2751.5万吨)和美国(2405.4万吨), 其次为西欧(1169.3万吨)和加拿大(504.8万吨), 例如埃克森美孚化学公司(300万吨), INEOS Americas公司(186万吨), Sweeny Texas公司(186万吨)等. 随着欧洲和亚太地区多项乙烯装置改造项目的推进, 全球乙烷裂解装置覆盖区域将不断扩大.
乙烷裂解制乙烯将大幅提升乙烯收率, 但同时影响了副产品的供应. 石脑油裂解工艺乙烯收率约30%, 乙烷裂解制乙烯的收率则高达76%左右, 大幅提升了乙烯收率, 促进裂解装置效率的提高. 另一方面, 丙烯, 碳四, 芳烃等产品较少, 产物结构发生明显变化. 以丙烯和丁二烯为例, 在石脑油裂解中, 理论上每产出一吨乙烯, 同时还将产出530千克的丙烯和180千克的丁二烯. 但在乙烷裂解中, 只产出36千克的丙烯和25千克的丁二烯. 原材料轻质化明显影响到乙烯副产品的供应.
进口乙烷裂解原料成本低. 以东部沿海为例, 从2016年情况看, 国际布伦特原油价格全年平均值43.5美元/桶, 美国乙烷全年平均价约148美元/吨, 而国内华东甲醇全年平均价约2080元/吨. 以此为基础, 测算石脑油裂解, 进口乙烷裂解, 甲醇制烯烃三种路线吨烯烃完全成本(不含税)分别为4130元/吨, 3460元/吨和5480元/吨, 进口乙烷裂解有着绝对的原料成本优势.
中东和北美乙烷裂解路线成本优势明显. 从目前全球乙烯生产成本的地区分布来看, 亚洲石脑油基乙烯生产商处于全球乙烯生产成本高端区, 生产成本约为568美元/吨. 中东和美国乙烷基乙烯生产商由于低廉的乙烷价格已形成巨大的成本优势, 生产成本仅为300~350美元/吨左右, 约为亚洲石脑油基乙烯生产成本的52%~60%, 且相当于中国煤制烯烃成本的45%~50%. 我们认为, 在未来数年内, 随着北美丰富的页岩气的开采与生产, 美国炼化市场将持续受益于乙烷脱氢制乙烯的低成本优势, 北美的乙烷裂解制乙烯工艺将保持竞争优势.
乙烷裂解路线所需投资较少. 除原料成本低廉外, 乙烷裂解制乙烯所需投资也较少. 在相同乙烯产能下, 乙烷裂解的整体投资较石脑油裂解和甲醇, 煤制烯烃而言低21%~46%, 进一步扩大了成本优势.
美国低成本乙烷制乙烯覆盖率将继续保持较高水平. 北美地区乙烷裂解制乙烯普及率将继续增长. 据统计, 2017年, 美国乙烷裂解乙烯产能将达1205万吨/年, 2020年1894万吨/年, 届时乙烯总产能2499万吨/年, 全国乙烷制乙烯覆盖率将维持在75%以上. 若按照2.5美元/mmBtu乙烯成本约290美元/t, 与中东乙烷裂解制乙烯成本相当. 按照2016年国内董家口进口完税价8.5美元/mmBtu计, 乙烯成本620美元/t, 相当于原油45美元/桶时石脑油制乙烯成本. 美国在2020年前还将投产超过10座新建和改扩建的乙烷裂解制乙烯装置.
我国乙烷裂解仍处起步阶段. 目前我国已建成的乙烷裂解装置较少, 主要集中在燕山石化, 青岛炼化, 扬子石化和齐鲁石化等, 国内利用乙烷裂解制乙烯产量尚不稳定. 在建装置包括新疆巴州80万吨乙烷制乙烯项目(使用102万吨的乙烷作为裂解原料), 东华能源于曹妃甸规划的2套100万吨/年乙烷裂解制乙烯项目, 整体仍处于探索起步阶段.
国内乙烷裂解的发展面临多方面挑战. 多因素限制我国乙烷裂解路线发展. 首先, 近年原油价格偏低, 目前乙烷裂解制乙烯与传统油制烯烃生产成本差距不断缩小, 发展热情减弱;其次, 我国乙烷产量十分稀少, 工业乙烷严重不足, 原料无法自给, 受乙烷原料供应量不稳定的影响比较大;此外, 进口方面, 乙烷的运输需专用乙烷船, 储存需要建造庞大的高压容器, 成本高昂, 海外乙烷资源的获取存在着严重障碍. 未来我国乙烷裂解制乙烯工艺很难在短期内取得突破, 但随着乙烷贸易的不断开放和技术的不断成熟, 乙烷裂解将迎来广阔的发展前景.
3. 丙烷脱氢和LPG裂解: 稳步推进, 拓宽C3, C4发展空间
3.1 丙烷脱氢 (PDH) 持续平稳发展
我国丙烯行业蓬勃发展. 我国丙烯产量和消费量持续增长, 2016年丙烯产量达2261万吨, 同比增长13.63%;消费量2587万吨, 同比增长19.3%, 消费量增速高出产量增速约6个百分点. 供需格局相对紧张, 决定了每年对进口丙烯的需求, 不过自2013年以来进口量相对平稳. 2012年来, 丙烯对外依存度均保持在10%以上, 随着国内丙烯产能的继续建设, 丙烯自给率将得到提升.
原料轻质化背景下, 乙烷原料占比上升影响丙烯产量, PDH成重要解决途径. 石脑油制乙烯副产丙烯是传统丙烯的主要来源(1吨石脑油蒸汽裂解制乙烯会副产0.13吨的丙烯), 但收率较低. 加上原料轻质化进程的加速, 乙烷作为蒸汽裂解原料比重上升, 导致蒸汽裂解副产丙烯产量不断下降. 而PDH作为成熟技术制丙烯的收率超过80%, 成为解决丙烯产量不足问题的绝佳途径.
PDH路线成本优势显著. 目前国际油价低位徘徊, 2017年布伦特原油均价在50美元/桶附近, 即当动力煤在150元/吨, 甲醇在1850元/吨, PDH丙烷在4260元/吨时, 煤制烯烃, 甲醇制烯烃和PDH三者成本竞争力相同. 2016年以来, 动力煤价格始终位于300~500元/吨范围, 甲醇价格自2017年来一直高于2000元/吨, 而丙烷现货价格在2500元/吨以下. 由此可见, PDH路线原料成本明显低于其他两种方式, 具备竞争力.
相对传统石脑油路线, PDH将带来较高利润率. 以北美为例, 一套60万吨/年的PDH按5.5亿美元, 折旧按20年计算, 北美PDH项目的税前利润大约为500美元/吨, 净利率更是接近30%, 而石脑油制丙烯净利率不到10%. 由此可见, PDH盈利能力非常可观, 可带来较高的投资回报率.
丙烯-丙烷价差处于高位, 行业景气为PDH提供发展空间. 2016年来, 丙烯价格不断攀升, 截至2017年6月底, 丙烯价格达825美元/吨, 同比增长18%;丙烯-丙烷价差自2016年来持续扩大, 虽在2016年9月后呈现震荡走势, 但仍处高位, 2017年6月底价差达到429.8元/吨, 同比增长21.9%. 丙烯行业景气度攀升, 或将促进PDH装置的建设和投产, 为PDH的发展提供空间.
PDH对原料要求较高, 原料获取需依赖进口. 从生产原料来看, 丙烷脱氢制丙烯要求原料丙烷纯度至少达到97%. 现有国外丙烷脱氢装置, 都采用湿性油田伴生气为来源的高纯低硫丙烷为原料. 而我国湿性油田伴生气资源较匮乏, 且国产液化气是石油炼制过程中产生的副产品, 是一种杂质含量及硫含量较高的混合气体, 国产液化气中丙烷质量无法满足丙烷脱氢工艺原料要求. 因此, 国内建设的丙烷脱氢装置, 必须进口以国外油田伴生气为来源的非炼油厂生产的高纯度液化丙烷.
我国PDH稳步发展, 项目陆续上马. 目前, 全球相对完善的技术共5套, 在工业界得到广泛应用的包括UOP的Oleflex工艺和和Lummus的Catolefin工艺. 两者均属于成熟工艺, 目前国内装置计划中, 也多采购此两种工艺. 2013年10月, 国内第一套PDH装置在天津渤化建成, 产能60万吨/年. 此后, 建设项目陆续上马, 截至2016年底我国已投产的PDH项目超过17个, 总产能超过800万吨/年. 随着2020年前PDH装置将继续建设, 预计届时总产能可能超过1500万吨/年. 虽然丙烷脱氢有良好的盈利前景, 但大量产能的投放造成的原料上涨, 产品价格下滑风险始终存在.
3.2 LPG裂解工业应用较少, 是C4发展的支撑点
LPG富含C3C4组分, 具有优异性质. 液化石油气(LPG)是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品, 成分以丁烷(42%~46%)和丙烷(16%~20%)为主, 还含有少量丙烯(6%~11%)和丁烯(5%~6%). 饱和LPG作为轻烃通过裂解技术制取的 '三烯' 综合收率远高于以石脑油为代表的液态烃裂解原料, 且具有洁净, 安全, 热值高, 易于储存和运输等优点.
LPG作为重要石化原料, 而我国主要用于燃料. 随着石油化工行业的发展, LPG作为一种化工基本原料已越来越受到人们的重视. 将LPG通过分离, 裂解等工艺可以制得乙烯, 丙烯, 丁烯, 丁二烯等, 用来生产合成塑料, 合成橡胶, 合成纤维及医药, 炸药, 染料等产品. 目前, 石化原料已成为全世界LPG消费的第二大领域. 然而, 我国LPG的主要市场仍是燃料消耗, 化工利用率仅为13%, 远低于美国, 西欧, 日本等发达国家的水平.
国内产消保持增长. 国内LPG产消保持稳定增长. 2016年我国LPG产量3504万吨, 同比增长19.41%, 近十年年均增长率7.2%;同年LPG需求4984万吨, 同比增长24.6%, 近十年年均增长率9.0%, 下游需求保持高涨. 进口量逐年提升至2016年的1612万吨, 进口依赖度提升至32.35%. 我们认为目前LPG产业发展态势良好.
国产LPG多方面缺陷制约了在乙烯装置上的扩大使用, 全球资源主要集中在中东和北美. 我国LPG具有资源产地分散, 数量有限, 烯烃含量高, 储运不及石脑油方便, 民用使用比例大等特点, 制约了其在乙烯装置上的扩大使用. 从国际上LPG资源分布来看, 世界上LPG主要缺口地区是亚洲和西欧, 剩余量较多, 可供出口的地区是中东, 其次是非洲和大洋洲, 而美国已成为重要的LPG输出产地.
LPG市场价走低渐稳, 作为裂解原料成本处于低位. LPG全国平均市场价格自2008年后持续走低, 从最高点6.47元/千克回调并稳定至2.67元/千克. LPG价格降低或将为LPG裂解工业原料提供成本优势, 盈利能力将得到保障.
中东和北美地区化工用LPG需求增长强劲, 工艺相对成熟. 中东是世界主要LPG产地和输出地. 由于该地原油和石脑油价格较高以及所产天然气凝析液中富含石蜡, 因此中东地区化工用LPG的需求增长相当强劲. 该地区LPG的需求量自1995年来已增长10倍左右, 主要用于生产MTBE和乙烯. 此外, 作为世界最大LPG市场的北美地区, LPG年需求量超过7000万吨, 其中石化领域的需求量占比高达40%~45%, 且大部分应用领域已相对成熟.
国内企业LPG贸易迅速发展. 东华能源是国内LPG贸易业务龙头, 年均实现LPG国际贸易总量500~600万吨, 并以贸易带动下游产业发展的循环经营体系, 打造张家港, 宁波, 连云港新材料产业基地. 此外, 2016年, 中国万华化学集团与全球最大原油出口商沙特阿美达成LPG年度供应合同《液化气(LPG)采购合约》, 创中国企业先例, 也成为首家向沙特阿美推荐丙丁烷合同价格的中国进口商. 这将开拓国内LPG原料供应新局面, 并大幅提升中国企业在LPG市场上的议价能力.
我国LPG裂解应用较少, 深加工的推进将促进C4发展. 国内LPG裂解工业应用中, 直接通过催化裂解生产烯烃较少, 而主要是通过和丙烷脱氢相结合, 使用改造的PDH装置裂解LPG. LPG深加工迅速发展, 主要包括芳构化生产BTX, 丙烷脱氢制丙烯, 丁烯氧化脱氢制丁二烯等, 在乙烷裂解发展导致C3C4产量不足的形势下保障C3C4(尤其是C4)的供应和发展. 近年来, 我国丁二烯产能保持稳定, 截至2016年达349.5万吨/年, 随着LPG深加工应用的推广, 未来产能或将有所提升. 从产能结构来看, 我国民营企业(齐翔腾达等)也开始建设LPG深加工装置, 在国内C4产能中占有一席之地. 总体看来, 我们认为未来LPG直接裂解制烯烃将逐渐起步, 为原料轻质化增添新的元素.
