石油的近亲——石油沥青
沥青是有机化合物的混合物,黑色或棕黑色,呈胶状,有天然产的,也有从分馏石油或煤焦油得到的,成分不尽相同。可用来铺路面,作建筑物防水材料、防腐材料和电气绝缘材料。通称柏油。
沥青主要是由高分子的烃类和非烃类组成的黑色到暗褐色的固态或半固态粘稠状物质,它全部以固态或半固态存在于自然界或由石油炼制过程制得。
石油沥青主要用于道路和建设工程上,也广泛用于水利工程、管道防腐、电器绝缘和油漆涂料。在2011年以前,约90%以上的石油沥青用于道路建设,包括交割品种70A级道路石油沥青,8%左右用于建筑防水。
沥青按其在自然界中获得的方式可分为地沥青和焦油沥青两大类。
地沥青又分为天然沥青和石油沥青,天然沥青是石油在自然界长期受地壳挤压并与空气、水接触逐渐变化而形成的,以天然形态存在的石油沥青,其中常混有一定比例的矿物质。
沥青是较古老的石油产品,人类在认识石油之前便开始使用沥青了。
早在5000多年前人们发现了天然沥青,并且利用其良好的黏结能力、防水特性、防腐性能等特征,以不同的形式用作铺筑石块路的黏结剂,为宫殿等建筑物作防水处理,作为船体填缝料等。
俗话说:“要想富,先铺路”,大家挂在嘴边的“柏油路”就是沥青路。
一般来说,柏油路首先需要用石子、煤灰、水泥搅拌的材料铺成新路基。待路基铺好后,用沥青喷洒机在上面均匀地喷洒一层沥青,接着用摊铺机铺上一层用沥青搅拌的石子,边铺边用压路机来回反复压平。
随后用同样方法再铺上一层用沥青搅拌的细小石子,再反复压平。这样,一条宽阔平坦的柏油路就呈现在我们眼前。
铺路采用的石油沥青是原油加工过程的一种产品,在常温下是黑色或黑褐色的黏稠液体、半固体或固体,主要分为焦油沥青和地沥青两大类。
焦油沥青是煤、木材等有机物干馏加工所得的焦油经再加工后的产品。地沥青又分为天然沥青和石油沥青:
天然沥青是石油渗出地表经长期暴露和蒸发后的残留物;
石油沥青是将原油精加工蒸馏后所残余的渣油,经适当的工艺处理后得到的产品。
在日常生活中,各类工程所采用的沥青绝大多数都是石油沥青。沥青具有良好的黏结性、绝缘性、隔热性和防水、防锈、防腐性能,其主要用途是作为基础建设材料、原料和燃料,应用范围包括公路、铁路、航空、建筑、农业、水利工程、采掘和制造等各个行业。
考古研究发现,早在公元前1200年的古典时期的早期,人们已经开始应用天然沥青,在生产兵器和工具时用沥青作为装饰品,为雕刻物添加颜色。
特别是在美索不达米亚地区,由于天然沥青充足的蕴含量,沥青被广泛利用。生活在那里的苏美尔人用天然沥青覆盖在器皿和船的外面。
另外,他们已经开始在黏土砖中使用天然沥青做结合剂。
在公元前7世纪的亚述帝国和巴比伦帝国,沥青已经在道路工程中投入使用。那时,沥青作为接缝材料和涂抹材料来装饰和加固华道。此后,沥青作为水泥一样的结合剂被用于建造中国的长城和巴比伦空中花园的密封工程。
罗马帝国时期,沥青被称为“犹太沥青”(Bitumen Iudaicum, Judenpech)。公元前100年,庞贝古城的罗马大道使用沥青填充接缝和涂抹外层。
罗马帝国衰落后,中世纪时期开始。在此期间,沥青失去了它曾经的辉煌。人们在过去1000年中积累的使用沥青的经验几乎遗失殆尽,直到18世纪人们才开始重新学习使用沥青。
在公元1000年的阿拉伯人开始从天然沥青(Naturasphalt)中提取沥青(Bitumen)。方法是加热天然沥青(Naturasphalt)直到沥青(Bitumen)从中析出。
与作为建筑材料不同,15世纪时在中南美洲的印加帝国,人们把沥青用作医药用途。1595年3月22日,Walter Raleigh在探险途中于特立尼达岛发现了一个天然沥青湖。直到今天人们还在用这种自己从地下冒出的沥青修筑道路。
希腊医生Eirini d.Eyriny在瑞士的Val de Travers发现了储量巨大的沥青矿。一开始他只是对沥青的医药用途感兴趣,但是由于沥青作为工程材料的优良特点,他最终于1721年写成了论文《关于沥青的博士论文》(Dissertation sur L.Asphalte ov Ciment Naturel),并开始为现代沥青工艺的研究奠定基础。
之后的300多年间 (1712~1986年),不知有多少沥青通过位于Val de Travers的总长度超过100公里如迷宫般错综复杂的矿井隧道, 被开采出来并销往世界各地。
在接下来的时间里,沥青的用途被扩大到屋顶防水层的密封。当时,用沥青加固路面还很昂贵,以至于只有富人专用的道路才能使用沥青加固面层。沥青第一次被使用在桥梁上是在Sunderland的一座木桥上用作沥青路面安装。
1810年,在里昂,沥青玛缇脂铺层被首次运用。10年以后在热那亚发展出了现代沥青油毛毡的前身并且获得成功运用。基于广泛的尝试,在1837年,沥青工艺被证明可以运用在公路工程上。1839年在奥地利首都维也纳发现了通过重新加热可以使沥青再利用的方法。
1838年在普鲁士的汉堡出现第一条被铺上沥青的道路。1851年,从Travers到巴黎的公路上有78米长的部分铺上了沥青面层。仅仅20年后,巴黎的道路几乎被完全铺上沥青,不久之后这种情况发展到欧洲几乎所有的大城市。
随后,坚韧的沥青玛缇脂被发明出来;1842年在奥地利的因斯布鲁克,浇注沥青被发明并于不久之后成功应用于道路工程施工中。基于沥青具有类似混凝土的特性,1853年由Léon Malo提出了沥青混凝土的概念。为了得到足够的压缩比,1876年人们开始用碾压的方法压缩沥青混凝土。
在20世纪初,伴随着工程材料价格的持续下降,沥青展示出更多的意义。
1907年,第一个沥青混合料构件在美国投入使用。
1914年,为了获得更好的折射率,人们在柏林第一次看到了沥青路面的赛车车道,紧接着沥青在道路工程中应用。
1923年,沥青应用于水坝的密封。为了加速施工进度和改良构件,1924年在美国加利福尼亚州进行了第一次的道路完工验收检测。
为了确定建筑材料的质量,接下来的几年中很多测试程序得到发展。这些程序直到今天依然有效地运用于交通工程的研究、设计和具体施工当中。
1936年发明了Ring und Kugel-Versuch,一年后发明了Brechpunkt Nach Fraa & Szlig,1941年发明了马歇尔测试 (Marshall-Test)。
通过专门的添加剂,1950年起,在低温状态下进行沥青施工成为可能 (被称为冷沥青)。为了确定合适的沥青结构厚度,1959年,在奥地利发明了通过同位素进行无干扰研究的方法并得到成功验证。
为了使机场的飞机跑道尽快投入使用,1963年在英国出现了干式沥青施工工艺。不久后的1968年第一次出现了玛缇脂沥青施工。
20世纪70年代在美国开始实践沥青回收再利用。为了得到更好的密封效果,1979年开始在垃圾堆场工程中使用沥青。
20世纪90年代起,我国开始大规模兴建高速公路,对于沥青需求巨大。但当时国内炼厂技术水平欠佳,重交沥青产量有限、品质较差,国产沥青数量有限。十几年来,随着技术不断进步,我国石油沥青产量增长迅速,年均增长率高达11%。
我国石油沥青产量呈现出一定的季节性。通常在每年2月前后会形成一个产量低谷,随后由于贸易商囤货需求的增加,沥青生产得到提振,形成年内第一个生产小高峰,有些年份会在沥青需求旺季出现第二个生产小高峰。沥青产量在年底会有所回落,通常会高于年初。
2015年为“十二五”收官之年,石油沥青需求旺盛,因此炼厂开工率普遍高于之前年份,月度石油沥青产量均为历年最高值,并且两个产量小高峰均非常明显。
我国各省份中,山东、辽宁是沥青生产大省,二者之和约占全国总产量的40%。浙江、广东、江苏、新疆、四川的沥青产量也占较大比重,7个主要省份产量共占全国87%左右,我国炼油企业大多集中于上述省份。整体看来,我国东北、华东、华南沥青资源较充裕,华中、西南、华北资源缺口较大。
我国绝大部分沥青产能集中于中石油、中石化、中海油三大集团。2015年,我国石油沥青产量为2227万吨,三大集团石油沥青产量共占全国产量的75%,地炼产量占全国25%。2019年国内石油沥青产量2835万吨,同比增长10.2%。
我国沥青主要的使用方向为公路路面铺设,占比76%左右,建筑防水用沥青占11%左右。国家公路投资财政政策直接影响到道路沥青的消费,公路建设耗费时间长,投资金额巨大,且回收期漫长,因此道路基础设施建设的资金来源除极少数民间投资外,大多依靠国家财政支出,财政政策直接影响到道路沥青的需求。
沥青需求具有明显的季节性,这也是沥青价格走势呈现季节性的主要原因。沥青道路铺设对环境温度和路面干燥程度有一定要求。通常每年1月、2月气温过低,同时临近春节,沥青施工需求回落,贸易商趁低价囤货,形成冬储需求。
5月,绝大部分地区气温回升至10℃以上,道路项目陆续开工。7月、8月为北方道路项目施工高峰期,此时南方处于雨季。9月、10月南方雨季结束,进入道路项目施工高峰期,北方需求收尾,形成“金九银十”的沥青旺季。
11月北方气温降低,已不适合沥青路面铺设,沥青需求基本停滞,南方仍处于施工高峰期。12月,南方道路项目也逐渐收尾。
沥青产能大约5000万吨/年(400余万吨/月),但实际的月度产量却与其相差较大,这是因为沥青库容较为有限,炼厂需要根据出货情况来调整生产负荷。
当沥青处于淡季时,出货相对较差,炼厂需要降低开工负荷(或停产检修)来确保不出现憋库的情况;反之,旺季时炼厂出货顺畅,库存压力小,生产可以放量。库容限制下炼厂以销定产,因此沥青需求的季节性带来了沥青供应的季节性。
近年来,我国进口沥青大体持稳。2019年国内进口沥青总量达428万吨。其中,韩国仍为进口主要来源国,进口沥青占比54%,新加坡占比25%,马来西亚占比14%。在出口方面,沥青出口不足百万吨,仍以内销为主。
目前韩国生产沥青的公司有:SK、S-OIL、GS、现代,后两个公司产量极小。SK公司在ULSAN(蔚山)的炼厂是世界第二大,原油加工能力大约为5000万吨/年,沥青产量约250-260万吨/年;SK仁川炼厂沥青产量约80万吨/年;SK自从90年代开始向中国出口沥青,2013年累计突破1500万吨。
新加坡有4个炼油厂,其中3个生产石油沥青,年产量约90-100万吨,90%沥青用于出口。其中Shell(壳牌)和Esso(埃索)公司炼油厂生产的道路沥青几乎全部销往中国,大部分产品质量符合我国重交通道路石油沥青规格要求,但也出现过质量问题。
这些公司通过独资、合资等方式在我国沿海口岸建设沥青专用接卸码头、贮罐等设施。
要想相对准确地判断石油沥青价格的走势,免不了要对其影响较大的因素进行了解。
沥青价格波动具有明显的季节性。由于沥青需要达到100摄氏度才能具有流动性,因此道路修筑工程多在夏季进行。
一般来说,7~10月是每年沥青需求的旺季。沥青需求淡旺季明显:雨季以及长江以北的冬季,都是沥青需求的淡季;其他则为旺季。
淡季价格波动较小,且基本为跌势;旺季价格波动频繁,但基本为涨势。寒冷的冬季使我国绝大部分地区地温低于10℃,按照公路交通部门施工要求,不能进行搅拌和摊铺。
所以,按惯例每年11月中旬以后,我国绝大部分地区会下达停工令,进入冬储季节。来年春暖花开,地温回到10℃以上,又可以摊铺施工了,此时已是第二年的四、五月份了。这样,一年12个月,石油沥青销售基本上一半时间为使用期,一半时间为冬储期,价格具有明显的季节性变化。
公路建设的不断推进带动了道路沥青市场的快速发展。截至“十二五”末期,中国高速公路规划总里程将达到13.9万公里。这一存量显示了未来道路维修、保养等能够对沥青产生的巨大需求。
此外,2012~2015年将新增高速公路4.4万公里,年均增加1.1万公里。按照1000吨/公里的沥青消耗量计算,每年沥青需求的增量将达到1000万吨。
由于气温到达零度以下便无法用沥青进行道路修筑,因此沥青市场进入冬季缺乏终端需求,价格会回落。于是,便会有市场参与者以低价采购沥青储存, 为旺季备货或用于投机。每年冬储一般于11月份开始。
作为原油产业链的品种,沥青期货和现货价格均和原油价格走势高度相关。石油沥青是原油蒸馏后的残渣,和原油的关联度较高,长期看与国际原油价格呈现一定的联动关系。
2004~2013年,国产长三角重交沥青价格与布伦特原油价格关系密切,布伦特原油价格上涨1美元/桶,沥青价格就上涨31.3元人民币/吨,经汇率调整后,布伦特原油上涨1美元/桶,华东沥青批发价将上涨4.80元,相关性系数达到了75%。
焦化料和沥青存在替代关系。由于二者都通过常解压流程获得,因此,生产沥青就不能生产焦化料,而生产了焦化料就不能生产沥青,两者是“此消彼长”的关系。一般生产商会以利润为导向来安排是生产沥青还是焦化料。
自2012年11月1日起,国家开始对焦化料征收消费税。常压渣油需承担税收成本,但减压渣油可以以沥青的名义销售,以规避税收。这也是生产商安排生产沥青抑或生产焦化料的一个影响因素。
除此以外,国内外宏观经济环境、国家道路基础建设政策、燃料油市场走势、炼厂销售策略、市场炒作因素等等,也都会对沥青的价格走势产生影响。
沥青与整个能源化工一样属于需求拉动型市场,其中公路建设是拉动沥青消费增长的主要力量。因为燃料油和石油沥青来自炼厂蒸馏装置的同一部分,其生产具有一定可替代性。
当燃油价格大幅高于沥青价格时,生产企业产出燃油的利润会大幅高于产出沥青,因此随着燃料油的供给增加,石油沥青的供给将下降,两者之间的价差将减小。
另一方面,部分不符合国标的非标号沥青常被石化生产厂家用于调和燃料油。在此种情况下,石油沥青成为其生产原料之一。
如果石油沥青价格较大幅度低于燃料油价格,以沥青调和燃料油的需求将增加,而燃料油市场的供应也将增加,燃料油价格因供应增加而受到压制,两者价差因此缩小。 燃料油和石油沥青的相关性在0.9以上。
沥青历来有“小原油”之称,影响沥青期货价格波动的主要因素有 :
1、供求关系是影响沥青价格的基本因素。道路建设刚需成为影响沥青需求的关键因素。
2、宏观经济环境的变化也会对沥青价格形成潜在的影响,在国家经济快速增长时,交通运输需求增加。
3、原油价格的变化通过影响生产成本、利润和计划等,使石油沥青的供求关系发生变化,最终对其价格产生影响,而沥青与燃料油之间通关工艺替代和原料转换的关系相互影响。
4、季节性因素 沥青的季节性主要体现在自身的温度特性,在寒冷的冬季使我国绝大部分地区地温低于10℃,按照公路交通部门施工要求,不能进行搅拌和摊铺。因此,石油沥青销售基本上一半时间为使用期,一半时间为冬储期。
对原油影响较敏感的首先是燃料油、沥青、PTA。接下来是甲醇、乙二醇。再往下就是油脂。
原油经过常压蒸馏,首先分离出汽油、煤油、柴油这三种油,都是较轻的油,但这三种油燃烧性能较高,所以统称为燃油,剩下的较重的剩余物叫做重油。
由于重油主要用于船舶锅炉的燃料、加热炉燃料、冶金炉和其它工业炉的燃料,所以也称之为燃料油。燃料油盘子较小,且背后是中石油高度垄断,具有现货优势的产业客户非常容易利用产业优势来控盘。
相对而言,沥青盘子较大,而且企业也分散些,市场化程度比燃料油好一些,现货不太容易被操控。
某贸易公司常年拥有石油沥青库存,由于担心下游需求减少导致价格下跌,于是通过石油沥青期货进行套期保值,在期货市场上卖出为5000吨沥青保值。
2013年10月21日,沥青现货价格为4600元/吨,期货价格为4430元/吨。由于担心下游需求减少导致价格下跌,某经销商欲在期货市场上卖出为 5000 吨沥青保值,于是在期货市场卖出期货主力合约500手(1手10吨)。
此后沥青价格下跌,到2014年1月,现货价格跌至4300元/吨,期货价格下跌至4100元/吨。此时,沥青经销商5000吨沥青在市场上被买家买走。经销商在期货市场上买入500手合约平仓,完成套保。
2014年1月沥青现货市场价格为4200元/吨,天顺道桥工程公司担心节后沥青价格继续上涨,造成成本上升,因此决定通过期货的多头套保规避风险。
1月初沥青期货价格大约为4100元/吨,企业买入1万吨(1000手)进行保值。到4月下旬,沥青现货价格上涨至4500元/吨,沥青期货价格上涨至4400元/吨。该企业卖出平仓期货多头,结束此次套期保值操作。
人类开发和利用能源的历史悠久。大约在150万年前人类开始用火,约7000年前开始用畜力,3000年前开始用煤。虽然还没有确切的资料证明到底从什么时候开始使用石油,但在巴勒斯坦的古墓墙壁上的象形文字中曾记载了死海的石油开采。
在公元前5世纪古波斯帝国首都附近曾出现手工挖掘的石油井。波斯人最早把石油用于攻打雅典城的战争中。也有历史记载,公元前5世纪至公元1世纪,在高加索山脚下和里海沿岸的许多地方,都发现了油气苗,引来虔诚的拜火教信徒朝拜。
中国是世界上最早发现和利用石油天然气的国家之一。3000多年前的《易经》中有“上火下泽”“泽中有火”等记载。1900多年前,班固的《汉书·地理志》记载:“高奴有洧水可燃。”宋代的沈括(公元1031~1095年)在《梦溪笔谈》中不但首次提出“石油”这一名称,而且认为石油“生于北际沙石之中”“与泉水相杂,惘惘而出”,并做出预言,“石油至多,生于地中无穷” “此物后必大行于世”。
人类发展的历史存在这么一个不争的事实:人类文明的每一次重大进步都伴随着能源应用的改进和更替。从当初的钻木取火,到工业革命的蒸汽动力,再到现在的电气化,人类对能源的应用无不充满智慧。现在,冬天集中供热的煤炭、汽车驱动行驶的汽油、厨房设备接入的天然气,都是维系社会运行的主要动力来源,并且都是化石能源。
在所有化石能源消费中,石油占比最高,在一次能源中占比高达32%。天然气消费增长最快,以年均1.8%的速度增长,远远超过石油0.9%和煤炭0.5%的增速。
近年来,太阳能、风能、生物能等可再生能源消费异军突起,以年均6.6%的速度快速增长。预计到2035年,非化石能源在一次能源中的比重可从当前的3%上升至9%。
能源不仅提供动力,还通过提炼加工形成各种化工产品,形成了庞大的能化产业链。石油自然就是能化产业的“族长”,这个族系主要有两大核心支系。
一个支系包含了常见的汽油、柴油、航空煤油、石蜡、石油沥青、石油焦等,其中汽油和柴油占比最高,是重要的“骨干成员”;另一个支系就是所谓的石油化工产品,品种更是多种多样,生活中的很多塑料制品、合成橡胶制品都是这个支系的“带头人”。
石油化工工业以石油和天然气为原料,生产石油产品和石油化工产品。它大体上可以分为烯烃链和芳烃链两个分支,其源头基本来自石油常减压所生产的石脑油及部分其他馏分。其中,芳烃链主要包含苯、甲苯、二甲苯,其是生产合成橡胶、PTA、聚酯纤维等的主要原料;烯烃链主要包含乙烯、丙烯、丁二烯等,是生产塑料、PP、PVC、乙二醇、合成橡胶等的重要原料。
煤化工以煤为原料,经化学加工使煤转化为气体、液体和固体产品,而后进一步加工成化工、能源产品。煤化工主要包括煤的气化、液化、干馏,以及焦油加工和电石乙炔化工等。在煤化工可利用的生产技术中,炼焦是应用最早的工艺,至今仍然是化学工业的重要组成部分。
煤的气化在煤化工中占有重要地位,煤气化生产的合成气是合成液体燃料、化工原料等多种产品的原料。煤直接液化,即煤高压加氢液化,可以生产人造石油和化学产品。在石油短缺时,煤的液化产品可替代天然石油。
能源化工是指利用石油、天然气和煤炭等基础能源资源,通过化学过程制备二次能源和化工产品的过程,主要包括石油化工、天然气化工和煤化工等,广义上石油化工包括天然气化工。
在能源化工领域,占据主导地位的是石油化工。目前,车用燃料的99%以上、所有的航空燃料以及石蜡、沥青、润滑油等都来自石油化工。但是人类开发能源化工的历史是从煤化工开始的。
中国是较早使用煤的国家之一,早在公元前就用煤冶炼铜矿石、烧制陶瓷,明代已用焦炭冶铁。但是,煤作为化学工业的原料加以利用并逐步形成工业体系,则是在近代工业革命之后。
18世纪后半叶,由于工业革命的进展,炼铁用焦炭的需求量大幅增加,炼焦炉应运而生,并于1763年发展了将煤用于炼焦的蜂窝式炼焦炉。第一次世界大战期间,钢铁工业高速发展,同时还存在对氨、苯及甲苯等炸药原料的大量需求,这就促使炼焦工业进一步发展,并形成炼焦副产化学品的回收和利用工业。
第二次世界大战前夕及战争期间,煤化工全面发展进入辉煌时期。费托合成、煤直接加氢液化、低温干馏等一系列生产技术应运而生。1938年一氧化碳加氢合成液体燃料产量已达59万吨,1939年煤高压加氢液化制取液体燃料的方法达到110万吨的年生产能力,1944年底温干馏焦油年生产能力已达到94.5万吨。
此外,由煤直接化学加工制取磺化煤、腐殖酸和褐煤蜡的小型工业,以及以煤为原料制取碳化钙,进而生产乙炔从而以乙炔为原料的化学工业也获得发展。
第二次世界大战以后,由于大量廉价石油和天然气的开采,工业上大规模由煤制取液体燃料的生产暂时中止,代之而起的是以石油和天然气为原料的石油化工。
煤在世界能源构成中的比例由65%~70%降至25%~27%,不少工业化国家已经用天然气代替了民用煤气。值得一提的是,由于钢铁工业的持续发展,煤化工的炼焦工业也不断壮大。
石油化工起源于美国,主要依附于石油炼制工业,在20世纪20年代兴起,第二次世界大战前后迅速发展,50年代在欧洲崛起,60年代又进一步扩大到日本及世界各国。
由此导致的一个重要变化是,很多化学品的生产从以煤为原料转移到以石油和天然气为原料,世界化学工业的生产结构和原料体系已经发生了重大变化。70年代初,美国石油化工生产的各种石油化学产品多达数千种,石油化学工业的新工艺、新产品不断出现。
20世纪80年代以后,中国经济开始腾飞,纺织业等轻工业飞速发展,并迅速形成巨大的出口能力,对石化产品的需求与日俱增。在巨大的市场需求驱动下,中国石化产业进入持续快速增长阶段。进入21世纪,中国的能源消费总量仍逐年递增,年均增速高达5%以上,成为全球最大的能源消费国。
2016年,中国一次能源消费量30.53亿吨油当量,同比增长5.6%,占世界的比重为23.0%,占全球净增长的34%。具体细分到一次能源,煤炭一直是我国的能源消费主体,占比一直高于65%;天然气的消费则整体窄幅震荡,变化不大,而石油则基本持平;一次电力及其他新能源则呈现逐年增长趋势。