行业发展报告系列一-炼油行业：百年发展成就炼化辉煌，产能东扩引领低碳新格局

行业研究 2022年10月27日 行业深度 标配百年发展成就炼化辉煌，产能东扩引领低碳新格局 证券分析师： 谢建斌S0630522020001 石油石化 xjb@longone.com.cn 投资要点： ——行业发展报告系列一：炼油行业 证券分析师： 张季恺S0630521110001 zjk@longone.com.cn 证券分析师： 吴骏燕S0630517120001 wjyan@longone.com.cn 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% -10% -20% 2020/09 2020/11 2021/01 2021/03 2021/05 2021/07 2021/09 2021/11 2022/01 2022/03 2022/05 2022/07 2022/09 -30% 石油石化沪深300 相关研究 1.《欧洲天然气供需与LNG贸易研究——周期及资源品研究专题系列3》 2.《华润材料(301090)公司深度报告：聚酯瓶片领军企业，开拓新材料应用》 3.《暗流涌动，欧洲困境下的中国机遇——石油及天然气展望 （2022年9月报）》 4.《从国际石油公司半年报来看能源发展趋势——周期及资源品研究专题系列1》 5.《东边日出西边雨，欧洲化工品危机下的中国成长机会——周期及资源品研究专题系列2》 炼油工业170年的发展历程，完成了从最初的照明、燃料用途为主，向化工品用途最新方 向的转变。从1853年第一家炼油厂诞生至今的170年，炼油工业从最初以煤油代替鲸油的 目的，到汽车、航空工业发展以成品油为主，再到目前以化工品为主导的工艺方向转型。也发明了一系列的如：催化裂化、焦化、加氢裂化、沸石催化剂、PLC、DCS等系列技术应用变革。在成品油需求放缓，低碳转型背景下，增加化工品产出是未来的发展方向。 全球炼油产能格局，欧美装置老化或部分产能退出，产能东扩，海外成品油仍然紧张。据 ENI统计，2021年全球炼厂个数842个，同比减少24个；总计产能51.26亿吨，同比减少0.56亿吨。2022-2023年间，全球计划年新增炼油产能约7000-8000万吨，产能东扩背景下主要新增产能在中东、亚洲地区。但是由于欧美的部分炼油装置老化及退出、俄罗斯受制裁影响等，炼油目前仍然维持紧张态势。TotalEnergies欧洲炼油基于可变成本的利润指数，2022年Q2、Q3分别为145.7、99.2美元/吨，远超历史正常水平。 炼油工业的技术进步演变及行业发展新方向。2000年以来，全球的炼油向着更专业化的方向发展，全球炼油集中度提升的同时，大型石油公司的炼油业务占比下降，专业性的炼油公司不断并购并扩大规模。我们认为炼化行业的技术进步主要体现在：1）炼油装置的 大型化与规模化，如加氢反应器、煤气化炉的大型化等，国产化能力在不断提升。2）对重质油及炼油中的重质组分的加工能力，加氢裂化工艺及氢气平衡。对于渣油的处理如沸腾床、浆态床加氢裂化技术等。3）工艺优化以及炼厂智能化。4）多产化工品：芳烃提取装置与石脑油加氢处理器集成、重油催化裂解DCC、原油直接生产乙烯等。5）催化剂技术的进步：聚烯烃催化剂、使用再生加氢裂化催化剂、烷基化、FCCU中提高轻质烯烃产量等。6）热电联产装置，和直接热回收。7）将劣质柴油改质转化为芳烃或高辛烷值汽油，调节炼厂柴汽比；柴油深度脱芳烃技术等。8）合成油技术进步等。 炼化一体化，炼油的综合低碳新方向。2022-23年即将投产的炼厂中，科威特Al-Zour（61.5 万桶/天）、尼日利亚Dangote（65万桶/天）、伊拉克Karbala（14万桶/天）、阿曼Duqm（23万桶/天）、印度Visakha（13.5万桶/天）等均是燃料型炼厂。而中国国内新建炼厂多是配套石化下游，最大化以化工品产出为主。新建炼厂虽然在加氢裂化等过程中能耗增加，但是由于其中副产氢气平衡，且成品油产出少，在从原油到最终消费市场的全生命中期中的碳排放远小于传统的燃料型炼厂，是发展的新方向。 结论与推荐。回顾炼油行业170年的发展史，我们认为传统的炼油工艺理论已经成熟，未来将会在炼油规模化、炼化一体化方向转型。国内的新建大炼化企业由于在PX-PTA-涤纶长丝产业链的配套优势，可以在炼化项目中最大化PX（催化重整装置）产能，同时综合 利用副产氢气的优势进行加氢裂化。看好我国的大炼化一体化成本优势，以及未来在新材料应用领域的转型；同时认为未来海外成品油的阶段性紧缺，拥有海外炼厂产能或者国内具备成品油出口套利的企业具有明显优势。重点推荐：荣盛石化、恒力石化、恒逸石化、东方盛虹等。 风险提示：国内的炼油及化工品产能过剩风险；对国外的炼油技术依赖风险。 正文目录 1.炼油工业170年发展史4 1.1.石油发现及早期的炼油工业发展4 1.1.1.石油及原油定义4 1.1.2.石油发现及早期炼油工业发展5 1.2.主要炼油工艺及发展7 1.3.炼厂信息化及智能化发展10 1.3.1.计算机用于炼厂控制10 1.3.2.PLC彻底改变工业自动化11 1.3.3.DCS用于炼化装置11 2.全球炼油产能格局12 2.1.全球炼油产能分布及发展12 2.2.美国炼油产能及发展14 2.3.行业并购及技术工艺公司的发展16 2.3.1.大型石油公司的整合与业务剥离16 2.3.2.专业化的炼油公司发展18 2.3.3.炼油技术工艺专业化公司发展19 3.炼化一体化趋势，产能东扩引领低碳新格局20 3.1.炼油的技术进步方向，氢气利用与炼化一体化优势20 3.1.1.炼油的技术进步方向20 3.1.2.氢气利用与炼化一体化优势20 3.2.海外产能退出，炼油有望保持长期紧张21 3.3.产能东扩，国内炼化企业的引领低碳优势及竞争力22 3.3.1.国内炼厂产能放缓，新建炼化项目以化工品为主导的低碳转型22 3.3.2.产能东扩，缓解海外成品油压力23 4.投资建议25 5.风险提示25 图表目录 图1主要原油分类5 图2主要炼油发展历程7 图3典型的炼油+化工工艺路线10 图4RW-300计算机用于德士古Arthur港炼油厂12 图5横河电机于1975年推出了CENTUMDCS12 图6全球炼油产能（百万桶/天）及增速%12 图72021年全球炼油产能分布12 图8计划在亚洲及中东投产的炼厂13 图9美国炼厂个数及产能15 图10美国分地区炼厂产能15 图11ValeroEnergy公司的发展历程18 图12MPC公司的发展历程19 图132020年全球炼厂的氢气需求21 图142020年全球炼厂的氢气供应来源21 图15以芳烃为主导的大炼化项目中的氢气优势23 图162021年全球各区域间的石油产品平衡（百万吨）24 图17油价与欧洲炼油利润率变化25 图18美国炼油巨头的季度净利润变化（亿美元）25 表1全球炼厂个数及复杂系数12 表2未来全球主要新建炼油产能计划13 表3美国前十大炼厂16 表4主要大型石油公司在炼油项目并购及剥离17 表5主要炼油技术公司及发展19 表6美国最新投产的炼厂22 1.炼油工业170年发展史 1.1.石油发现及早期的炼油工业发展 1.1.1.石油及原油定义 能源是人类赖以生存的基础，从时间维度上，人类在17至19世纪中叶从木柴到煤炭的为第一次能源转换，19世纪中叶至20世纪中叶从煤炭到油气的第二次能源转换，20世纪中叶起进入从油气向新能源的第三次转换。炼油行业的发展自然也是能源转换过程中的重要一环，其自身经历了从最初的照明用途、向燃料用途、再向化工品用途方向转变的过程。而全球除中东地区在夏季有部分原油用于直接发电外，石油均需要炼制过程，以形成下游成品油、化工品及化工原料等。 根据EIA定义：原油（crudeoil）是碳氢化合物的混合物，作为液体存在于地下地质构造中，当被带到地表时仍然是液体。石油产品是通过在炼油厂加工原油和其他液体、在天然气加工厂提取液态碳氢化合物，以及在混合设施中生产成品石油产品而得到的。石油是一个广泛的类别，包括原油和石油产品。 石油是碳氢化合物的混合物，是比原油更加广泛的定义，通常在定义范围内是石油包括原油及其他液体产品。根据BP能源统计中的定义：石油包括原油、页岩油、油砂、凝析油 （伴生气凝析液及需要进一步精炼的天然气凝析油）和NGLs(天然气液、乙烷、天然气生产过程中分离出来的乙烷、LPG和天然石脑油等)。 早期的石油主要是用于照明用途，随着技术进步以及生活需求的改善，石油也逐渐用于交通运输、航空、衣食住行相关的化工品等。 不同地区的原油，其特性也不一样，其组成中由烷烃、环烷烃、芳香烃等混合烃构成。根据原油的组分分类，可以分为：石蜡基原油、环烷基原油、中间基原油等。不同的原油，采用不同的加工工艺或者下游配置不同的产品。原油是一种碳氢化合物组成的液态物质，除了主要组成碳和氢之外，还有硫、氮、氧及微量元素等组成。根据BP能源统计的定义，石油包括原油、天然气液、油砂等。 通常划分原油的指标主要为： 按硫含量（甜酸）：超低硫原油、低硫原油、含硫原油和高硫原油； 按比重分类：轻质原油、中质原油、重质原油； 国际上把API度（相对水的比重）作为决定原油价格的主要标准之一，数值愈大，表示原油愈轻，价格愈高。在比较不同原油的质量时，两个最重要的属性是硫含量和密度。EIA将硫含量低于1%的原油定义为甜，将硫含量大于1%的原油定义为酸性原油。密度以API重力测量，这是石油液体相对于水的密度的倒数。API的重力范围从重密度或高密度（小于25度API）到低密度（大于35度API）。 目前市场上有100种以上的原油品种，下游的炼油厂随着规模化能力增强，对于原油适用性也增强，因此带来了原油之间调和的市场扩大。整体而言，原油组分中存在芳烃、烷烃等成分，生产化工品如乙烯用石脑油的炼油厂倾向于使用烷烃含量高原料；以催化重整为目的，生产PX（对二甲苯）路线的倾向于芳烃含量高的原料。 图1主要原油分类 资料来源：EIA，东海证券研究所 1.1.2.石油发现及早期炼油工业发展 从作为粘合剂用于道路铺设、建筑材料、船只建造，到进一步应用于药物和武器，古代文明已经使用石油数千年了。现代炼油工业的起源可以追溯到近170年前，加拿大医生和地质学家AbrahamGesner发明了煤油，并新建造了能够输出更高水准产品的精炼设施。 19世纪40年代初，Gessner开始对一系列石油类的碳氢化物进行试验，特别是来自特立尼达的沥青。从这些实验中，他开发了一种提取燃油的工艺。然而，在他这种工艺之下，所获取沥青产品的成本十分高昂，并且燃烧起来会产生非常糟糕的气味。因此，他开始对一种叫做albertite的沥青质进行实验，这种沥青质因发现于加拿大新不伦瑞克省东南部阿尔伯特县（AlbertCounty,NewBrunswick）的阿尔伯特形成层（AlbertFormation）而得名。通过在蒸馏器中加热这种矿物，Gessner注意到一种类油物质被提取了出来。这种油燃烧时有明亮的黄色火焰，并且不会产生异味。他先以蜡油的希腊文“keroselaion”来命名他发现的这一物质，后来将这个名字缩短为“kerosene”（煤油）。很快，他所发现的煤油取代了鲸油而作为照明燃料被广泛地使用，并且开启了一场遍及全球的燃料革命。 18世纪末至19世纪初，鲸油被广泛地用作了照明燃料。这种油更像是一种液体蜡，由鲸鱼头部的脂肪提炼获得。除却被直接用作照明燃料，鲸油也常被用作润滑剂、肥皂原料或是蜡烛的原料。随着消费者对照明油料的需求呈指数级增长，捕鲸业显著增长。捕鲸业在 19世纪20年代达到顶峰，并在接下来的几十年中逐渐衰落。大规模捕捞之下鲸群数量的减少和加征的税目导致鲸油价格上涨，致使其无法与煤油等其他替代品竞争。消费者们纷纷用脚投票，将历史的车轮推向了采用更经济的替代品的历史道路，开创了炼油产品的新时代。 在Gesner发现煤油的几年后，SamuelKier也开始了自己的石