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石墨设备市场格局与应用

浏览数量: 4     作者: 本站编辑     发布时间: 2021-07-24      来源: 本站

石墨是一种化学性质十分稳定性的非金属固体。石墨是碳的一种同素异形体,为灰黑色、不透明固体,其化学性质稳定,耐腐蚀,与酸、碱等药剂不易发生反应。石墨可以分为天然石墨和人造石墨两大类。天然石墨是富碳有机物在高温高压地质环境下长期作用下转变形成的。人造石墨是通过有机物炭化再经石墨化高温处理后得到的石墨材料,有机物包括碳(石墨)纤维、热解炭(石墨)、泡沫石墨等。通常人造石墨是以杂质含量较低的炭质原料(石油焦、沥青焦等)为骨料、煤沥青等为粘接剂,经过配料、混捏、成型、炭化(工业上称为焙烧)和石墨化等工序制得的块状固体材料,如石墨电极、热等静压石墨等。

石墨设备首先由西方国家研发制造而出。1934年,德国用酚醛树脂浸渍,并经热固化后得到的不透性石墨制成板槽式石墨吸收器。1936 年,美国用酚醛树脂浸渍的挤压石墨管试制成功列管式石墨降膜吸收器,在当时曾被誉为是一次技术革命。从此,石墨设备即迅速地在盐酸及氯产品工业中得到广泛应用。20世纪60~70年代,人们发挥炭质材料或石墨材料多孔的特点,制成了透性石墨设备。近年来,随着浸渍及压型技术的发展,不透性石墨在氯碱、制药、石油化工领域得到迅速地应用。不透性石墨的种类主要包括浸渍石墨、压型石墨、浇注石墨及增强石墨。

我国石墨设备起步相对较晚,但发展迅速。我国石墨换热器的研究是从1956年开始的,比西方国家晚了近20年;1964年沈阳化工机械厂成功研制了列管式石墨换热器和矩形块孔式石墨换热器,从此我国石墨换热器开始大量应用。上世纪80年代,我国已经可以生产制造各种结构形式和规格的石墨换热器,上世纪90年代我国石墨换热器的需求开始趋于稳定,市场逐步成熟。

石墨设备已发展出多种品类。介于石墨材料独特的化学稳定性等优势,石墨设备广泛地用于处理盐酸、硫酸、醋酸和磷酸的腐蚀性介质,对现代化工、化肥冶金等行业做出了巨大的贡献,是极为重要的化工设备。根据石墨设备用途的不同,目前主要的石墨设备有:换热器、降膜式吸收器、合成炉、塔类设备、储罐和反应釜、泵类、喷射器、管材。

石墨换热器、石墨合成炉和石墨塔器是重要的石墨设备。石墨换热器使用十分广泛,是化工生产过程中用于腐蚀性介质热交换应用最广泛的热交换器之一。我国石墨换热器在20世纪50年代便开始研发制造,石墨合成炉也有近三十年的经验,是使用最广泛的石墨设备,石墨塔器在环保趋严的背景下,也将成为重要的石墨设备。

(1)石墨换热器是传热组件用石墨制成的换热器,将石墨芯体做成垂直和水平互相分隔开的块孔式结构,当两种介质彼此通过时,高温介质不断地把热量传给石墨换热器,低温介质不断从换热器得到热量, 从而实现了热交换,石墨换热器具有优良的耐腐蚀性能和传热性能,适用于有腐蚀介质的传热过程,能够耐酸、碱和其他腐蚀介质,可用于多效蒸发装置、MVR蒸发装置、盐酸常规解吸装置、热回收系统中。

(2)石墨合成炉是以石墨材料为基材制造的化学合成或焚烧设备,是氯气和氢气直接燃烧制取氯化氢气体的设备,主要有石墨氯化氢合成炉和石墨盐酸合成炉,还可用于含氯废气处理及P2O5生产。

(3)石墨塔器以石墨材料为基材制造的用于“气-液”或“液-液”间传质的塔式设备,适用于蒸馏、精馏、吸收、解吸或洗涤、合成等化工单元操作。

石墨设备的应用不断拓展。石墨设备是在解决人造石墨制品的渗透性后,在盐酸工业的促进下发展起来的,随着石墨设备技术的研究和发展,石墨设备的应用领域也在逐渐拓展。以石墨换热器设备为例,其应用的行业已经包括制酸、氯碱、有机合成、化肥、石油、医药轻工、钢铁、食品等多个领域,并且在其他新领域中的应用仍然在不断研究。

石墨设备的市场格局

石墨换热器是目前主要的石墨设备。根据国际研究机构QYR报告,全球石墨换热器市场规模约4.739亿美元,约33亿元人民币,预计2026年市场规模可以达到51亿,复合增长率为5.6%。根据中国产业信息网数据,我国换热器市场持续增长,2020年市场规模约1296亿,同比增长11%。由于石墨换热器具有很好的防腐蚀性能,未来在化工、医药等领域有望逐步扩大市场空间,而我国2019年石墨换热器市场规模仅有13.9亿元,未来成长空间极大。全球石墨换热器市场分为管壳式、板式、块式等。壳管式石墨换热器是全球最常用的石墨换热器类型。石墨合成炉市场空间比较小,以石墨氯化氢合成炉为例,国内龙头星球石墨2020年收入1.02亿元,市场占有率高达72%,由此可以测算我国石墨氯化氢合成炉目前仅有1.4亿元。石墨塔器具有极大的成长性。石墨塔器种类较多,可作为尾气净化装置、氯化氢合成装置、盐酸解析装置等,在废酸处理、危废物处理等领域具有很好的使用效益,是重要的环保设备。以废酸处理为例,每10万吨废酸的处理,需要500万以上的石墨设备。近年来我国废酸产量呈下降趋势,但是2019年仍然有9479万吨,如果全部进行环保处理,需要约47亿的石墨设备。根据中国产业信息网数据,我国2019年废酸回收量为3658万吨,废酸回收率为38.6%,对应约18亿石墨设备市场空间。随着国家环境监管政策趋严,废酸回收率将保持继续上行的趋势,并且煤化工废水、废气等下游危废物处理需求也会持续增加,石墨设备将具有极大的想象空间。

 

法国和德国主导石墨设备行业,我国企业初具规模。法国和德国是对石墨设备的研发和生产都比较重视的国家,法国美尔森和德国西格里集团是业内公认的历史悠久、工艺先进、质量优异、实力最强的两家企业。国内石墨设备企业包括南通三圣、南通扬子江石墨设备、南通山剑石墨、南通星球石墨、南通鑫宝石墨等。国内外石墨设备在性能上差距相对较小,但是对石墨材料的损耗上有一定差距。从石墨性能上看,国外龙头及代表性企业的抗拉强度、抗弯强度、抗压强度等性能优于国内石墨企业。

 

国际龙头具有丰富的石墨材料应用技术。根据西格里2020年年度报告,公司总营业收入为9.19亿欧元,约70亿人民币。公司分为碳纤维 (CF)、复合材料解决方案 (CS)、石墨解决方案 (GS) 和工艺技术 (PT)四大部门,其中石墨解决方案部门主要是石墨组件相关业务,工艺技术部门负责工业应用的大型设备,包括热交换器、塔器、淬火器和泵等,由此可见西格里并非单一制造石墨设备的企业,而是掌握了石墨材料、碳纤维材料以及对于应用技术的综合性企业。西格里公司工艺技术部门营业收入为1亿欧元,约7.7亿人民币,仅占营业收入总额12%左右,石墨设备占公司营收比例较低,公司石墨设备主要以石墨换热器为主。美尔森与西格里相似,根据美尔森官网数据,公司2015年实现7.7亿欧元收入,约59亿元人民币,其中化学化工领域业务收入约6.5亿元人民币,占营业收入的11%,同样也是以石墨换热器为主。公司其他营业收入来自于能源、电力、运输等行业。从国际龙头企业来看,石墨设备占公司总营收比例相对偏低,公司其他材料的应用以及石墨配件销售收入占有更大的权重。星球石墨是国内的石墨设备上市公司,公司2020年收入为5.6亿元,虽然营收总体量上与国际龙头有较大的差距,但从石墨设备销售端来看,已经具备一定的规模和竞争力。

石墨设备具有广泛的下游应用

石墨设备产业链上游是石墨原材料、钢材、五金配件、浸渍剂等基础原材料和零部件制造业,下游应用比较广泛,主要领域包括制碱工业、石油化学工业、冶金工业、纤维工业、医药、农业、食品等行业。

(1)氯碱工业

氯碱行业需要通过电解饱和盐水制取氯气和烧碱并以此为原料生产一系列化工产品,主要产品是烧碱、液氯、聚氯乙烯(PVC)等,是重要的国民经济基础性产业。氯碱行业的生产工业涉及加热、蒸发、冷却等多个环节,石墨设备具备耐腐蚀、耐高温、耐高压的特点,因此在氯碱工业具有很大的应用空间。通常氯碱工业需要用到合成系统、蒸发系统以及解吸系统,对石墨合成炉、换热器等石墨设备具有需求。

根据中国氯碱工业协会统计,2019年全年国内聚氯乙烯产量为2011万吨,2020年国内聚氯乙烯产量为2114万吨,预计2021年国内聚氯乙烯产量可进一步增长至2225万吨。

(2)环氧氯丙烷行业

环氧氯丙烷是一种重要的有机化工原料和精细化工耗氯产品。环氧氯丙烷生产中会产生氯化氢,氯化氢被水吸收后会形成极具腐蚀性的盐酸,会对金属换热器进行腐蚀,因此石墨换热器可以用作环氧氯丙烷生产中与氯化氢介质有关的换热器。

环氧氯丙烷的应用比较广泛,但是应用集中度高,主要用于环氧树脂领域。根据化工在线周刊统计数据,2019 年,国内环氧氯丙烷总产量约70万吨,随着下游行业完成改造复工,将支撑市场上行,环氧氯丙烷产量将进一步增加,根据中商情报网数据,预计2021年中国环氧氯丙烷产量可增长至78万吨。

(3)农药行业

在环保政策推行下,农药行业将加速淘汰传统的高毒、高残留的农药制造工艺,高效、低毒、低残留的新型环保农药成为行业研发重点和主流趋势。农药行业环保化发展一个重要的举措就是要对生产过程中的“三废”进行处理,要大力开展主导品种和中间体绿色生产工艺开发、生产装备的集成化和大型化、工艺控制自动化、水基型剂型加工技术等共性关键技术的应用,促进农药产业结构和产品结构调整,以石墨塔器为代表的石墨设备将有较大的成长机会。

根据 Phillips McDougall 的统计数据,2020年全球农药市场规模为681.5亿元,预计2021年可达到701.7亿元,同比增长2.9%,市场仍然稳中有增。

(4)医药行业

在制药行业中,如果生产过程中有“Cl-”、“SO42-”存在,那么不锈钢设备的可靠性会被严重影响,石墨设备具备更好的稳定性。同时在制药、食品添加剂制造过程中,会产生大量废液、废水,在环保政策趋于严格的背景下,这些废液、废水需要通过石墨冷凝器、石墨蒸发器、石墨吸收器等设备处理,达到标准后排放或重复利用。我国医药行业从2011年开始持续增长,2020年我国制造业产成品价值高达22675.4亿元,同比增长11.4%。在我国人口老龄化加剧,人均收入上升的因素下,我国医药行业还有更大的市场空间。

 

(5)有机硅行业

有机硅是指有Si-C(硅-碳)键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物,以硅氧键(-Si-0-Si-)为骨架组成的聚硅氧烷,是有机硅化合物中应用最多的种类。有机硅的生产过程比较复杂,其生产过程中涉及合成、水解、裂解等过程,石墨设备可以很好地发挥其特性。有机硅产品广泛应用于建筑、汽车纺织、电子电气、电力等领域,行业需求与宏观经济关联密切。根据中商产业研究院数据,我国2018年聚硅氧烷产能为142万吨,产量为113万吨,预计2023年产能和产量分别可达到196万吨和170万吨。从消费角度,我国2018年聚硅氧烷消费量为104万吨,预计2023年可达到156万吨,我国聚硅氧烷的产销量均保持多年持续增长的态势。

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