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石油化工制造业是广州市工业的三大支柱产业之一。石油化工制造业“十一五”期间年投资额年均增长 3.4％，石化产业炼油能力从 700 多万吨发展到1300 万吨，并拥有 22 万吨/年的乙烯生产能力，形成炼油—乙烯、合成材料—精细化工的产业链条雏形，日化用品行业已在全国占有举足轻重的地位。骨干企业有中石化广州分公司、金发科技股份有限公司、广州立白企业集团、广州市浪奇实业股份有限公司、广州蓝月亮实业有限公司等。目前，我市规模以上石油化工制造业企业有 575 家，有国家级企业技术中心 2 个、省级企业技术中心 15 个、省级工程中心 11 个。2014 年，实现工业总产值 2693.56 亿元，同比增长 8.0％，约占全省同行业产值比重 30％，占全国同行业产值比重 3％。
1974 年 8 月广州石油化工厂建厂，这标志着广州市石油化工行业的开端。国家为满足我国的农业生产对化工肥料的需求，于是引进了 13 套大型合成氨和尿素的装置，而其中一套就在广州。与该化肥装置配套，还建设了 250 万吨/年的常减压蒸馏和 120 万吨/年的流化催化裂化等一、二次石油加工装置，为化肥的生产提供了原料石脑油并且满足广州以及附近地区对于燃料油以及其制品的需求。而广州石油化工厂于1978 年12 月中旬投产，这使广州地区有了第一家大型的石油化工企业。
改革开放以来，因为毗邻港澳以及国家改革的开放政策，广州的石油化工企业引进了大量的先进技术，如塑料、化纤加工技术和装备，使广州地区的塑料工业以及化纤工业得到了快速的发展。改革之后，经济快速发展，因此对成品油的需求也增加，石油化工成为广州市的三大支柱产业之一。
广州石油化工厂于 1982 年归属中国石油化工总公司，此后，中石化决定把广州石油化工厂建成燃料油品出口基地。在 1978 年，中石化批准广州石油化工厂建设 8 套炼油的装置以增大其原油加工的能力，把该厂的原油加工能力扩大到 500 万吨/年。
市场不断增大的需求以及原料的提供能力上升，广州的石油化工行业得到了快速发展的条件。1987 年，经过对广东三大合成材料的市场调研之后，广州市政府与中国石油化工总公司联合上报了建设广州 11.5 万吨/年的乙烯工程的项目建议书，并获得了国家相关部门的批准。1990 年，国家批准了这个项目的可行性研究报告。1993 年 11 月 7 日该工程正式开展，并于 1996 年 11 月建成投产。不仅如此，为了缓和广州地区聚丙烯供不应求的情况，充分利用到广州石油化工总厂液化石油气中的丙烯，广州石油化工总厂与广州市化工总公司、广州发展集团公司等企业合资建设了 4 万吨/年的聚丙烯装置，并且引进了三井油化的技术，1995 年建成投产。
对于化工产业，广州有非常优越的地理优势，临靠珠江、出海口，有供给化工生产的充足水源，也有可以供化工原料和产品运输的海陆交通。同时广州市是广东的省会城市，也是珠三角的中心，是南中国的市场中心，原料的来源和产品的销路都非常方便。比如工程塑料、电子产品用的树脂等在东莞、深圳等地市场需求量十分大，合成树脂在广东的年销量有几十万吨，但是生产的原料基本上都是从外省购入或者从国外进口的。以广州为中心的珠江三角洲地区有全国最大的石化产品市场。
目前我国主要石化产品生产能力位居世界前列，但产业集约化、规模化、一体化水平偏低，高端石化产品发展滞后，供给存在结构性短缺，部分传统领域行业产能过剩严重，新常态下这一问题更加突出，一些曾经的新兴产业甚至也出现过剩，这是目前行业存在的一些问题。为此，在未来的发展规划中，主要有以下建议：
一是按照严控增量、区别对待、分类施策、逐步化解的原则，在炼油、传统煤化工等产能过剩较突出的领域，总量控制、内部优化、淘汰落后同步推出；而有过热趋势的新型煤化工、新材料等行业，则出台相应政策规范其发展。
二是优化增量、寻找新的增长点，重点发展化工新材料、生物化工和生物质燃料、节能环保等战略新兴产业，尤其是增速和贡献率已居化工行业前列的合成材料、专用化学品、农药、涂颜料及有机化学原料等技术含量相对较高、附加值较高的行业。
石化行业“十三五”规划初稿已初步成型，根据初步方案，“十三五”期间石化行业将严控总量，重点建设七大石化产业基地，化工新能源、化工新材料、高端石化、传统化工产业升级将是重点发展方向，预计“十三五”期间化工新能源产业产量规模将从千万吨级提升至 2020 年的亿吨级。