【行业分析】为什么说碳纤维的成本是具有规模效益的?

2023-05-10 14:56:27

如果说高分子材料是工业领域的一个皇冠的话,那么碳纤维就是皇冠上的明珠。


碳纤维(Carbon Fiber,简称CF)是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。


目前,工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维,其生产工艺较其他方法简单,而且产品的力学性能优良,用途广泛,因而自20世纪60年代问世以来,取得了长足的发展,其产量约占全球碳纤维总量的90%以上,成为当今碳纤维工业生产的主流。而应用最少的是粘胶基碳纤维,产量不足1%。


PAN基碳纤维生产成本主要包括PAN原丝生产成本和碳纤维生产成本2大部分。根据一般规律,生产1k g碳纤维需要消耗2.2k g PAN原丝,即生产500t碳纤维需配备1100t PAN原丝生产能力。在碳纤维生产制备过程中,即使规模很小,其辅助工程、生产装备也必须齐全,因而规模效益在碳纤维生产制备过程中显得异常突出。(以下测算以1100吨原丝、500吨碳丝产能进行估算)


1. 原丝成本构成


PAN原丝生产成本主要包括直接成本、固定资产折旧和流动成本。在直接成本中,主要包括:聚合单体原料成本和生产过程成本,而生产过程成本又包括原料输送过程成本、原料精制过程成本、聚合过程成本、脱泡脱单过程成本、原液过滤及输送成本、纺丝过程成本、溶剂回收过程成本、单体回收过程成本、高纯水制备过程成本、制冷生产过程成本、氮气制备过程成本、污水处理过程成本、车间净化过程成本、水循环系统过程成本、蒸汽制备过程成本等。综合生产过程成本可归结为蒸汽消耗成本、电力消耗成本、水量消耗成本、其他配套设施运行维护成本等。


固定资产折旧主要包括:厂房建造投资折旧、生产设备投入折旧、辅助工程投资折旧等。(折旧期限按照10年估算)


流动成本主要包括:人员工资、管理费用、运输费用、仓储费用、包装费用等。


表:年产1100t原丝产能单耗成本


内容

单位吨耗

现金折算/万元

备注

直接成本

单体原料消耗/t

1.02

2.04

成品率:98% 原料综合成本:2万元/t

蒸汽消耗/t

55

0.88

蒸汽按照160元/t计算

电力消耗/kWh

6800

0.408

消耗电力按照0.6元/kWh核算

自来水消耗/m3

180

0.027

自来水按照1.5元/m3核算

配套设施运行维护

--

0.46

设备保养、污水处理、高纯水药剂消耗、车间净化等

固定资产折旧

--

0.5

钢筋混凝土厂房、国产设备、配套辅助系统投入

流动费用

--

0.469

生产定员160人,4班3运转,远程运输,本地仓储

合计折算费用


4.784



2. 碳纤维成本构成


与原丝生产类似,碳纤维生产成本也包括3大部分:直接成本、固定资产折旧和流动成本。


碳纤维生产直接成本主要包括:原丝成本、上浆油剂成本、碳纤维制备过程电力消耗成本、废气焚烧所用天然气或柴油成本、高纯氮气制备及消耗成本、循环水及其消耗成本、车间净化成本、配套设施运行维护等。以所列示的原丝成本为依据,考虑废气焚烧预热综合利用,结合理论推算和实际生产运营经验数据,年产500t碳纤维生产线直接成本单耗13.6688万元/t。


固定资产折旧部分主要包括:钢结构生产车间投资折旧、生产线装备投资折旧、废气焚烧设备投资折旧、高纯氮气制备系统投资折旧、配套辅助系统投资折旧等。依据生产线所有设备国内设计、加工,固定资产折旧时间为10年,单线年产能500t碳纤维生产装置折旧费用约2万元/t。


流动成本中按照生产定员80人、4班3运转、厂内运输、厂内仓储核算,碳纤维均摊流动成本约0.23万元/t。


综合以上成本,碳纤维生产成本价为15.8988万元/t。


3. 规模效应成本预测


规模效益成本构成可以参照第一部分PAN原丝生产的工艺流程,欲增加碳纤维产量、扩大生产规模规模,以预测年产3300t原丝生产运营状况为例,原丝直接成本折合为3.207万元/t,固定资产折旧成本为0.25万元,流动费用为0.35万元,合计原丝成本3.807万元/t。


汇总年产1100t原丝和3300t原丝成本,各部分费用所占比例如下表所示。


表:不同生产规模原丝成本构成

内容

1100t/a

3300t/a

直接成本占生产总成本的比例/%

79.7

84.2

固定资产折旧占生产总成本的比例/%

10.5

6.6

流动费用占生产总成本的比例/%

9.8

9.2

单耗成本*/万元

4.784

3.807


以此为基础,配套2条国产单线产能750t/a碳纤维生产,参照设计数据和实际运行经验,年产1500t碳纤维生产规模,碳纤维直接成本约10.526万元/t,固定资产折旧约1万元,流动费用约0.15万元。合计碳纤维综合成本11.676万元/t。


汇总年产500t碳纤维和1500t碳纤维成本,各部分费用所占比例如表3所示。


表:不同生产规模碳纤维成本构成

内容

500t/a

1500t/a

直接成本占生产总成本的比例/%

86

90.1

固定资产折旧占生产总成本的比例/%

12.6

8.6

流动费用占生产总成本的比例/%

1.4

1.3

单耗成本*/万元

15.8988

11.676


数据分析可见,随着生产规模的增加,原丝和碳纤维的生产成本均呈下降趋势。年产1100t原丝对应年产500t碳纤维条件下,直接费用的占有比例比年产3300t原丝对应年产1500t碳纤维直接费用所占比例小4.1%~4.5%;固定资产折旧所占比例高4%左右;流动费用差别不大。此数据表明,随着生产规模增加、产量加大,非直接生产控制因素对生产总成本的影响逐渐减弱。

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