煤化工产业研究之煤制聚乙烯专题报告

投资聚焦
研究背景

距上一轮煤化工高速发展期已有 10 年，历史上行业“三高一低”问题 严重，导致 2009 年政府停止批复煤化工试点项目。资源禀赋与能源、化工 消费需求决定了我国发展煤化工的必要性。煤化工行业经过多年出清和进 步，在当前油价高位以及能源安全背景下，有望迎来新一轮发展机遇。

2016-18 年烯烃行业景气度较高吸引了大量社会资本进入，包括中国在内的 全球聚乙烯市场正处于新一轮产能扩张期，聚乙烯生产原料呈现出多元化、 轻质化、低成本趋势。对于煤制聚乙烯来说，所面临的挑战既来自传统石脑 油路线，也包括快速发展的轻烃路线。

我们的创新点

我国聚乙烯产能结构具有“以油为主、以煤为辅”特征，中石油、中海 油、中石化主导下的石脑油路线产能占比在 60%以上。由于煤头聚乙烯占比 较低，市场并未给予足够关注。我们认为煤炭后供改时代，煤价下行与原油 价格高企将增加煤炭聚乙烯经济性。另一方面，中美贸易摩擦增加了聚乙烯、 乙烷进口不确定性，煤制聚乙烯为我国能源及化工战略资源安全提供了一条 具有中国特色的现实路线。

本篇报告从聚乙烯上游原料乙烯入手，分析了美国页岩气革命以及乙烷 出口政策变化对全球聚乙烯价格的影响。中东地区受油气田伴生乙烷增量放 缓，定价权正在向美国转移。中国作为全球最大的聚乙烯消费国，是未来美 国乙烷主要出口目的地。

当前我国尚无以单一乙烷为原料的乙烯裂解装置，在建产能依赖美国乙 烷进口。我们对煤制、乙烷裂解、石脑油制三大技术路线盈利性进行模拟测 算，认为前两者优于传统油头路线，提高产品覆盖密度有利于企业应对下游 市场价格波动。



1、煤制聚乙烯是现代煤化工潜在增长点
1.1、煤制聚乙烯具有良好经济性

煤制聚乙烯即煤基甲醇制聚乙烯，过程主要包括煤气化、合成气净化、 合成气制甲醇以及甲醇制乙烯几个环节。其中煤炭到甲醇的过程属于传统煤 化工，技术较为成熟，而甲醇到乙烯的过程属于现代煤化工，技术壁垒较高。目前主要的甲醇制聚乙烯技术包括 UOP/HydroMTO、DMTO、SMTO 以及 FMTP 等。2018 年末全国煤（甲醇）制烯烃总产能 1302 万吨/年，产能利用率 83.3%。

2018 年煤制聚乙烯平均利润 3688 元/吨，较 2017 年平均利润基本 持平，且高于同期石脑油制聚乙烯（2797 元/吨）。成本方面，2018 年煤制 聚乙烯平均生产成本 5750 元/吨，比油制低 19%。截至 2018 年末，煤制聚 乙烯企业总产能为 451 万吨/年（不含甲醇制聚乙烯）。

煤（甲醇）制聚乙烯的生产路线可以分为三个步骤，第一步为煤制甲醇， 存在三种生产技术路线，其中最为先进的技术路线为煤气化制甲醇工艺路 线；第二步为甲醇制乙烯，主要采用 MTO 技术；第三步为乙烯经过聚合反 应生成聚乙烯。



1.2、煤气化是未来主流技术路线

目前国内煤制甲醇工艺路线主要有三种，在产煤制烯烃装置中最常见的 为煤气化制甲醇工艺。该工艺甲醇单产高，生产流程短，适合大规模制甲醇。

1.2.1、煤气化(合成气)制甲醇

煤与焦炭是制造甲醇粗原料气的主要固体原料，同时也是提供生产的动 力保障。按照流程，煤经煤气化制取合成气，再由合成气在催化剂条件下合 成甲醇，工艺过程包括空气分离、煤气化、一氧化碳变换、合成气净化、甲 醇合成和精馏、废物处理单元。



通过煤气化生产甲醇是目前的大型煤制甲醇的最主要生产工艺，该工艺 生产直接，以煤为原料直接转化为甲醇，另外两种工艺都是利用副产物来生 产甲醇，因此煤转化成甲醇的转化率低，且单产低。用该工艺制 1 吨甲醇大 约需要 1.5 吨的原料煤，以 300 元/吨煤价作为假设条件，吨甲醇生产成本大 约在 1530 元/吨左右。

目前煤气化制甲醇新增装置都要求配套下游产品生产设备（甲醇制烯 烃，甲醇制轻烃等）且政策上对新增甲醇产能门槛提高。大型煤气化制甲醇 装置比重将进一步增加，向煤炭资源地布局趋势会更加明显。

1.2.2、焦炭副产物焦炉煤气制甲醇

中国作为世界上钢铁、焦炭最大的生产国，每年会副产大量的焦炉煤气。通常 1.35 吨的原料煤可以生产 1 吨的焦炭，1 吨焦炭大约副产 400-450m3 的焦炉煤气。该气体是一种富氢气体，含有 55%-69%的氢气、23%-27%的 甲烷、5%-8%的一氧化碳，是理想的化工原料。

用焦炉煤气制甲醇工艺的主要特点将焦炉煤气与气化煤气按照一定比 例混合，在重整单元进行 CO2+CH4=2CO+2H2重整反应，将惰性组分 CO2 和 CH4转化为 CO 和 H2，既利用了焦炉煤气中氢资源，也利用了气化煤气 中碳资源，生产合成甲醇所需的合成气。



焦炉煤气制甲醇经济性存在两面问题：首先，焦炉煤气作为焦化副产物， 成本分配标准不统一，容易被过分低估；其二，焦炉煤气制甲醇只适合小规 模生产，如果需要生产大量甲醇，例如生产 180 万吨/年甲醇，则需要配套 大量焦炉和其他设备，经济性反而不高。理论上一吨甲醇大约需要 2150m3 的焦炉煤气，按此推算需要大约消耗 6.8 吨原料煤，该工艺主要为了实现焦炭副产物的充分利用，转化率并不十分显著。此外我国焦炉煤气制甲醇主要 集中在山西、河北等省份，产能利用率容易受到环保限产因素的影响。

1.2.3、与合成氨联合生产甲醇

联醇作为合成氨联合生产甲醇工艺，以合成氨生产中需要脱除的 CO、 CO2以及原料气中的 H2为原料，合成基础化工产品甲醇。20 世纪 60 年代， 我国相继开发了联醇生产工艺。合成氨装置增设联醇后，节省了变换与脱碳 的能耗，醇后气中 CO、CO2 含量下降，既减少了原料气精制的消耗，又增 产甲醇提高经济性。

随着我国市场经济的发展，产品品种单一的小化肥厂难以适应市场的变 化，抗风险能力较差，因此在当时很多企业增设联醇装置，以最大限度地利 用气体资源，灵活调整液氨、甲醇的产量，克服化肥行业产品销售随季节性 变化波动较大的缺陷。

联醇企业的开工率受化肥行影响较大，当化肥需求低迷时，装置整体负 荷较低。目前我国氮肥产能严重过剩，所以联醇企业开工率较低，无效产能 占比较大。



联醇生产既有串联又有并联，二者工艺流程类似。由于联醇装置通常作 为无烟煤生产合成氨的净化装置，联醇装置产能布局与无烟煤制合成氨产能 分布重合度较高。目前我国联醇装置存在较多局限性：联醇装置规模较小、 开工率低；能耗偏高，环境污染严重；控制系统复杂，运行稳定性差。未来 联醇制甲醇产能占比将减小。

1.2.4、煤制甲醇三种工艺未来发展趋势分析

国内煤制甲醇为主要生产工艺，2018 年天然气制甲醇仅占甲醇总产能 的 13%，煤制甲醇中，联醇占比逐年降低，单醇产能占比 89%。未来联醇 产能占比下降趋势将延续；焦炉煤气制甲醇由于单产规模小且部分设备老 旧，技术落后，再加上环保限产等因素也将逐步收缩；大型煤气化制甲醇设 备占比将提升。

2007 年至今甲醇产业有三个核心规划文件，通过政策历史变化我们可 以看出：（1）由于我国天然气资源有限，政府已经禁止天然气制甲醇路线；（2）煤制甲醇投资门槛已经提高，新增产能以百万吨以上规模为主。联醇、 焦炉煤气制甲醇装置规模较小，难以符合政策对新建项目的产能规模限制， 因此煤气化未来将成为主要技术路线。（3）环保重视度日益提升，煤制甲 醇产能地理分布越来愈向煤炭资源丰富，水资源充足、环境承载能力强的地 区靠拢。

2、乙烯原料：轻质化提速，煤制占比提升
2.1、国内乙烯原料呈现多元化、轻质化趋势

国内聚乙烯生产以油制为主，而国内原油高度依赖进口，同样轻烃（乙 烷）裂解制聚乙烯原料也高度依赖进口。受原油资源禀赋条件和上游投资不 足等影响，我国原油产量自 2015 年以来连续下降。2018 年全年原油产量 1.89 亿吨同比下降 1.3%。净进口量 4.6 亿吨同比增长 10.9%，对外依存度 较上年提升 2 个百分点，“进口-自产增速差”处于高位。



我国聚乙烯产能、产量呈逐年增长态势。2018 年国内聚乙烯产能达到 1868 万吨/年产能增幅为 6.4%，产量 1593 万吨增幅达 8.2%。现阶段聚乙 烯产能结构具有“以油为主、以煤为辅”特征，中石油、中海油、中石化产 能占比为 60.4%，煤制聚乙烯产能占比为 24.1%。



制乙烯的原料有石油、煤炭和生物质乙醇等。由于生物质乙醇不能大规 模产乙烯，主要原料还是煤炭和石油。其中石油包括石油的各个馏分，如乙 烷、丙烷、石脑油、碳四至碳八烃类、加氢尾油、蜡油、渣油等为原料生产 乙烯再制聚乙烯。蒸汽热裂解技术是石油化工制烯烃最重要的工艺技术。该 工艺技术原料包括石脑油、乙烷、丙烷、丁烷、LPG、炼厂干气、柴油和加 氢尾油等。轻质原料和重质液体原料均可采用该工艺技术制乙烯。中东地区 和美国制乙烯多用轻质原料为主，石脑油占比低。国内制乙烯原料以重质液 体石脑油为主。未来制乙烯原料将向多元化、轻质化进一步发展。以乙烯为 例，2018 年国内炼厂继续优化乙烯原料，石脑油、瓦斯油和加氢尾油的占 比较上年下降 3 个百分点；油田/炼厂轻烃、煤基的占比有所提升。

从销售区域来看，国内聚乙烯产能主要集中在西北地区，其次是华南和东北地区。2018 年三者产能分别为 607/324/322 万吨，占比分别为 32.5%/17.3%/17.2%。西北地区煤炭资源丰富，依托其地理优势，煤制企业 在该地区产能占比较大。

聚乙烯消费端具有较强地域性特征。2018 年国内聚乙烯表观消费量 2927 万吨，消费地主要集中在华东、华北、华南三大地区，三者总占比高 达 64.9%。我们根据各地区产能和消费量预测局部区域市场供需缺口：东部 地区（华东、华北、东北）供需缺口 1138 万吨，西北地区供给过剩 363 万 吨。海外进口与跨区域运输是平衡国内聚乙烯供需逆向分布的主要方式。



2.2、国内聚乙烯进口主要来自中东，依赖度较高

我国聚乙烯进口量呈逐年递增态势。2018年聚乙烯进口量为1402万吨， 进口依存度高达 46%。2018 年起随着国内禁止进口废旧塑料政策的实施， 对原材料的需求加大，导致同期聚乙烯进口量大增。聚乙烯进口来源地众多， 主要来源于中东地区占比为 53.3%，排名前三的国家分别为沙特/伊朗/阿联 酋，进口占比分别为 22.5%/13.4%/10.6%。美国占比较小，仅有 5.0%。

中东地区和北美轻烃资源丰富，主要使用乙烷裂解制乙烯生产工艺。中 东乙烷来自于石油伴生气，即油气田天然气。通过将油气田天然气分离后得 到天然气凝析液 NGL，其主要成分为乙烷、丙烷和丁烷等烷烃，进一步分离 后可得乙烷。正因为初始原料为石油伴生气，中东聚乙烯价格与原油挂钩。近年来随着美国页岩气革命带来的廉价乙烷原料大幅增长，北美乙烯产能再 次进入扩张周期，在满足区域内需求外大量用于出口。







2.3、乙烷等轻质化原料具有成本优势

从生产成本来看，乙烯收率高低除了与操作参数有关外，还与原料自身 特性相关。如前所述乙烯原料包括石脑油、乙烷、丙烷、LPG 等，选择最经 济的原料对降低成本有重要意义。原料相对分子质量越大，乙烯收率就越低， 乙烷和丙烷由于具有较高的收率，因此在吨成本相比其他原料更具优势。

全球聚乙烯产能主要集中在东北亚、北美和中东地区，2017 年三个地 区的产能分别占全球总产能的 25.7%、22.2%和 19.9%。虽然中国是东北亚地 区最大乙烯生产、消费国，但并不具有聚乙烯定价权，国内聚乙烯现货价和进口价格高度相关，主要原因包括：（1）东北亚聚乙烯供不应求，进口依赖 度高。（2）聚乙烯产业链上游供应商集中度高，下游应用领域广泛且加工企 业较为分散。（3）中东、北美地区掌握聚乙烯原料——油气资源，并且具有 开采成本优势。

3、美国出口政策引发定价权变化
3.1、页岩气革命后美国乙烷供给过剩加剧

页岩气是赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气。美 国最早在上世纪 90 年代末开始对页岩气资源进行研究和勘探开发。依靠成 熟的开发生产技术以及完善的管网设施，美国成为全球最大页岩气商业性开 采国家。2018 年美国页岩气日均产量 525 亿立方英尺，占其天然气总产量 的 59%。



美国页岩气成分与常规天然气不同，乙烷含量较高。根据新罕布什尔、 巴尼特、费耶特维尔等主要页岩气产地取样数据，加工前乙烷含量最高可达16.1%。2018 年美国乙烷产量 6.2 亿桶，同比增加 19.6%。随着美国页岩气 技术的不断成熟，乙烷产量激增由此引发了乙烷供应过剩问题。



3.2、出口已成为消纳本土过剩产能主要方式

为了降低用户成本、提高服务质量，实现等热值交换和共建管网的需要， 美国统一天然气热值标准为 8900kcal/Nm3，实际天然气热值大约为 9198 kcal/Nm3。相比于其他烷烃热值乙烷热值较高，比天然气高出约 6000 kcal/Nm3。由于管输热值存在上限，乙烷热值较高不宜直接接入管道运输， 需要与其他热值较低的气体混合，导致乙烷在美国国内无法被大量用作燃 料。出口成为消纳美国过剩乙烷的主要方式，与西欧乙烷相比其价格具有明 显的竞争优势，2019 年三季度美国、西欧乙烷均价分别为 130/413 美元/吨。



自页岩气革命以来美国乙烷价格大幅度降低，美国乙烷在国际市场上逐 渐具有竞争力。为了解决过剩乙烷产量，美国化工生产企业在 2017-19 年投 产了大量乙烷裂解制聚乙烯产能。2017/2018 年美国乙烯产能 3167/3784 万 吨/年，同比增速为 11.2%/19.5%。根据在建项目规划 2019/2020 年将有 324.4/300 万吨乙烷裂解制乙烯装置投产，合计规模相当于 2018 年新增产 能。



低成本乙烷使美国聚乙烯产量激增，导致北美地区聚乙烯供给过剩。2018 年北美聚乙烯供需差 519 万吨，较上年同期增长 196 万吨。由于地区 内缺乏足够的下游生产企业消纳过剩产能，出口乙烷成为美国解决过剩产能 的主要方式。2014 年以来美国乙烷出口量持续提升，2019 年 9 月出口量高 达 24.6 万桶/天。



3.3、美国将加大对中国的乙烷出口力度

美国在 2014 年开始出口乙烷，为了满足逐渐增多的出口贸易， Sunoco Logistics 、Enterprise Products 公司分别建立了乙烷出口终端设施，合计 出口能力为 27 万桶 / 天（约合 560 万吨 /年）。为了进一步提升出口能力， 美国乙烷公司将在德克萨斯州博蒙特的马丁码头建设一个年出口能力达 1000万吨的液态乙烷出口终端，主要用于向中国出口乙烷。该项目已于 2019 年 1 月 14 日举行奠基仪式，预计三年后将投入使用。

美国乙烷公司已与 4 家中国企业签署乙烷合作协议，包括南山集团、聚 能集团和阳煤集团、永荣控股集团。其中，具有约束力的协议有 3 个，根据 协议，美国乙烷公司每年将向中国出口 720 万吨乙烷，合约期限 20 年，按 照项目签约之时美国乙烷价格计算，合同总金额超过 600 亿美元。

9 月 17 日美国乙烷公司宣布超大型乙烷运输船采购计划，17 艘运输船 将在中国造船厂沪东中华和江南建造。这些新船将根据美国乙烷与招商局集 团之间的长期合同签订造船合同，向中国三家化工企业提供由页岩气伴生的 乙烷产品，三家化工企业为：南山集团，聚能集团和阳煤集团，货物将被运 送到新的码头终端及新的气体裂解装置，目前设施的建设尚未开始。



截至 2018 年末，国内在建、规划的乙烯项目多达 17 个，合计产能 2170 万吨/年。这类项目投资主体大多为民营企业，基本处于前期准备阶段。项目 原料乙烷需要从美国进口，中美贸易摩擦可能对原料供应带来风险，项目落 地存在不确定性。

3.4、中东竞争优势下降，定价权向美国转移

廉价油气田伴生乙烷资源推动了中东地区乙烯产能快速扩张。但该地区 目前乙烷产量增长放缓，已不能满足乙烯产能大规模扩张的原料需求，新建乙烯装置中以石脑油或混合原料进料情况明显增加。2018 年中东地区乙烯 产能比 2017 年下降了 10.4%。如前所述乙烷主要来源于天然气凝析液，自 2017 年 12 月起 OPEC 天然气凝析液产量下降，使得中东地区制乙烯成本变 高。

过去中东地区凭借低廉原料成本主导全球乙烯市场，其主要以石油伴生 气轻烃裂解制成乙烯，因此乙烯与原油价格高度相关。由于美国乙烯原料乙 烷主要来自页岩气，相比原油其与天然气价格相关性更高。如前所述，2017 年以来美国乙烯产能投放速度大幅提升，聚乙烯作为其最大下游产品供给水 涨船高，因此在价格规律上聚乙烯与原油价格相关度趋弱。

历史上中东地区聚乙烯价格相比北美具有较大竞争优势，二者价差过去 长期维持在 100 美金/吨左右。但这一情况在 2018 年下半年开始逆转，中东 聚乙烯对北美不再具有价格优势，当前北美聚乙烯价格比中东低 50 美金/吨 左右。随着未来美国乙烯产能的投放，北美聚乙烯生产成本降进一步降低， 聚乙烯定价权正在发生转移。

4、如何在新一轮产能周期中胜出？
4.1、多维度看煤制、乙烷、石脑油制企业竞争力

4.1.1、盈利能力

从盈利性能力角度看，进口乙烷裂解＞煤制＞石脑油裂解。2018 年煤 制聚乙烯平均利润 3688 元/吨，传统石脑油工艺制聚乙烯平均利润 2797 元/ 吨。对于进口乙烷裂解制聚乙烯，我们假设生产 1 吨聚乙烯需要乙烷 1.33 吨，海运费 100 美元/吨，加工费+折旧 1500 元/吨；对于 MTO，我们假设 生产 1 吨烯烃需要 3 吨甲醇，聚乙烯和聚丙烯售价相近。根据测算，2018 进口乙烷裂解制聚乙烯吨利润 4906 元。

煤制企业的主要工艺路线为，煤经过气化制成甲醇，再由甲醇制成乙烯， 最后乙烯聚合生产聚乙烯。煤制与 MTO 的区别在于乙烯原料甲醇是生产企 业自产或外购。由于外购甲醇成本较高 MTO 盈利能力应是煤制聚乙烯盈利 能力的下限。根据测算，2018 年 MTO 平均吨利润在-728 元/吨。



4.1.2、盈利稳定性

国内制聚乙烯工艺按盈利稳定性由小到大排序：石脑油制＜进口乙烷裂 解＜煤制。煤制聚乙烯成本结构中固定资产折旧占比高达 58%，而其他工艺 的固定资产折旧占比都在 20%以内。因此煤制聚乙烯盈利水平受原料价格波 动有限，更多取决于聚乙烯产品售价。从图 34 也可以看出，煤制聚乙烯和 油制聚乙烯（石脑油裂解）相比盈利波动性更小。石脑油作为油头企业成本 端，随着油价与聚乙烯价格进一步脱钩，其盈利波动性将更大。



4.1.3、现金成本

国内制聚乙烯工艺按现金成本排序：煤制＜进口乙烷裂解＜石脑油裂解 ＜MTO。从现金成本的角度来看，油制企业的原材料采购成本占比较大，可 以达到 80%，而煤制企业的成本结构以设备折旧为主，现金成本极低，可以 和北美、中东气头相抗衡。根据测算煤制聚乙烯的现金成本大约为 2108 元/ 吨，进口乙烷裂解制聚乙烯现金成本大约在 2800-3000 元/吨。



4.1.4、现金周期

从产业链现金周期的角度来看煤制＜进口乙烷裂解制＜石脑油制。资产 负债表中应收、预付类项目与应付、预收类的关系体现了企业在产业链的强 弱地位。一般情况下，拥有基础资源的企业在产业链中更为强势，现金周期 较短。和石油化工相比，煤化工除了降低资源对外依存度以外，还有现金流 压力较小的优势。主要原因是原油和乙烷需要远洋运输，会占用约 1.5 个月 或更长时间的资金沉淀，但煤的备货仅为 5-7 天，因此煤制企业流动资金占 用较小、回款周期较短。



4.2、提高覆盖密度有利于企业应对价格波动

聚乙烯依聚合方法、分子量高低、链结构之不同，聚乙烯可以分为三大 品种：HDPE(高密度聚乙烯) 、LLDPE(线型低密度聚乙烯)、LDPE(低密度 聚乙烯)，在实际使用时三者存在一定的替代关系。从历史价格走势看三类聚 乙烯产品价格相关度较高。2008 年以后不同产品之间阶段性价差的波动频率和幅度加大，主要是由于下游细分市场需求分化加大，从而放大阶段性价 格波动。

高密度聚乙烯（HDPE）和线型低密度聚乙烯（LLDPE）的分子结构相 似。通过改变催化剂和共聚单体生产 HDPE 和 LLDPE 的生产装置称为全密 度 PE 装置，该装置多数是以生产 LLDPE 为主，兼可生产 HDPE。对于生 产企业来说，在不同品种聚乙烯产品价差波动加大的情况下，提高产品覆盖 密度可以更加灵活应对下游市场波动。截至 2018 年末，煤制烯烃企业生产 装置以全密度为主，HDPE、LDPE 单一生产设备合计产能仅 196 万吨/年。