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2018年乙烷产量快速增长、中国乙烯需求增长稳健,当量缺口巨大、乙烷裂解技术成熟,国内企业开始布局[图]

2019年03月06日 13:57:20字号:T|T

    一、供给:页岩气革命导乙烷产量快速增长但可供出口量有限

    全球新增乙烷供给主要来自美国,页岩气革命使其乙烷产量快速上涨。伴随美国大量乙烷裂解装置投产,乙烷需求端有所提升。总计有910万吨乙烷用于出口。但除去西欧、印度、加拿大等合约客户外,剩余可供出口总量仅为230万吨。受制于运输管道、分馏装置、港口码头能力,乙烷供给未完全释放。未来伴随配套设施建设完成,产量及出口瓶颈有望得到缓解。

    1、乙烷产量快速增长美国2020年前可供出口量有限

    全球乙烷新增供给主要来自美国。2016年世界乙烷产量为6603万吨,其中95%左右来源于天然气凝析液(NGLs)分离。美国和中东乙烷产量分别占世界乙烷总产量的38%和36%。预计到2021年,随着美国页岩气生产量的进一步提升,美国和中东乙烷产量将分别占到全球48%和32%,资源集中度进一步提高。

    长期以来,中东依赖丰富的油田伴生气资源,政府控制乙烷定价,使得中东乙烷脱氢装置生产成本最低,利润最高。由于供应端近年没有大的新的油田项目开发,油田伴生气供应潜力殆尽。加之中东地区大量建设乙烷裂解装置,中东已经没有足够乙烷资源来支撑产能扩张,所以中东乙烷基本无出口量。

    全球贸易乙烷基本上是由美国供应。由于页岩气革命,美国NGL产量大幅提高,从中分离出的乙烷产量也不断上涨。

2016和2021年全球乙烷产量分布

数据来源:公开资料整理

    美国页岩气产量高增长带动NGL及乙烷高增长。美国乙烷绝大部分来自天然气处理厂将天然气分离后得到的NGL。天然气分为常规天然气和非常规天然气,其中常规天然气包含气井气和油井伴生气,非常规天然气包含页岩气和煤井气。页岩气革命使美国页岩气产量快速增长,页岩气在美国天然气总产量中的占比也不断上升。一方面推动了美国天然气总产量的增长,并使NGL的产量随之提高,另一方面页岩气本身乙烷成分占比较高,因此页岩气革命后美国乙烷的产量也节节攀升。

    2017年美国天然气总产量为33.36万亿立方英尺,相比2007年增长了8.69万亿立方英尺,年均复合增长率3.07%,而同期页岩气年均复合增长率达到了25.32%,页岩气在天然气总产量中的比重也由8%提高到了57%。相比常规天然气而言,页岩气的湿气含量更高,这意味着市场上天然气产量的增长导致NGL(NaturalGasLiquid,天然气凝液)的产量增加。过去十年美国NGL产量增长率达到了112%,翻了一番,而同期天然气产量的增长率为35%。天然气中乙烷的含量为1.5%到9.0%,典型情况下为4.2%。美国页岩气主要产地如马塞勒斯、尤蒂卡、贝肯、奈厄布拉勒、巴内特等地的页岩气中乙烷的含量均超过10%,高于常规天然气。页岩气产量高增长也带动了乙烷的增长。

美国天然气产量(万亿立方英尺)

数据来源:公开资料整理

美国NGL产量及增速(千万亿英热)

数据来源:公开资料整理

美国部分地区页岩气组成(百分比)

数据来源:公开资料整理

    美国乙烷产量及出口量不断上升。2014年后美国乙烷产量持续增长,其中2014年、2016年和2017年的增长率均超过10%。到2017年美国乙烷产量达到142万桶/天(2945万吨/年),其中124万桶/天(2572万吨/年)用于乙烯生产,18万桶/天(373万吨/年)出口,而生产潜力为208万桶/天(4314万吨/年),过剩乙烷能力为66万桶/天(1369万吨/年),只能回注到天然气管道作为燃料烧掉。到2019年,美国乙烷产量将达到191万桶/天,乙烷消费量达到160万桶/天。2017至2019年为新装置建成投产的高峰期,而2020年只有一套新装置建成。结合未来几年美国新建乙烷裂解装置的规划情况,虽然宏观需求可能下滑,但预计2020年美国乙烷装置负荷将会提升,产量和消费量的增速相比2019年略有上升,分别假设为15%和10%,届时美国乙烷产量将达到220万桶/天(4563万吨/年),消费量将达到176万桶/天(3650万吨/年),预计2020年美国将可有910万吨乙烷用于出口。

美国NGPL产量及构成预测(百万桶/天)

数据来源:公开资料整理

美国乙烷产消量逐渐增加(百万桶/天)

数据来源:公开资料整理

乙烷出口量快速增长

数据来源:公开资料整理

    2020年前除合约外美国剩余出口量有限。目前美国出口乙烷的方式有两种:一是通过跨国的Vantage管线和MarinerWest管线向加拿大等周边国家出口;二是通过由SunocoLogistics公司运营的位于美国东北部的MarcusHook终端和由Enterprise公司运营的位于墨西哥湾区的Morgan'sPoint终端以航运的方式向欧洲、印度等国家/地区出口,两个终端合计出口能力约550万吨/年。目前主要供应英力士、印度信诚、北欧化工和沙比克等公司,在没有新建出口终端的前提下,预计2020年美国将向欧洲出口乙烷290万吨,向印度出口150万吨,向巴西和其他国家出口60万吨,此外还将通过管道向加拿大出口180万吨。剩余可供出口包括中国在内其他国家总量为230万吨(根据前面预测2020年可供出口量910万吨,减去要出口的680万吨)。

经由美国两大出口终端的乙烷出口合约(万吨)

数据来源:公开资料整理

    2、页岩气革命导致乙烷价格下跌运输分馏能力成为瓶颈

    页岩气革命后,乙烷价格持续走低。美国是世界上最大的乙烷生产国,也是唯一的乙烷出口国。美国乙烷主要来自湿天然气经过天然气厂分离后得到的天然气液(NGL,Naturalgasliquids)和原油开采副产的凝析油经过炼厂处理后得到的液化炼厂气(LRG,Liquefiedrefinerygases),其中前者贡献了绝大部分。自2010年以来,美国NGL产量几乎翻了一番,超过了天然气产量增长率,并创下了2017年370万桶/天的年度记录。由于页岩气产量不断增加,同时受管道运输中乙烷比例不能超过12%的限制,美国乙烷产量也持续提升。并且乙烷相对较低的热值及沸点使其作为液化燃料无法与丙烷和丁烷竞争,分离费用也降低了其作为管道气的吸引力,乙烷自身产量又高于其它NGL组分,其供给过剩的情况日益凸显。这导致美国乙烷价格在2011年底开始下降,并且在2013年至2015年由于乙烷产量超过消费量,乙烷价格一度低于天然气价格,直到随后乙烷需求增加价格才逐渐回升至2016年平均150美元/吨和2017年平均184美元/吨。2018年6月份开始乙烷价格受供需影响迎来一波大涨,目前处于高位回落阶段。

美国乙烷与原油、天然气价格走势

数据来源:公开资料整理

2010-2018年乙烷天然气价差(美元/百万英热)

数据来源:公开资料整理

    2018年中游限制及需求拉动导致乙烷价格上涨,目前处于高位回落阶段。自2014年年中以来,美国乙烷的月均价通常低于25美分/加仑,今年5月份26.14美分/加仑的均价是过去12个月的典型价格。然而从6月开始美国乙烷的价格不断飙升,9月21日一度上涨到58.14美分/加仑,9月均价达到52.64美分/加仑,较5月均价大幅上涨101%。但到11月份,乙烷价格又跌到30美分/加仑,近半年内波动剧烈。通过库存与价格的走势图可以看出,库存与价格呈现负相关关系。年初至九月份伴随乙烷裂解装置需求上升,库存不断下降,价格也节节攀升。9月份之后需求下滑导致库存开始上升,价格也跌回低位。

2018年美国乙烷价格及库存走势

数据来源:公开资料整理

    乙烷价格上涨的主要原因之一是管道和中游分馏能力的限制。天然气工厂生产的NGPL(乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷和戊烷等纯度产品的混合物)被称为Y级。管道将Y级运输到分馏器,分馏器将混合物分离成纯度产品。虽然天然气的生产和加工(以及随后的Y级生产)在地理上分散在美国各地,但将NGPL分离为纯度产品的能力高度集中在德克萨斯州墨西哥湾沿岸。将天然气工厂的Y级长途运输到德克萨斯州墨西哥湾沿岸的分馏器管道收取的费用通常基于产品数量和运输距离。因此,当管道容量受到限制时,托运人将优先考虑最高价值产品的运输,特别是长距离运输。乙烷现货价格虽然大幅上涨,但仍低于NGPL的其他组分,这限制了乙烷的管道运输。此外低油价导致上游生产商和运营商减少对中游基础设施的财政支出,因此,2016年至2017年美国没有增加NGL分馏能力。

    另外一个原因是乙烷需求的快速增长导致库存下降。2017年至今美国共有四套乙烷蒸汽裂解装置投产,新增乙烯产能超过500万吨/年,导致了乙烷需求的大幅增加。乙烷库存自年初开始持续下滑,9月份达到最低位4500万桶,价格也上升至52美分/加仑。10月后库存上升导致价格暴跌。9月底过后乙烷价格一路狂跌至31美分/加仑,一方面由于德克萨斯州MontBelvieu地区蒸汽裂解装置的大面积停工暂时减少了对乙烷的需求,库存也从4500万桶上升至4700万桶。另一方面全球乙烯价格大幅下行,倒逼上游原料乙烷价格下降。

    从长期看,由于裂解装置投产的周期性,预计2020年后裂解装置产能的增速将逐步放缓,而随着分馏装置的陆续上线,中游的压力也将减小,2020年德克萨斯州新增分馏能力将达到45万桶/天。届时美国乙烷的供应能力将再次超过需求,从而导致乙烷价格承压。

2017年至今美国投产的乙烷蒸汽裂解装置

数据来源:公开资料整理

2019-2020年美国计划建成的分馏塔

数据来源:公开资料整理

    3、乙烷库存仍然较高

    页岩气革命使美国乙烷产量不断提高,但美国国内对乙烷的需求没有及时跟上,自2014年后美国乙烷的产量增长率就一直高于消费增长率,同时出口能力也受到出口设施较少的限制,这导致2012年后美国乙烷库存迅速攀升。虽然美国国内对乙烷的利用也在不断开发,但库存仍然较大,因此美国也在寻求出口。自2012年起,美国乙烷库存水平持续攀升,且增速较快,2016年乙烷库存达到4335万桶,2017年更是进一步增加到5278万桶,同比增速21.75%。预计2018年随着新建蒸汽裂解装置的投产以及出口的增加会大幅下滑至4783万桶,由于乙烷产业中游限制短期内不会有太大改善,因此2019年库存将继续下滑,但下滑幅度较小,预计届时库存为4728万桶。相对而言库存仍然维持在4500万桶的高位之上。

美国乙烷库存(百万桶)

数据来源:公开资料整理

    二、原料轻质化趋势明显乙烷需求提升

    乙烷在世界乙烯原料构成中的比例逐年上升,预计将由2016年的36%增长到2021年的41%。乙烷裂解制乙烯相比其他工艺具有乙烯收率高,成本低等优势,未来美国将有大量新增裂解装置投产,带动乙烷需求增长。而国内也出现了乙烷裂解制乙烯项目潮,但目前项目进展顺利、乙烷供给有保障的只有新浦化学和卫星石化。

    1、世界乙烯原料轻质化趋势明显

    2016年,世界乙烯原料构成中乙烷占总量的36%,而石脑油占42%。到2021年,乙烷将占到近41%;石脑油将下降至37%。乙烷的使用量将以每年约6%的平均速度增长,而石脑油的使用量在2016-21年期间每年仅增长0.9%。当前亚太和西欧地区的乙烯原料仍以石脑油为主,而北美和中东地区则是乙烷占据主导地位。由于美国页岩气革命导致乙烷过剩,乙烷价格持续走低,促使美国、加拿大加大了对乙烷裂解制乙烯装置的建设,同时美国乙烷出口的增加,也推动了亚太和西欧乙烯原料轻质化进程。

2016和2021年世界乙烯原料构成

数据来源:公开资料整理

2017年世界主要地区乙烯原料构成

数据来源:公开资料整理

    乙烷裂解工艺成熟,乙烯收率高。乙烷裂解制乙烯技术已在全球成功应用多年,著名乙烯技术专利商如Lummus、S&W、Linde、TPL/KTI等公司,以及中国寰球工程公司、中国石化工程建设公司等,都具有成熟可靠的乙烷裂解制乙烯技术。目前乙烷裂解制乙烯装置主要集中在美国、加拿大、中东和西欧,生产商主要有埃克森美孚化学公司、INEOSAmericas公司、SweenyTexas公司等。乙烷裂解工艺的乙烯收率可高达77.73%,远高于石脑油等其他原料工艺的乙烯收率,裂解所得的其他产品如丙烯、碳四、裂解汽油的收率低于其他原料。原料由轻到重(依次为乙烷、丙烷、石脑油、柴油),乙烯产率逐渐下降,裂解副产物增加,而生产每吨乙烯所需的原料量增加。可见乙烷裂解路线的产品结构比较单一,非常适宜用于多产乙烯。

不同裂解原料的产品分布(以质量分数计,%)

数据来源:公开资料整理

    2、中东和美国为消费大国

    乙烷具有化工原料和燃料的双重属性,作为化工原料,乙烷几乎完全被用于生产乙烯。从乙烷消费的地区结构来看,中东和美国由于是乙烷的最主要产地,因此其消费量也占了全球消费量的大部分。以2016年为例,中东和美国消费乙烷分别占全球总量的36%和33%,而全球总消费量约6603万吨。预计2021年前全球乙烷需求量年均增速为6.5%,其中美国与西欧的增长率将达到10.5%,中东由于富含乙烷和其他轻烃的油田伴生气资源在逐渐减少,此外近年来大量建设乙烷裂解装置,加速了资源消耗,预计未来消费量增长率为4%。按此趋势,2021年美国乙烷消费占全球总量将上升至43%,而中东将下滑至29%。

2016和年2021世界乙烷消费占比

数据来源:公开资料整理

2017-2020年美国乙烷裂解装置投产情况

数据来源:公开资料整理

    3、中国乙烯需求增长稳健,当量缺口巨大

    乙烯是中国需求量最大的烯烃之一,是合成塑料、合成纤维和合成橡胶的基础原料,乙烯工业是一个国家石化产业发展的最重要的标志。其下游主要有聚乙烯(细分为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯)、苯乙烯(聚苯乙烯、丁苯橡胶和ABS的原料)、环氧乙烷(乙二醇的原料)、PVC、乙丙橡胶、EVA和直链阿尔法烯烃(用作共聚单体、表面活性剂、合成润滑油的生产)等,乙烯的下游衍生物应用的领域异常广泛,包括汽车、建筑、物流、农业、日用容器、服装鞋子、电力线缆、家电和医疗等等,所以其需求的增长跟国民经济各部门的增长息息相关。

    过去十年我国的乙烯表观消费快速增长,从2008年的1096万吨增长到2017年的2143万吨,年均复合增长率8%,大致与GDP平均增速同步。在国内乙烯消费结构中,LLDPE约占总消费量的28%、HDPE约占24%、LDPE约占12%、环氧乙烷/乙二醇约占19%、苯乙烯约占8%、PVC约占5%。

乙烯表观需求增长(单位:万吨)

数据来源:公开资料整理

2017年乙烯当量需求(单位:万吨)

数据来源:公开资料整理

    预计2018-2020年,乙烯下游中增长较快的将是PVC、苯乙烯和HDPE,增速均在8%以上,显著快于其他衍生物的增速。目前乙烯下游衍生物大量依赖进口,其中乙二醇、LDPE和HDPE的自给率最低,分别为42%、48%和49%,2017年中国聚乙烯进口量1179万吨,乙二醇进口量超过800万吨,乙烯单体进口量215万吨。虽然2017年我国乙烯表观消费量约2143万吨,但基于乙烯下游衍生物进口量折算得到的乙烯当量需求量在3900万吨左右,当量缺口达2000万吨。预计到2025年国内乙烯当量缺口仍将在1600万吨以上,这为我国发展乙烷裂解制乙烯提供巨大的市场空间。

乙烯下游应用

数据来源:公开资料整理

乙烯下游需求增长(2018-2020)

数据来源:公开资料整理

    三、乙烷裂解技术成熟,国内企业开始布局

    蒸汽裂解是目前生产乙烯、丙烯、丁二烯和芳烃的主要工艺之一,商业化历史悠久、技术成熟,在全球范围内装置众多。蒸汽裂解可适用的原料范围非常广泛,主要包括乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、石脑油、常压柴油甚至减压蜡油和减压渣油,裂解炉既可以单组分进料也可以混合进料。其基本原理是原料跟蒸汽通过管式裂解炉在高温下使长链大分子断裂生成低分子烯烃和烷烃原料成分对于产物的组成影响巨大,一般来讲原料越轻,乙烯产量越高同时重组分产物越少,相应的工艺流程越简单,所以投资也相对越少。

不同原料的乙烯收率和相对投资

数据来源:公开资料整理

    乙烷蒸汽裂解制乙烯技术的核心是裂解炉技术及其改进与完善,目前国际上主要的技术包括Lummus公司、KBR公司、Technip公司、Linde公司和中石化。当前乙烷裂解装置和混烷裂解装置主要集中在北美和中东等乙烷资源丰富的地区。国内因为乙烷资源缺乏的原因,还缺少商业化的乙烷裂解装置,但未来三年国内多个乙烷裂解项目将陆续投产。

2017年全球乙烯原料结构

数据来源:公开资料整理

2017年乙烷/混烷裂解装置地区分布(单位:套)

数据来源:公开资料整理

    截止目前我国共有15个乙烷裂解项目(包括混烷裂解),投资方既有中国石油等国企也有社会企业(新浦化学、卫星石化和万华化学等),中石油的乙烷裂解项目主要采用自有油气田生产的乙烷原料,而社会企业的主要原料来源为进口美国乙烷。

国内乙烷裂解项目

数据来源:公开资料整理

    全球乙烷主要由中东和美国提供。美国和中东乙烷产量分别占世界乙烷总产量的38%和36%。但近年来中东地区富含乙烷及其他轻烃的伴生气资源逐渐减少,乙烷产量逐渐降低,加之中东地区大量建设乙烷裂解装置,所以中东乙烷基本无出口量。因此全球贸易乙烷基本上由美国供应的。由于页岩气革命的成功,近些年美国乙烷的产量连年增长,2017年美国乙烷实际产量约在17.11百万桶/天左右,除了增加对西欧和印度的乙烷出口量,中国巨大的潜在乙烷市场也是美国开始拓展的方向。2017年11月,美国总统特朗普访华期间,中美企业签订了多个油气产业链相关领域合作的协议,涉及金额超过1500亿美元。其中,除了广受关注的液化天然气贸易合同外,中美签订的金额为260亿美元的《乙烷购销协议》也具有标志性的意义,这是美国向中国出口乙烷的首个贸易合同。乙烷既可以作为裂解原料来生产乙烯,又可以回注到天然气中作为燃料出售,因此乙烷兼具化工原料和燃料双重属性。页岩气革命后美国乙烷产量激增,但乙烯装置扩能有限而无法消耗巨大的乙烷增量,2012年后乙烷库存剧增致其脱离原油价格影响,燃料属性占据主导地位,价格与天然气趋于一致。

    2017年以后随着美国乙烷裂解装置的投产,乙烷的石化原料属性开始显现,但目前仍是燃料属性占主导,因此美国国内乙烷价格一直比较低迷。根据我们的分析,2021年之前美国乙烷的产量增速将远大于国内需求增速,再加上目前的回注量随着亚洲乙烷裂解项目的投产将转化为新的出口资源,我们预计随着美国本土新增乙烷裂解产能逐渐释放,未来价格将有所上涨,将在一定程度上体现其石化原料属性,但仍然不足以对中国乙烷裂解造成威胁。

美国原油和天然气价格(单位:$/mmbtu和$/bbl)

数据来源:公开资料整理

美国乙烷和天然气价差(美元/mmbtu)

数据来源:公开资料整理

    跟国内传统的石脑油裂解制乙烯和煤制烯烃相比,采用进口美国乙烷作为乙烷裂解的原料具有明显的成本优势,将极大地改变乙烯产业的竞争格局,提高国内乙烯和乙烯衍生物的竞争力。乙烯的全生产成本包括原材料成本、副产品收益抵扣、公共工程(水、电、燃气等)、固定成本(工资、设备维修维护、工厂管理费用)、折旧。我们以2018年11月份的原料价格为基准,对我国煤制烯烃(CTO)、进口甲醇制烯烃(MTO)、石脑油制烯烃、进口美国乙烷制烯烃等四种不同原料制烯烃路线的全生产成本进行测算对比,主要的假设如下:1)乙烯产能/烯烃产能设为150万吨/年;2)原油、石脑油、乙烷、煤炭和进口甲醇分别采用布伦特原油、CFR东北亚、美国MB、山西长焰煤坑口价和甲醇CFR主港价格。所有价格均不含增值税;3)暂无乙烷进口贸易,乙烷关税按照20%计算。美国-中国运费假设为100美元/吨;4)美元人民币汇率采用6.95。

2018年11月乙烷裂解制乙烯成本(单位:元/吨)

数据来源:公开资料整理

乙烷裂解相对竞争优势分析(单位:元/吨)

数据来源:公开资料整理

    结果表明:乙烷裂解制乙烯的成本优势明显,当前市场环境下生产成本大约比石脑油路线低3000元/吨、比煤制烯烃低350元每吨、比进口甲醇制烯烃低4000元/吨。当前油价和煤价下即便乙烷价格翻番,成本仍然远低于石脑油路线和进口甲醇路线。预测2021年美国乙烷价格有可能达到318美元,在此价格下中国进口美国乙烷裂解制乙烯仍然比国内石脑油路线成本低。

    相关报告:智研咨询网发布的《2019-2025年中国乙烷行业市场深度监测及投资机会研究报告

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