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純堿期貨12月6日上市 純堿產業鏈詳解來了(上)

純堿期貨12月6日上市 純堿產業鏈詳解來了(上)

 11月8日,證監會已正式批準純堿期貨12月6日在鄭州商品交易所上市交易。

  下面我們分兩期來介紹純堿產業鏈:

  純堿的定義及性質:純堿(Soda Ash),又名堿面、洗滌堿,國際貿易中又稱蘇打或堿灰,成分為碳酸鈉,分子量105.99。純堿是重要的基礎化工原料和“三酸兩堿”中的兩堿之一,廣泛地應用于諸多領域,在國民經濟中占有十分重要的地位。碳酸鈉屬于鈉鹽,具有一定的腐蝕性,可與酸、鹽、堿發生反應。

  純堿的分類及用途:根據密度的不同,純堿可分為輕質純堿(輕堿)和重質純堿(重堿),兩者成分相同但物理形態和用途不同。純堿是重要的化工原料之一,用途主要包括以下領域:建材領域、化工生產領域、印染冶金領域以及食品加工領域。此外,純堿也廣泛地應用于環保脫硫、醫藥制品、制革、造紙等,高端純堿還可用于顯像管玻殼和光學玻璃制造。

  純堿的生產工藝:目前,制堿工藝主要分為合成堿法和天然堿法,世界純堿產能中合成堿法約占三分之二,天然堿法約占三分之一。合成堿法又分為聯堿法和氨堿法。我國是全球唯一同時擁有聯堿法、氨堿法和天然堿法三種生產技術的國家。

  純堿產業鏈:純堿是重要的化工原料,其產業鏈覆蓋了動力煤天然氣、原鹽、石灰石、合成氨等等上中游原料和技術,下游更是覆蓋至建材、輕工、化工、冶金、紡織等工業部門,終端產品也滲透到我們的日常生活中各個方面。

  純堿包裝及倉儲:純堿下游用戶可以按照自己的特殊要求與廠家協商袋裝標準。包裝方式主要分為大袋包裝、小袋包裝和無袋散裝。純堿倉儲主要分為定點倉儲和移動倉儲,以及袋裝倉儲和散裝倉儲。在長期暴露的情況下,純堿會吸收空氣中的水分和二氧化碳,如果受潮,則容易形成硬塊影響使用。

  一、 純堿定義及性質

  1、什么是純堿?

  純堿(Soda Ash),又名堿面、洗滌堿,國際貿易中又稱蘇打或堿灰,成分為碳酸鈉,CAS號497-19-8,分子量105.99,化學品純度多在99.5%以上(質量分數)。

  純堿是重要的基礎化工原料,白色無氣味粉末或顆粒,高溫下易分解,是“三酸兩堿”中的兩堿之一,但卻屬于強電解質鹽類,因其水溶液呈弱堿性而稱為純堿。

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  2、純堿的物理性質

  碳酸鈉常溫下為白色無氣味的粉末或顆粒。有吸水性,露置空氣中逐漸吸收水分而形成結塊,其水合物有3種,分別為:一水合碳酸鈉,七水合碳酸鈉和十水合碳酸鈉,碳酸鈉的結晶水合物石堿在干燥的空氣中易風化。

  純堿(碳酸鈉)易溶于水和甘油,微溶于無水乙醇,難溶于丙醇。20℃時每100克水能溶解20克碳酸鈉,35.4℃時溶解度最大,每100克水中可溶解49.7克碳酸鈉。

  3、純堿的化學性質

  碳酸鈉屬于鈉鹽,具有一定的腐蝕性。

  (1)穩定性。穩定性較強,但高溫下也可分解,生成氧化鈉和二氧化碳。長期暴露在空氣中時,碳酸鈉能吸收空氣中的水分及二氧化碳,生成碳酸氫鈉。

  (2)水解反應。碳酸鈉在水溶液中水解,電離出的碳酸根離子與水中氫離子結合成碳酸氫根離子,導致溶液中氫離子減少,剩下電離的氫氧根離子,所以其水溶液呈堿性(pH=11.6)。

  (3)與酸反應。與酸可發生復分解反應,如遇足量鹽酸時,生成氯化鈉和碳酸,不穩定的碳酸立刻分解成二氧化碳和水,碳酸鈉與其他種類的酸也能發生類似的反應。

  (4)與鹽反應。與鹽可發生復分解反應,例如一些鈣鹽、鋇鹽可與碳酸鈉生成沉淀和新的鈉鹽。

  (5)與堿反應。與氫氧化鈣、氫氧化鋇等堿可發生復分解反應,生成沉淀和氫氧化鈉,工業上會用這種反應制備燒堿(氫氧化鈉),俗稱苛化法。

  二、 純堿的分類及用途

  1、純堿的分類

  根據密度的不同純堿可分為輕質純堿(輕堿)和重質純堿(重堿),兩者成分相同但物理形態和用途不同:輕堿密度500-600kg/ ,呈白色結晶粉末狀,多用于生活洗滌、化工溶劑以及食品加工行業;重堿密度1000-1200kg/ ,呈白色細小顆粒狀,多用于平板玻璃生產。與輕堿相比,重堿具有堅實、顆粒大、密度高、吸濕低、不易結塊、不易飛揚、流動性好等特點。此外,也有超輕質純堿和超重質純堿,密度分別為370kg/ 左右和1550-2553kg/ 。目前期貨交易所擬定上市的純堿品種為重堿。

  根據用途的不同,純堿可分為工業純堿和食用純堿。工業純堿執行的是中華人民共和國頒發的國家標準 GB/T 210-2004《工業碳酸鈉及其試驗方法》(以下簡稱國標),包括GB/T 210.1-2004《工業碳酸鈉及其試驗方法第1部分工業碳酸鈉》和GB/T 210.2-2004《工業碳酸鈉及其試驗方法第2部分工業碳酸鈉試驗方法》。食用純堿執行的是GB 1886-1992《食品添加劑碳酸鈉》標準,在達到工業純堿的低鹽堿標準基礎上,增加了砷和重金屬的含量限制。

  根據氯化物含量的不同,純堿可分為普通堿、低鹽堿、超低鹽堿、特殊低鹽堿。依照國標標準,普通堿氯化鈉的質量分數≤1.20%;低鹽堿氯化鈉的質量分數≤0.90%;超低鹽堿氯化鈉的質量分數≤0.70%;特殊低鹽堿氯化鈉的質量分數≤0.30%。

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  2、純堿有哪些用途?

  純堿是重要的化工原料之一,用途主要包括以下領域:

  (1)建材領域,純堿作為平板玻璃的主要原料之一,為反應提供鈉離子,同時也是澄清劑的主要成分;

  (2)化工生產領域,純堿廣泛用于制造硅酸鈉(俗稱泡花堿、水玻璃)、碳酸氫鈉(俗稱小蘇打)、氟化鈉、重鉻酸鹽等產品;

  (3)印染冶金領域,純堿充當紡織物生產過程的軟水劑,或是用作冶煉的助溶劑、選礦的浮選劑以及煉鋼的脫硫劑等;

  (4)食品加工領域,純堿作為面食添加劑起到中和劑、膨松劑、緩沖劑、面團改良劑作用,增加面食口感和柔韌度,也可作為主要輔助添加劑應用于味精、醬油的生產。

  此外,純堿也廣泛地應用于環保脫硫、醫藥制品、制革、造紙等,高端純堿還可用于顯像管玻殼和光學玻璃制造。

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  三、 純堿的生產工藝

  在沒有工業生產方法之前,人們從天然堿湖中采得或從含堿植物灰中制造出純堿,用于洗滌劑以及玻璃、肥皂、皮革制造等方面。隨著工業發展,原始的純堿提取方式已經不能滿足用堿需求,大規模工業制堿生產工藝應運而生。目前,制堿工藝主要分為合成堿法和天然堿法,世界純堿產能中合成堿法約占三分之二,天然堿法約占三分之一。

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  合成堿法又分為聯堿法和氨堿法。我國是全球唯一同時擁有聯堿法、氨堿法和天然堿法三種生產技術的國家。

  1、合成堿法

  合成堿法的發展經歷了三個階段,第一階段路布蘭法,1788年由法國化學家路布蘭研究出以食鹽為原料的制堿法;第二階段,氨堿法,19世紀中后期,比利時的索爾維兄弟研制出索爾維制堿法(Solvay Process),因生產過程中需用氨作為媒介,故又稱氨堿法。氨堿法原料價廉易得,生產連續,產品純度高,適合大規模生產,至20世紀初,逐漸取代路布蘭制堿法;第三階段,聯堿法,20世紀三十年代,我國“現代化工先驅”制堿專家侯德榜博士結合國內實際生產情況,經過大量實驗,研制出侯氏制堿法(Hou's Process),也稱為聯合制堿法或聯堿法。該方法將合成氨廠和純堿廠建在一起,生產純堿的同時產出副產品氯化銨。

  (1)氨堿法生產工藝

  氨堿法,又稱索爾維制堿法,或索氏制堿法。該方法是由比利時人索爾維在1859年發明,以食鹽、氨水、二氧化碳為原料,在室溫下從溶液中分離出碳酸氫鈉的制堿法。索氏制堿法共分以下幾步:

  第一步,氨氣、水、二氧化碳反應生成碳酸氫銨;

  第二步,碳酸氫銨與氯化鈉反應生成碳酸氫鈉沉淀和氯化銨,過濾后得到碳酸氫鈉固體;

  第三步,加熱分解碳酸氫鈉,生成水、二氧化碳和碳酸鈉(純堿 );

  第四步,將步驟二中的氯化銨和熟石灰( )混合加熱,得到氨氣并循環使用。

  氨堿法整個流程中氨氣是循環使用的,而副產品是氯化鈣。

  另外,氨堿法的生產步驟簡單,原料經濟實惠且碳酸鈉產品純度高,適合大規模生產。但同時也有一些缺點。氨堿法氯化鈉(食鹽)利用率最高只能達到75%,且排出大量廢渣廢液(據統計,每生產1噸純堿需排放10噸廢液),廢渣中含有大量氯化鈣,很難加以利用且污染性較強。因此,采用氨堿法生產的純堿企業一般都沿海或沿河布局,工廠選址受限。

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  (2)聯堿法生產工藝

  聯堿法,即侯氏制堿法,由我國著名化學家侯德榜發明于1943年,考慮到我國缺鹽的行情,在索爾維法基礎上,將純堿和合成氨兩大工業聯合,同時生產碳酸鈉和化肥氯化銨,大大地提高了食鹽利用率,被稱為侯氏制堿法。

  侯氏制堿法分為以下幾個步驟:

  第一步,氨氣、水、二氧化碳反應生成碳酸氫銨,混合液還含有氯化鈉、氯化銨、碳酸氫鈉等物質;

  第二步,碳酸氫銨與氯化鈉反應生成碳酸氫鈉沉淀和氯化銨,過濾后得到碳酸氫鈉固體;

  需要注意的是,聯堿法前兩步驟與氨堿法相同。

  第三步,部分碳酸氫鈉可直接銷售,剩余的碳酸氫鈉將被加熱煅燒生成碳酸鈉(即純堿),二氧化碳回到第一步循環利用。

  侯氏制堿法整個過程中二氧化碳是被循環利用的,而氯化銨則是生產碳酸鈉(純堿)的副產品。純堿、氯化銨在生產過程中按照1:1.1的比例生產,氯化銨按照含水分不同可以分為干銨、濕銨,可用做氮肥,與尿素互為替代品。氨氣則由合成氨廠聯合生產。

  此種方法的優點,既使食鹽的利用率提高到96%以上,又可產出 做氮肥,工業價值較高;另外還可與合成氨廠聯合,將合成氨的原料氣CO直接轉化成 ,革除了 制 這一工序,同時省去了焦炭和石灰石等資源型原料的投入和采礦、運礦和石灰窯等一系列輔助設備的投入,也避免了氨堿法中大量廢渣和廢液的排放。但該方法工藝流程相對復雜,且生產裝置投入成本較高,裝置檢修復雜,產出純堿品質控制難度較大,同時也受到上游合成氨和副產氯化銨價格的影響。

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  2、天然堿法

  1984年,拓荒者在美國懷俄明州的甜水河找到了碳酸氫鈉,將其用于洗滌劑和制藥。1938年,美國山間燃料供應公司在懷俄明州綠河盆地勘探油氣資源時,發現了世界最大的天然堿礦,之后美國純堿工業以其得天獨厚的天然堿資源優勢迅速發展起來。至1976年,美國通過天然堿法產出的純堿占其國內總產量的70%,到1982年該比例高達94%,之后美國的純堿幾乎全部采用天然堿法生產。

  目前全世界已探明的天然堿礦只分布于美國、中國、土耳其、墨西哥和非洲南部等少數國家和地區,其中美國、土耳其和中國是主要的天然堿法生產國。我國已發現天然堿礦產地152處,儲量近4億噸,主要分布在河南和內蒙古兩地,河南桐柏地區,總儲量達1.5億噸,遠景儲量3-5億噸,約占全國天然堿總儲量的80%。內蒙博源集團是國內唯一天然堿生產商。

  天熱堿法生產工藝

  該方法是通過對天然堿礦物進行一系列過濾、除雜等工序來制取純堿。根據堿礦成分的不同,天然堿法生產工藝主要分為蒸發法和碳化法兩種。對于堿、硝、鹽共生的泡堿型天然堿湖水或者主要成分為泡堿(Na2CO3?10H2O)的固體礦,一般采用鹵水碳化法生產工藝,提取天然鹵水進行碳化、干燥和煅燒,生產出純堿。對于以晶堿石(Na2CO3?NaHCO3?2H2O)為主要成分的天然堿礦,一般采用蒸發法生產工藝,通過分解或中和的方式使晶堿石中的碳酸氫鈉分解,再蒸發提純制得純堿。

  天然堿法工藝的應用受限于資源的地理位置、供應等基礎條件,與其他兩種主流生產工藝相比,最大優勢在于成本較低。

  3、三種工藝占比

  我國天然堿法產能占比相對較小,主因自然堿礦數量有限。聯堿法和氨堿法產能占比相當。截至2019上半年,聯堿法產能約1665萬噸,占國內純堿總產能的50.2%,氨堿法產能1479萬噸,占總產能的44.6%,而天然堿法產能占比只有5.1%,產能僅有170萬噸。

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  4、輕堿重質化工藝

  無論是合成堿法還是天然堿法,生產出來的純堿均為輕堿。廠家通常將輕堿再加工制得重堿。目前,主流的加工工藝有水合法和擠壓法兩種,水合法又分為固相水合法和液相水合法。

  水合法是將輕堿加水結晶生成一水合碳酸鈉,再加熱趕出結晶水,制得的重堿保留了結晶的形態,結構比輕堿更為密實。擠壓法采用純機械在兩輥之間通過高壓將輕堿擠壓成薄而硬的堿餅,然后破碎堿餅篩選出最佳粒度,再將過粗的顆粒重新破碎,過細的顆粒重返擠壓,即制得重堿。

  通常來說,我國純堿企業重質化率在40%-60%左右。國內的純堿生產企業,可根據上述產能比例、下游需求、輕堿重堿價差等因素來調節生產輕堿和重堿的比例。目前我國重堿產量增長速度遠遠高于輕堿,主要由于重堿下游需求量大、穩定、且簡單,而輕堿下游需求較冗雜且量小。

  四、 純堿產業鏈介紹

  純堿是重要的化工原料,其產業鏈覆蓋了動力煤、天然氣、原鹽、石灰石、合成氨等等上中游原料和技術,下游更是覆蓋至建材、輕工、化工、冶金、紡織等工業部門,終端產品也滲透到我們的日常生活中各個方面。

  1、純堿產業鏈上游

  根據純堿不同的生產工藝,所需的生產原料也不完全相同。天然堿法制堿的上游為天然堿礦,氨堿法制堿的上游是原鹽和石灰石,聯堿法制堿的上游是原鹽和合成氨。制堿的燃料主要是動力煤,個別企業也會用到天然氣。

  2、純堿產業鏈中游

  純堿工業的主要產品是輕堿和重堿,重堿由輕堿加工轉化而來。除輕堿及重堿以外,聯堿法生產純堿會產出副產品氯化銨,簡稱氯銨,是一種速效氮素化學肥料,也可用于電池制造、電鍍、印染等。農用氯化銨含氮量25~25.4%,但因其含有氯基因子,對土壤損害較大,在環保日趨嚴重的大背景下,后期發展空間有限。

  3、純堿產業鏈下游

  玻璃是純堿最重要的下游需求,需求占比約50% 左右,其中包括平板玻璃、日用玻璃、光伏玻璃等。重堿主要用于生產平板玻璃。輕堿主要用于日用玻璃行業、洗滌劑和食品行業等。無機鹽領域根據行業的不同選擇使用輕堿和重堿。洗滌劑和氧化行業的部分下游企業可以根據純堿和燒堿的價格變化對窯爐進行改造更換投料,降低生產成本。

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  五、 純堿包裝及倉儲

  1、純堿包裝

  純堿下游用戶可以按照自己的特殊要求與廠家協商袋裝標準。包裝方式主要分為大袋包裝、小袋包裝和無袋散裝。

  大袋包裝指500kg/袋及以上包裝,國內主要有750kg/袋和1000kg/袋兩種包裝規格,后者也被稱為噸包或噸袋;此外也有少量的500kg/袋和1500kg/袋的包裝規格。重堿下游用戶多為平板玻璃企業,月度需求量大且集中,為了投料快捷便利和節約拆包人力,多以噸包為主。

  小袋包裝指50kg/袋及以下袋裝方式,主要有25kg/袋、40kg/袋、50kg/袋三種規格,其中25kg/袋一般用于食用堿包裝,40kg/袋一般用于輕質純堿包裝,50kg/袋可用于輕堿或重堿包裝。

  無袋散裝指用罐裝汽車從純堿生產企業的成品料倉將純堿直接裝入汽車的料罐內,運輸至純堿用戶,節省了包裝材料。散裝適用于兩種情況:一是純堿生產企業周邊分布有用量較大且穩定的下游用戶,多為平板玻璃企業;二是純堿的進出口貿易環節。

  關于純堿凈重容忍誤差,大袋包裝要求平均偏差在±5kg范圍內。小袋包裝有兩種方式:一種是隨機抽取10袋稱量,要求平均偏差在±0.2kg范圍內;另一種是隨機抽取1袋稱重,要求偏差在±0.3kg范圍內。

  2、純堿倉儲

  純堿倉儲主要分為定點倉儲和移動倉儲,以及袋裝倉儲和散裝倉儲。在長期暴露的情況下,純堿會吸收空氣中的水分和二氧化碳,如果受潮,則容易形成硬塊影響使用。因此純堿儲存主要有四個方面的要求:一是貯存于陰涼干燥的倉庫內,防止雨雪、受潮,防止日曬、受熱;二是與易(可)燃物、酸類、銨類、有毒物質等分開存放;三是需要包裝密封,防受潮,防破損,防污染;四是存儲區內放置合適的材料來收容泄漏物。

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