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【世界投资者周】认识尿素和尿素期货(一)

作者:凯发k8官网下载客户端  来源:  时间:2021-10-27 14:32  点击:

  人类的生存不能缺少粮食,粮食的生长也不能缺少肥料,可以说肥料是粮食的“粮食”,而尿素是最大的化肥品种,约占化肥产量的42%。在化肥工业化前,不论是欧洲还是亚洲,都把粪便当作主要肥料。进入18世纪以后,世界人口迅速增长,同时欧洲爆发了工业革命,使得大量人口涌入大城市,加剧了粮食供应紧张。1773年,伊莱尔·罗埃尔(Hilaire Rouelle)发现尿素;1828年,德国化学家维勒(F.W.hler,1800~1882年)在世界上首次用人工方法合成了尿素,他的研究打破了无机物与有机物之间的绝对界限,按当时化学界流行的“活力论”观点,尿素等有机物中含有某种生命力,是不可能人工合成的。直到1909年,德国化学家哈伯(F.Haber,1868~1934年)与博施(C.Bosch,1874~1940年)才合作创立了“哈伯-博施”氨合成法,开辟了人类直接利用游离状态氮的途径,也开创了高压合成氨的化学方法,它的意义已不仅仅是使大气中的氨变成生产化肥“取之不尽、用之不竭”的廉价来源,而且使农业生产产生了根本的变革。联合国粮食及农业组织(FAO)的资料显示,化肥对全球粮食产量的贡献约50%,它给全人类带来的巨大福利是无可比拟的,诺贝尔化学奖得主西博格在纪念美国化学会成立100周年大会上的演讲中说:“无论过去、现在或可预见的将来,再也不能找到任何一门工业比化肥工业更直接关系到国计民生了。”

  尿素,又称碳酰胺(carbamide),是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物,是一种白色晶体,是最简单的有机化合物之一,是哺乳动物和某些鱼类体内蛋白质代谢分解的主要含氮终产物。尿素是目前含氮量最高的氮肥,尿素适用于各种土壤和植物,易保存,使用方便,对土壤的破坏作用小,是目前使用量较大的一种化学氮肥。工业上用氨气和二氧化碳在一定条件下合成尿素。除了直接当作氮肥施用外,尿素还有着多种多样的用途,例如可以作为复合肥的生产原料、与甲醛聚合生产脲醛树脂作为人造板的黏合剂、生产三聚氰胺、车用尿素净化汽车尾气、电厂脱硫脱硝、生产氰尿酸、化妆品的保湿成分等(见图1)。

  尿素的生产原料主要为煤或天然气。天然气制尿素约占世界尿素总产能的65%,主要集中在中东、东欧和北美地区;煤炭制尿素的产能占总量的30%,主要集中在亚洲、东欧、北美等地区。“富煤贫油少气”的能源状况决定了中国的尿素生产以煤炭为主、天然气为辅。

  煤制尿素通常是将水煤浆与纯氧进行部分氧化反应,制得以CO2、H2为主要成分的气态产物。接下来就是从工艺上去除氨气合成催化剂的毒物CO、H2S、COS以净化气体,进一步分离、制得高纯度的CO2,满足尿素合成的需要,制得高纯度的H2以及脱除其中的惰性气体CH4、Ar,对高纯度的H2进行精制,最终获得纯的氢氮气体,满足氨气合成的需要。来自液氮洗装置的合格新鲜气(H2∶N2=3∶1),经合成气压缩机加压后,送入氨合成塔,在高温(380℃~430℃)、高压(14.2MPa)下通过氨合成催化剂的催化作用使部分气体合成氨,以液氮的形式送至尿素装置用。摩尔比为2∶1的液氮和二氧化碳进入合成单元(见图2)。

  天然气原料的纯氧自热转化制氨加工成尿素时氨碳基本平衡,生产1吨氨可加工成1.7吨尿素,没有多余的CO2排放(见图3)。

  尿素从粒度看,有大小颗粒之分,目前消费者常见的小颗粒尿素粒径约为1.5毫米,大颗粒尿素一般为2.00~4.75毫米,此外还有7毫米以上的尿素丸,大颗粒尿素是在小颗粒尿素基础上二次加工而成;从质量品级看,可分为优等品和合格品;从用途看,可分为农业用和工业用(见表1)。

  全球有超过50个国家生产尿素,亚洲是世界最大的尿素生产和消费地区,产能约占世界总产能的70%。2010~2017年世界尿素产能产量一直保持增长,全球新增氮肥产能主要来自中国、俄罗斯、印度、美国等国家,2017年全球尿素产能达到顶峰(2.172亿吨)。2017年以后全球尿素产能产量开始出现下滑,中国、巴西、科威特等地区由于产能过剩,大量落后装置关闭,同时俄罗斯、印度等国家新建项目投产,至2019年全球尿素产能2.081亿吨,同比下滑0.9%,产量1.76亿吨,同比上涨2.4%。需求方面,目前世界尿素需求约有80%来自农业,剩下20%来自工业需求,2019年世界尿素需求约1.71亿吨,需求持续保持小幅增长趋势。全球贸易方面,2019年世界尿素贸易量约5000万吨,约占全球尿素总产量的26%,主要出口地区包括西亚、东亚、俄罗斯等,西亚是世界上尿素出口量最大的地区;进口地区包括北美洲、南美洲、澳洲等,过去几年印度一直是世界上进口量最多的国家之一,目前约占世界贸易总量的10%。

  2010~2015年我国尿素工业发展迅速,2015年我国尿素产能和产量达到巅峰,分别为8900万吨、7500万吨,产能严重过剩。2015年以来,尿素在生产、运输及税收方面优惠取消,行业利润水平下滑显著,叠加煤炭成本上行及环保压力,部分企业开工受限,行业开工率持续下滑,落后产能(无烟煤为原料的老旧产能)逐步退出,同时生产原料结构也不断调整,以非无烟煤为原料的产能占比不断提高。截至2019年,我国尿素产能降至约7000万吨,较2015年的高峰下滑约2000万吨(见图4)。按产能分布看,我国尿素产能集中在内蒙古、山东、河南、山西、新疆等地区,排名前5位省份尿素产量占全国总量的60%,原料资源丰富地区的产能集中度较高。按工艺占比看,当前我国尿素生产工艺主要分为固定床(32%)、水煤浆(22%)、航天炉(16%)、天然气(27%)以及少量的焦炉气(3%)(见图5)。

  我国是世界上尿素消费量最大的国家,农业需求方面,2015年国家农业部提出了“2020年化肥零增长”行动方案,提倡化肥施用的减量增效,使得近年来尿素农业需求缓慢下降。根据氮肥工业协会数据,近年来我国尿素农业需求量显著下滑,2016~2018年平均跌幅为8.7%,但跌幅逐渐趋缓;工业需求方面,主要为制作复合肥、三聚氰胺、脲醛树脂、电厂脱硫脱硝等。根据氮肥工业协会数据,尿素工业需求逐年增长,2009~2018年平均增长率10%,人造板行业、三聚氰胺行业贡献较大,后期需求量趋稳;因国家环保要求趋严,车用尿素、电厂脱硝将保持稳定增长趋势(见图6)。

  我国尿素需求的季节性特征为“全年生产,按需使用”,工业用尿素季节性消费差异小,但农业消费具有明显的淡旺季特征。以2017年为例,1~4月为传统的春耕季节,需求总量在1800万吨左右,约占全年总消费的32%;5~7月为传统的用肥旺季,全国大田作物开始用肥,同时工业需求旺盛,消耗尿素2400万吨,约占全年总消费的43%;8~12月,尤其进入10月份后,农业需求渐渐减弱,消耗尿素1350万吨,约占全年总消费的25%。

  尿素进出口受到国家政策影响。1997年前,我国尿素产量不能满足国内需求,每年大量进口尿素;1997年国家开始进口管控,2001年底我国加入世贸组织后进口随之恢复。随着尿素产能的不断增加,我国2000年开始大量出口尿素。2005年为了保障国内供应,国家实施了严厉的控制措施,使得尿素出口大幅减少;2015年我国取消了尿素出口淡旺季不同的关税政策,当年尿素出口量1374万吨,创下了历史新高。2016年后随着国际新产能不断增加,且我国尿素生产成本在世界上处于较高的位置,尿素出口量不断下滑。从出口目的国来看,近几年我国主要出口国为印度、墨西哥、韩国等地,其中印度对尿素的需求量巨大,不定期的招标采购总会对国际尿素行情产生一定影响。目前,我国尿素以出口为主,进口较少,2018年尿素出口量约为244万吨,进口量约为16万吨,进口依存度不足0.5%(见图7、图8)。

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