湿法磷酸净化与热法磷酸竞争力分析.pdf

2007年 10月 云南化工 O c t 2007 第 34卷第 5期 Y u n n a nC h e m i c a l T e c h n o l o g y V o l 34 N o 5 湿法磷酸净化与热法磷酸竞争力分析 梅 毅 方晓峰 云南省化工研究院 云南 昆明 650228 收稿日期 2007 05 11 作者简介 梅毅 1963 男 云南人 正高级工程师 硕士 云南省化工研究院院长 摘 要 以工业级磷酸为目标产品 进行了湿法磷酸净化与热法磷酸两条路线的成本对比 重点分析了磷矿 石和电价变动对两条工艺竞争力的影响 关键词 湿法磷酸 热法磷酸 净化 中图分类号 T Q 126 3 5 文献标识码 A 文章编号 1004 275X 2007 05 0018 05 A n a l y s is o nC o mp e t i t i v e n e s s o f We t a n dH e a t Me t h o d s P h o s p h o r i c A c i d ME I Y i F A N GX i a o f e n g Y u n n a n R e s e a r c hI n s t i t u t e o f C h e m i c a l I n d u s t r y K u n m i n g650228 C h i n a A b s t r a c t C o s t f o r t h e p r o d u c t i o n o f p h o s p h o r i c a c i d b y w e t a n d h e a t m e t h o d s w a s c o m p a r e d a n d e f f e c t o f p h o s p h a t e o r e a n d v a r i a t i o no f e l e c t r i c i t y p r i c e o nc o m p e t i t i v e n e s s o f b o t h m e t h o d s w a s a n a l y z e d K e y w o r d s w e t m e t h o dp h o s p h o r i c a c i d h e a t m e t h o d p h o s p h o r i ca c i d p u r i f i c a t i o n 工业磷酸的生产方法分为湿法净化和热法路 线两种 其中 湿法净化是从农用级湿法磷酸出 发 通过化学沉淀 溶剂萃取和溶剂沉淀等工艺制 备满足要求的产品 目前 能够把湿法磷酸净化 到很高纯度并在生产上广泛应用的主要是溶剂萃 取工艺 溶剂萃取净化工艺即利用磷酸和杂质在 不相混溶的有机相和水相中溶解度的差异来提取 或分离杂质的方法 其基本操作包括萃取 洗涤和 反萃三个工序 热法路线通常以工业黄磷为原料 经燃烧 氧化 水合 吸收后制得磷酸 工业黄磷的生产 均采用电炉法生产 将合格的磷矿 硅石 焦炭按 一定配比均匀混合成炉料后加入密闭电炉内 在 高温下进行反应获得磷蒸气 磷蒸气经冷凝 漂洗 得产品 电炉制磷的化学反应机理见式 1 2 从式 1 2 可以看出 工业黄磷生产消耗 大量能量 电炉制磷的理论电耗为 6420 K Wh t 以 P 4计 下同 由于炉料中含有少量的 C a C O 3 F e2O3 M g C O3等杂质和水分 它们在电炉产 生副反应需要吸收一定的热量 此外 电炉炉体和 电气部分散热也要消耗热量 制磷电炉的实际电 耗一般为 14000 k Wh t 本文以目前湿法磷酸 热法磷酸的国内建设 规模 即湿法磷酸装置规模 30万吨 P2O5 年 湿 法净化磷酸装置规模 5万吨 P 2O5 年 黄磷装置 规模 1万吨 年 热法磷酸装置规模 5万吨 85 H3P O4 年 为基础 以磷矿石为原料 分析比较热 法 湿法两条不同工艺路线制备工业级磷酸产品 的竞争力 1 基础数据 1 1 消耗定额 消耗定额因各企业生产规模 工艺控制参数 人员素质 设备和自动化水平 企业管理等的不同 存在较大的差异 湿法路线和热法路线生产工业 级磷酸的消耗定额也有所不同 表 1 表 4分别 列出了湿法磷酸及溶剂萃取净化 黄磷和热法磷 酸生产典型的消耗定额 表 1 湿法磷酸生产消耗定额 100 P 2O5 T a b l e 1 C o n s u m p t i o nq u o t af o r t h e p r o d u c t i o no f w e t m e t h o dp h o s p h o r i c a c i d 磷矿 以 30 干基计 t硫酸 t 电 k Wh 工艺水 t循环冷却水 t低压蒸汽 t 仪表空气 m3压缩空气 m3 3 4882 711051862 08611 9 注 生产规模 30万吨 P 2O5 年 表 2 湿法净化磷酸消耗定额 100 P 2O5 T a b l e 2 C o n s u mp t i o nq u o t a f o r t h e p u r i f i c a t i o no f w e t m e t h o dp h o s p h o r i c a c i d 湿法磷酸 100 P 2O 5 t磷矿粉 t萃取剂 活性炭 t工艺水 m 3 脱盐水 m 3蒸汽 t 电 k W h副产残酸 t 1 670 250 0060 012 5263800 6 注 本表数据取自云南省化工研究院开发的浅萃法复合溶剂工艺 生产规模 5万吨 P 2O5 年 表 3 黄磷消耗定额 T a b l e 3 C o n s u mp t i o nq u o t a o f y e l l o wp h o s p h o r u s 磷矿石 t硅石 t焦炭 t石墨电极 t电炉电 k Wh动力电 k Wh工艺水 t蒸汽 t 9 51 81 70 0214000200102 1 注 生产规模 1万吨 年黄磷 表 4 热法磷酸生产消耗定额 以 l 00 P 2O5计 T a b l e 4 C o n s u mp t i o nq u o t a f o r t h e p r o d u c t i o no f h e a t me t h o dp h o s p h o r i c a c i d 黄磷 99 9 P 4 t 电 k Wh工艺水 m 3 循环冷却水 m 3 低压蒸汽 t 0 4403975 762000 144 注 生产规模 5万吨 85 H 3P O4 年 折 l 00 P2O53 1万吨 年 1 2 主要原材料及燃料动力计算价格 含税价 磷矿石 热法用 200元 吨 磷矿石 湿法用 230元 吨 硫酸 350元 吨 活性炭 6000元 吨 萃取剂 12000元 吨 硅石 45元 吨 焦炭 700元 吨 石墨电极 11000元 吨 副产残酸 残酸 P 2O5浓度 35 40 以原料磷酸价格的 80 计 工艺水 1 5元 吨 脱盐水 4元 吨 循环水 0 1元 吨 电 0 425元 度 按 2006年云南省平水期 平 段大工业用电电价计 含变压器固定费用 蒸汽 50元 吨 仪表空气 0 15 元 m 3 19 2007年第 5期 梅毅等 湿法磷酸净化与热法磷酸竞争力分析 1 3 固定成本 30万吨湿法磷酸 5万吨净化磷酸 1万吨工 业黄磷和 5万吨 85 热法磷酸生产装置的固定 成本见表 5 表 5 湿法净化路线和热法路线各阶段固定成本 T a b l e5 F i x e dc o s t o f e a c hs t a g e f o rt h ep u r i f i c a t i o no f w e t a n dh e a t m e t h o d s p h o s p h o r i c a c i d 30万吨湿法磷酸 以 100 P 2O5计 5万吨净化磷酸 以 100 P 2O5计 1万吨工业黄磷 5万吨热法磷酸 85 H3P O 4 备注 固定资产 万元 220001500019201960年折旧率 7 无形资产 万元 6509008080年摊销率 10 递延资产 万元 7007006070年摊销率 20 定员 人 48605532 工资福利 2 5万元 人 年 固定成本 元 吨 6228629278 热法磷酸固定 成本折 100 P 2O5 2 成本分析 2 1 热法磷酸成本 黄磷的制造成本为可变成本和固定成本之和 根据表 3 1万吨黄磷生产装置在当前原材料价格下 每吨黄磷可变成本 9756元 加上 292元固定成本 每 吨黄磷制造成本 10048元 注 不含管理 销售和财 务费用 下同 自产黄磷 5万吨 85 热法磷酸装 置每吨 100 P 2O 5磷酸可变成本 4516元 加上固定 成本 78元后总的制造成本是 4594元 在黄磷的成本构成中 可变成本占 97 1 其 中 电力成本 60 1 磷矿石成本 18 9 两者合计 占总制造成本的 79 因此 黄磷的成本与售价受 磷矿价格和电力影响 涨跌幅度很大 最近两年黄 磷在电力充足时最低售价约 1 0万元 吨 限电时价 格则高达 2 0万元 吨 以 0 4403吨黄磷生产一吨 100 P2O5热法 磷酸推算 每生产一吨热法磷酸 电力成本 2698 元 磷矿成本 837元 电和磷矿在热法磷酸总的制 造链中权重分别为 58 7 和 18 2 2 2 湿法净化磷酸成本 从表 1计算得到的湿法磷酸制造成本为每吨 100 P 2O52196元 其中 可变成本 2134元 固定成 本 62元 注 不含管理 销售和财务费用 下同 磷 矿成本占总成本的 36 5 如果以自产湿法磷酸净 化生产工业级磷酸 5万吨净化磷酸装置每吨 100 P 2O5工业磷酸可变成本 3876元 固定成本 286元 制造成本 4162元 湿法磷酸在中国主要作为工厂内磷肥生产的中 间产品 较少作为商品对外销售 如果从磷矿出发 生产工业级净化磷酸 磷矿成本约占工业级磷酸成 本的 23 而电力费用仅占工业级磷酸成本的 5 2 3 湿热法工业磷酸成本对比 100 P 2O5 在当前原材料 公用工程和固定成本条件下 每吨 100 P 2O5湿法净化磷酸比热法磷酸低 432 元 在湿 法净化磷 酸的成本构 成中 磷矿占 23 电占 5 热法磷酸成本构成中 磷矿占 18 2 电占 58 7 固定成本比较 每生产一吨 100 P 2O5工业磷 酸 从矿石出发 湿法固定成本 360元 热法固定成 本 207元 湿法净化路线固定成本高于热法路线 3 竞争力分析 湿法净化磷酸产品质量已能满足绝大多数行 业的使用要求 而一些杂质指标甚至优于热法食 品磷酸 两者之间的竞争实际上是成本上的竞争 在湿热法生产磷酸的两条路线中 原材料价格和 能源成本是影响两者竞争能力的重要因素 3 1 矿石成本 我国磷矿探明储量 131亿吨 但高品位磷矿的 储量只有 11亿吨 一直以来我国磷矿企业采取的采 富弃贫的开采模式 造成了我国磷矿资源浪费严重 在下游产业每年磷矿使用量 5000多万吨的情况下 我国磷矿的保证使用年限不超过 20年 因此 各地 方政府尤其是具有丰富磷矿资源的省份都出台了各 项措施整顿磷矿开采秩序 保护磷矿资源 资源整合 导致一些小磷矿厂关闭 磷矿供应量减少 但随着 20 云南化工 2007年第 5期 国内农业的发展 磷肥产量从 2000年的 663万吨 P 2O5增加到 2003年的 908万吨 增长约 37 国内 热法磷酸的产能也在稳步增长 磷矿石需求由此上 升 据中国磷肥工业协会的统计 2005年国内磷矿 石需求量为 4300万吨 而供给量只有 3600万吨 供 需缺口 700万吨 同时 随着国家对环境和可持续 发展的要求 矿山综合成本将进一步加大 可以预 计 今后磷矿石价格将长期保持在高位水平 根据表 1 表 5 在磷矿价格变动时 湿法净 化磷酸和热法磷酸的成本变化可以用式 3 和式 4 进行计算 Y1 4 40 X 1 3150 3 Y 2 4 18 X 2 3757 4 X1 湿法用矿原料价格 元 吨 Y1 湿法净化磷酸制造成本 元 吨 X2 热法用矿原料价格 元 吨 Y2 热法磷酸制造成本 元 吨 如果其它条件不变 仅考虑磷矿价格变化这一 因素 假定湿法用矿和热法用矿的价格差距都是 30 元 吨 则在合理的磷矿价格条件下 湿法净化磷酸 制造成本均低于热法磷酸制造成本 随着磷矿价格 的上涨 湿法路线竞争优势缩小 湿法路线直线斜率 大于热法路线 说明磷矿在湿法路线的制造成本中 所占比重大于热法路线 但这种竞争力的减弱是缓 慢的 湿法用矿价格上浮造成净化磷酸成本上升的 同时必然伴随热法磷酸成本的增加 表现在式 3 和 式 4 直线斜率相差较小 图 1 图 1湿法净化磷酸和热法磷酸制造成本随磷矿价格变化曲线 F i g u r e1 C u r v eo f p r o d u c t i o nc o s t a n dp r i c e o f p h o s p h a t e o r e 3 2 电力价格 中国用电量近几年来保持了快速增长 2005 年 全国全社会用电量 24689亿千瓦时 同比增长 13 5 受装机不足 枯水 煤炭供应等因素的影响 2005年全国电力供应呈现紧张局面 2006年 随着 国家进一步加强宏观调控 高耗能行业的过快电力 需求得到抑制 电力需求增长趋势放缓 用电需求小 幅回落 供需矛盾有所缓解 但区域性 季节性 时段 性电力紧张局面仍将存在 云南 四川 湖南等水电 比重大的省区还出现局部用电紧张的状况 2004 年 作为一种基础能源型产品 国家为合理调控资 源 取消黄磷出口退税 根据国家新颁布的 产业结 构调整指导目录 政策界限 2006年 4月 云南省发 布了 关于对高耗能行业继续实行差别电价的公 告 从 2006年 4月起 对全省包括黄磷在内的高耗 能行业继续实行差别电价 根据规定 黄磷行业电 炉装机容量 10000k V A 以下的生产装置为淘汰类 生 产用电从 2006年 4月起在现行供电价格的基础上 每度加价 0 05元 电炉装机容量 10000k V A 以上 20000k V A 以下的生产装置为限制类 生产用电每度 加价 0 02元 云南省上调了电网销售电价 每度电 平均提高 3 16分 全国范围内 2006年 07月 06日 国家发改委紧急调整电价 全国上网电价每度上调 约 1 2分 销售电价每度上调 2 5分 这已是连续第 三年上调电价 2004年每度电平均上涨了 2 84分 2005年平均每度电又提高了 2 52分 从国内能源 供应经济运行态势 环境成本与安全成本的不断增 加来看 今后电价仍将持续上涨 在电价发生波动时 从表 1 表 5可以得到 湿法净化磷酸和热法磷酸制造成本随电价变化的 计算公式 Y 3 510 9 X 3 3945 1 5 Y 4 6349 3 X 4 1895 2 6 X3 电价 元 度 Y 3 湿法净化磷酸制造成本 元 吨 X4 电价 元 度 Y 4 热法磷酸制造成本 元 吨 根据黄磷的成本构成看 能源价格是黄磷及其 下游产品有无竞争力的关键 电价每度增加 1分 钱 黄磷制造成本上升 142元 100 P 2O5热法磷酸 制造成本增加 63 5元 而相应湿法净化工业酸的制 造成本只增加 5 1元 比较式 5和式 6的斜率 热法路线的斜率是 湿法净化路线斜率的 12 5倍 说明热法路线受电 价影响远远高于湿法净化路线 当电价低于 0 35元 度时 热法成本低于湿法净化 反之 湿法 净化磷酸成本低于热法磷酸 而且电价越高 湿法 21 2007年第 5期 梅毅等 湿法磷酸净化与热法磷酸竞争力分析 净化竞争力越强 图 2 图 2湿法净化磷酸和热法磷酸制造成本随电价变化曲线 F i g u r e 2 C u r v e o f p r o d u c t i o nc o s t a n dp r i c eo f e l e c t r i c i t y 预计在今后几年 热法磷酸的生产成本随能 源价格上升还会有一个相当大的涨幅 而湿法净 化磷酸生产成本受能源价格影响较小 当电价上 涨时仍将保持在一个比较稳定的水平 4 结论 在当前的原料和能源价格条件下 自产黄磷和 自产湿法磷酸 采用热法路线 100 P 2O5工业磷酸 生产成本 4594元 湿法净化磷酸生产成本 4162元 湿法路线比热法路线成本约低 10 湿法净化生产工业级产品能耗远低于热法路 线 受能源价格波动较小 在能源价格上浮时具有 更强的竞争力 磷矿费用占工业级磷酸成本构成 湿法净化路 线为 23 热法磷酸路线为 18 2 磷矿石价格对湿 法净化路线的影响更大 但由于两条路线磷矿费用 占工业级磷酸成本构成相差不大 加之湿法磷酸的 制造成本较低 在可以预见的价格期间内 湿法净化 磷酸的竞争力仍优于热法磷酸 结果表明 在不考虑今后技术进步对副产物 如 黄磷尾气 黄磷渣 装置热能回收 磷石膏等 的资源 化利用时 湿法净化磷酸的竞争力高于热法磷酸 建议 对于湿法磷酸企业 应加大对湿法净化磷 酸产业化的步伐 以湿法磷酸净化得到的工业级磷 酸替代热法磷酸生产工业级磷酸盐 加大磷石膏 氟 资源的综合利用 对于热法磷酸企业 应加大黄磷尾 气 黄磷渣 装置热能回收利用技术的开发与应用 以热法磷酸为出发制备高纯产品 如电子级化学品 等 以提高产品的综合附加值 提高单位磷资源的创 造价值 随着技术进步和副产物资源化利用步伐加 快 湿法 热法的竞争力将取决于产品价值总和的产 出与投入比 参考文献 1 B a l aS a r e c h M a s a