【世界投資者周】認識尿素和尿素期貨（一）
中國期貨業協會
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人類的生存不能缺少糧食，糧食的生長也不能缺少肥料，可以說肥料是糧食的“糧食”，而尿素是最大的化肥品種，約占化肥產量的42%。在化肥工業化前，不論是歐洲還是亞洲，都把糞便當作主要肥料。進入18世紀以后，世界人口迅速增長，同時歐洲爆發了工業革命，使得大量人口涌入大城市，加劇了糧食供應緊張。1773年，伊萊爾·羅埃爾（Hilaire Rouelle）發現尿素；1828年，德國化學家維勒（F.W.hler，1800~1882年）在世界上首次用人工方法合成了尿素，他的研究打破了無機物與有機物之間的絕對界限，按當時化學界流行的“活力論”觀點，尿素等有機物中含有某種生命力，是不可能人工合成的。直到1909年，德國化學家哈伯（F.Haber，1868~1934年）與博施（C.Bosch，1874~1940年）才合作創立了“哈伯-博施”氨合成法，開辟了人類直接利用游離狀態氮的途徑，也開創了高壓合成氨的化學方法，它的意義已不僅僅是使大氣中的氨變成生產化肥“取之不盡、用之不竭”的廉價來源，而且使農業生產產生了根本的變革。聯合國糧食及農業組織（FAO）的資料顯示，化肥對全球糧食產量的貢獻約50%，它給全人類帶來的巨大福利是無可比擬的，諾貝爾化學獎得主西博格在紀念美國化學會成立100周年大會上的演講中說：“無論過去、現在或可預見的將來，再也不能找到任何一門工業比化肥工業更直接關系到國計民生了。”
尿素，又稱碳酰胺（carbamide)，是由碳、氮、氧、氫組成的有機化合物，是一種白色晶體，是最簡單的有機化合物之一，是哺乳動物和某些魚類體內蛋白質代謝分解的主要含氮終產物。尿素是目前含氮量最高的氮肥，尿素適用于各種土壤和植物，易保存，使用方便，對土壤的破壞作用小，是目前使用量較大的一種化學氮肥。工業上用氨氣和二氧化碳在一定條件下合成尿素。除了直接當作氮肥施用外，尿素還有著多種多樣的用途，例如可以作為復合肥的生產原料、與甲醛聚合生產脲醛樹脂作為人造板的黏合劑、生產三聚氰胺、車用尿素凈化汽車尾氣、電廠脫硫脫硝、生產氰尿酸、化妝品的保濕成分等（見圖1）。
圖1 中國尿素行業產業鏈
尿素是一種不可或缺的肥料，它是如何生產出來的呢？
尿素的生產原料主要為煤或天然氣。天然氣制尿素約占世界尿素總產能的65%，主要集中在中東、東歐和北美地區；煤炭制尿素的產能占總量的30%，主要集中在亞洲、東歐、北美等地區。“富煤貧油少氣”的能源狀況決定了中國的尿素生產以煤炭為主、天然氣為輔。
煤制尿素通常是將水煤漿與純氧進行部分氧化反應，制得以CO2、H2為主要成分的氣態產物。接下來就是從工藝上去除氨氣合成催化劑的毒物CO、H2S、COS以凈化氣體，進一步分離、制得高純度的CO2,滿足尿素合成的需要，制得高純度的H2以及脫除其中的惰性氣體CH4、Ar，對高純度的H2進行精制，最終獲得純的氫氮氣體，滿足氨氣合成的需要。來自液氮洗裝置的合格新鮮氣（H2∶N2=3∶1）,經合成氣壓縮機加壓后，送入氨合成塔，在高溫（380℃~430℃）、高壓（14.2MPa）下通過氨合成催化劑的催化作用使部分氣體合成氨，以液氮的形式送至尿素裝置用。摩爾比為2∶1的液氮和二氧化碳進入合成單元（見圖2）。
圖2 煤制尿素簡易流程
天然氣原料的純氧自熱轉化制氨加工成尿素時氨碳基本平衡，生產1噸氨可加工成1.7噸尿素，沒有多余的CO2排放（見圖3）。
圖3 天然氣制尿素簡易流程
尿素從粒度看，有大小顆粒之分，目前消費者常見的小顆粒尿素粒徑約為1.5毫米，大顆粒尿素一般為2.00~4.75毫米，此外還有7毫米以上的尿素丸，大顆粒尿素是在小顆粒尿素基礎上二次加工而成；從質量品級看，可分為優等品和合格品；從用途看，可分為農業用和工業用（見表1）。
表1 尿素分類
注：（1）水分以生產企業出廠檢測數據為準；
（2）尿素生產工藝中不加甲醛，不測亞甲基二脲；
（3）粒度只需符合四檔中任意一檔即可，包裝表示中應標明粒徑范圍。
1.亞洲仍是供應的“巨無霸”
全球有超過50個國家生產尿素，亞洲是世界最大的尿素生產和消費地區，產能約占世界總產能的70%。2010~2017年世界尿素產能產量一直保持增長，全球新增氮肥產能主要來自中國、俄羅斯、印度、美國等國家，2017年全球尿素產能達到頂峰（2.172億噸）。2017年以后全球尿素產能產量開始出現下滑，中國、巴西、科威特等地區由于產能過剩，大量落后裝置關閉，同時俄羅斯、印度等國家新建項目投產，至2019年全球尿素產能2.081億噸，同比下滑0.9%，產量1.76億噸，同比上漲2.4%。需求方面，目前世界尿素需求約有80%來自農業，剩下20%來自工業需求，2019年世界尿素需求約1.71億噸，需求持續保持小幅增長趨勢。全球貿易方面，2019年世界尿素貿易量約5000萬噸，約占全球尿素總產量的26%，主要出口地區包括西亞、東亞、俄羅斯等，西亞是世界上尿素出口量最大的地區；進口地區包括北美洲、南美洲、澳洲等，過去幾年印度一直是世界上進口量最多的國家之一，目前約占世界貿易總量的10%。
2.中國尿素產能已經開始逐步出清
2010~2015年我國尿素工業發展迅速，2015年我國尿素產能和產量達到巔峰，分別為8900萬噸、7500萬噸，產能嚴重過剩。2015年以來，尿素在生產、運輸及稅收方面優惠取消，行業利潤水平下滑顯著，疊加煤炭成本上行及環保壓力，部分企業開工受限，行業開工率持續下滑，落后產能（無煙煤為原料的老舊產能）逐步退出，同時生產原料結構也不斷調整，以非無煙煤為原料的產能占比不斷提高。截至2019年，我國尿素產能降至約7000萬噸，較2015年的高峰下滑約2000萬噸（見圖4）。按產能分布看，我國尿素產能集中在內蒙古、山東、河南、山西、新疆等地區，排名前5位省份尿素產量占全國總量的60%，原料資源豐富地區的產能集中度較高。按工藝占比看，當前我國尿素生產工藝主要分為固定床（32%）、水煤漿（22%）、航天爐（16%）、天然氣（27%）以及少量的焦爐氣（3%）（見圖5）。
圖4 國內尿素產能產量變化
資料來源：根據社會資料整理，一德期貨產業投研部。
圖5 國內尿素產能占比
資料來源：根據公開資料整理，一德期貨產業投研部。
3.農業吃掉了大部分的尿素
了解了國內尿素產能情況，下面再看一看國內尿素的需求。
我國是世界上尿素消費量最大的國家，農業需求方面，2015年國家農業部提出了“2020年化肥零增長”行動方案，提倡化肥施用的減量增效，使得近年來尿素農業需求緩慢下降。根據氮肥工業協會數據，近年來我國尿素農業需求量顯著下滑，2016~2018年平均跌幅為8.7%，但跌幅逐漸趨緩；工業需求方面，主要為制作復合肥、三聚氰胺、脲醛樹脂、電廠脫硫脫硝等。根據氮肥工業協會數據，尿素工業需求逐年增長，2009~2018年平均增長率10%，人造板行業、三聚氰胺行業貢獻較大，后期需求量趨穩；因國家環保要求趨嚴，車用尿素、電廠脫硝將保持穩定增長趨勢（見圖6）。
圖6 國內尿素需求占比
資料來源：根據公開資料整理，一德期貨產業投研部。
我國尿素需求的季節性特征為“全年生產，按需使用”，工業用尿素季節性消費差異小，但農業消費具有明顯的淡旺季特征。以2017年為例，1~4月為傳統的春耕季節，需求總量在1800萬噸左右，約占全年總消費的32%；5~7月為傳統的用肥旺季，全國大田作物開始用肥，同時工業需求旺盛，消耗尿素2400萬噸，約占全年總消費的43%；8~12月，尤其進入10月份后，農業需求漸漸減弱，消耗尿素1350萬噸，約占全年總消費的25%。
4.外貿的凈出口格局
尿素進出口受到國家政策影響。1997年前，我國尿素產量不能滿足國內需求，每年大量進口尿素；1997年國家開始進口管控，2001年底我國加入世貿組織后進口隨之恢復。隨著尿素產能的不斷增加，我國2000年開始大量出口尿素。2005年為了保障國內供應，國家實施了嚴厲的控制措施，使得尿素出口大幅減少；2015年我國取消了尿素出口淡旺季不同的關稅政策，當年尿素出口量1374萬噸，創下了歷史新高。2016年后隨著國際新產能不斷增加，且我國尿素生產成本在世界上處于較高的位置，尿素出口量不斷下滑。從出口目的國來看，近幾年我國主要出口國為印度、墨西哥、韓國等地，其中印度對尿素的需求量巨大，不定期的招標采購總會對國際尿素行情產生一定影響。目前，我國尿素以出口為主，進口較少，2018年尿素出口量約為244萬噸，進口量約為16萬噸，進口依存度不足0.5%（見圖7、圖8）。
圖7 中國尿素凈出口
資料來源：海關總署，一德期貨產業投研部。
圖8 2018年中國尿素出口流向（單位：萬噸）
資料來源：海關總署，一德期貨產業投研部。
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