我国的纯碱工业始于1917年范旭东先生在天津成立的永利碱厂,是我国乃至亚洲最早成立的纯碱厂,也是我国成立最早的化工企业之一,距今已经有百年的悠久历史。纯碱也是我国化学工业的摇篮,培养了一批重要的化工专家,我国“现代化工的先驱”侯德榜博士就起身于纯碱生产。改革开放以来,我国纯碱行业通过“三老三新”龙头纯碱企业的建设,“东碱西进”、产品结构调整等一系列措施,行业取得了突破性进展,在国际上始终保持较强竞争力,具有许多成功的经验在石化行业内推广。
根据我国纯碱产能的变化及技术的进展,我国的纯碱工业的发展历程可分如下几个阶段:
(1)改革开放前为探索发展阶段
二十世纪初,中国实业家范旭东及制碱专家侯德榜博士在塘沽建设了永利制碱公司(天津碱厂的前身),为亚洲最早的碱厂,采用氨碱工艺。
1950-1966年恢复生产和联碱攻关阶段。1950年产量就达到16万吨。建国后,在国民经济恢复时期,国家给大连碱厂和永利碱厂提供了三次改扩建的机会,使两厂的生产规模和工艺技术均上了一个大台阶,成为当时我国纯碱工业的两大支柱。1952年国家在大连化学厂(现大连化工集团公司)建立了“侯氏碱法”的中间试验车间,对该工艺不断攻关完善,按此工艺设计的大型生产装置1962年投产。1964年通过了国家级鉴定,命名为“联合制碱”。
1967-1977年的不稳定发展阶段。联合制碱工艺成熟后,我国开始大规模新建小联碱(能力2-4万吨/年),到1980年前我国建成投产了十多家小纯碱企业,多数采用联合制碱工艺。
(2)1978-1989年的大发展阶段
1977年的拨乱反正以及八十年代初的改革开放,我国的纯碱需求迅速增加。但我国纯碱企业普遍存在设备老化、厂房严重失修等状况,生产受到严重影响,我国开始了长达15年的依赖进口的历史。为从根本上扭转纯碱供不应求的被动局面,国家采取了一系列重大措施发展纯碱工业:一是批准了几个老厂恢复性大修的紧急方案,既保住了原有生产,又使老厂的生产、技术、管理水平提高了一大步;二是针对当时已经存在的若干小型厂,采取了“树样板、攻四关、再推广”和“整顿提高、合理配套、过好四关、择优改造”的方针,并确定了以4万吨/年为最低规模的产业政策。从此,小联碱厂走上了健康发展的轨道。其中条件较好的工厂得以改造提高,成为纯碱生产的重要力量。我国的纯碱产量稳步增加。但1978-1988年的10年间,我国的纯碱产量增长率也只有7%,仍不能满足国内的需求,年进口量最高时达国内总消费量的30%。因此国家进一步确定在原盐产地建设大型碱厂的计划,确定采用氨碱工艺,以国产为主,引进个别单机,建设三大碱厂(潍坊、唐山、连云港),以满足国内需求。1989年,三大碱厂分别建成投产,能力分别为60万吨/年。
(4)1990-1997年间8年的高速增长阶段
三大碱厂投产后,在九十年代初,又投产了采用氨碱工艺的内蒙吉兰泰、广东南方和新疆哈密三个中型厂。企业的挖潜改造也积极进行,我国纯碱产量呈现较快速的提高,1989-1997年间,我国纯碱产量的增幅达到11.5%。不仅满足了国内需求,而且结束了连续十五年大量进口纯碱的历史,成为净出口国,出口量逐年增加。氨碱企业逐渐在我国纯碱工业中占主导地位。
三大碱厂的建设是我国纯碱工业大发展的一个重要标志。它不仅一举扭转了我国长期供应不足的局面,且由于规模大,技术水平高,对我国纯碱工业整体技术水平的提升起到了促进作用,也使我国步入世界纯碱生产重要国家之列。
(5)1997-1999年的结构调整阶段
进入1997年,受纯碱产量增幅过快及国内市场疲软等形势的影响,纯碱出现较严重的滞销,且由于企业间的无序降价竞销行为,1997-1998一年的时间里,纯碱出厂价格跌幅达15%,达到1990年以来的最低点。1998年,全行业有50%的企业处于亏损经营、停产或半停产状态,全行业利润比最高年份(1996年)降低60%。纯碱产量在此期间出现了徘徊。
但同时,激烈的市场竞争促进了纯碱工业的结构调整。在短短的三年间,相继有10余家小碱厂关闭或转产,我国由最高时60多家生产企业减少到50多家。此外,双环集团兼并了武汉氨厂。内蒙古伊化集团统一了内蒙古所属的数家纯碱生产企业,并兼并或控股了河南的天然碱生产企业及青海的德令哈碱厂,成为全国最大的跨地区纯碱企业,同时开始扩建内蒙古查干诺尔化工厂和河南安棚碱业公司,天然碱能力分别达到30万吨/年。
(6)2000年至2012的又一轮“大发展热潮”
1999年底始,我国纯碱市场形式好转,纯碱价格大幅度回升,国内开工率提高。许多企业在挖潜改造提高产量的同时,也制定了大规模发展纯碱计划。在此期间山东海化纯碱产能增至280万吨/年,唐山三友增至230万吨/年,2008年和2009年纯碱价格达到历史峰值,以及“东碱西进”战略的实施,使得西部(青海省)纯碱获得较大发展,分别投产了四个百万吨纯碱装置,使得我国纯碱装置产业布局基本合理。这段时期成为继三大碱厂建成后我国纯碱工业的又一轮大发展时期。
(7)2012-2017年又一轮结构调整阶段
进入2011年,受纯碱产量增幅过快及国内市场疲软等形势的影响,纯碱出现较严重的滞销,2012-2015年全行业40%以上的企业处于亏损经营,碱产量在此期间出现了徘徊。但同时,激烈的市场竞争促进了纯碱工业的结构调整。在短短的三年间,相继有10余家小碱厂关闭或转产,我国纯碱企业由55家生产企业减少到39家。由于青海四家纯碱企业产能释放,有效生产能力略有增长,产量维持在
1990-2017年我国纯碱行业产量、进出口及表观消费情况表,万吨
年份 |
产量 |
进口量 |
出口量 |
表观消费量 |
自给率 |
1980 |
161.3 |
31.0 |
0.4 |
191.9 |
84.1% |
1985 |
200 |
105.7 |
0.4 |
305.3 |
65.5% |
1990 |
374.6 |
21.1 |
8.7 |
387 |
96.8% |
1995 |
589 |
7.5 |
51.5 |
545 |
108.1% |
2000 |
778 |
13.5 |
99.7 |
691.8 |
112.5% |
2005 |
1240 |
7 |
177 |
1070 |
115.9% |
2010 |
2047 |
0.2 |
158.2 |
1889.0 |
108.4 |
2015 |
2617 |
0.1 |
220 |
2397.1 |
109.2% |
2017 |
2738 |
14.4 |
152.5 |
2600 |
105.3% |
截至2017年底,我国已形成的纯碱有效生产能力约3215万吨/年,与1980年相比增长了17倍;从20世纪90年代开始,我国的纯碱从“净输入”转变成为“净输出”,进入21世纪,我国纯碱的净出口维持在150万吨以上,近八年自给率维持在105%到110%之间。产业总体供需结构从“满足内需型”向“内需为主、输出为辅型”转变。我国纯碱产量已居世界首位,产品能够满足国民经济发展需求,已在国际市场上占有重要的地位。
我国主要大型纯碱企业集中在渤海湾周围和青海海西州,基本都靠近大型盐场,能够满足大型纯碱装置需要的原盐和水资源供应。“十二五”以来,我国纯碱生产重心向西转移,地域产业特色形成。目前我国纯碱大型生产基地包括莱州湾区域和青海海西州,所占比例超过15%,我国共有19个省级行政区建有纯碱生产企业,基本覆盖了全国消费市场,产能布局完全可以满足下游产业的需求。
我国纯碱工业技术装备相对先进。自主研究开发的重大技术和设备有:变换气制碱工艺,自然循环外冷式碳化塔,联碱二过程采用液氨直冷和逆料流程,自身返碱煅烧炉,固相水合法及液相水合法重质纯碱技术和设备,石灰纯碱法精制盐水,内冷吸氨塔等。引进的重要技术和设备有:真空蒸馏技术和新型蒸吸工艺和设备,筛板碳化塔,重碱二次分离技术和设备,挤压法重质纯碱技术和设备,大型固相水合机,重质纯碱煅烧/冷却炉等。纯碱设备逐步实现了大型化。例如:∮3m/∮3.4m碳化塔,∮3m和∮3.6m煅烧炉,840m3结晶器,20m2滤碱机,大型二氧化碳压缩机等。DCS生产控制系统的研究和推广,自动包装机日益普及,生产自动化水平大幅度提高。目前我国大型纯碱企业设备大型化比较普及,由于资金有保障,国产和引进技术消化较快,接近了世界先进水平。
纯碱行业通过鼓励“精料”(粒度均匀、品位高、含泥沙少的石灰石;精制原盐等)生产,从源头减少污染物产生量。在政策引导下充分发挥市场调节作用,以优势产能替代落后产能。发挥龙头企业带动作用,推进全行业技术进步。加强末端治理,管理节能等全生命周期节能减排,通过其他释放二氧化碳装置结合纯碱装置,实现二氧化碳减排等一系列措施,行业绿色发展特征较为明显。
纯碱行业取决于生产要素条件、产品市场、支撑产业、竞争结构与竞争环境,以及机遇、政府作用等6大因素,其中前4项因素是影响产业竞争力的决定因素,同时与另两项因素紧密联系。占据世界人口五分之一的13亿中国人,造就了全球最大的纯碱消费市场,同时我国纯碱生产要素组合条件较好,通过相关政策引导,使得我国纯碱行业在世界合成碱行业具有较强的竞争力,但从生产成本、销售体系方面相比美国天然碱在出口市场仍有一定的差距。
改革开放以后,我国纯碱市场短缺,我国纯碱工业面临了一次大的发展机遇。如何发展我国的纯碱工业,可选择的方案很多。首先对大化、天碱和青岛三个老厂进行了“恢复性大修”,使我国纯碱工业的三只“老母鸡”焕发了青春。面对纯碱短缺的局面,国家有关部门在广泛听取意见后,确定了“纯碱建设以大型企业为主”的方针,而氨碱法易于大型化,确定采用氨碱工艺建设了三大碱厂,为我国纯碱工业的迅速发展奠定了基础。试想,如果不上三大碱厂,要增加180万吨能力,需要上45个4万吨/年的小联碱,纯碱工业不会有今天的局面和今天的国际地位。大型企业建设为主是值得全石化行业广泛推广的经验。
纯碱产业集中度演变情况
年份 |
纯碱 |
|
---|---|---|
CR0.1 |
CR0.2 |
|
2005 |
0.57 |
0.78 |
2010 |
0.62 |
0.81 |
2015 |
0.61 |
0.80 |
2017 |
0.62 |
0.82 |
我国纯碱行业有重视科学技术开发和交流的优良传统。侯德帮博士当年冲破国际索尔维集团的垄断,写成并公开发表《纯碱制造》一书,把制碱的秘密公布于世,在世界上引起了巨大影响。后大胆探索,历经数栽开发成功联碱法(侯氏制碱)。当前我国纯碱行业内有比较规范的交流活动,企业之间即有竞争,又有相互交流。新技术新成果能够在全行业迅速推广,促进了我国纯碱工业的迅速发展。
长期以来,原盐和纯碱分属轻工和化工系统,经常出现相互掣肘的局面。在纯碱行业的努力下,逐步实行了盐碱联合。到目前为止已有多数企业实行了盐碱联合,有力地促进了盐业和碱业的共同发展。
氨碱法以卤水为原料,具有明显优势,按吨纯碱耗真空盐1.5吨、耗卤水5m3、真空盐价格250元/吨计算,采用真空盐生产纯碱的企业原料成本高约300元/吨,目前江苏、内蒙古等地纯碱企业已经实现部分卤水制碱,有效提高了装置竞争力。
虽然氨碱法具有建设规模大、产品质量高等特点,但排放大量废液和废渣,需要丰富的原盐、石灰石、焦炭、水等资源供应,且需要长期堆存废渣和排放废液的场所、以及比较大的环境容量及运输条件。因此适应此条件的企业厂址比较适合在沿海具有荒滩的地区,或西北资源丰富、具有排污条件的地区。我国氨碱法纯碱主要布置在莱州湾和青海地区。联碱需要配套建设合成氨,导致同纯碱规模下投资较大。但具有盐利用率高,没有废渣和废液排放和产品能耗低等优点,比较适合全国多地区布点。因此,我国一方面采用氨碱工艺建设大型纯碱装置的同时,尤其是随着煤气化技术的进步,我国采用联碱工艺改扩建了多家大型和中型企业。天然碱具有产品质量高、生产成本低的优势,我国在天然碱的开发和加工取得了长足进展,成为我国纯碱工业的一支重要力量。结合资源和区位特点,多种工艺并存发展纯碱工业,是我国纯碱获得较快发展的一个重要方面。
从发达国家纯碱消费量变化历程来看,其纯碱消费量随着人均GDP达到6000美元,将维持一段时间的下降趋势。我国纯碱消费量由于人口众多、新型城镇化的建设以及工业发展速度相对较快,这一市场现象可能延后出现,2017年我国人均GDP8800美元,随着下游市场的增速放缓和下游产品循环利用率的提高,“十三五”期间可能出现纯碱消费量保持现有水平,2035年前出现纯碱消费下降的可能,对纯碱行业的发展造成较大影响。
产品质量有待进一步提高。联碱装置受工艺本身(母液循环)限制以及母液精制技术落后等因素制约,联碱产品质量与氨碱产品有一定差距;氨碱装置产品质量虽然高于联碱,但距世界发达国家水平仍有差距;我国重质纯碱比例为45%,远低于发达国家约80%的水平。
三废排放问题仍未得到根本解决。约1500万吨/年氨碱工艺装置每年产生7000多万m3废液和300多万吨废渣。部分中小联碱企业废水排放量大,氨氮超标。纯碱企业三废排放问题没有得到全面解决,必须引起足够重视,否则将严重影响我国纯碱行业可持续发展。
氯化铵市场需要进一步开拓。2017年我国联碱法纯碱生产工艺联产氯化铵1400万吨。受含氯的影响,其市场消费在许多地区受到限制,随着环保政策趋近,硫铵产量大幅度增加,使得氯化铵市场竞争力进一步削弱,如果解决不好氯化铵的销路问题,将严重影响我国联碱企业的健康发展。
我国纯碱企业在平均生产规模、平均技术水平、装置自动化水平、劳动生产率、企业管理制度等方面与国外先进水平仍有较大差距,部分联碱企业合成氨装置存在原料路线不合理、生产工艺落后等问题。
我国周边的东南亚、中东以及东欧地区近年经济发展较快,每年也需要输入大量纯碱。“一带一路”战略的实施,以及外需扩大给我国纯碱产业发展带来了良好的出口市场条件。出口是我国纯碱行业平衡国内市场的重要手段,也是我国纯碱国际竞争力的主要体现。对于出口到东南亚和南美市场,美国具有传统的市场优势。在我国不断强化出口渠道等努力下,出口量不断增加。美国天然碱具有质量好及完善的物流体系等优势,我国纯碱出口企业坐落在东部沿海,有利于远洋运输。因此从出口形势来看,我国纯碱出口量将具备一定的竞争能力,但需防范当地新建纯碱装置的冲击。
目前随着行业新一轮上升周期的到来,我国纯碱市场拟改扩建的企业开始有所增加,但考虑到纯碱消费市场增速放缓,2035年前有出现纯碱需求下降的可能。因此,应协调好产能增长与需求增长的关系,防止纯碱产能过快增长而出现严重过剩期。
原盐生产的相对集中和东部经济的快速发展,导致东、北部地区纯碱企业规模化程度远高于中、西、南部地区。西部具备充足完善的纯碱生产原料和能源资源。而目前我国西部纯碱产量仅占全国的16%。随着西部大开发进程的不断加快,西部地区纯碱需求预计将有较大提高。随着我国城镇化进程加快,预计纯碱市场将还将迎来1~2个需求高峰,但纯碱行业已步入成熟期,有成本竞争力的产能才能立于不败之地。建议综合考虑原料供给(考虑能源和盐资源的成本比例约为2:1,因此简单认为盐资源地建设纯碱装置不一定是合理方案)、要素配置(水、电、汽、土地、环保容量)、下游市场,开展纯碱行业布局规划研究工作。
我国氯化铵几乎全部来自联碱企业,1吨纯碱联产1吨氯化铵。预计2020年,我国氯化铵产量将超过1800万吨/年。目前约90%的氯化铵用来生产复混肥,而未来复混肥将向高浓度发展,低浓度复混肥料产量呈下降趋势,氯化铵用量将相应减少,严重影响我国联碱企业的生存和发展。因此,要加大氯化铵销路问题的研究力度,包括增加干铵能力、增加粒状氯化铵能力、增加直接施肥比例、增加出口等措施,积极探讨氯化铵分解的可操作性。
氨碱法以卤水为原料,具有明显优势。热法联碱可以实现制盐和纯碱装置的联合,按照纯碱耗真空盐1.15吨、耗卤水4.5m3、真空盐价格250元/吨计算,采用真空盐生产纯碱的企业原料成本高约230元/吨。因此采用全卤制碱可有效降低纯碱生产成本,提高纯碱装置竞争力。
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