2024石油石化行业报告:中国乙烯产业的崛起与前景

1.乙烯生产工艺成熟,下游结构多样

1.1.乙烯生产工艺成熟,表现各具优势

乙烯是世界上产量最大的化学产品之一,乙烯工业是石油化工产业的核心,其产品占石化产品的75%以上,在国民经济中占有重要的地位。乙烯生产工艺成熟且多样,主要包括石油裂解制乙烯、煤制乙烯和轻烃制乙烯,根据各国和地区资源禀赋的不同,生产原料呈多元化发展。石油路线主要为石脑油管式炉蒸汽裂解制乙烯,其余还包括结合传统蒸汽裂解和FCC技术优势发展起来的石脑油催化裂解、重油接触裂解(HCC)和以石蜡基原油常压渣油为原料的重油催化热裂解(CPP)等;煤化工路线包括煤制乙烯(CTO)和甲醇制乙烯(MTO);轻烃路线主要指乙烷裂解制乙烯。

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全球乙烯原料的多元化、轻质化趋势明显。从全球范围来看,2010年石脑油在乙烯生产原料中约占62.8%左右,其中亚洲和欧洲乙烯生产主要使用石脑油。随着中东油田轻烃产量大幅增加以及美国页岩气产量大幅增加,乙烷在裂解原料中的占比迅速提升,2023年乙烯原料端以乙烷和石脑油为主,二者占比分别为40%和38%。除了蒸汽裂解制乙烯外,根据各国和地区资源禀赋的不同,煤制烯烃、甲醇制烯烃、可再生原料制乙烯等途径的发展使乙烯原料来源更加多元化。

综合来看,石脑油裂解制乙烯、乙烷裂解制乙烯和煤制乙烯三种主要的乙烯生产工艺表现各具优势,具体优缺点如下:

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1.2.乙烯下游结构多样,需求有望增长

中国为全球最大的乙烯消费国。根据彭博数据,近年来全球乙烯消费量不断增长,2021年全球乙烯消费量1.75亿吨,2011-2021年CAGR为3.23%,其中亚洲乙烯消费量占全球总消费量比重达41.84%,其次为北美、中东&非洲和欧洲,占比分别为22.41%、18.06%和15.37%。中国为全球最大的乙烯消费国,根据中国石油网数据,2022年中国乙烯当量消费量逾6000万吨,约占全球乙烯消费量的40%。全球乙烯下游结构多样,主要为聚乙烯。聚乙烯(HDPE、LDPE和LLDPE)是乙烯的主要产品,占比达64%;第二大应用领域为环氧乙烷、乙二醇及苯乙烯,分别占比10%/9%/9%。乙烯下游需求多样,广泛应用于包装、农业、建筑、纺织、电子电器、汽车等领域,部分用于生产耐用品,如EDC、EB、α-烯烃及乙酰;部分用于生产消耗品,如HDPE、LDPE、LLDPE、EO及线性醇。

2.全球乙烯产能格局发生转变

2.1.全球:各地产能维持平稳,亚洲引领主要增长

全球乙烯产能逐年增加。2022年全球乙烯产能合计为2.18亿吨/年,同比2021年提升5%。其中欧洲、非洲、拉美及大洋洲产能相较上一年已保持平稳,未出现新增产能,中东产能增速也相对放缓。当前全球乙烯产能主要为亚洲和北美贡献,其中亚洲乙烯产能不断提升,占全球总产能的比例已从2005年的28.01%增长至2022年的39.78%,2019-2022年亚洲乙烯产能CAGR达10.23%。

2.2.美国&中东:扩产期后乙烯产能增长显著放缓

美国和中东乙烯生产主要来自乙烷。乙烷是天然气开采时的伴生气,天然气开采后首先进行油气分离,将分离出的天然气湿气经初步除杂后通过管道进入天然气处理厂,在此进行天然气干气与NGPLs的分离,NGPLs与一部分LRG组成HGL,HGL中包含了NGL和炼厂烯烃。将分离出的NGL进入管道运输进行分馏,分离出纯净的乙烷、丙烷、丁烷(包括异丁烷)以及戊烷。将分离出的乙烷运输进行裂解、压缩、冷却及分离,在高温下乙烷裂解成乙烯和丙烯,再通过压缩、冷却等手段从裂解气中分离出乙烯。


美国乙烷产量增速将逐步放缓。根据EIA数据,可见美国页岩油气革命以来NGL及乙烷产量高速增长,2010年美国乙烷产量为874千桶/日,2023年达2620千桶/日,复合增长率CAGR达8.81%。此前EIA年度能源展望中预测美国乙烷产量将维持大幅增长至2025年左右,后将呈现平缓增长状态。


北美乙烯需求下跌,美国乙烯产能增长放缓。美国页岩气革命带动乙烷产量激增,同时乙烷相对较低的成本和较高的乙烯产量刺激乙烷作为乙烯原料的使用。美国于2016年开启第一波乙烷裂解项目投产浪潮,大致于2020年结束,其中Bayport Polymers因疫情影响2021年投产,美国第一波投产浪潮大致开展10个乙烷裂解项目,美国乙烯产能也从2016年的2939万吨提升至2020年的4033万吨,CAGR达8.23%。后续美国在2022-2024年开启第二波投产浪潮,但此次参与项目较少且多数项目因未满足环保要求、合作方退出等原因宣布推迟,同时北美乙烯消费量同比呈下降趋势,至今仅有440万吨/年产能顺利投产,预计本轮投产带来的乙烷裂解产能较之前大幅下降。同时根据已公开项目产能计算,2030年北美乙烯产能较2023年增长仅8.94%,北美乙烯总产能及美国乙烯产能未来增速均放缓。


近年来中东乙烯产能保持稳定。中东地区拥有丰富油田伴生资源以及政府对乙烷定价的控制,乙烷价格于全球具备较强优势。中东乙烯产能主要由沙特提供,2022年沙特乙烯产能达1893.8万吨,占中东乙烯总产能的53.20%。2007-2016年中东开启乙烯产能扩产,合计总产能自2007年的1331.44万吨增长至2016年的3382.71万吨,CAGR达10.92%,后产能维持在3500万吨左右,增速显著放缓,主要是由于2015年后OPEC国家NGL产量出现较大幅度下跌,富含乙烷的油田伴生气资源随乙烯产能大幅增长而逐渐消耗。


受乙烷供应减少影响,中东乙烯生产趋向重质化。GPCA的报告显示,过去GCC国家乙烷供应充裕且成本较低,一直是蒸汽裂解装置的主要原料,但受乙烷供应减少影响,GCC国家以乙烷作为乙烯原料的比重将不断降低,预测将从2018年的70.7%下降至2028年的67.3%;同时GPCA指出GCC国家乙烯生产成本优势在逐步缩减,2013年该地区的乙烯生产成本相较全球平均成本低60%,2018年仅低30%。从趋势上来看GCC国家逐步采取乙烯原料重质化方案,其中SABIC和沙特阿美正在开发原油直接制化学品(COTC)技术,通过混合进料增强生产经济性。

2.3.欧洲:需求乏力+成本高企+过度监管下乙烯持续低迷

需求端:欧洲乙烯下游需求增长乏力。欧洲乙烯需求自2017年开始下跌,2019年起逐步恢复。根据彭博数据,截至2021年欧洲乙烯需求为2691.75万吨,同期亚洲及北美的乙烯需求分别为7327.77万吨和3924.95万吨。根据Chemanalyst统计,2022年欧洲乙烯市场为2350万吨,其中54%的乙烯用于下游聚乙烯生产,而近期包装和塑料行业需求基本面低迷,环氧乙烷市场基本面也依然疲软,欧洲乙烯下游需求增长乏力。

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成本端:乙烯生产成本高企。目前欧洲乙烯生产主要以石脑油为原料,据ICIS数据,2022年欧洲乙烯成本较2021年上升70%,2022年现金成本达1300美元/桶以上,且始终较北美和中东而言成本高企,2023H1欧洲乙烯蒸汽裂解现金成本为880美元/吨以上,同期北美和中东均为300美元/吨左右。未来欧洲或采用进口乙烷替代石脑油。根据BCG测算,欧洲每吨乙烷生产乙烯需液化成本、运输成本、再气化成本和港口处理费等合计200美元,当布伦特原油价格保持在中高区间(每桶50美元以上),进口乙烷生产乙烯具有一定的经济优势。对于欧洲而言,可期将石脑油裂解装置转化为乙烷裂解装置,然而进口乙烷也需要长期的资本支出和相应的交货时间,同时不存在C3、C4和其他副产品优势。2024年1月随着英力士“一号项目”环境许可证的授予,欧洲“最可持续的乙烷裂解装置的建设和运营之路”已经打开。


监管端:脱碳压力下欧洲监管严格。随着汽油利润率下降和脱碳压力增加,欧洲炼油行业运营中期内面临极大压力,伍德麦肯兹对全球465座炼油厂进行综合评估发现,有121座存在不同程度的关闭风险,相当于1995万桶/日的炼化产能面临淘汰,这约占2023年炼化总产能的21.3%,其中多达360万桶/日炼化产能被列为“高风险”,而这些产能大部分位于欧洲地区,欧洲有11座炼油厂被列为“关闭高风险”,在高风险关闭产能中占比达45%。


欧洲多家公司乙烯装置受压力关闭。由于业务增长乏力、能源成本高企以及过度监管三重负担,欧洲公司需永久性降低运营成本。自2023年以来暂停或关闭多家公司,自2024年以来,4月10日SABIC发布公告,将位于荷兰赫伦的烯烃3裂解装置永久关闭,年产能为55万吨乙烯和32.5万吨丙烯。同时埃克森美孚于4月11日表示,计划于2024年关闭位于法国格拉雄翁一座蒸汽裂解炉,以及相关衍生部门和物流设施。格拉雄翁工厂拥有乙烯产能42.5万吨/年、丙烯产能29万吨/年,相关衍生产品包括聚乙烯、聚丙烯。这两家公司的决策均基于财务亏损和欧洲工厂竞争力不足的现实情况。

3.中国:产能投放,需求创造,精益成本

3.1.我国乙烯产能持续突破,未来供给仍存缺口

亚洲乙烯产能不断增加,我国为主要贡献力量。亚洲乙烯产能始终保持增长,据统计2023年亚洲乙烯产能约为9779.90万吨,自2016-2023年产能CAGR为7.54%。其中中国乙烯产能占比最大,2023年中国乙烯产能达5216.7万吨,占亚洲总产能比例达53.34%,其次为韩国(14.81%)、日本(6.97%)和印度(6.51%)。


我国乙烯产能利用率处较高位,人均乙烯消费量处低位。根据上海钢联数据,2023年我国乙烯表观消费量为4715.75万吨,同比+11.08%。产能利用率近年来始终保持在80%以上,2023年为87.51%,较全球而言处较高位。尽管我国乙烯消费量保持稳定增长,但从人均乙烯消费量来看,我国2022年人均乙烯消费量为44千克/人,同期美国/西欧/日本分别为90/74/73千克/人,我国人均乙烯消费量相对美国等国家而言仍处于低位,未来存进一步提升空间。


我国乙烯产能将持续突破,未来供给仍存缺口。1)产量方面,根据已公布项目整理,未来我国乙烯产能仍将进一步增长,直至2028年略有逐步放缓,2024-2030年我国乙烯产能CAGR将达7.60%,根据近年来我国乙烯产能利用率,预估2024-2029年乙烯产能利用率维持在85%,以此估算出未来我国乙烯产量;2)消费量方面,我国乙烯下游产品进口依赖度较高,因此国内乙烯的实际市场容量一般采用“当量消费量”,当量消费量=产量+净进口量(进口量-出口量)+下游产品净进口折算量,根据统计2023年我国乙烯当量消费量为6800万吨,2019-2023年乙烯当量消费量增速平均值为6%,按年均6%增速测算未来我国乙烯当量消费量。3)供需关系方面,根据测算,2024-2029年我国乙烯供给较当量需求而言仍存缺口,此外我国人均乙烯消费量较美国等处低位,乙烯消费存在提升空间,未来乙烯供给缺口状态或将持续。

3.2.新材料项目推动乙烯需求与盈利

新材料为乙烯产业重要发展方向。受益于新兴产业发展和化工技术革新,新材料成为乙烯产业重要发展方向,乙烯下游加快向精细化、高端化方向发展。


2021年《石油和化学工业“十四五”发展指南》指出我国需攻克一批面向重大需求的“卡脖子”技术,如开发高碳α-烯烃、聚烯烃弹性体(POE)、茂金属聚烯烃等,提高高端聚烯烃塑料国产化能力,2025年自给率提升至80%。


1)锂电隔膜(以聚乙烯材料为基材):据EVTank数据,2022年中国锂电隔膜出货量达133.2亿平米,同比增加65.3%。其中湿法隔膜出货量突破100亿平米,达到104.8亿平米,干法隔膜出货量达到28.4亿平米。当前中国隔膜企业出货量的全球占比在2022年已经突破80%。全球新能源汽车终端需求提升以及中国储能市场保持增长带动隔膜出货量的提升。


2)EVA(乙烯和醋酸乙烯共聚):据中国光伏行业协会统计,2023年我国光伏组件产量达499GW,同比增长73%。受益于下游光伏组件需求的大幅增长,作为光伏胶膜的主要原料光伏级EVA粒子的需求量也同步大幅度增长,中国是全球EVA产品产能最大的国家,截至2023年底中国EVA总产能达到245万吨,表观消费量超过330万吨,进口依存度依然达到40%以上,光伏级EVA或将维持供需紧平衡的状态。3)POE(茂金属催化剂的乙烯和高碳α-烯烃聚合)光伏胶膜:POE胶膜由于其独特的抗PID性能,同时其电阻率高、不易水解,是双面双玻组件的主流封装原料,双面组件近年渗透率连续提升,2022年占比已达40.4%,目前由于海外企业的垄断,国内尚未突破POE工业化生产的技术壁垒,未来需求有望高速增长,国产替代空间大。


我国化工企业逐步布局新材料,有望创造需求及盈利。根据数据整理,2022年我国乙烯现有产能约4376.7万吨,已有公布项目下2030年我国乙烯产能约达到9164.7万吨,增量为4788万吨,约44个项目,其中有13个项目布局下游新材料生产,乙烯产能达1539万吨,占总新增产能的32.14%。荣盛石化、恒力石化、东方盛虹及卫星化学等企业也积极布局下游新材料产能,在锂电隔膜、EVA及POE等产品方面不断突破技术壁垒,逐步实现国产替代。一方面我国新材料项目不断投产,有利于中国乙烯产能的消耗,同时也有助于过去落后产能出清;另一方面,随着我国乙烯技术不断进步,新材料产品将逐步实现国产替代,进一步推动需求创造,同时新材料高附加值属性也将提升我国化工企业盈利能力。

3.3.我国乙烯步入成本竞争时代

3.3.1.我国具备投资成本优势

我国乙烯项目投资成本低。选取近年来各国乙烯产能均在100万吨以上的项目,且均为新建项目(非改扩建项目),其中恒力石化150万吨/年乙烯工程项目总投资约209.8亿元人民币,其中建设投资为198.6亿元,除乙烯外下游配12套装置,相较其他国家乙烯项目而言具备极强的投资成本优势。此外我国福建能化与SABIC、中石化与英力士合作的乙烯项目相较国外同等规模乙烯项目而言,投资额均处于低位,主要是由于我国建设时间快、劳动力成本低等优势。投资额相对较低背景下一方面我国化工企业投资压力小,另一方面乙烯产品折旧额低,形成一定成本优势。

3.3.2.煤制乙烯具备规模效应

我国煤制烯烃产能逐年增加。我国能源结构近年来仍为“富煤、贫油、少气”,油气对外依存度高,因此我国发展煤化工替代石油资源,充分发挥国内煤炭资源优势,有利于保障国家能源战略安全。2023年我国煤(甲醇)制烯烃产能达1865万吨/年,同比提升5.3%,较2019年增长17.9%。

3.3.3.乙烷制乙烯具备多优势强壁垒

1)对于成本,除煤制烯烃路线外,石脑油蒸汽裂解、乙烷裂解、甲醇制烯烃路线原材料价格波动均会对乙烯制备成本产生较大影响。2024年1-3月美国MB乙烷价格平均约为136美元/吨,按照此价格计算乙烷裂解制乙烯的成本相对应的布伦特原油价格为36.3美元/桶以下,相对应的煤炭价格为197.1元/吨以下。


2)对于收率,轻烃工艺中的乙烯收率与原料有着较为直接的关系,随着原料由轻到重,乙烯收率占比逐渐减少,乙烷裂解制乙烯收率可达77.73%,石脑油裂解收率仅为33.62%。乙烷裂解主要副产物为氢气,具有较高的经济价值和广阔的市场前景,有利于提高其生产价值;

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)


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