乙烯作為最重要的大型石化原料, 2017年全球範圍內的產業表現如何?未來發展趨勢又如何?下面將為您詳細解讀乙烯產能驅動與未來演變, 煉化一體化以及原料多元化是未來的發展趨勢, 外購乙烷裂解成為新方向, 乙烷市場化提供保障.
本文基於【申萬石油化工】乙烯行業深度報告整理編輯.
你知道石油化工基礎原料乙烯嗎?
乙烯作為最重要的大型石化原料, 主要特點有:
下遊衍生品多, 分工明確, 供給創造需求.
乙烯下遊應用廣泛, 裝置的投產一般會帶來下遊的衍生品配套, 從而創造更多的需求.
往往大型石化企業投產乙烯之後, 其他中小型的企業配套投資, 綜合利用副產品如: 利用碳五做石油樹脂的, 碳四組分做甲乙酮, 丙烯腈副產氫氰酸做MMA等.
總需求量大, 但是貿易量少. 2017年我國乙烯的產量是 1822萬 噸, 當量需求約 4000萬 噸, 主要是以下遊產品的需求折算, 如聚乙烯, 乙二醇, 苯乙烯等. 目前而言, 下遊苯乙烯, 乙二醇等盈利能力良好. 全球範圍內年乙烯總需求約1.5億噸, 但是年貿易量估計僅在400萬-600萬噸.
合約貨比例高, 現貨量少, 槓桿效應明顯. 2017年我國乙烯的進口量為215萬噸, 國內大型石化裝置基本上實現乙烯自供, 我國外購乙烯的生產商主要是: 三江化工(環氧乙烷), 江陰利士德(苯乙烯), 新浦化學(EDC, 苯乙烯), 常州東昊(苯乙烯)等.
乙烯的投資規模巨大, 未來煉化一體化, 原料多元化是趨勢. 曆史上乙烯裝置與煉油裝置一般為獨立運行;後隨著公司和資本實力的擴大, 強調煉化一體, 國內如上海石化, 鎮海, 福建聯合石化等都為煉油, 乙烯一體化的企業, 但在國際上很多是分開運行.
乙烯是石油化工產品的核心, 投資巨大, 較新的項目如南非Sasol在美國Lake Charles的150萬噸乙烯, 其以乙烷為裂解原料, 下遊配套EO, LDPE, MEG等, 總投資是89億美金;陶氏與阿美合資的Sadara項目150萬噸乙烯, 以石腦油, 乙烷進料, 共26套裝置, 總投資為200億美金.
1, 蒸汽裂解仍是最主要生產工藝
乙烯的生產工藝主要有五種, 分別為: 蒸汽裂解; 煤制烯烴, 甲醇制烯烴; 費托合成; 煉廠尾氣 . 其中蒸汽裂解是最主要的乙烯生產工藝, 原料可以為石腦油, 凝析油, 加氫尾油, 乙烷, 丙烯, 丁烷等, 可以單一原料或者混合進料等.
根據我們統計, 目前全球乙烯裝置約300套, 合計產能約1.7億噸, 對應總需求約1.5億噸/年. 由於乙烯需要在零下100°C進行存儲, 對應商品量少, 主要是以衍生品的形式進行銷售.
從對應乙烯分布來看, 從中國的乙烯需求來看, 進口依賴度仍然居高. 西歐和中東的乙烯仍然過剩. 從乙烯原料來看, 中東和美國主要是以乙烷為原料, 但是由於中東的乙烷配額已經用完, 未來新建乙烯裝置將會以石腦油為主要原料.
2, 乙烯規模趨於大型化
乙烯蒸汽裂解通常是原料在多個平行的裂解爐中, 裂解出口溫度接近850°C, 在離開裂解爐反應區時, 烯烴氣體的混合物進入急冷區;其中水或重油被用來冷卻氣體和淬火.
這時, 含碳氫的氣體被液化或提純, 通過壓縮空氣到很高的壓力, 並冷卻到很低的溫度;液化後的組分被分離成乙烯, 丙烯, 混合碳四, 粗裂解汽油(C5-C8混合物), 氫氣/甲烷等.
乙烯裝置是典型的資金, 技術密集型;我們認為構成大型乙烯裝置核心是裂解乙烯技術, 裂解爐, 裂解氣壓縮機等.
乙烯技術提供商
裂解乙烯技術是成熟的生產工藝, 世界範圍內主要的乙烯技術提供商主要有CB&I, Kellogg Brown & Root(KBR), 林德, Technip( KTI, 以及收購的Stone and Webster技術等)等.
法國德希尼布Technip: 是世界乙烯技術的領導者, 自2000年以來世界新增乙烯中約50%的技術來自於Technip公司. 2012年Technip收購Stone & Webster, 其中Stone & Webster的乙烯技術經驗超70年, Technip自身超40年, 合計有150套原始投資的乙烯裝置技術轉讓.
CB&I: 在全球為超過120套乙烯裝置提供創新技術, 約佔全球產能40%;已經成功地完成了200多個原始投資, 改造和擴展的設計項目.
KBR公司: 自1990年, 超過20套新的乙烯裝置, 合計產能1300萬噸/年.
Linde技術: 應用於超過40套大型乙烯裝置, 合計產能超過1800萬噸/年.
乙烯裂解爐
一套乙烯裂解裝置有多台裂解爐並聯而成, 目前世界級規模中單台裂解爐的能力一般是: 液體原料(石腦油等)的乙烯能力為20萬噸/年/台;氣體原料裂解(乙烷等)的乙烯能力為22萬噸/年/台.
全球主要乙烯裂解爐供應商如: 芝加哥橋樑與鋼鐵集團(CB&I)的SRT®乙烯爐, 惠生乙烯工業爐爐管, Technip SMK™ furnaces等.
裂解氣壓縮機
主要設備供應商如GE, 三菱, 西門子, 埃利奧特, 沈鼓集團等.
近年來, 國內的沈鼓集團在乙烯壓縮機的大型化方面取得了很大的進步, 其中2017年11月, 沈鼓集團研製, 設計, 製造的我國首台(套)120萬噸/年乙烯裝置用離心壓縮機組, 在中國海洋石油總公司惠州煉化二期項目現場一次試車成功, 這標誌著我國120萬噸級乙烯三機全面實現國產化.
3, 下遊產品應用廣泛 需求結構良好
2017年我國乙烯產量1822萬噸, 同比增加2.3%;過去五年中國乙烯的平均產量增速僅4%, 落後於GDP增長. 我國的乙烯考慮到下遊以衍生品的形式進口, 對應的當量需求接近4000萬噸/年.
由於乙烯的物流門檻高, 乙烯的下遊投資規模也較大, 因此整體的下遊產品都比較健康. 近年來, 以聚乙烯, 苯乙烯, 乙二醇為代表的下遊產品盈利情況也較好.
聚乙烯: 乙烯最大的下遊應用. 聚乙烯的需求結構良好, 我們認為主要由於: 農膜的需求量大, 網購帶來聚乙烯包裝材料的需求, 價格下跌後回收料使用的減少等因素. 2017年國內表觀消費為2554萬噸.
乙二醇: 主要下遊是聚酯纖維(滌綸), 聚酯瓶, 包裝材料(BOPET)等, 中國經濟對於滌綸纖維的需求量大. 中國的乙二醇進口量大, 進口依存度近70%. 未來乙二醇的不確定性主要來自於中國的煤制乙二醇的產能釋放. 目前我國表觀消費超1300萬噸/年.
環氧乙烷: 這裡指除用於乙二醇外商品量的環氧乙烷, 主要下遊是表面活性劑, 醇醚, 乙醇胺等. 由於前幾年環氧乙烷的市場較好, 很多工廠把用於乙二醇的量減少, 用於生產商品量的高純度環氧乙烷HPEO. 由於乙烯價格居高, 目前外購乙烯的HPEO廠商盈利較弱.
苯乙烯: 主要用於合成塑料PS, ABS;發泡材料EPS;不飽和樹脂UPR等. 苯乙烯由於投資規模較大, 門檻較高, 曆史盈利一直較好. 目前國內表現消費量超900萬噸/年, 進口依存度接近40%.
乙丙橡膠: 以前技術主要是朗盛, 陶氏等公司掌握, 國內主要是吉林石化. 目前我國乙丙橡膠需求量在40-45萬噸/年, 主要應用於汽車部件, 防水卷材, 電線電纜等領域. 工業生產方法主要有乙炔法和乙烯法, 其中乙烯法由於工藝性, 經濟性好而佔據主導的地位.
PVC: 國內仍以電石法為主, 未來催化劑含汞量限制, 有望刺激乙烯法的需求.
醋酸乙烯: 主要用於塗料, 漿料, 薄膜, 皮革加工, 合成纖維, 土壤改良等方面.
阿法烯烴: 生產難度較大, 主要是三類以上合成潤滑油基礎油.
其他較有前景的乙烯下遊主要是超高分子量聚乙烯等.
全球乙烯產能周期
1每一輪乙烯產能增長的驅動因素
乙烯的產能投放具有明顯的周期性, 一般分為低成本的原料驅動以及需求拉動型. 從各個階段的乙烯產能投放進度來看.
1, 中東地區: 主要投產在2007-2010年間, 由於配額制的乙烷成本低;目前中東已經乙烷短缺, 新建乙烯裝置多以石腦油或混合裂解為主.
2, 中國: 2009-2010年間, 以中國石油, 中國石化為主導的新增產能, 以需求主導為主. 2011-2016年由於油價高企, 新增產能以煤化工為代表.
3, 美國及北美: 2011年起, 北美頁岩氣革命, 帶來了大量的乙烷副產. 美國的裂解乙烯裝置進行改造, 把石腦油原料改為乙烷;同時新建大量的乙烯裝置, 但總體投產進度在2017-2020年間.
2, 美國引領未來乙烯新增產能投放
由於競爭力的原因, 北美的乙烯開工率在2008年曾經降到80%以下, 其中在2008-2010年間產能減少240萬噸. 2010年起, 由於頁岩氣革命, 副產的乙烷產量大大增加, 美國的乙烯原料競爭力大幅改善.
從2014年到2018年, 美國石油化工產能擴張將使國內對乙烷的需求量增加近60萬桶/天.
乙烯裂解是一種投資巨大而工藝複雜的項目;目前正在開發的大多數乙烯裂解項目將在2017年或2018年間投產, 包括2011年和2012年宣布的6個大型項目.
四個項目(來自陶氏, 埃克森美孚, 雪佛龍飛利浦斯和OxyChem/Mexichem)已經在建設中, 兩個項目(來自台塑和沙索)已經得到了投資者的批准和承諾. 加上現有設施的產能擴張, 預計這6家新工廠將增加美國乙烯產品的產量增加40%, 達到3700萬公噸/年.
2017年8月, 由於美國颶風哈維的影響, 一些裂解項目的投產進度推遲. 新項目投產總體在2018-2020年間.
未來, 美國仍規划了數套乙烯, 其中涉及到FID, 項目設計, 預計整體進度保持項目緩和的節奏.
當前油價背景下乙烯盈利良好
1, 低油價下石腦油裂解乙烯盈利良好
石腦油與原油關聯性高, 低油價下, 裂解乙烯盈利良好. 乙烯投資門檻高, 下遊需求旺盛. 乙烯在全球範圍內需求增速與GDP同步, 尤其是來自聚乙烯的下遊需求旺盛.
以石腦油裂解乙烯為例, 通常情況下, 生產100萬噸的乙烯需要300萬-330萬噸的石腦油, 同時副產50萬噸丙烯, 15萬噸丁二烯, 25萬噸純苯;其餘副產品包括異丁烯, 碳五, 混合芳烴, 乙烯焦油等.
2國內乙烯自主率提升 聚乙烯引領需求
乙烯的主要下遊是聚乙烯, 乙二醇, 苯乙烯等產品, 由於乙烯的商品量少, 多以衍生品的形式進口到中國.
聚乙烯在2011-2015年間, 國內的表觀需求增速比較快, 主要是由於網購帶來包裝材料的需求, 以及農膜的需求量增加所致. 同時, 由於國際油價從2014年四季度起大幅下跌, 加上國內環保從嚴, 對於回收料的使用大幅減少等原因, 聚乙烯需求及盈利能力均大幅好轉.
2017年我國聚乙烯樹脂產量1398.6萬噸, 淨進口1155.1萬噸, 表觀消費2553.71萬噸, 同比增長7.2%;約佔我國乙烯總需求的64%.
乙烯由於在零下100度存儲及運輸, 商品量少, 一般乙烯的生產商都是以衍生品的形式對產品進行銷售.
2017年我國乙烯產量1822萬噸, 同比增加2.3%;以主要產品聚乙烯, 苯乙烯, 乙二醇等進口當量折算, 總需求在3960.8萬噸, 同比增長5.8%. 考慮到國內對於乙丙橡膠, 醋酸乙烯等仍有缺口, 估計國內乙烯的當量需求約4000萬噸.
從乙烯產量增速與當量需求增速的對比來看, 2017年國內乙烯的需求缺口在擴大.
3, 石腦油, 液化氣混合裂解路線成為主流
乙烯的工藝路線區域的競爭力主要分為:
1, 中東乙烷裂解: 中東現有的石化裝置成本最低, 主要是受益於原有的低價配額政策. 但是由於未來中東的新增乙烷供應有限, 新建裝置更多隻能以石腦油混合裂解.
2, 美國乙烷裂解: 美國最初的石化裝置採用乙烷為原料, 在2005-2011年間美國的石化裝置競爭力較弱, 後隨著頁岩氣革命, 北美大量的乙烷副產, 美國的乙烯裝置又重新回到乙烷進料.
3, 石腦油裂解: 東北亞, 西北歐的主流乙烯生產工藝, 相對成本較高. 但在低油價下與其它工藝路線的成本差異不大, 如果考慮到副產品丁二烯, 純苯未來價格向上, 仍有競爭力.
4, 煤化工: 以煤為原料的CTO工藝和外購甲醇的MTO工藝, 目前MTO工藝的成本最高;當油價向上, 回到60美金/桶以上時, 煤化工的優勢有望逐漸顯現. 但是仍將會受到未來水資源, 環保等因素仍然制約.
我們預計2018年油價整體的中性範圍內波動, 長期緩慢上升的格局. 對應油價的運行區間大機率會在60-70美金/桶的範圍內波動, 在此油價背景下, 東北亞的石腦油裂解乙烯的現金成本在全世界的乙烯成本曲線中處於中間位置. 未來越來越多的企業採取石腦油+液化氣混合進料來生產乙烯, 從而優化生產成本.
由於乙烯的倉儲, 運輸要求較高, 實際商品量少. 我們認為當前美國, 中東的乙烯成本雖然低, 但是很難直接衝擊中國市場, 多是以衍生品如聚乙烯, 苯乙烯, 乙二醇等產品的形式出口.
4, 煉化一體化以及國內煉化產能的崛起
從全球範圍內, 煉油, 乙烯的石化裝置一般是分步進行, 而一次性投資煉油和乙烯同步的裝置相對較少. 在我國, 參考浙江石化, 盛虹石化的一次性投資, 類似的裝置類型也是比較少見.
由於過去五年國內新增煉化產能有限, 加上2016年起煉油盈利良好, 近期 以民營企業為主導的新建煉化產能提上日程 , 主導未來的新增產能. 從新增的產能規劃及產品來看, 呈現以下特徵:
煉油規模化, 同時與傳統的石油, 石化煉油廠以加工成品油為設計不同, 新的規劃項目多是以芳烴, 以及其他化工品綜合利用為主.
新建石化裝置的加氫能力強, 副產品利用完善.
一體化能力強;不少項目同時配套乙烯, 整體競爭力將會明顯得到提升.
外購乙烷裂解生產乙烯提上日程
相對於石腦油裂解制乙烯, 乙烷為原料由於組分輕, 副產品少, 因此具有投資小, 單台裂解爐的產量大, 物耗低等優勢.
外購乙烷裂解成為新方向, 乙烷市場化提供保障. 相對於石腦油裂解制乙烯, 乙烷為原料由於組分輕, 副產品少, 因此具有投資小, 單台裂解爐的產量大, 物耗低等優勢. 目前歐洲英力士, 印度Reliance均從美國簽訂乙烷供應長約, 保障自身裂解乙烯的原料供應.
乙烷為原料裂解乙烯成為新的發展方向. 參考國內丙烷脫氫的成功案例, 從美國及中東進口丙烷, 項目進度, 規模, 生產穩定性均超原料產地美國.
未來乙烷裂解的核心是上遊合約的商品量, 我們認為隨著美國倉儲設施完善, 乙烷運輸船的陸續投放, 全球範圍內參與乙烷貿易的交易增加等, 乙烷裂解有望複製丙烷脫氫, 在國內打通新的競爭力環節.
我們認為中國有從美國購買乙烷進行裂解的計劃有望提速. 與英力士和Reliance不同的是, 中國計劃外購乙烷的生產商主要是為新建裝置, 同時是乙烯行業的新進入者, 其中涉及到貨源, 倉儲等因素.
較快投產的是位於泰興的新浦化學, 其乙烷主要來自於英力士. 目前美國乙烷公司已經與南山集團, 聚能重工集團, 陽煤集團青島恒源化工三家公司簽署了乙烷供應協議.
煤化工 技術進步與成本對比
1 煤化工技術國內技術進步快
煤化工主要是通過煤碳氣化, 轉化成合成氣(主要成分是氫氣, 一氧化碳, 二氧化碳等), 再利用其中合成氣裡的有效成分進行相應反應, 生成所需要的化工品.
相對於石油化工, 對應單位產值, 煤化工所需要的投資遠大於石油化工, 同時煤化工耗水量大, 碳排放較多. 整體而言, 在高油價時, 煤化工具備競爭力.
2國內煤化工已成為石油化工的有效補充
截至2017年11月, 根據亞化諮詢的數據統計, 中國已投產運行和試車成功的煤(甲醇)制烯烴裝置共28套, 形成總計1205萬噸/年烯烴產能(未投入運行的MTP產能不計入). 2017年預計新增烯烴產能262萬噸/年.
預計, 2017-2021年, 中國預計新增1300萬噸/年CTO/MTO產能, 2021年總產能將達到2500萬噸/年. 其中, 總計約1500萬噸/年煤(甲醇)制烯烴產能集中在中國西部地區.
結論
我們認為在當前油價背景下, 乙烯盈利持續有望增強, 周期性弱化;乙烯作為最大宗的石油化工產品, 上遊的投資成本高, 下遊需求與經濟增長息息相關, 整體的供需格局難以發生大的改變.
相對而言, 我們認為大型石化企業通過煉化一體化優化, 生產規模大型化, 多元化原料成本選擇將會帶來超越行業的表現.
除乙烯的自身供需之外, 未來影響乙烯生產的主要變數有:
1, 原料的輕重, 如凝析油代替石腦油;或夏季時期液化氣(丙烷, 丁烷成分)的價格低, 部分代替石腦油混合進料等.
2, 裂解深度, 乙烯/丙烯比的調整.
3, 烯烴轉化裝置OCU等.
4, 物料平衡mass-balance: 如苯乙烯, 乙二醇裝置的運行對裂解乙烯龍頭裝置的影響等.
5, 副產品如丁二烯, 碳五的經濟性等.