基础化工行业碳中和系列报告九：二氧化碳重整制合成气对化工行业有何影响

行业研究|深度报告 看好（维持） 碳中和系列报告九：二氧化碳重整制合成气对化工行业有何影响 基础化工行业 国家/地区中国 行业基础化工行业 报告发布日期2023年09月21日 核心观点 CO2重整制合成气意义重大。CO2重整是一种新兴的合成气生产路线，以CO2和天然气为原料可以获得碳氢比为1:1的合成气。虽然效率不如煤制气和天然气蒸汽裂 解，但是可以吸收CO2。为化工领域脱碳提供了新的手段，开始受到产业届关注。特别是近期发布的《绿色低碳先进技术示范工程实施方案》就包括了CO2重整，我们认为该技术有望迎来快速发展。按当前煤炭和天然气价格测算，生产每吨丁醇，CO2重整路线的成本比煤化工高300元左右，但如果考虑碳税，则两者成本就会发生逆转。CO2重整技术用于化工生产，在项目易于审批的同时已经开始展露出成本优势。 对化工行业格局带来长期影响。我们认为CO2重整对行业主要影响在于为石化企业打开了扩张的新路径，可能会以低成本新进入者的姿态改变一些产品的成本曲线和行业格局。以往由于能耗和煤炭指标限制，尽管有配套优势，但沿海炼厂极少参与生产丁辛醇、己二酸、己内酰胺等同时需要石化原料和合成气的产品。而CO2重整易于审批的优势可以为炼厂打开新的增长空间。同时未来还有大量沿海LNG接收站，周边炼厂使用天然气作为原料进行低碳生产，也可以一定程度上缓解接收站的周转率压力。 适合的企业与地区。目前已经布局CO2重整用于化工生产的项目包括浙江石化、重庆化医、中国海油和巴斯夫湛江等。其中浙江石化和巴斯夫湛江天然气依赖外部，使用CO2重整主要是打开产品空间、以及降低体系碳排放强度，来应对欧洲碳边境税机制。重庆化医和中国海油则有较强的天然气资源优势，利用企业内原有的CO2尾气来生产化工品。我们认为沿海地区更适合生产需要石化原料的产品，如己二 酸、丁辛醇等，内陆地区则适合生产需求分散的固体材料，如PGA等。 投资建议与投资标的 CO2重整制合成气技术有望为沿海炼化一体化企业和具有天然气资源优势的企业打开新的发展空间，建议关注已经开始布局的荣盛石化(002493，买入)、中国海油(600938，买入)，以及有发展优势的中国石油(601857，未评级)、中国石化(600028，增持)、恒力石化(600346，买入)、东方盛虹(000301，未评级)等企业。 风险提示 政策变化风险；原料价格波动风险；项目建设进度风险；假设条件变化影响测算结果风险。 证券分析师倪吉 021-63325888*7504 niji@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860517120003 联系人李跃 liyue@orientsec.com.cn 碳中和系列报告八：轻烃化工副产氢如何 2022-04-16 利用碳中和系列报告七：尿素大涨的启示 2021-11-08 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 目录 1、引言4 2、CO2重整制合成气意义重大4 2.1新兴的合成气生产路线4 2.2碳税框架下优势明显5 3、对化工行业格局带来长期影响7 3.1为石化企业打开新空间7 3.2成本曲线可能重构8 4、适合哪些企业和地区9 5、投资建议10 6、风险提示10 图表目录 图1：煤化工产品分布4 图2：天然气与煤炭热值比值5 图3：丁醇天然气/煤炭比价（横轴）与成本比价（纵轴）关系7 图4：国内LNG接收站能力、接收量和周转率（万吨）8 图5：苯-原油价差（元/吨）9 图6：苯乙烯毛利情况（元/吨）9 图7：国内苯乙烯产能产量开工率情况（万吨）9 表1：天然气制合成气路线比较5 表2：丁醇生产碳排放测算6 表3：丁醇生产成本测算（元/吨或元/方，煤价与甲烷取当前港口价格）6 表4：石化原料与合成气成本测算8 表5：已规划CO2重整项目9 表6：浙石化与巴斯夫项目周边LNG接收站情况（万吨）10 表7：合成气制塑料碳排放测算10 1、引言 合成气是化工生产必不可少的原料之一，涉及到的领域主要可分为三个方面：1）完全以合成气为原料的合成氨、尿素等化肥产品；2）需要石化产品和合成气共同作原料的产品，如丁辛醇、己二酸、己内酰胺等；3）聚烯烃、乙二醇等与石油化工一致的产品。由于合成气在调节碳氢比的变化中会产生大量CO2过程排放，在碳中和框架下，合成气化工迎来了严峻挑战。特别是我国以煤炭为原料的合成气生产过程碳排放强度巨大，为我国的碳达峰和碳中和进程造成明显压力。 近期国家发改委等部门发布的《现代煤化工产业创新发展布局方案》中就提到要进一步强化煤炭主体能源地位，按照严控增量、强化指导、优化升级、安全绿色的总体要求，加强煤炭清洁高效利用，推动现代煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展。我们认为在新的政策引导下，以煤炭为原料的合成气化工未来增量会明显受限。而CO2重整制合成气技术有望成为新形势下的重要增量来源，并显著改变化工行业现有格局。 图1：煤化工产品分布 数据来源：东方证券研究所整理 2、CO2重整制合成气意义重大 我国合成气生产主要依托煤炭，但碳排放巨大，在双碳目标下必须进行调整。目前已经开始推广的绿电绿氢虽然是一种良好的解决方案，但首先绿电投资强度较大，短期内难以快速形成规模；其次绿电绿氢同样是能源领域减排的重要抓手，如果化工领域能够找到替代性方案，就可以释放更多绿电绿氢的资源，对于双碳目标的实现意义重大。二氧化碳重整制合成气在这样的背景下就受到了产业届的关注。 2.1新兴的合成气生产路线 合成气从原料来源上可以分为两大类，煤炭路线和天然气路线。其中煤炭路线第一步就是通过不完全燃烧将煤炭转化为CO，后续再根据碳氢比的需要，通过变换反映将CO转化为氢气。天然气路线的种类较多，根据不同的进料方式可以分为蒸汽裂解、纯氧裂解、催化裂解和CO2重整等。 表1：天然气制合成气路线比较 蒸汽裂解 原料天然气、水 产品碳氢比1:3 工业化程度 高 纯氧裂解 天然气、氧气 1:2 中 催化裂解 天然气 纯氢气 低 CO2重整 天然气、CO2 1:1 低 数据来源：《天然气制氢技术研究进展》——王奕然等，东方证券研究所整理 其中工业化最广泛的是蒸汽裂解，产品的理论碳氢比为1：3，海外绝大多数天然气化工都采用这一路线。纯氧裂解可以获得碳氢比为1：2的合成气，适用于一些碳氢比要求较高的产品，如丁辛醇、乙二醇等。国内一些天然气制乙二醇项目，都选择了纯氧裂解路线。催化裂解和CO2重整目前还几乎没有工业化应用，前者主要是技术问题，后者则是成本问题。CO2重整产品是碳氢比为1：1的合成气，与纯氧裂解类似，但由于CO2的反应难度较大，效率是低于纯氧裂解的。 在传统框架下，我国富煤少气的资源结构决定了国内合成气基本都来自于煤化工路线。但是双碳目标的确立，导致传统煤化工路线需要被修正甚至替代。同时随着煤炭价格和天然气价格的相对变化，天然气制合成气已经显现出优势。而CO2重整这样在生产合成气的同时还能吸收碳排放的路线价值则得到了巨大提升。特别是在8月22日，发改委等部委发布的《绿色低碳先进技术示范工程实施方案》中就包括了CO2重整制合成气，我们预计该技术的产业化有望迎来快速发展。 图2：天然气与煤炭热值比值 天然气/煤炭 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 201820192020202120222023 数据来源：Wind，东方证券研究所 2.2碳税框架下优势明显 CO2重整制合成气最核心的优势就是碳排放，我们以对于合成气碳氢比需求为1:2的丁醇生产为例，国内目前主流的煤化工路线，每生产1吨丁醇，变换反应造成过程碳排放为1.2吨。而CO2 重整过程仅产生0.3吨的碳排放，两者相差0.9吨碳排放。在不考虑碳中和的情境下，核算碳排放没有意义。但是在双碳目标要求下，碳排放强度就成为了项目是否能够审核通过，以及未来盈利能力的重要指标。 从国内明确双碳目标以来，煤化工项目的审批难度明显加大。上文提到近期国家发布了《现代煤化工产业创新发展布局方案》，我们认为之后国内对于煤化工相关项目的要求还会进一步提升，这对于需要合成气的化工品发展形成约束。CO2重整制合成气则为行业发展提供了新的机会，而 且从成本角度，也并不落下风。我们还是以丁醇为例，按照当前的沿海港口煤炭和LNG现货到港价格，对应合成气的成本分别为1.13元/方和1.46元/方，煤化工路线还略有优势。但如果考虑碳税成本，情况则会逆转。欧洲的碳边境税（CBAM）已经迫在眉睫，如果以当前欧洲碳配额价格测算，CO2重整路线生产的丁醇每吨成本将比煤化工路线低约200元。 煤化工路线 煤炭0.62 氢气 CO 氢气 CO 丁醇 0 910 607 303 1 607 1.2 表2：丁醇生产碳排放测算 原料 合成气（变换前） 合成气（变换后）产品 碳排放 数据来源：环评信息，东方证券研究所整理 CO2重整路线单位 甲烷406方 CO2228方 氢气455方 CO455方 氢气607方 CO303方 丁醇1吨 152方 0.3吨 表3：丁醇生产成本测算（元/吨或元/方，煤价与甲烷取当前港口价格，截止2023-9-9） 煤炭 单耗0.62 单价 812 甲烷 单耗406 单价 3.11 CO2 228 0.08 合成气 910 1.13 合成气 910 1.46 原料成本 1032 原料成本 1324 碳排放 1.2 647 碳排放 0.3 647 碳成本 771 碳成本 193 合计 1803 合计 1517 数据来源：环评信息，Wind，东方证券研究所整理 从图1可以看出，除了2021年下半年到2022年，天然气价格相对极端的情况下，天然气和煤炭 的热值比价基本都在2左右区间，近期的天然气/煤炭比价其实处于较高水平。我们还是以丁醇为例测算了不同天然气/煤炭比价下的CO2重整和煤化工路线的成本比价，可以看出天然气/煤炭热值比价为2时，两种路线的丁醇生产成本基本一致。如果考虑碳税，则天然气/煤炭比价要达到3以上，CO2重整路线成本才会超过煤化工路线，而这一比值在长周期上也是较少发生的。 图3：丁醇天然气/煤炭比价（横轴）与成本比价（纵轴）关系 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 成本比价成本比价（含碳税） 0.51.01.52.02.53.03.54.0 数据来源：Wind，东方证券研究所整理 3、对化工行业格局带来长期影响 CO2重整通过碳排放强度的差异，为行业发展带来了新的可能性。我们认为其对一些化工品的影响不止是供给增速的变化，而是可能通过引入新玩家的方式，改变行业格局。 3.1为石化企业打开新空间 我们认为影响最为直接的就是石化企业。上文提到三类煤化工产品，其中第二类需要石化产品 （如苯、丙烯等）和合成气共同作原料，但目前极少有炼厂生产这些产品。并不是炼厂不具备生产能力，而是因为合成气（特别是氢气）对于炼厂来说也是重要而稀缺的资源，在炼化一体化生产过程中需要发挥更重要的作用。 炼厂氢气主要消耗在加氢精制和加氢裂化等步骤，氢气主要来源为重整装置、裂解装置等副产。但副产氢气一般满足不了加氢需求，因此炼厂时常还会配套干气重整制氢或石油焦制氢等。如果还是不足，就需要进一步提升能耗指标，来配套煤制气装置。由于炼厂大多处于东南沿海地区，能耗和用煤指标都很稀缺，因此就很少有炼厂生产需要合成气的产品，而是将苯、丙烯等石化原料外卖，交给偏内陆的煤化工企业来进一步加工。 炼厂以往也很少采用天然气制氢的方式，主要原因是国内处于能源转型过程中，阶段性出现了天然气供不应求的情况，不会有余量给炼厂用于化工生产。但随着我国天然气自产、管道进口、LNG进口等方式日趋完善，供应体系已经比较稳定。而且炼厂主要毗邻的都是沿海LNG接收站，近几年沿海地区快速建设LNG接收站。据南方能源观察统计，截止2023年8月已建成接收站28 座，接收能力112