烧碱、片碱、液碱、纯碱区别是什么(高考化学:“工艺流程”难点总结)

1.烧碱:基础化工,应用广泛

1.1.分类:液碱固碱

烧碱,即氢氧化钠,具有强碱性、强腐蚀性和强吸湿性。烧碱的化学式为 NaOH,别称苛性钠、火碱。烧碱的化学特性表现为强碱性,并具有强腐蚀性和强吸湿性。腐蚀性方面,烧碱对皮肤、纤维、玻璃、陶瓷等均有腐蚀作用;吸湿性方面,烧碱易溶于水,溶解时大量放热,形成碱性溶液,同时也易与空气中的水蒸气和二氧化碳发生反应,潮解并变质。另外,烧碱具有中等毒性,燃烧分解产物可能产生有毒有害气体。根据外观形态不同,烧碱可分为液体烧碱和固体烧碱。液体烧碱简称液碱,即氢氧化钠溶液,表现为无色透明液体。按氢氧化钠质量分数又可分为 30%液碱、32%液碱、42%液碱、45%液碱、50%液碱等,取决于生产工艺的使用,目前市场生产的一般浓度为30-32%或40-42%。

固体烧碱简称固碱,主要外观形态为片状。固碱表现为无色透明晶体,按氢氧化钠质量分数可分为 73%固碱、95%固碱、96%固碱、99%固碱、99.5%固碱等系列产品,含碱量相对液碱更高。从外观形态上,固碱又可分为片碱和粒碱。我国的固碱市场以片碱为主,主要原因是片碱具有生产工艺简单、生产成本低、使用场景多、市场需求量大等优点。粒碱相对片碱制作工艺更为复杂,技术难度较高,价格也相对较高。另外,市场上有一种桶装固碱,使用时需要破桶, 较为费力, 且包装成本较高, 因此已逐渐被片碱替代。

烧碱、片碱、液碱、纯碱区别是什么(高考化学:“工艺流程”难点总结)

除形态不同,液碱与固碱下游应用领域相似。液碱与片碱本质为同种物质,仅外观形态和氢氧化钠浓度有所不同。相比片碱,液碱氢氧化钠浓度更低,价格也更低。在生产过程中,液碱通过后续加工处理可得到片碱。目前,烧碱生产企业多以液碱形式出货。因此在行业研究中,我们重点讨论液碱的市场情况,液碱一般指质量浓度32%离子膜液碱,片碱一般指质量浓度 96%的固体烧碱。

1.2.产业链:上游为原盐、下游应用广泛

烧碱为氯碱工业核心产品,生产过程中副产品众多。氯碱工业的主要直接产品为烧碱,其余均为生产过程中产生的副产品,包括氯气、氢气,三者以一定的比例同时产出。氯碱产业衍生品种类众多,包括高纯盐酸、工业盐酸、聚氯乙烯(PVC)、次氯酸钠等,产品间关联度较大,下游产品多达上 1300 余种,具有极高的经济延伸价值。氯碱工业具有漫长的发展史。氯碱工业指工业上通过电解饱和食盐水(NaCl 溶液)制氯气(Cl2)、氢气(H2)、烧碱(NaOH),并以它们为原料生产一系列化工产品。氯碱工业最早出现于18 世纪,最初是通过二氧化锰和盐酸共同加热制取氯气,通过石灰石纯碱反应制取烧碱。直至19世纪末,随着隔膜法、电解技术的出现以及工业化的快速发展,氯碱工业逐渐兴盛。

烧碱、片碱、液碱、纯碱区别是什么(高考化学:“工艺流程”难点总结)

烧碱位于氯碱产业链的中游,其上游主要为原盐,下游应用广泛。烧碱产业链上游原材料为原盐,此外生产过程中还需用到水电资源。根据百川盈孚数据,每生产 1 吨烧碱需消耗 1.4-1.6 吨原盐、6 吨水、2200-2600度电。同时,每生产 1 吨烧碱将伴随产生约0.88 吨的液氯。烧碱的下游应用领域较多,主要包括氧化铝、化工、造纸、印染、石油、轻工等。

烧碱行业上游原料主体为原盐。我国盐资源丰富,是全球最大的原盐生产国与消费国之一。其种类主要分为三种:海盐、井矿盐、湖盐,三者在我国的产能占比分别为 59%、39%、2%,海盐、井矿盐产量占比分别为34%、66%。原盐的产品销售主要依靠两碱行业,即烧碱与纯碱。2021年,原盐年度消费结构中,烧碱行业消费占比56.25%,占比过半,纯碱消费占比 37.02%,其他占比 6.73%。

烧碱、片碱、液碱、纯碱区别是什么(高考化学:“工艺流程”难点总结)

我国盐资源分布广,但分布极不均衡。我国盐矿主要分布于西南、中南、西北地区,集中于新疆、青海、四川、云南、湖北五个省。按照盐矿分类来看,矿井盐主要分布于云南、四川,以及湖北、山东、江西、江苏、新疆、甘肃、青海等地;海盐主要产区包括山东、辽宁、江苏、浙江、广东等地,其中,山东及辽东湾盐区沿海地势平坦,是我国重要海盐产地。考虑到交通便利,我国烧碱生产企业同样集中于华南、华北及西北地区。

烧碱下游应用行业广泛。烧碱下游消费领域繁多,主要包括氧化铝、轻工、印染、化工、粘胶短纤、造纸、石油等,其中,氧化铝为占比最大的消费领域,化工、轻工行业其次。在化工、轻工行业中,烧碱的应用并不局限于个别特定产品,而是在全行业有广泛应用,包括洗涤剂、肥皂、玻璃、有机化工、无机化工、化学药品等各类产品均应用到烧碱。

1.3.工艺:离子膜法技术成熟

1.3.1.烧碱工艺变迁路线

我国烧碱工业始于 1929 年,至今已有近百年历史。1929 年我国成立了第一家烧碱工厂——上海天元电化厂投产,揭开了我国烧碱工业的发展篇章。烧碱生产企业由解放前的 9 家发展到今天的158 家,烧碱生产装置功不可没。我国烧碱行业不断发展,无论是生产工艺还是生产设备均愈来愈先进。 烧碱工业生产历史上共采用过两大类方法,即苛化法与电解法。苛化法是用纯碱水溶液和生石灰通过苛化反应而生成烧碱,而后被电解法取代。电解法是通过直流电电解食盐水生产烧碱,同时产生副产品氯气和氢气。根据电解过程中所使用的分离膜材质不同,电解法又可分为两类,即隔膜电解法和离子膜电解法。目前,烧碱工业生产普遍采用的是离子膜电解法。

1.3.2.传统工艺:苛化法与隔膜法

苛化法制烧碱为传统生产工艺,主要运用于2000 年以前。苛化法制烧碱以天然碱为原料,主要依靠天然碱矿资源,生产成本较低,经济效益高。2000 年以前,苛化法在我国应用非常广泛,加工工艺成熟。2000年前后,由于我国碱矿资源有限、苛化法产量较小,国家政策予以限制,我国企业全面淘汰该生产工艺。 天然碱苛化法制烧碱主要经历 4 个步骤:苛化、蒸发、盐析、固碱包装。在苛化阶段,苛化槽中需配置 12%Na2CO3的纯碱溶液,加入生石灰,苛化温度控制在 95-105 摄氏度,不断搅拌发生苛化反应,而后过滤得到清卤液。在蒸发阶段,制作合格的清卤液依次进行中浓蒸发和高浓蒸发,去除硫酸钠碳酸钠氯化钠杂质,获得高浓度氢氧化钠。在盐析阶段,高浓液进一步析出晶体、过滤,送入冷析桶,达标后的产品用间歇沉淀槽进行沉淀。最后一步即将得到的片碱进行包装。

在苛化法制烧碱被淘汰后的一段时间内,我国采用隔膜电解法替代苛化法生产烧碱。隔膜电解法是利用多孔渗透性的石棉隔膜作为隔层,以石墨为阳极,铁为阴极,把阳极产生的氯气与阴极产生的氢氧化钠和氢气分开,从而获得烧碱的一种方法。

隔膜电解法主要工序包括盐水精制、盐水电解、电解液蒸发、氯气处理、氢气处理和废气吸收工序。精盐水质量要求较低,仅需进行一次精制。在电解槽中加入精盐水,从阳极室流入阴极室,在阳极室得到氯气、阴极室得到电解液和氢气。隔膜电解液中,氢氧化钠含量仅为10.8%,氯化钠含量高达 16.4%,因此隔膜法蒸发电解液时采用流程复杂的四效逆流蒸发技术,能耗高, 操作难度大。由于蒸发过程中,将产生10%左右的固体结晶盐, 对加热室磨损、腐蚀较严重, 加热室平均寿命仅为3 年左右, 大大增加了隔膜烧碱成本。在处理氯气时,需经过氯气洗涤、冷却除雾、干燥、压缩4道工序,在处理氢气时,需经过氢气洗涤、压缩、脱氧、干燥4 道工序。

隔膜电解法具有生产强度小、产品纯度低、环境污染大等缺点,目前已被取代。国内隔膜法使用小型槽作为电解槽,10 万吨/年的生产规模需安装 168 至 200 个电解槽,占地面积大,不利于集中管理,且系统电能损耗量大。同时,因为我国采用固定盒式金属阳极隔膜电解槽及普通石棉隔膜,运行电流密度较低,直流电耗较高。在处理废弃物、废弃液时,隔膜法在更换隔膜时冲洗下的废液需经处理后才能排入附近水域;排出的碱性废水、含氯废水、电解槽内的料液应进行处理和循环使用;盐泥废渣可进行处理利用。然而对于以上废弃物,我国生产企业多直接未经处理而废气排放。因此,隔膜法对环境污染严重,资源利用率低。

1.3.3.主流工艺:离子膜法

目前,离子交换膜电解法制烧碱工艺成熟,为主流生产方法。离子交换膜电解法是应用化学性能稳定的全氟磺酸阳离子交换膜,将电解槽的阳极室和阴极室分开,从而获得烧碱、氯气的一种方式。该法盐水电解后得到的电解液氢氧化钠浓度高,可直接作为液碱进行出售。离子膜法工艺流程与隔膜法类似。其流程同样包括盐水精制、盐水电解、电解液蒸发、氯气处理、氢气处理和废气吸收工序。与隔膜法不同,离子膜电解法对盐水要求更高,需进行二次精制。在盐水电解时,电解槽阳极加入精制盐水, 阴极加入高纯水, 经电解后在阳极室得到淡盐水和氯气, 在阴极室得到电解液和氢气。该步骤得到的氢氧化钠浓度高,一般可达32%,而氯化钠含量仅为 0.004%。在电解液蒸发工序中,离子膜法流程更简,只需三效或二效蒸发即可。

离子膜电解法是电解法制烧碱的发展方向,优势显著。与隔膜法制烧碱相比, 离子膜法制烧碱投资少、对环境污染小。成品碱的生产成本主要包括使用材料与动力成本。在隔膜法中,使用材料主要包括原盐、氯化钙、碳酸钠等;动力主要包括电和蒸汽。在离子膜法中,原材料将氯化钙替换成氯化钡。在 2009 年,隔膜法盛行、离子膜法逐渐兴起,彼时,离子膜法成本就已胜过隔膜法,隔膜法成本为 1456 元/吨氢氧化钠,离子膜法单位成本为 1245 元/吨氢氧化钠,较隔膜法成本低15%左右。

在产品质量方面,离子膜法制烧碱的杂质含量更低。据乔玉元在《隔膜法与离子膜法生产烧碱工艺对比分析》一文中介绍,隔膜法经更多步蒸发处理后,其成品中含有的氢氧化钠比例可以提升至48%以上,满足生产要求,但产品中氯化钠杂质依然较多,达1.5%。与之相比,离子膜法蒸发步骤简便,氢氧化钠含量高,同时氯化钠杂质含量大幅降低,仅为0.007%,适用于对杂质要求高的行业,如粘胶纤维等。

在能耗方面,离子膜法较隔膜法单位能耗更低。由于离子膜的特殊结构, 离子膜电解槽具有更强的选择性, 能够得到高纯度的电解液。不但降低了直流电耗,而且使电解液蒸发过程中的蒸汽消耗量大幅降低。隔膜电解法虽然通过优化隔膜配方、提高吸附能力、重涂旧阳极片等操作使电解槽直流电耗大幅优化,但仍高于离子膜法电耗水平。据乔玉元在《隔膜法与离子膜法生产烧碱工艺对比分析》一文中介绍,2009 年隔膜法每吨氢氧化钠需耗直流电 2427kWh,综合能耗为 878 千克标油;离子膜法直流电耗为2266kWh,综合能耗为 723 千克标油,综合能耗较隔膜法低21%左右。

国产离子膜研发成功,我国氯碱工业拥有独立自主能力。离子交换膜是离子膜电解法的核心,长期以来,生产技术被美日垄断,我国长期研制却未获成功。进口离子膜价格高昂,加之氯碱装置膜更换频率快,我国氯碱行业长期难有发展。2004 年国家发改委发文,逐步淘汰落后的隔膜工艺氯碱产业,为我国氯碱行业发展提供基础。直至2009 年,东岳集团

1.3.4.发展趋势:离子膜电解技术升级

近年来,离子膜电解槽不断升级,新型零极距离子膜电解槽在烧碱生产中得到广泛应用。相比普通离子膜电解槽,零极距离子膜电解槽节能减排效果更为明显。具体原因为,电解单元的阴阳极距越小,则槽电压越低,生产电耗也便越低。普通电解槽极距为 1.8 至2.2mm,零极距电解槽通过改进阴极构造、增加弹性网垫,使得阴极网贴向阳极网,极距即为离子膜厚度。与普通离子膜电解槽相比,相同条件下零极距电解槽电压降低约180mV,每产 1 吨烧碱电耗下降约 252 kWh。除零极距电解槽外,氧阴极电解技术为行业另一先进技术。氧阴极电解技术参考燃料电池的原理设计,其阴极较为特殊,使用多孔气体扩散材料,被称为氧阴极(ODC)。在直流电作用下, 氧气在阴极发生还原反应生成 OH-,而不产生氢气。氯化钠在阳极室中电离,Cl-被氧化生成氯气。与零极距离子膜电解槽相比,该技术节能降耗效果更优,理论上电耗可下降30%。

1.4.现状:我国自给率高

我国烧碱进口量少,进口占比不足 1%。2017 至2021 年,我国烧碱进口量保持低位,进口占比低。其中,进口占比最低为2017 年,进口比重仅为 0.03%,进口量为 1.09 万吨;最高为 2019 年,进口比重0.29%,进口量为 9.86 万吨。2021 年,我国进口烧碱 5.47 万吨,进口占比为0.15%,较2017年上涨 0.12 个百分点。进口对我国烧碱行业消费影响轻微。我国为烧碱净出口国,出口量在表观消费中占比较低。2017至2021年,我国烧碱出口量在 110 至 152 万吨区间波动,显著高于进口量,国内自产烧碱能够满足下游需求;出口占比在3.15%-4.40%区间波动。2021年,我国出口烧碱 148.38 万吨,净出口 142.91 万吨,仅低于2017出口水平;出口占比 3.86%,较 2017 年降低约 0.5 个百分点,对国内市场影响较小。

2.供给:产能增长受限,未来供给趋紧

2.1.我国为全球烧碱主要生产国

我国为烧碱主要生产国,产能占比近半。根据氯碱化工年报披露,2020年全球烧碱产能为 9974 万吨/年,同比增长2.40%。2020 年,我国烧碱总产能为 4470 万吨/年,占全球当年总产能的44.82%。根据中国氯碱工业协会数据,2018 年我国烧碱年产能为 4259 万吨,占比44.27%;全球烧碱产能排名第二的地区为北美,年产能为 1640 万吨,占比17.05%;欧洲位列第三,年产能 1156 万吨,占比 12.02%。其余国家或地区产能均未过千万吨。

2.2.产能增长受限、集中度有望提升

2.2.1.烧碱产能低速增长

近年来,烧碱行业整体产能释放较缓。产能方面,2021 年,液碱产能为 4563.4 万吨/年,同比增长 1.42%,增长率创近5 年新低。2017年以来,液碱产能稳定上升,以 2017 年年产能 4120.0 万吨为基准,年复合增长率为2.59%。有效产能方面,2021 年,液碱有效产能为4288.9 万吨/年,同比增长 1.45%。近 5 年来,行业有效产能小幅波动,以2017 年有效产能4094万吨/年为基准,年复合增长率为 1.17%,增长较缓。

未来烧碱行业整体新增产能较低。根据百川盈孚数据,2022年13家企业计划新增液碱产能,单家企业最高新增60 万吨。行业共计新增产能244万吨,占 2021 年总产能的 5.35%。2021 年,7 家企业宣布扩产计划,计划新增 111 万吨,实际新增 35 万吨,完成率为31.5%。假设维持此完成率,预计 2022 年液碱实现新增产能 76.9 万吨,较2021 年总产能提升1.68%,低于近 5 年复合增长率 0.91 个百分点。

2.2.2.产能扩张受政策限制

2007 年,国家发改委发布《氯碱行业准入条件》,小产能企业难以进入市场。根据准入条件要求,新建烧碱装置规模须在30 万吨/年以上,小规模企业难以进入市场。目前,年产能低于30 万吨的企业共102家,占比61.82%,即准入条件发布前,行业新进入企业多为小产能企业。该条件极大程度上限制了行业新增产能项目,行业集中度得以提升。

2016 年及 2019 年,受产业结构调整影响,落后产能陆续退出。2016年 7 月,《国务院办公厅关于石化产业调结构促转型增效益的指导意见》发布。意见指出,重点任务在于要努力化解过剩产能,严格控制电石、PVC、纯碱等过剩行业的新增产能。山东、内蒙、河南等省份人民政府纷纷跟随出台关于石化产业调结构促转型增效益的实施意见。随后2019年10月,在《产业结构调整指导目录》中,烧碱被列入限制类产业,使得烧碱行业产能壁垒上升,规模小、技术差的产能陆续清出。

2020 年提出碳中和目标以来,国家针对烧碱行业出台了一些列的相关政策。2019 年发布的《产业结构调整指导目录》将烧碱列为限制类产业。2021 年 11 月,发改委发布了《高耗能行业重点领域能效标杆水平和基准水平》,其中详细规定了离子膜法液碱能效标杆水平、基准水平,并提出拟建和在建项目应力争全面达到标杆水平,存量项目应合理设置政策实施过渡期。 2022 年 2 月发改委公布了《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南》。该文件一方面指出,截至 2020 年底我国烧碱行业能效优于标杆水平的产能约占 15%,能效低于基准水平的产能约占25%;另一方面提出,截至 2025 年烧碱行业能效标杆水平以上产能比例达到40%,能效基准水平以下产能基本清零。

2.2.3.行业集中度有望提升

液碱行业集中度低,市场竞争较激烈。截至2021 年底,国内拥有在产产能的液碱企业共 158 家,企业数量较多。根据百川盈孚数据,在全部生产企业中产能超 100 万吨/年的企业仅 4 家,即新疆中泰、聊城信源集团、新疆天业和昊邦化学,产能分别为 135、113、110、105 万吨/年,产能占比分别为 2.96%、2.48%、2.41%、2.30%;年产能高于60 万吨的企业共10家。行业以中小企业为主,CR4=10.15%,CR10=20.23%,属竞争型市场。

低产能企业相继退出,低能效企业即将清出。2019 年,共有6家液碱生产企业产能淘汰,共退出 52 万吨。其中,3 家产能低于30 万吨/年的企业已无在产产能,退出市场。

低产能企业向高产能转型,液碱行业集中度有望提升。2020、2021年,高产能企业数量由 9 家增至 10 家,合计产能由848.0 增至923.0万吨;低产能企业数量由 103 家减少至 102 家,但其合计产能有所提升。一部分低产能企业选择退出市场,同时还有一部分正逐步向高产能转变。

2.3.产量增速放缓、库存低位运行

近几年来,烧碱产量较为平稳。液碱方面,2017-2021 年,液碱产量自3427.49 万吨提高至 3588.17 万吨,年复合增长率仅为1.15%。2018-2019年,由于供给侧结构改革等方面政策陆续出台,产量发生负增长,降低至3128.60万吨。随后稳步回升,2020、2021 年,产量均同比增长7.10%。片碱方面,2018-2021 年,片碱产量自 463.99 万吨增长至477.12 万吨,产量基本持平,年复合增长率仅 0.93%,增速低于液碱。具体来看,仅2020 年片碱产量实现正向增长,2019、2021 年产量均同比下滑。

液碱产能利用率基本平稳,片碱产能利用率近年有所下滑。液碱方面,近几年来,除 2017 年行业产能利用率较高,达到83.19%,此后4年产能利用率均位于72%至 79%,波动区间较小。其中,2021年产能利用率为78.63%,为近 4 年最高。片碱方面,2018-2021 年,产能利用率从80.55%降至70.06%,下降超 10 个百分点。其中,仅 2020 年产能利用率较高,为78.85%,因此带动当年片碱产量提升。整体来看,2018-2020 年,两者产能利用率较为接近。2021 年,液碱产能利用率回升,片碱大幅下滑,两者差距加大。

液碱库存较以往有所降低,近期低点企稳。2019 年全年,液碱库存相对稳定,保持在 18.5 万吨上下。至 2020 年,液碱库存振幅增大、震荡加剧,波动区间整体上移,年最高库存为 26.5 万吨,最低库存为17.31万吨。步入 2021 年以来,液碱库存整体呈下降趋势。2021 年1 月初,库存量为23.9万吨,此后震荡下行,于 2021 年 10 月底达到最低点,库存量为13.4万吨。截至 2022 年 4 月 29 日,液碱库存稍有回升,库存量为17.18 万吨,但长期来看仍处于低点,较 2020 年同期下降 22.75%。

片碱库存持续下降,当前接近历史最低点。2020 年1 月至2020年4月,片碱库存在短时间内经历大幅度增加并回落,波动性加剧。其中,2月中旬至 4 月中旬,片碱库存维持高位,库存量持续处于34 万吨以上。2020年 5 月至 9 月,片碱库存低位震荡,中枢保持在13 万吨上下。此后,片碱库存低位企稳,库存量保持在 10 万吨以下,且呈缓慢下降趋势。截至2022年 4 月 29 日,片碱库存量为 1.92 万吨,同比下降72.57%,较2020年同期下降 83.66%,仅高出历史最低点 0.42 万吨。

3.需求:下游整体向好,铝价高位带动增长

3.1.我国经济整体向好、化工品价格指数高企

全国经济发展情况将影响烧碱行业需求增长速度。烧碱下游应用众多,包括氧化铝、化工行业、轻工行业、印染、造纸、粘胶短纤等。2021年,烧碱在造纸、轻工、以及化工行业的消费占比分别为8.42%、12.04%、9.78%,合计 30.24%。因此,烧碱下游需求极大程度受轻工、化工行业影响。

我国经济整体增长稳定,增长速度较快。体现一国经济运行状况和发展水平的最重要指标为国内生产总值GDP)。过去10 年间,我国GDP、人均 GDP 持续增长,均保持较稳定的增速。2021 年,我国GDP、人均GDP分别为 114.37 万亿元、80976 元,同比分别提升8.1%、8.0%,我国经济整体持续向好。同时,据 2022 年 3 月发布的《政府工作报告》,2022年我国预期目标为 GDP 增长 5.5%左右。

工业增加值持续增长,2021 年增长速率加快。全部工业增加值是GDP的组成部分,反映的是工业企业在报告期内全部生产活动产生的新增加的价值,化工行业、轻工行业均属于工业。过去10 年间,我国工业增加值持续提高。2021 年我国全部工业增加值为 37.26 万亿元,同比增长9.6%,较2020 年增长率有大幅提高。

应用烧碱的各具体行业增加值近几年均保持正向增长。轻工业、重工业的行业分类统计方式已于 2013 年停止。目前,轻工业即指食品制造、饮料制造、造纸以及印刷、化学药品制造、合成纤维制造、日用化学制品等行业,同时,这几个行业也为烧碱应用的重要领域。2021 年,化学原料及化学制品制造业、化学纤维制造业、造纸及纸制造业、食品制造业增加值较 2020 年分别提高 7.7%、7.2%、6.3%、8.0%,增长率高于2020年增速。

中国化工产品价格指数高企,目前仍处于上行通道。为使行业从业、研究人员能够及时准确地了解化工行业景气状况,预测市场走势,中国石化于 2009 年 9 月 1 日对外发布了中国化工产品价格指数(CCPI),也称化工销售客户采购综合指数。自 2020 年 4 月起,CCPI 持续处于上行通道,截至 2022 年 5 月 6 日,CCPI 报 5882 点,同比上涨16.31%,较2020年同期上涨 77.54%,说明我国化工行业景气度持续上行。

3.2.氧化铝为主要下游,行业有望加速增长

氧化铝为烧碱下游最大消费领域,占比接近三分之一。烧碱下游应用众多,其中氧化铝为占比最大的消费领域。2021 年烧碱下游消费结构中,氧化铝消费占比为 29.32%,共消耗烧碱1052.19 万吨。近年来,氧化铝消费占比较为稳定,2019-2021 年氧化铝消费占比分别为34%、30.51%、29.32%。

行业供需稳增长。2021 年,我国氧化铝行业的产能、产量、表观消费量分别为 8924.00、7327.70、7651.37 万吨。供给端来看,2017-2021年氧化铝产能增长 8.31%,产量增长 5.18%,行业产能利用率有所下滑。需求端来看,近 5 年氧化铝表观消费量增长 5.56%,略快于产量增速,行业供需形势向好。

行业进口量近年提升,出口量持续低位。进口方面,除2018年进口量大幅下降、出口量显著提升,其余年份氧化铝进口量均远高于出口量。我国为氧化铝净进口国,目前国内氧化铝产量不能满足下游需求。2020年我国氧化铝进口量大幅提升至 380.58 万吨,同比上升131.31%,首次超300万吨,进口占比为 5.29%。2021 年我国进口规模得以维持,进口量为332.62万吨,进口占比为 4.35%。出口方面,除2018 年出口量达147.48万吨外,其余年份出口量均低于 30 万吨,出口占比低于0.40%,我国生产的氧化铝主要用于国内消费。

3.2.1.氧化铝产能扩张、行业地域性明显

氧化铝产能集中度较高,具有显著地域特征。从生产区域分布来看,华东、华北地区是我国氧化铝主要的生产区域,2021 年,两地区氧化铝产能分别为 2910、2729 万吨/年,分别占比32.61%、30.58%,共计63.19%。按照具体省份统计,氧化铝产能前五的省份依次为山东省、山西省、广西省、河南省以及贵州省。

氧化铝产能的地域集中特点主要归因于铝土矿的资源分布特点。根据百川盈孚数据,铝土矿主产区为广西、河南、山西,三省产量占全国的79.52%。同时,作为沿海省份,山东沿海港口众多,烟台港为我国最大的铝土矿集散地。因此,氧化铝生产企业相对集中于铝土矿资源丰富、进口量高的地区,行业呈现区域性分布。 过去几年,氧化铝产能增长稳定,预计未来将继续上升。2017-2021年,氧化铝年产能持续增长,且增速较为平稳。氧化铝年产能从8239万吨提高至 8924 万吨,年复合增长率为 2.02%。截至目前,2022 年产能已增加至9774万吨/年,较 2021 年提高 610 万吨,增长率为9.52%。该增速已远高于过去几年氧化铝产能增速,预计后续产能将继续提高。

2022 年氧化铝新增产能较多,行业快速扩张。根据目前已披露的各企业投产计划,2022 年预计新增产能 1150 万吨,占2021 年总产能的12.9%。行业扩张速度较快,对烧碱需求将快速提升。2022 年共有7 家企业计划扩产,单家企业最高新增 400 万吨,最低新增40 万吨,均为较大规模的投产计划。

3.2.2.氧化铝产量回升、产能利用率恢复

氧化铝产量处于小幅波动中,2021 年增长幅度较大。2017至2020年,氧化铝产量在 6820 至 7130 万吨区间内窄幅波动。2018 年产量为4年中最高,达 7126.13 万吨,此后 2 年,产量持续下滑,下滑幅度依次为3.15%、1.15%。2021 年,氧化铝产量达 7328.60万吨,创近5年新高,同比增长7.41%。以 2017 年产量为基准,氧化铝产量年复合增长率为1.27%,低于产能增长速率。

氧化铝产能利用率有所回升,尚未回到最高水平。2017-2018年氧化铝产能利用率分别为 84.56%、84.59%,属较高水平。随后2019-2020年,产能利用率连续下降,分别降低至 80.13%、77.67%。因此虽然2019-2020年氧化铝产能持续上升,但当年产量走低。2021 年,产能利用率大幅回升,较 2020 年上升约 4.5 个百分点,升至 82.12%,但较历史最高点仍有上升空间。

在氧化铝主要产区中,河南、山西氧化铝开工率明显下降。2019年以前,氧化铝各产地开工率基本持平。2019 年起,河南、山西开工率明显下滑,且差距逐渐拉大。2020 年 5 月,山东、广西月开工率分别高达95.57%、89.42%,而河南、山西月开工率分别为 74.98%、58.17%。2021年,河南、山西两地月开工率回升并稳定在 70%以上。截至2022 年3 月,河南、山西月开工率分别为 78.85%、71.43%,与山东、广西仍有约10 个百分点的差距。

3.2.3.氧化铝库存低位企稳、利润空间上行

2019 年 8 月以前,氧化铝库存持续震荡。2018 年初,氧化铝库存量为170.16 万吨,此后库存量持续波动,变化幅度较剧烈,但中枢基本稳定,维持在 180 万吨上下。2018 年 11 月初,氧化铝库存大幅下降,最低库存量为 150.25 万吨,创历史新低;11 月底,库存量快速回升,再次恢复至170万吨上下,延续此前的波动规律。 2019 年 8 月以后,氧化铝库存量相对平稳,目前处于历史低位。2019年 8 月初,氧化铝库存量为 181.09 万吨,此后长期保持该库存水平,略有下滑。至 2020 年 7 月底,库存量为 173.28 万吨。此后,库存量大幅降低,2020 年 8 月下旬,库存量仅为 156.38 万吨,较7 月降低9.75%。随后库存小幅回升,并于 2021 年 2 月起稳定于 153 至160 万吨区间内。截至2022年 5 月 6 日,库存量为 160.75 万吨,处于历史低位。

氧化铝主要应用于电解铝制造,消费结构稳定。氧化铝下游应用领域仅有电解铝与非冶金铝。2021 年电解铝消费占比95%,非冶金铝消费占比5%,氧化铝几乎全部应用于电解铝的生产。2018 至2021 年,电解铝消费量从 6726.31 万吨上涨至 6957.52 万吨,复合增长率为1.13%。期间氧化铝消费结构保持稳定,电解铝消费占比始终保持在95%以上。

氧化铝价格上涨后目前企稳。2018 年初,氧化铝价格为2853元/吨,而后震荡下行,至 2020 年 2 月底,价格为2564 元/吨。2020 年3月起,氧化铝价格继续小幅下行,降至最低点 2068 元/吨后回升,价格中枢稳定在2350 元/吨。2021 年 8 月起,价格开始迅速上升,由2539 元/吨涨至4102元/吨,涨幅为 61.56%,随后回落企稳。截至2022 年5 月6 日,氧化铝市场平均价为 2997 元/吨。

3.3.电解铝需求稳定增长,下游领域齐发力

电解铝消费量呈上升趋势,近 2 年持续高速增长。2017 年我国电解铝表观消费量为 3649.92 万吨,此后连续 2 年微幅下降。2020 年受下游新兴领域带动,电解铝行业快速发展,即便遭遇疫情打击,消费量仍大幅提升至 3791.77 万吨,同比上升 7.71%。2021 年我国电解铝行业势头依旧,表观消费量为 3989.06 万吨,同比上升 5.20%。以2017 年消费量为基准,年复合增长率为 2.25%,电解铝的需求正在逐步增加。

3.3.1.建筑行业增长企稳,氧化铝需求复苏

建筑地产行业对电解铝消费量持续增加。电解铝在建筑地产领域主要用于施工完成后安装的铝门窗、建筑幕墙及装饰等,与房地产竣工情况高度相关。从房地产行业电解铝消耗情况来看,2019 年以来房地产行业对电解铝需求持续增加。2021 年建筑地产行业电解铝消耗量为1077.05万吨,同比上升 5.20%,2 年年复合增长率为 6.45%。

2021 年房地产行业整体稳定,对电解铝需求回温。2021 年,全国房地产开发投资完成额为 14.76 万亿元,同比增长4.40%;房地产新开工面积为19.89 亿平方米,同比降低 11.40%,新开工面积已连续两年发生负增长;施工面积为 97.54 亿平方米,同比增长 5.20%;竣工面积为10.14亿平方米,同比增长 11.20%。对比 2020 年,房地产施工、竣工面积均已由负增长转变为正向增长,房地产行业回温。预计随着我国疫情形势好转,房地产开工、施工、竣工面积均将增加,对铝材的需求量有望继续上涨。

3.3.2.汽车行业产销回暖,新能源汽车前景广阔

2021 年我国汽车产销增量转正,产销两旺。交通运输行业为电解铝另一高消费占比领域。2017-2020 年,我国汽车产量、销量连续三年降低,分别累计下降 13.06%、12.35%。2021 年,我国汽车产量达2608.20万辆,同比增长 3.40%;销量达 2627.50 万辆,同比增长3.81%,结束连续3年的下行趋势。根据 Wind 数据,2022 年 1、2 月,我国汽车产量分别同比增加1.38%、20.58%,销量分别同比增加 0.89%、18.72%。我国汽车产销两旺,景气度触底回升,2022 年有望保持增长态势。

新能源电车前景可期,推动电解铝需求。2021 年新能源汽车产量、销量高速增长,月产销量同比增长保持在110%以上。全年产量合计353.26万辆,较 2020 年产量 131 万辆提升 169.67%,销量合计350.72 万辆,较2020年销量 132.29 万辆提升 165.10%。行业发展迅速,新能源汽车用铝量有望大幅增加。

3.3.3.电力需求稳步上升,光伏领域持续放量

电力领域对电解铝的需求稳步上升,未来将随特高压等领域发展持续放量。2021 年,电力领域对电解铝的需求为478.69 万吨,占总需求的12%,相比 2020 年增加了 23.68 万吨,同比上升5.20%。总体来看,近3年我国电力领域的电解铝需求量增速基本稳定,年复合增长率为6.45%。电解铝在特高压等项目中应用广泛。未来随着相关项目的持续建设,电力行业用铝量或将持续提升。

我国基本建设投资完成额回升,预期十四五期间将有高增长。2021年,我国电网基本建设投资完成额为 4951 亿元,同比上升1.10%,结束连续2年的下降趋势。据《国家电网有限公司 2020 社会责任报告》,国家电网已累计建成投运“14 交 12 直”共 26 项特高压工程,在运在建线路总长度达4.1 万公里,累计送电超过 1.6 万亿千瓦时。十四五期间,国家电网规划建设特高压工程“24 交 14 直”,涉及线路3 万余公里,变电换流容量3.4亿千伏安,总投资 3800 亿元。

航空航天、高端制造等新兴领域带来行业新增长点。2018年,工信部发布《重点新材料首批次应用示范指导目录》,将8 种新铝材列入示范目录,包括 7050 合金大规格预拉伸厚板、7B50 合金大规模预拉伸板、含Sc铝合金加工材、航空支撑骨架用型材、耐损伤铝合金预拉伸板、高性能车用铝合金薄板、Al-Si-Sc 焊丝和铝-锂合金焊丝。政策支持下,航空航天、高端装备、新能源汽车船舶运输等新兴领域对铝合金的需求有望逐渐提升。

4.趋势:供需预期趋紧,价格进入上行通道

4.1.烧碱价格历史复盘

第一阶段,烧碱价格稳定运行,区间内小幅波动。2013 年至2016年中,烧碱(32%离子膜)价格基本平稳,期间最低价格为620 元/吨,出现于2015年 2 月,最高价格为 778 元/吨,出现于 2013 年1 月。期间国内经济增速较缓,行业持续处于结构调整中,上下游市场均平稳运行。至2016年6月,烧碱(32%离子膜)价格报 653 元/吨。

第二阶段,烧碱价格走高,达到历史高峰。2016 年下半年至2017年底,烧碱(32%离子膜)市场价格持续上涨,由 653 元/吨上涨至1471元/吨,涨幅达 125.27%。该阶段中,国内环保政策、安全政策等力度加强,供给侧结构性改革相关文件出台。烧碱产量减少,下游需求增加,供需矛盾加大,烧碱价格一路走高。

第三阶段,烧碱价格回落,重新跌至低点。2018 年初至2021年2月,烧碱(32%离子膜)价格高点回落,从 1471 元/吨下降至538 元/吨,跌幅为63.43%,价格创 2013 年以来历史新低。在该阶段,下游市场需求低迷,烧碱行业供大于求,再叠加疫情冲击,企业开工率不足,烧碱价格持续走低。

第四阶段,烧碱价格高涨,现仍维持中高位。2021 年3 月以来,烧碱(32%离子膜)价格快速走高,并于10月26日达到最高价1902元/吨,涨幅超253%。随后,价格回落,至相对过往偏高的水平后,再次企稳并小幅上涨。

4.2.价格处于上行通道,烧碱毛利上升速率快

烧碱价格自 2022 年初以来调整到位,仍处于上升通道。根据百川盈孚数据,截至 2022 年 5 月 5 日,液碱(32%离子膜)市场均价报1297元/吨,较年初上涨 32.0%,一季度液碱平均价报1114.6 元/吨,同比上涨124.4%;烧碱(99%片碱)市场均价报 4224 元/吨,较年初上涨22.8%,一季度片碱平均价报 4051.0 元/吨,同比上涨 106.7%。烧碱历史成本长期稳定,近期有所上涨。2018 年初至2020年11月,液碱成本处于稳定状态,折百成本价格中枢为1370 元/吨。2020年11月底至 12 月初,液碱成本发生大幅提升,由1419 元/吨上涨至1652元/吨。此后,液碱成本长期呈上升趋势,增速较为稳定。截至2022 年5月6日,液碱折百成本为 1944.59 元/吨,较 2021 年同期上涨17.04%。

上游原材料原盐价格影响幅度小,价差处于上行通道中。2018年初,原盐价格为 276 元/吨,此后基本保持稳定。2021 年9 月中旬,原盐价格近2 年来首次突破 300 元/吨,2 个月内持续上涨至480 元/吨。而后,其价格再次稳定,略有回落,目前原盐价格为 434 元/吨。原盐价格走势与烧碱成本价格走势相关性较低,烧碱成本剧烈波动的主要原因系水电等费用的变动。扣除原盐价格影响后,烧碱的利润与价格高度同步。与液碱价格相同,目前液碱-原盐价差处于上升通道中。

5.重点公司分析

5.1.氯碱化工

持续聚焦氯碱主业,逐步拓宽产业链。上海氯碱化工股份有限公司前身为上海氯碱总厂,属地方国有企业,公司主营业务包括烧碱、液氯、二氯乙烷及 PVC。2021 年公司现有产品产能:烧碱72 万吨/年、二氯乙烷72万吨/年、液氯 60 万吨/年、特种聚氯乙烯树脂9 万吨/年、氯乙烯20万吨/年。深耕氯碱化工多年,公司产业链已从传统氯碱产品延伸至下游聚氯乙烯树脂、MDI 等。公司新增项目正处于稳步推进中,业绩增长空间广阔。

主营业务烧碱、氯产品产量逐渐恢复,共同贡献利润。产量方面,2018至 2019 年,公司主要产品产量稳定,2020 年受疫情影响,公司产量稍有下滑。2021 年公司烧碱、PVC、氯产品产量分别为76.37、4.67、158.28万吨,同比增长 8.03%、43.23%、13.22%,已恢复疫情前产出水平。毛利润方面,公司改善过去主要依靠烧碱的盈利模式,氯产品、PVC利润均大幅提升,公司各主营产品全面发展,业务稳定性上升。

公司业绩快速回升,营业收入和利润率大幅上涨。在连续2年业绩下滑后,2021 年公司业绩全面回暖,营业收入方面,公司全年实现营业收入66.64 亿元,同比上升 36.32%,已恢复至2019 年收入水平。毛利率方面,2021 年毛利率达 31.87%,同比上涨约 15 个百分点。净利率方面,2021年净利率达 26.35%,同比上涨超 14 个百分点,处于较高水平。

5.2.镇洋发展

专注氯碱产品,积极拓展新业务。公司于2021 年11 月上市,主营产品包括烧碱、液氯、氯化石蜡、次氯酸钠、ECH 等氯碱类产品,以及甲基异丁基酮等 MIBK 类产品、高纯氢气等其他产品,业务逐步延伸至有机化工和新材料化工。目前公司产品生产规模为烧碱35 万吨/年、液氯30.68万吨/年、氯化石蜡 7 万吨/年、MIBK 2 万吨/年、ECH4 万吨/年。公司正在建设 30 万吨/年乙烯基新材料项目,预计2023 年建设完工。2021年公司实现营业收入 20.43 亿元,同比增长 77.33%;归母净利润4.96 亿元,同比增长 282.81%。业绩提升的主要原因是公司主要产品所处行业景气度较高,产品销售价格、销售量同比出现明显上涨。

5.3.北元集团

聚焦氯碱化工,致力于一体化经营。公司主要从事聚氯乙烯、烧碱等产品的生产和销售。公司产品产能为聚氯乙烯110 万吨/年、离子膜烧碱80万吨/年、新型干法工业废渣水泥 220 万吨/年、以及电石50 万吨/年。公司致力于建设以 PVC 为核心“煤-电-电石-氯碱化工-工业废渣综合利用生产水泥”的一体化循环经济产业链。2021 年公司实现营业收入131.54亿元,同比增长 33.49%;归母净利润 18.50 亿元,同比增长9.87%。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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