202104 “碳中和”对石化行业影响深度报告：化工品在石油需求的占比提升，大炼化装置有望长期受益-solarbe文库

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1 行业及产业行业研究 / 行业深度证券研究报告化工 / 石油化工 2021 年 04 月 26 日化工品在石油需求的占比提升，大炼化装置有望长期受益看好 “碳中和”对石化行业影响深度报告单击此处输入文字。证券分析师谢建斌 A0230516050003 xiejbswsresearch.com 研究支持谢建斌 A0230516050003 xiejbswsresearch.com 联系人谢建斌 862123297818转 xiejbswsresearch.com 本期投资提示  当前原油仍为全球一次性能源消费主体，能源结构转型及能源效率提升将是实现碳中和的必由之路。当前化石能源如石油、天然气、煤炭的总计消费占一次能源比重为 84，且依据历史经验，全球能源需求将随经济增长而提升。在碳中和前景下，化石能源向氢能等可再生能源过度的趋势也已经比较明确，化石能源需求占比将逐步降低。借鉴西方发展历史，以减少煤炭、石油为代表的能源结构转型及提升能源效率是有效的碳减排路径。预计碳中和将在全球能源利用效率大幅提升及可再生能源为主的能源结构假设下实现。  大炼化碳排放集中于生产加工环节，传统型炼厂更多体现在消费端。石化企业碳排放主要来自包括化石燃料燃烧排放、生产中的工艺排放以及逃逸排放三个方面的直接排放，约占炼厂碳排放的 60以上。从生产环节来看，炼油装置的碳排放强度远大于后端化工品环节，其中催化裂化、连续重整是主要的碳排放环节。从炼厂角度来看，规模化、炼化一体化炼厂因为能源利用效率的提高使得碳排放强度相对较低。以化工品为导向的大炼化项目因对原油的深度加工，或导致原油碳排放主要留在生产加工环节。考虑到成品油产出率下降，从原油对应总体碳排放的全生命周期而言，传统型炼厂的碳排放量远大于大炼化。  氢气平衡成为大炼化装置的核心竞争力。大炼化的多产化工品路线主要通过加氢裂化的手段来代替传统的催化裂化，这样炼厂对氢气的需求大幅提升。目前，炼厂氢气主要来自工艺副产和化石能源制取两种途径，而以煤、天然气制氢为代表的独立制氢装置碳排放及单位成本较高。而化纤龙头进入大炼化行业具有氢气平衡的优势，主要在于生产 PX 的催化重整环节可以副产大量氢气，化纤龙头因为自身 PTA 配套需求，可以最大化的生产 PX，提高副产氢比重；同时也可以利用炼厂 LPG 配套下游丙烷脱氢装置，提升加工深度的同时副产部分氢气。  “ 碳中和 ”背景下，成品油需求走弱，将利好大炼化、丙烷脱氢和乙烷裂解。新能源汽车的普及对于传统燃料型炼厂冲击较大，长期成品油需求走弱。在 2020 年疫情催化下，海外炼厂率先去产能。目前海外整体的炼油产能以优化为主，部分炼厂转产生物柴油，很多在建项目也一再推迟。而以化工品为主的民营大炼化受成品油需求下滑的冲击较小，同时受益于炼厂退出带来的化工品供给收缩。另外，丙烷脱氢和乙烷裂解因为自身碳排放强度低，同时副产大量氢气，在碳中和推进的背景下具备明显的比较优势。  投资建议 “碳中和”背景下，未来随着成品油的需求下降，新型炼厂更多是朝着化工品产出最大化的导向。以化纤龙头为主导的炼化，由于用于 PTA-聚酯产业配套，在炼化一体化的装置设计中尽可能的对于 PX 产能最大化，而在 PX 生产过程中又会副产大量的氢气，成为加氢裂化的主要原料以降低成品油的收率，从而实现正向循环。从竞争力、盈利稳定性、产能投放一体化的大炼化角度，重点推荐荣盛石化、恒力石化、东方盛虹、卫星石化、桐昆股份、恒逸石化等。  风险提示油价大幅下跌，技术进步缓慢风险；新技术推广不力风险。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 2 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 2 页共 27 页简单金融成就梦想投资案件结论和投资建议 “碳中和”背景下，未来随着成品油的需求下降，新型炼厂更多是朝着化工品产出最大化的导向。以化纤龙头为主导的大炼化，由于用于 PTA-聚酯产业配套，在炼化一体化的装置设计中尽可能的对于 PX 产能最大化，而在 PX 生产过程中又会副产大量的氢气，成为加氢裂化的主要原料以降低成品油的收率，从而实现正向循环。从竞争力、盈利稳定性、产能投放一体化的大炼化角度，重点推荐荣盛石化、恒力石化、东方盛虹、卫星石化、桐昆股份、恒逸石化。原因及逻辑碳中和背景下，原油作为石化能源在一次能源需求中的占比将逐步下行，而石油需求以交通为主，受新能源汽车的普及影响较大。成品油需求走弱的情况下，利好化工品为主的大炼化。民营大炼化因为从化纤产业链向上游扩张，实现原料供应的过程中，自身具备更强的氢气供给能力。而丙烷脱氢和乙烷裂解因为自身碳排放强度低，同时副产大量氢气，在碳中和推进的背景下具备明显的比较优势。有别于大众的认识市场可能认为碳中和背景下，民营大炼化盈利能力将受到显著压缩。我们认为首先碳中和必将导致原油需求长期下滑，而需求下滑更多是来自成品油需求的萎缩，化工品的需求仍然将保持旺盛。而民营大炼化本身成品油收率低，且具备极致情况下不产成品油的能力，受成品油需求下滑的冲击较小，同时还受益于炼厂退出带来的化工品供给收缩。另外，与其他炼化一体化装置对比，民营大炼化依托自身聚酯产业链配套优势，最大化重整装置能力，最大程度提升副产氢比重，同时利用炼厂干气配套丙烷脱氢，提升原油利用效率的同时副产部分氢气，大幅降低了依靠化石能源制氢带来的碳排放和制氢成本。下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 3 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 3 页共 27 页简单金融成就梦想 1．碳中和背景下，石油消费及下游应用趋势 6 1.1 原油仍然是全球一次性能源消费的主体 .6 1.2 碳排放中能源活动占比高，中国的能源结构仍需转型 .6 1.3 能源结构转型及能源效率提升共迎碳中和 .8 2．石油化工中的碳排放与解决方案 9 2.1 炼化生产过程中的二氧化碳排放 .9 2.2 氢气平衡是大炼化装置的核心竞争力 12 2.3 石油化工行业碳减排的路径与措施 13 2.3.1 使用天然气制氢来替代煤制氢 . 14 2.3.2 民营大炼化的优化氢气供给结构 . 15 2.3.3 CCUS 的应用，未来或将长期推广 . 16 3．碳中和对于石油化工行业的影响 . 17 3.1 原油长期需求或将走弱，上游资本开支同步放缓 17 3.2 碳中和背景下成品油需求走弱，将利好大炼化 20 3.3 氢气综合利用，看好丙烷脱氢和乙烷裂解的比较优势 24 4．投资建议 . 25 5．风险提示 . 26 目录下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 4 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 4 页共 27 页简单金融成就梦想图表目录图 1 2019 年全球一次能源消费占比 6 图 2全球一次能源消费趋势变化 6 图 3全球主要能源使用中的 CO2 排放量（百万吨） 7 图 4中国及在全球能源使用中的 CO2 排放量占比 . 7 图 5美国历史碳排放情况（百万吨） . 8 图 6美国终端用户碳排放（百万吨， 2019） 8 图 7典型炼厂 CO2 排放源 . 10 图 8不同炼厂 CO2 直接排放与间接排放的比例 . 10 图 9不同类型炼厂 CO2 排放系数比较 11 图 10不同炼厂 CO2 直接排放与间接排放的比例 . 11 图 11典型燃料型炼厂生产装置碳排放类别占比 11 图 12大炼化生产装置碳排放类别占比计算假设 12 图 13大炼化主要装置耗电情况计算假设 12 图 14新型大炼化在氢气利用和炼油工艺优化中优势 . 13 图 15浙江石化氢气、干气综合利用 16 图 16碳利用和封存技术示意图 . 17 图 17全球人口结构 17 图 18全球人均原油消费 . 17 图 19全球油气勘探开发投资 19 图 20国际石油公司的资本开支（亿美元） 20 图 21全球炼油产能（百万吨） . 21 图 22未来全球新增炼油产能的变化（万吨） . 22 图 23我国的原油加工量增长但是成品油产出占比下降 23 图 24我国成品油的表现消费增速下降 . 23 图 25全球丙烷脱氢产能占比 24 图 26全球丙烷脱氢产能占比 25 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 5 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 5 页共 27 页简单金融成就梦想表 1按燃料和情景划分的全球一次能源需求（百万吨油当量） 9 表 2炼油企业典型处理流程 10 表 3各石油公司碳中和目标 14 表 4天然气制氢和煤制氢成本对比假设 15 表 5电动车对于汽油消费的影响 18 表 6石油化工行业重点公司估值表 25 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 6 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 6 页共 27 页简单金融成就梦想 1．碳中和背景下，石油消费及下游应用趋势 1.1 原油仍然是全球一次性能源消费的主体全球的经济增长带动了能源的需求，全球正在经历从化石能源向氢能等非化石能源过渡的第三次能源体系的重大转换。其中第一次能源转换是从木柴向煤炭，第二次能源转换时煤炭向油气，而第三次能源转换是油气向新能源的过程。目前石油仍然是一次能源中占比最高的能源。根据 BP 能源统计数据， 2019 年全球石油消费占一次能源的比例为 33，而在 1965 年时占比为 42； 2019 年主要化石能源如石油、天然气、煤炭的总计消费占一次能源比重为 84，而在 1965 年时占比为 94。可再生能源，主要是风能、光伏等，近年来快速发展， 2019 年的增速同比分别为 12.6、 24.3，但是整体在全球一次性能源中的占比仍然较低。图 1 2019 年全球一次能源消费占比图 2 全球一次能源消费趋势变化资料来源 BP 能源统计，申万宏源研究资料来源 BP 能源统计，申万宏源研究 1.2 碳排放中能源活动占比高，中国的能源结构仍需转型 2020 年 9 月 22 日在第七十五届联合国大会，中国向世界承诺，将力争于 2030 年前达到碳排放峰值，并努力争取 2060 年前实现碳中和。全球范围内，截至 2020 年底，全球共有 44 个国家和经济体正式宣布了碳中和目标，包括已经实现目标、已写入政策文件、提出或完成立法程序的国家和地区。能源活动是全球温室气体的主要排放源。根据世界资源研究所 WRI 数据， 2017 年能源活动排放量占全球温室气体总排放量的 73，农业活动排放占 11.8，土地利用变化和林业排放占 6.4，工业生产过程排放占比为 5.7，废弃物处理排放占 3.2。在能源排放活动中，发电和供热行业排放占全球温室气体排放比重最高，占 30.4；交通运输排放占全球碳排放的 16.2，其中道路交通是主要来源，制造业和建筑业排放占全球总排放的 12.4，建筑部门排放占全球总排放的 5.6。石油 33 天然气 24 煤炭 27 核能 4 水电 7 可再生 5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 200 400 600 800 1000 1200 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 全球消费（ E x a jou les ）石油（ E x a jou les ）天然气（ E x a jou les ）煤炭（ E x a jou les ）石油占比右轴传统能源占比右轴下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 7 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 7 页共 27 页简单金融成就梦想图 3 全球主要能源使用中的 CO2 排放量（百万吨）资料来源 IEA，申万宏源研究中国的碳排放量较大，将履行碳减排的责任。根据 BP 能源统计数据， 2019 年全球能源使用中带来的二氧化碳排放量为 341.7 亿吨，其中中国排放 99.2 亿吨，占比 29；其余分别为美国（ 14.5）、欧洲 34 国（ 12）、印度（ 7.3）、俄罗斯（ 4.5）。图 4 中国及在全球能源使用中的 CO2 排放量占比资料来源 BP 能源统计，申万宏源研究 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 煤炭石油气体 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 中国（百万吨）全球（百万吨）中国占比右轴下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 8 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 8 页共 27 页简单金融成就梦想 1.3 能源结构转型及能源效率提升共迎碳中和优化能源消费结构即逐步提升天然气需求占比，是中期降低碳排放的有效方法。根据 IPCC 国家温室企业清单指南，煤炭、石油、天然气作为固定能源时 CO2 排放系数分别为 94.6 吨 /TJ、 77.4 吨 /TJ、 56.1 吨 /TJ，产生相同热值时，天然气燃烧碳排放仅为煤炭的 59，如果进一步考虑锅炉燃烧效率因素，天然气相对煤炭的碳减排可达 50左右。美国自 2007 年以来能源消费结构转换明显，碳排放进入下降趋势。自 2007 年开始，美国与能源相关的碳排放维持下滑趋势，其中煤炭在能源消费中的比重逐年下降，天然气作为清洁能源需求占比逐步提升。 2019 年美国经济碳排放强度（ CO2/GDP）下降了 4.9，其中 3来自能源消耗的下降， 2来自能源排放强度（ CO2/Energy）的下行，能源结构转换对碳减排的效果较为显著。 2020 年疫情导致出行受阻，美国碳排放量下降 19.5至 41.3 亿吨，为历史上的最大降幅。从上游能源排放来看， 2020 年煤炭、天然气、石油排放量分别下降 18.6、 2.2、 13.6。从终端用户的碳排放来看，交通与工业仍是美国主要的排放来源，且在住宅与商业中的能源消费以电力为主。图 5 美国历史碳排放情况（百万吨）图 6 美国终端用户碳排放（百万吨， 2019）资料来源 EIA，申万宏源研究资料来源 EIA，申万宏源研究预计全球能源效率大幅提升，全球经济增长模式逐步转变。根据 IEA 的假设，在远期实现碳中和的情境下，世界一次能源总需求在 2019 至 2070 年间仅增长 4.7，但预计全球人口将有 35的增幅，经济增长约 3.5 倍。如果全球能源政策不转变的情况下， 2070 年全球一次能源需求较 2019 年增长 36.2。对比之下，预计未来经济增长与能源需求脱钩程度将大大提升，也代表着过去发展模式迎来重大转型。预计 2019-2070 年之间单位美元的能源消耗将下降 2/3，年化下跌 2.2，而 1990-2019 年间下降速度为 1.6，能源和材料利用效率需要得到大幅度提升。化石能源消费结构转变，可再生能源利用率提升将同步进行。参照目前已实现碳达峰的国家，在化石能源的消费结构中均表现为天然气需求的大幅提升，以及煤炭资源占比的快速下滑，同时未来原油需求也将随着电动车市占率的提升而逐步下滑。 IEA 预计在 2070 年全球实现碳中和的假设下，全球煤炭在一次能源中的占比将由 2019 年的 25.9下降至 4.6，原油占比从 31.0下降至 7.6，天然气自 22.9下降至 13.4。而不管是在碳中下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 9 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 9 页共 27 页简单金融成就梦想和或者既定政策的假设下，可再生能源的需求占比都将大幅提升。预计碳中和下，可再生能源需求占比将从 2019 年的 15.2上涨至 64.8。表 1 按燃料和情景划分的全球一次能源需求（百万吨油当量）可持续发展战略假设既定政策情景 2019 2040E 2070E 2070E 煤炭 3783 1309 696 3188 原油 4523 3000 1156 4778 天然气 3336 3056 2048 4786 核能 728 1140 1472 1101 可再生能源 2220 5325 9905 6013 水电 371 585 840 716 生物质能 935 2365 2948 2252 生物质能传统用途 588 0 0 287 太阳能 118 1156 3414 1283 风能 123 759 1564 845 其他可再生能源 86 461 1140 630 总计（百万吨油当量） 14590 13830 15278 19865 净二氧化碳排放（百万吨） 36064 16834 0 35737 资料来源 IEA，申万宏源研究 2．石油化工中的碳排放与解决方案 2.1 炼化生产过程中的二氧化碳排放石油化工生产企业是高能耗行业，也是温室气体排放的主要来源。与其他工业生产部门类似，石化企业的碳排放也可以分为直接排放与间接排放两部分。其中石化企业的碳排放中直接排放主要是指化石燃料直接燃烧排放、生产过程中的工艺排放以及各种设备部件泄露导致的逃逸排放；间接排放主要是指外购的化石能源转换的电、蒸汽等能源所产生的排放。而燃烧排放主要来自热电，蒸汽锅炉、工艺炉、涡轮和火炬等；工艺排放则主要来自催化重整、催化裂化、乙烯氧化和制氢等。燃料型、炼化一体化及润滑油型三种典型炼厂，直接碳排放占比均在 60以上，是炼厂主要的碳排放来源。其中炼化企业的直接 CO2 排放主要有 1. 石油化工生产过程中要使用各种各样的催化剂，某些工艺生产过程的催化剂会出现结焦，需要对催化剂连续烧焦以保持催化剂活性和工艺运转。典型的工艺包括催化裂化、催化重整、各类加氢工艺等。其中催化裂化工艺需要对催化剂进行连续再生过程，相对 CO2 排放较多。 2. 石油炼制过程中的氢气消耗量角度，制氢工艺 CO2 排放量显著，产出的 CO2 纯度很高。制氢装置 CO2 排放量取决于制氢原料中的碳氢比例以及制氢工艺，大多数情况下，下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 10 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 10 页共 27 页简单金融成就梦想装置采用蒸汽转化工艺需要以天然气、炼厂干气为原料；有的企业制氢装置以煤（焦）气化工艺制氢。 3. 乙烯为原料氧化生产乙二醇工艺过程中，乙烯氧化生产环氧乙烷单元会产生 CO2 排放。图 7 典型炼厂 CO2 排放源图 8 不同炼厂 CO2 直接排放与间接排放的比例资料来源 CNKI，申万宏源研究资料来源 CNKI，申万宏源研究表 2 炼油企业典型处理流程生产目的涉及工业过程基本生产系统预处理过程在进入生产设备之前，预先对原油进行脱盐脱水，以减少对设备的腐蚀分离过程将原油分离成多个馏分油和渣油初馏塔、常压塔、减压塔转化过程将减压馏分油、渣油等重油裂解为轻质油催化裂化、加氢裂化、延迟焦化等改制精制过程通过脱硫等方式提高油品品质催化重整、加氢精制、溶剂精制、化学脱硫等气体加工过程对各装置产生的气体轻组分进行处理加工，合成调和剂或基础化学品气体脱硫、气体分离、异构化、MTBE、丙烯聚合、烷基化等辅助生产系统供水供电系统、循环冷却系统、供热系统、油品存储调和装卸系统、制氢系统、废水处理系统、固废处理系统、硫磺回收等资料来源 CNKI，申万宏源研究大炼化碳排放强度相对更低。大炼化即大型炼化一体化，指在建设炼厂中同步配备下游化工品装置，在原料互供方面存在一定优势，一般而言碳排放强度略低。另一方面，炼厂规模增加明显使碳排放强度减弱，即炼厂规模提升使能源综合利用水平提升，节能与碳减排效果显著。例如，大炼化可以利用催化裂化、裂解乙烯装置余热副产炼厂蒸汽，降低炼厂整体的能耗；也可以根据加氢装置对氢气纯度要求不同和管网流程设置，梯级利用氢气资源，减少废氢排放实现物尽其用的同时，降低生产成本。大炼化碳排放集中于生产加工环节，传统型炼厂更多体现在消费端。根据炼化装置碳排放系数计算，大炼化吨原油加工能力对应 CO2 排放量接近 0.7，炼厂碳排放强度较传统下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 11 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 11 页共 27 页简单金融成就梦想炼厂有所提升。我们计算炼油与化工区碳排放量比重为 2.5 1，仅炼油区 CO2 排放系数即接近 0.5。这是由于现代炼厂在“分子炼油”理念的贯彻下，大幅增加重油的处理能力，表现为炼厂能耗增长、加氢炼化能力提升，以此来大幅压减成品油收率。加氢能力提升带来氢气需求增长，相对传统炼厂需要配置更大规模的重整装置以及煤（焦）制氢项目。但是从原油对应终端使用的碳排放角度来看， 2020 年国内传统型炼厂成品油收率约 67.2，而大炼化的成品油收率不到 40。以吨汽、柴、煤油终端燃烧排放 3 吨 CO2 计算成品油碳排放后，如同等级别 2000 万吨的炼厂，传统型炼厂的 CO2 排放将比大炼化增加 700 万吨以上，因此实际上传统型炼厂的碳排放量更大。图 9 不同类型炼厂 CO2 排放系数比较图 10 不同炼厂 CO2 直接排放与间接排放的比例资料来源 CNKI，申万宏源研究资料来源 CNKI，申万宏源研究催化裂化、连续重整装置是传统燃油型炼厂最主要的碳排放环节。催化裂化中催化剂表面极易结焦，需要对催化剂进行连续烧焦再生，因此其通常为炼厂中碳排放最大的装置，炼厂也通过回收能量生产蒸汽以减少排碳压力。碳排放强度紧随其后的为连续重整、常减压、油品存储及柴油加氢装置。电力、热力的消耗也会导致碳排放，其中重整装置碳排放主要来自芳烃联合部分的加热炉烟气。偏重质的原料也会因为反应结焦率或氢气需求提升，导致碳排放强度提高，如相近规模的润滑油型炼厂碳排放强度较燃料型炼厂高出 30以上。图 11 典型燃料型炼厂生产装置碳排放类别占比资料来源 CNKI，申万宏源研究下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 12 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 12 页共 27 页简单金融成就梦想煤或石油焦制氢及乙烯裂解装置的碳排放量。由于民营大炼化相较于传统炼油企业氢气需求大幅提升，因此均选择性放大了连续重整芳烃联合装置，以副产廉价氢气。在增加副产氢的同时，仍需要额外配套制氢装置以满足增长的氢气需求。同时由于乙烯裂解装置为强吸热反应，需要消耗大量能源，碳排放强度较高。根据炼化装置耗能、碳排放系数计算，在大炼化中连续重整、芳烃联合、煤（石油焦）制氢及乙烯裂解四者的碳排放占比达到 60。其中除煤（石油焦）制氢外，三者碳排放主要来自电力、热力的间接消耗，而煤焦制氢碳排放主要来自 CO 变换制氢的过程。图 12 大炼化生产装置碳排放类别占比计算假设图 13 大炼化主要装置耗电情况计算假设资料来源 CNKI，申万宏源研究资料来源 CNKI，申万宏源研究 2.2 氢气平衡是大炼化装置的核心竞争力国内炼油能力快速提升，整体炼厂开工明显下滑。传统型炼厂主要以成品油为主，炼厂装置的设计通常包括常减压、催化裂化、延迟焦化等。自 2017 年开始我国炼油能力重回增长轨道， 2019 年国内炼油能力达到 8.9 亿吨，成为仅次于美国的全球第二大炼油国，占全球总产能的 18左右；但 2019 年国内炼厂开工率下滑至 73。目前我国炼油产能过剩明显，传统的燃料型炼厂受损，但是新型大炼化以获取化工品为主将会受益。 2021 年国内预计投产的炼厂包括炼油能力 1000 万吨 /年的中科炼化、 2000 万吨 /年的浙江石化二期、 1600 万吨 /年的盛虹石化等多个千万吨级炼厂项目，传统的燃料型炼厂过剩形势将更加严峻。化工型炼厂盈利能力突出，但对氢气需求大幅提升。自恒力炼化项目等民营炼化项目投产以来，新型炼化一体化项目相较于传统燃料型或燃料 -化工型炼厂的超额盈利能力已经得到充分印证，尤其在 2020 年油价、需求大幅波动中，化工型炼厂盈利的稳定性以及未来的成长性都得到了很好的验证。目前众多炼油企业已经向油 -化结合的方向迈进，新建炼厂产能以炼化一体化深度融合为主，总体而言炼油厂化工路线改制的实质路径为多种“加氢” 技术、“裂化”及“裂解”技术的集中优化，主要有以“渣油加氢裂化催化裂解”、“蜡油、柴油加氢裂化催化裂解”、“渣油加氢处理催化裂解”或“全加氢裂化”为核心的技术路线。炼厂对氢气的需求主要包括“加氢裂化”和“加氢精制”两个方面，其中“加氢裂化”是指利用氢气将石油高分子量烃馏分裂解成价值更高的较低分子量馏分组件；“加下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 13 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 13 页共 27 页简单金融成就梦想氢精制”是指利用氢气脱除原油中的硫、氮和金属等杂质，工艺革新导致氢气需求大幅提升氢平衡是化工型炼厂运行的重要前提。炼化一体化工厂需要大量的氢气，同时炼化一体化工厂在生产环节也会副产氢气，目前氢气成本已经成为炼油企业中仅次于原油成本的第二成本要素，而且氢气存储困难，如果氢气不足将影响炼厂整体装置的正常运行。炼厂主要的氢气来源有 1）石油焦或煤制氢，美国炼厂多外购来自于天然气 SMR 制氢； 2）催化重整氢气； 3）石脑油裂解副产氢气； 4）丙烷、异丁烷脱氢副产； 5）低浓度氢气的回收，如加氢、催化裂化、延迟焦化副产的氢气，多采用变压吸附（ PSA）、膜分离、深冷三种工艺提取。几种主动制氢工艺的氢气成本都非常高，而且碳排放量大，目前炼化一体化炼油厂两个主要副产氢气的工艺为炼厂干气制氢和重整。图 14 新型大炼化在氢气利用和炼油工艺优化中优势资料来源炼油工艺学，申万宏源研究 2.3 石油化工行业碳减排的路径与措施化工型炼厂的直接碳排放主要来自催化剂烧焦、化石燃料直接燃烧排放以及制氢环节排放。对于石油化工企业而言，未来有效的碳减排措施来自于 1. 外购可再生能源转换的电、蒸汽等能源； 2. 提升炼厂能量利用效率，优化氢气供应结构； 3. 寻求碳排放强度更低的制氢手段； 4. 采用碳捕集与封存（ CCUS）技术。目前来看，大炼化及现代煤化工均为耗氢大户，且氢气的供应将直接影响到整体装置的运行，额外制氢已经成为石化企业最主要的碳排放环节之一。从氢源出发，世界能源理事会将氢气划分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”三种，分别指化石原料制氢、化石原下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 14 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 14 页共 27 页简单金融成就梦想料制氢同时使用碳捕集和碳封存、可再生能源制氢；其中只有“绿氢”才是真正实现零排放的制氢方式。表 3 各石油公司碳中和目标时间公司 “碳中和”行动 2021 年 3 月道达尔和微软进行战略合作，进一步实现数字化转型，并支持实现 2050 年净零排放目标。 2020 年 10 月康菲石油公司计划在本世纪中叶之前消除其业务和电力供应商的碳排放。但不包括客户燃烧或加工康菲石油的原油、天然气或其他产品所产生的排放。 2021 年 2 月壳牌到 2050 年成为净零排放的能源企业，与社会在实现联合国巴黎气候变化协定目标方面的进展同步。以 2016 年为基准，到 2023 年减少净碳强度 6-8， 2030 年减少 20， 2035 年减少 45， 2050 年减少 100。 2021 年埃克森美孚于 2018 年成立的碳捕集与封存 CCS项目。计划在 2025 年之前投资 30 亿美元用于低排放能源解决方案。计划到 2025 年将上游运营的温室气体排放强度在 2016 年的水平上降低 15至 20。 2020 年 12 月俄罗斯石油公司 2035 年全面碳排放管理计划；防止直接和间接排放相当于 2000 万吨二氧化碳的温室气体；石油和天然气生产中直接和间接排放强度减少 30。 2021 年 2 月英国石油到 2030 年目标开发约 50GW 的净可再生发电能力，比 2019 年增加 20 倍。到 2030 年，其运营和上游油气生产中的碳排放分别降低的 30-35和 35-40。资料来源各公司网站，申万宏源研究 2.3.1 使用天然气制氢来替代煤制氢煤制氢吨 CO2 排量约 22 吨，天然气制氢吨碳排放约 5.5 吨，制氢原料替代后碳减排效果显著。以干粉煤气化工艺为例， 1 吨氢气中约有 2/3 由 CO 变换制得，则对应 CO 变换过程的碳排放约 15 吨，加上间接排放后整体煤制氢吨 CO2 排量约 22 吨左右。天然气制氢技术中蒸汽重整制氢较为成熟，制取过程包括蒸汽重整反应与 CO 变换过程，与煤气化制氢较为类似，单吨氢气对应碳排放约 5.5 吨。目前投产的大炼化额外制氢需求在 10 万吨以上，若完全采用天然气制氢替代煤制氢工艺，则能够实现年碳减排 165 万吨以上。煤制氢的工艺路程需要经过煤气化与变换两个步骤， CO2 几乎来自变换过程，自身减排空间有限。目前国内煤气化主要采用干煤粉气化和水煤浆气化两种工艺，水煤浆气化过程中包含部分 CO 变换制氢气的过程，使其合成气中氢气与 CO2 的含量要高于干煤粉气化合成气。数据上来看，干粉煤工艺合成气中氢气与 CO 的摩尔比约为 1 2 左右，水煤浆工艺合成气中氢气与 CO 的摩尔比约为 3 4。将合成气中的 CO 与水进行变换反应，进而得到同等单位的氢气和 CO2，为制氢和碳排放的集中过程。煤制氢碳排放集中于工艺生产阶段，自身只能通过改用绿色能源来实现碳减排，碳减排的空间较为有限。煤制氢仍是目前最为经济的氢气制取工艺，后续需要考虑碳税对两种工艺成本的调节。据测算，以 90km3/h 的独立制氢装置为标准，煤制氢建设投资额约为 12.4 亿元、天然气制氢建设投资 6 亿元，按照装置 15 年折旧后残值 5计算。财务费用按建设资金 70贷款，年利率记 5。原料成本方面，假设天然气价格为 2.5 元 /m3，煤炭价格为 400 元 /吨，单吨氢气所需原料分别为 5.3 吨天然气或 5.5 吨煤炭。在此假设下，天然气制氢的单吨成本为下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 15 行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第 15 页共 27 页简单金融成就梦想 1.47 万元，煤制烯烃的成本为 0.86 万元。因此，当对排放吨 CO2 征税价格达到 370 元时，天然气与煤制氢之间的成本差距可以持平。表 4 天然气制氢和煤制氢成本对比假设项目成本（元 /立方米）天然气制氢煤制氢原料（天然气／煤炭） 0.838 0.20 氧气 0.21 辅助材料 0.014 0.043 燃料动力能耗 0.184 0.069 电 0.02 0.024 循环水 0.002 0.008 新鲜水 0.001 0.001 脱盐水 0.022 0.036 ３ .５ＭＰ蒸汽 -0.018 燃料气 0.157 直接工资 0.012 0.012 折旧费用 0.0528 0.109 财务及管理费 0.029 0.060 体积成本（标准状态） 1.3138 0.769 折吨成本（元 /吨） 14714 8607 资料来源 CNKI，申万宏源研究 2.3.2 民营大炼化的优化氢气供给结构民营大炼化优势之最大化重整装置的能力，最大程度提升副产氢比重。催化重整工艺可将低辛烷值烷烃转化为高辛烷值的芳烃和异构烷烃，现代重整工艺既可以生产高辛烷值汽油，又可以经芳烃分离得到苯、甲苯和二甲苯等关键芳烃，同时副产大量现代炼厂必不可少的低成本氢气。一般情况下重整副产氢气约为进料的 3.0-6.0，对于加氢炼油流程，氢气用量一般占原油加工量的 0.8-3.5。民营大炼化企业作为涤纶长丝 -PTA 行业龙头，最大化 PX 产能规模以获取上游原料，同时副产大量氢气以用于炼厂加氢裂化装置。以浙江石化为例，其 800 万吨连续重整装置年副产氢气约 30 万吨，供应炼厂近 70的氢气需求，大幅度降低了对化石能源制氢的依赖。而其他炼厂在建设中由于不具备下游一体化产业链优势，最大化重整装置存在 PX销售的问题。配套丙烷脱氢或混烷脱氢，提升原油利用效率，并副产部分氢气。炼厂干气一般作为燃气为炼厂反应提供热能，