В настоящее время в активной фазе находится  второй этап модернизации – строительство комплекса глубокой переработки нефти (далее КГПН). Данный проект реализуется компаниями «Sinopec Engineering(Group) Co.,LTD», «Marubeni Corporation», НГСК «КазСтройСервис», вошедшими в консорциум в рамках Договора № 1477-11 от 29.12.2011 года. Общая цена договора составляет 1 680 млн. долларов США. 
Второй этап модернизации АНПЗ направлен на достижение следующих целей:
·        Увеличение глубины переработки нефти.
·        Обеспечение выпуска моторных топлив экологического класса К5, в соответствии с требованиями Технического регламента Таможенного союза.
·        Увеличение мощности завода с 5,0 до 5,5 млн. тонн в год.
6 декабря  2016 года состоялся традиционный общенациональный телемост с участием Президента Казахстана Нурсултана Назарбаева. В ходе него генеральный директор ТОО «АНПЗ» Галимжан Амантурлин доложил Главе государства о ходе строительства комплекса глубокой переработки нефти.
На данный момент интенсивными темпами идет строительство 12 технологических установок и 49 объектов общезаводского хозяйства. В строительстве задействовано 46 компаний: казахстанских – 42, иностранных – 4. На строительных площадках трудятся 1 656 работников.
На завод из 1 345 единиц крупногабаритного оборудования уже поставлено 1 246. В изготовлении и поставке оборудования приняли участие казахстанские компании: ТОО «Белкамит» (реакторы, емкости, колонны); ТОО «СВХИ» (емкости, дымовая труба для реакционных печей); АО «Петропавловский завод тяжелого машиностроения» (емкости); ТОО «АтырауНефтеМаш» (хопперы – емкости для катализатора, массой 404 тонны каждая); ТОО «ГММОС» (емкости).
Проводится монтаж металлоконструкций и технологических трубопроводов, завершается прокладка инженерных сетей. Уже набран персонал для работы на КГПН. Проводится его обучение, с организацией   всевозможных  тренингов  с выездом за рубеж.
Таким образом, за отчетный период  произведен большой объем работ в части строительства, поставки оборудования, рабочего проектирования и т. д.
Строительные работы:
–       Устройство бетона – 85 385 м³ или 80% (общее количество 106 795 м³);
–       Монтаж металлоконструкций – 34 481 тонна или 89% (общее количество 35 475 тонн);
–       Монтаж технологических трубопроводов – 425 431 дюйм или 27% (общее количество 1 558 052 дюйма).
     Кроме того, в рамках второго этапа модернизации АНПЗ большое значение уделяется экологической составляющей проекта. В этой связи, совместно с акиматом г. Атырау разработан и утвержден ряд мероприятий по переселению жителей, чьи дома подпадают под территорию санитарно – защитной зоны АНПЗ. 
В отчетном периоде начаты мероприятия по  переселению жителей общежитий, находящихся  по адресу ул. З.Кабдолова №6, 10, 12 (близ АХЗ).  Городским акиматом им были выданы ключи от новых квартир в рамках Договора, заключенного между АНПЗ и акиматом г.Атырау о возмещении стоимости недвижимого имущества в связи с изъятием для государственных нужд СЗЗ.
       Вместе с тем, в рамках проекта «Строительство КГПН», готов к вводу в эксплуатацию инфраструктурный объект «Развитие транспортной инфраструктуры».
Изменение станции примыкания подъездного железнодорожного пути ТОО «Атырауский НПЗ» вызвано недостаточным путевым развитием  существующей обслуживающей станции Акжайык, отсутствием возможности ее развития в связи с расположением станции в городской застройке, а также необходимостью улучшения пожарной, экологической и санитарной безопасности в жилых кварталах, расположенных в районе станции Акжайык.
          В соответствии с  проектом  «Развитие транспортной инфраструктуры»  среднесуточный грузооборот составит до 300 вагонов.
После ввода объектов транспортной инфраструктуры в эксплуатацию, весь грузопоток АНПЗ будет направляться на ст. Промышленная  и далее проходить через станцию Тендык.
         В грядущем году перед заводом стоит ответственная задача – завершить строительство КГПН и ввести его в эксплуатацию. С вводом данного комплекса на Атырауский НПЗ возложена миссия производства высококачественных топлив, отвечающих спецификациям К5 Технического Регламента Таможенного Союза (аналог Евро-5).