从生产工艺到制造流程：即将上市的尿素期货干货全指南
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文 | 潮汐社区领域运营团队 燕
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随着郑州商品交易所此前发布消息称，已完成了尿素期货研发各项工作，一个新的期货品种可能正很快向我们走来。
尿素作为最大的农资产品，构成了农业生产成本中的大项，与农民增收密切相关。
与螺纹、煤炭、铁矿等品种一样，其供求量大，价格剧烈波动，金融化属性强。众多的生产、消费企业急需要这种可以规避价格波动的金融工具。目前，现有的农产品期货有小麦、“三菜”、棉花、稻谷等，尿素的上市将与之组成较为完整的农业生产资料与农产品品种系列，将更有助于涉农企业利用期货工具服务生产经营。与此同时，尿素，作为能源化工类的工业品，上市后将和甲醇、煤炭、石油等品种之间形成较多的套利交易机会，这有利于投资者提高资金使用效率。
日常我们餐桌上所有的食物几乎都离不开“尿素”的影子。
在农业上，它是一种优质高效的中性氮素肥料，长期使用不会使土壤变硬和板结。同时，也可作为牛羊等反刍动物的辅助饲料，尿素和青饲料的碳水化合物一起，经胃液作用，可以转化为蛋白质。对牛羊催长、催肥有着重要作用。
对于生活在当代中国，免于饥荒还能顿顿大鱼大肉的我们来说，尿素及相关化肥的使用是一个非常重要的因素。在化肥没出现之前，粪肥，是作为提高土地肥力、增加粮食产量的主要原料。按照中国每亩化肥施用量近30公斤（纯养分）来算，如果换算成养分相同的粪肥，至少需要1吨，按中国人均耕地2亩多，一个人一辈子产生的排泄物积成肥料也只有七八吨，每年平摊到每亩土地上不过相当于一捧化肥。
1958-1970年间，由于没有突破关键技术，我国必须依赖国外关键设备，才能独立生产化肥原料。20世纪60年代，我们的化肥产量平均每年只能增长20来万吨，对应的粮食产量起起伏伏，10年只增长了3000万吨（按1958年算）。同期的印度，靠买化肥，买设备造化肥，粮食产量也增长了3000万吨。
到1970年，当我们掌握了合成氨成套设备的建造技术之后，便一口气建了几百套合成氨装置和上千个化肥厂。此后我国平均每年化肥产量增长100万吨，1975年之后每年增加200万吨，相当于1970年的化肥总产量。2004年之后，我国粮食自给率保持在95％以上。相比之下，日本的粮食自给率为在40％左右，韩国的粮食自给率更是只有25%左右。中国成为世界第二大产粮大国与尿素实际上有着重要的联系。
对于工业领域而言，尿素同样有着重要的作用。工业上可用来合成塑料、药物、粘合剂、喷漆等。还可生产炼油所需的脱蜡剂、选矿的起泡剂，发泡剂AC等多种化工产品，供药用的尿素注射液可用于降低颅内压，磺胺脲可用于消炎；也可用于制革、颜料等生产。
目前世界上尿素产量的1/3用于工业消费。在我国，尿素产量的60%用于农业领域，其他主要工业领域。
作为一个即将上市的品种，它的产业链情况、市场供求和价格影响因素都是未来投资者参与尿素期货交易必须要需要了解的基础知识。
因此，扑克投资家有必要为大家梳理下尿素行业的脉络，从生产工艺到国内外市场情况。
一旦尿素期货上市，这篇文章就是你的第一篇敲门砖。
尿素的生产工艺
尿素的生产
从尿素原料端来源来看，国内目前比较常用的是煤炭和天然气。
煤制尿素
煤炭作为尿素生产主要原料，通常情况下可以占尿素成本构成的60%以上。煤价波动无疑是尿素涨跌的“风向标”。
国内通常是将水煤浆与纯氧进行部分氧化反应，制得以CO2、H2为主要成份的气态产物。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。
天然气制尿素
以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1t氨可加工成1.7t尿素，没有多余CO2排放。煤炭纯氧气化制氨加工成尿素可多生产出1.6t CO2，采用加压电解水分离H2、CO2，多余的CO2可直接制成干冰。
我国天然气大多集中在西北和西南地区，每年第一季度和第四季度，当地气头装置都会出现大面积的减产或停车。天然气价格预期存在上涨可能性，且气价上涨幅度较大，从而导致气头尿素竞争力急剧下滑，最终因成本上涨速度高于尿素价格上涨速度而退出尿素市场。以煤为原料的尿素生产企业将出现两极分化，一是烟煤产尿素比重加大，二是一大批“1830”以下的小尿素装置将最终退出市场，焦炉气产合成氨、尿素比重加大。
从制作尿素的方法来看，世界上有50多种，但实现工业化的只有氰氨化钙（石灰氮）法、氨与CO2直接合成法两种。其中，氨与CO2直接合成尿素因原料获得方便，现在为广泛采用。
目前国内建有尿素装置200多套，规模分为大型(48万吨/年以上)、中型(11万吨/年以上)、小型 (4万吨/年以上)。中、小型尿素装置均采用国内的水溶液全循环技术，大型装置多采用国外引进工艺技术。在国内的大型尿素装置工艺技术目前设计的采用CO2气提工艺和氨气提工艺的尿素装置，其尿素氨耗基本接近于理论水平，公用工程消耗更低，相对于传统的设计，其投资更低。
当代尿素生产，不论是采用哪种流程，基本由六个工艺单元，即原料供应、尿素的高压合成、含尿素溶液的分离过程、未反应氨和二氧化碳的回收、尿素溶液的浓缩、造粒与产品输送和工艺冷凝液处理，其基本过程如图所示。原料CO2和NH3被加压送到高压合成圈，反应生成尿素，二氧化碳转化率在50%~75%范围，此过程被称为合成工序；分离过程与未反应物回收单元承担着把未转化为尿素的氨和二氧化碳从溶液中分离出来，并回收返回合成工序，因此这两个单元被统称为循环工序；最后在真空蒸发和造粒设备中把70%~75%的尿素溶液经浓缩加工为固体产品，称为最终加工工序。
尽管尿素生产的基本过程相似，但在具体的流程、工艺条件、设备结构等方面，不同工艺存在一定的差异。迄今世界各地的尿素工厂，绝大多数都是由几家工程设计公司所开发设计的，已形成几种典型的工艺流程，典型的有荷兰斯太米卡邦（Stamicarbon）公司的水溶液全循环CO2气提法、意大利斯那姆（Snamprogetti）公司的氨气提法和蒙特爱迪生集团公司的等压双循环工艺（IDR）、日本三井东亚—东洋工程公司的全循环改良“C”法和改良“D”法及ACES法、美国尿素技术公司UTI的热循环法尿素工艺（HR）等。但不论是哪种工艺流程，生产过程中主要原料NH3和CO2的消耗基本上是相同的，其流程的先进与否主要表现在公用工程即水、电、汽的消耗上。尿素生产流程的改进过程，实质就是公用工程消耗降低的过程。
水溶液全循环法
20世纪60年代水溶液全循环法取得了成功。我国的中型尿素厂均属此类。另外，荷兰的斯太米卡邦（Stamicarbon）水溶液全循环法及日本三井东压溶液全循环改良C法等亦属此类。工艺原理基本上是将未反应的氨和二氧化碳经减压加热分解分离后，用水吸收生成甲铵或碳酸水溶液再循环返回合成系统。这种方法主要应用在中、小氮肥企业。水溶液全循环尿素工艺生产装置的静止高压设备较少，工艺可靠、设备材料要求不高、投资较低。但是水溶液全循环法能耗、物耗高，放空损失大，规模小问题十分突出，改造增产潜力较大。
Stamicarbon二氧化碳气提法尿素工艺
CO2气提法是在水溶液全循环法的基础上改进的。与后者相比，省去了1.7-2.6Mpa压力下操作的中压循环部分，从而去掉了中压甲铵泵。从美国凯洛格公司引进的1620t/d尿素装置，从法国赫尔蒂公司引进的1740 t/d尿素装置，以及由我国原化工部第四设计院和荷兰大陆公司联合设计的1740 t/d尿素装置均采用了CO2气提法尿素生产工艺。其中中荷尿素装置采用的是改良型CO2气提法，相比美型、法型尿素装置，在工艺流程上略有一些改进。
消耗定额（保证值，以1吨尿素计)
Snamprogetti 氨气提法尿素工艺
意大利斯纳姆普罗盖蒂(Snamprogetti)公司创立于1956年，在60年代初开始尿素生产的研究。1966年第一个建成以氨做为气提气的日产70吨的尿素装置。早期第一代氨气提法尿素装置，设备采用框架式立体布置，氨直接加入气提塔底部。在70年代中期，改进了设计，设备改为平面布置。而且也不向气提塔直接加入氨气，这就是所谓的自气提工艺或称为第二代氨气提工艺，是目前采用的方法。
消耗定额设计指标(以1吨尿素计)
从各种工艺流程消耗来看，水溶液全循环法无疑是消耗量最大的。水溶液全循环法与气提法相比能量利用不合理，消耗较高，流程较长，近几年新建的大中型厂已很少采用该工艺。CO2气提法高压圈操作压力最低，无中压系统，流程短，设备少，生产稳定，消耗较低，投资较少，在国内有丰富的设计、设备制造和生产经验，且采用脱氢技术，从根本上杜绝了生产中的爆炸危险性。氨气提法工艺先进，消耗低，无高框架结构，无爆炸危险，但该工艺需购国外专工艺包，装置不能国产化，设备制造周期长，故不采用工艺。
中国尿素市场
当下，用“四面楚歌”，来形容中国氮肥市场，是再恰当不过的了。
继煤炭、钢铁行业供给侧改革后，2016年，农业领域也开始掀起一场浩浩荡荡的供给侧改革运动，整一年，籽粒玉米已调减3000万亩左右。2016年10月，我国尿素出口被取消优惠政策，中国尿素出口优势丧失，出口大量暴跌。而中国的尿素市场价格也在2016年8月降到了10多年的最低水平，1100多元/吨，售价和成本严重倒挂，企业开工率直线走低。目前还有约500万吨产能处于“僵尸”状态，僵而不死。
进入2017年，根据刚刚结束的两会精神，要继续调减玉米种植面积，累计调减总量争取达到4000万亩。这也意味着，我国北方“镰刀弯”地区等非优势主产区，将被继续调减1000万亩种植面积。而种植面积的缩减，意味着，国内尿素需求进一步持弱。
同时，今年年初，国家发布《开展水果蔬菜茶叶有机肥替代化肥行动方案》，3月初各地开始申报试点和公示，替代化肥开始行动。据估算，我国果树、蔬菜氮肥施用量约占氮肥农业消费的36%。这个行动方案的实施，将在不久的将来对氮肥消费带来很大影响。
因此，从众多信息面来看，我国农业用氮肥需求已经进入平台期，未来不仅不会明显增长，还有可能逐渐下降。但是非农用尿素需求还是有增幅空间的。2017年，工业尿素需求方面将继续保持增长。人造板企业开工情况好转，三聚氰胺盈利较好，开工转好，有新增产能；另外，由于环保力度加强，预计火电脱硝和车用尿素的用量也将持续增加。据数据了解，2017年尿素表观消费量预计5150万吨，较2016年减少3%。
那从供给端来看，2017年尿素行业将继续去产能，2016年，我国尿素就已经退出产能433万吨，今年将继续关闭尿素产能300万吨，未来我国有效产能约为7555万吨。但相对于国内5150万吨左右的需求量，不考虑产品出口，产能仍过剩35%。
从尿素生产成本端来看，由原材料价格增长所引起的尿素生产成本的提升，有可能会对尿素价格有所支撑。能源方面，预计2017年煤炭价格将保持平稳或略有上涨，预计供暖季结束后，天然气供应紧张局势将缓解，部分气头尿素企业会恢复生产，但气价仍居高不下。而电价方面，预计2017年将保持平稳，部分地区或有微幅下调。
另外，甲醇和液氨等化工产品行情看好，对尿素市场具有积极的推动作用。
值得关注的是，2017年国际原油市场或将出现供需拐点，油价回升将成为大概率事件，油价回升将推高国外天然气价格，虚弱国外气头氮肥的竞争力，并且由此传导甲醇、合成氨下游化工产品价格的上涨，进而支撑国际氮肥价格。
届时，我国尿素出口或将迎来利好。
因此，尿素市场整体处于供需同减，但依旧是供大于求的现状。但2017年尿素市场行情和企业效益将好于2016年。在去产能进一步推进，过剩得到缓解的情况下，我们仍需关注原材料价格走势、电力成本、除农业外新增尿素需求。
我国尿素生产地区分布
从我国尿素生产分布情况而言，大部分企业集中在粮棉主产区和原料集中地。随着近几年尿素行业的不断发展，我国尿素产能分布情况也发生了较大的转变，原有的粮棉主产区（东三省、山东、河南、河北、安徽、江苏、两湖、江西）尿素产能在逐渐减少，而内蒙古、新疆等资源地产能出现急剧增加。从产能分布情况看，山东、山西、内蒙、新疆及河南已成为我国尿素主要生产区域。
占据资源的山西、内蒙古等地与远离资源的福建、湖南、广东等地的尿素生产成本相差300元/吨。
中国尿素的出口情况
2016年我国尿素出口887万吨，较去年降35.5%。出口下滑是2016年压制我国尿素价格的主要因素。由于我国一直对尿素实行各类补贴，导致出口竞争力很强，相应我国的产能扩张很多也是面向出口市场。
但过去两年，国外低成本产能投放已经过了峰值，使我国出口市场的急剧萎缩。甚至全球尿素最大进口市场印度的进口价格甚至低于我国市场价，出现10年未遇的价格倒挂，这也倒逼我国尿素景气跌至冰点。
另外，根据美国农业部发布的种植意向报告预测，今年美国种植面积玉米将比去年下降2400万亩，大豆增加2700多万亩，小麦下降8.3%，水稻下降17%，棉花面积略有上升，这种种植结构的调整必然引起尿素需求的下降，相信这种情况正在欧洲、甚至是在全球发生。
但是，北美气价上涨也会改变其比较优势，使其重新成为高成本产能，预计尿素出口明年将会止跌，如果未来80元/吨的出口关税还能再降低甚至取消，我国煤头尿素成本将重新获得全球比较优势。
我国尿素成产成本差异
从尿素生产成本来看，气头成本将大幅上升。国家对化肥用气价格一直有较大补贴，气价一般比工业用气价格低0.4元/方以上。测算下来，西北、川渝地区气价较低，成本在1000元/吨以下；其他地区气价都较高，成本大约在1300元/吨以上，并不具备经济效益。但是随着2016年11月，国家明确取消化肥优惠气价，预计未来化肥用气成本将上涨至少0.4元/方，对应尿素成本将上涨280元/吨以上。按照目前价格，除了西北和川渝地区的产能还能有一定毛利外，其他产能都彻底失去竞争力，影响产能在1000万吨以上。
固定床将大量退出。煤头分水煤浆和固定床法，两者最大的区别在于煤气化过程的工艺不同，水煤浆用煤单耗更高，但用的是烟煤，比固定床用的无烟煤单价便宜，耗电也比固定床少。由于各地区煤价差异较大，煤头的成本也差别很大，一般来说同一地区固定床的成本比水煤浆法要高200元/吨左右。目前固定床普遍处于亏损，甚至亏现金流状态，认为未来这部分产能也可能大量退出。
当前尿素行业的两极分化已经非常严重。40万吨以下的小产能淘汰量较大，2016年关停的40万吨以下小产能总计700万吨，其中固定床605万吨，气头95万吨。而大型尿素企业仍保持较高的开工率。
一般情况下，小企业生产成本较高，过去几年尿素行情一般，本身并没有积累资金来抵御行业波动，目前极端情况下只能选择停工来止损；中部地区在环保要求下开始关停小型锅炉，以河南为例，10万吨以下的锅炉都被要求关闭，切换成天然气或电力，成本也因此大幅上升，小企业只能被迫关停。
中国未来尿素格局？由于天然气还会继续追涨，所以煤炭将成为未来尿素生产的主要原料。未来三到五年，中国天然气生产尿素的将会跟用油生产尿素的企业一样，退出尿素行业。由于地理位置的差异，长江以南尿素企业基本要关闭，将以进口为主。
中国尿素行业将会产生新的格局。新疆、内蒙，包括东北有煤的地方，尿素企业将会异军突起。山西煤炭开采成本高(因为快开采完了)，而新疆基本上煤炭是免费的，用新疆的煤生产出来的尿素成本完全成本是600元，在新疆天然气生产出来的吨成本是1600元，吨价相差1000元，如果运输好了那么新疆最有优势。但是，敢于在新疆设厂的肯定是大企业，小企业做不了。在新疆戈壁滩上必须建个资本平台，三年内至少要投资200亿元。在戈壁滩，尿素成本虽然低了，其他成本投入都非常高。
国际尿素市场
全球尿素产能约为2.08亿吨，需求量为1.85亿吨（产能过剩情况严重），开工率为89%。其中，我国和印度产能最大，占比为40%和16%，基本都以煤头产能为主。其他地区如中东、北美和俄罗斯等产能大国都以天然气为原料。
全球尿素贸易量每年总计4700万吨，占总需求的25%，主要进口区域为美国、印度、非洲和拉美，出口国则为中国、中东和俄罗斯。过去两年最大的产能增长来自于北美和北非，总计增长了859万吨，大量减少了原本的进口，压迫全球剩余出口产能向印度聚集。印度在我国尿素出口占比中高达70%。
2017年，国外尿素新增产能616万吨，其中美国的两套装置160万吨尿素产能预计上半年投产，其他几套设备也将陆续投产，必然会影响国际市场，挤占我国出口市场。预计，2017年中国尿素出口量约700万吨。近期国际方面利好仍不明显，我国尿素出口难有起色，印度方面新一轮尿素招标仍未确定。
尿素与煤炭、石油、天然气的联动关系
天然气、煤炭、石油是工业上生产尿素的三大原料，通常被称为气头、煤头、油头三类。通常，尿素与这些原材料涨跌紧密关联。从下图煤炭与尿素价格走势来看，2016年下半年，国内煤价一路上涨，作为尿素传统工艺原料的无烟块煤价格几乎翻倍。煤价大涨自然也是后续尿素跟进成本价格猛涨的主要原因。但是，后期随着国内煤价下滑，尿素成本支撑已被看空。部分尿素企业选择回调报价，市场心态正在随之转变。而相对于原油，根据皮尔逊公式计算，近三年国际原油与尿素价格相关系数高达0.85。
因此，尿素期货上市，将为更多投资着提供更多的投资选择。扑克投资家也将继续跟踪尿素期货上市的任何进展工作。
【完】
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