随着国内经济持续发展和生活水平提高,居民消费结构及石化相关产业的优化升级,我国将需要更多的高性能合成树脂(如聚碳酸酯等)、合成橡胶品种(如异戊橡胶、稀土顺丁橡胶、集成橡胶)、特种合成纤维(如碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维等)等高端石化产品。根据中国石油和化学工业规划院统计,2014年我国对高端石化产品的市场需求约为2411万吨,市场总额为5500亿元左右。“十三五”期间,高端石化产品市场需求量日益增大,尤其是工程塑料、高端聚烯烃塑料、特种橡胶、功能性膜材料和汽车高铁专用涂料等,这为石化企业发展高附加值产品提供了强大动力。
一、高端产品技术研发取得一定进展
在我国高端石化产品发展的进程中,突破国外技术封锁,加快过程工程技术创新是关键,“十二五”期间,一批用于生产高端石化产品的工艺技术开发取得重要进展。
1.聚烯烃弹性体(POE)溶液法制造技术取得突破
POE为高端聚烯烃弹性体,系在茂金属催化技术的基础上,采用溶液法乙烯辛烯共聚工艺制得。我国对POE生产技术的研发目前已经取得重要进展,2015年11月4日,浙江大学、中国石化北京化工研究院共同研发的“1000吨/年POE生产技术工艺设计包”通过了中国化工学会组织的科技成果鉴定。项目分别采用自主开发的桥连双茂茂金属催化剂和国外商品化的限制几何构型(CGC)催化剂,在间歇溶液法聚合小试和双釜串联的连续溶液法聚合小试装置上,分别进行了乙烯/1-己烯、乙烯/1-辛烯的高温高压溶液聚合试验,确定了溶液聚合工艺的各项重要参数,考察了连续聚合的稳定性和开停车方案等,制备出了POE产品样品,填补了国内空白,所得样品经测试,性能达到了国外同类产品的先进水平。
项目同时进行了以异丁烷为溶剂的POE超临界溶液聚合工艺的开发,完成了工艺包的编制,该工艺具有聚合体系黏度低、生产效率高、溶剂分离能耗小的特点,达到国际先进水平;所开发的工艺包可以指导千吨级POE示范装置的工程设计和运行操作。
2.锂电池隔膜专用料
锂电池主要由电极、隔膜和电解液构造而成,锂电池隔膜主要是PP单层膜、PE单层膜、PP/PE复合膜。占电池成本的15%~20%,我国均有企业生产。近年来我国生产企业急起直追,齐鲁石化早在2012年已积极开发手机电池隔膜专用料。2015年我国锂电池隔膜产能达到23亿平方米左右,但是由于起步晚,高端产品仍需大量进口。
3.碳纤维和对位芳纶(PPTA)——高性能工程纤维
经过科技部和发改委等部门在“十一五”和“十二五”期间的大力支持,我国已建立起国产聚丙烯腈基碳纤维技术研发与产业化格局,初步形成了从实验室研制到产业化的国产碳纤维研发生产平台,建立了针对国产高强碳纤维应用评价、复合材料制备与应用体系。到2015年年末,中国从事碳纤维生产的企业已经注册30多家,有25家建成了碳纤维或原丝生产线,统计的碳纤维理论年产能达到19000吨左右。
我国现已有6家对位芳纶生产企业,基本型PPTA纤维和芳纶Ⅲ纤维分别形成了千吨级和几十吨级的生产能力。2013年对位芳纶全国实际产量约1000吨。初步实现了光缆、橡胶等工业应用领域进口芳纶的部分代替,并用于制作军用搜排爆服定型,但应用于防弹和先进复合材料等高端领域的高模量和高强度产品仍需进口。
4.高性能合成橡胶——丁基橡胶及溴化丁基橡胶
目前丁基橡胶生产技术只有美国、德国、俄罗斯和中国四个国家拥有。中国石化在引进意大利丁基橡胶中试技术基础上进行了后续的聚合反应工程技术等开发,在燕山石化建成第一期年产能为4.5万吨的丁基橡胶生产装置,目前燕山石化丁基橡胶产能已达9万吨。我国丁基橡胶的年度总产能已超过40万吨,成为世界重要的丁基橡胶生产国之一。
作为丁基橡胶的高端品种,溴化丁基橡胶既保留了丁基橡胶气密性好的性能,还具备与天然橡胶和丁苯橡胶快速共硫化性能,是生产子午胎不可替代的高端合成新材料,因此溴化丁基橡胶成为发展重点。中国石化已自主开发成功溴化丁基橡胶成套技术。
5.聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)工程塑料高端产品开发平台建成
PBT应用于电子电器制造、光缆护套、汽车发动机周边配件等。国内相关单位已成功开发通用PBT生产技术。为了发展PBT高端化产品,中国石化仪征化纤建成了PBT聚合试验平台,平台拥有PBT聚合改性用的2.5升聚合釜、20升聚合釜、150升聚合反应釜,具有从小试到中试的全过程PBT聚合实验手段,可研发特性黏度1.0dL/g以上的PBT产品和开展PBT共聚改性聚合试验,为开发能应用于电子电气和汽车工业的PBT高端产品奠定了坚实基础。
6.聚苯硫醚(PPS)短纤开发
中国石化2012年起在天津石化建成PPS聚苯硫醚短纤示范生产线开始运行,开发生产PPS纤维。PPS是20世纪后期开发的具有良好的耐热性、优越的抗化学腐蚀性和阻燃性、良好的尺寸稳定性的热塑性树脂。PPS纤维的诸多优异性能使其用途不断被开发,氯碱工业的过滤材料,电子产业中的包覆、介电材料,宇航工业中耐热阻燃材料,都逐渐采用PPS纤维产品。PPS纤维的需求量逐年增加,具有较好的市场前景。
7.碳五加氢石油树脂进入工程技术开发阶段
目前国内中石化和中石油都在研发碳五加氢石油树脂工程技术,其中中石化在天津石化研究院建有生产规模为1000吨的碳五加氢石油树脂中试装置并已运行。天津石化一旦开发成功碳五加氢石油树脂成套技术,将大大提高天津石化乃至中国石化的裂解碳五综合利用水平,有助于打破国外公司对加氢催化剂制备和工艺技术的垄断。
二、石化产品高端化存在的主要问题
1.通用石化产品多,高端石化产品少
目前,不论是经济总量,还是年均增长速度,我国的石油和化学工业都保持了世界领先的发展地位。但是,总体来看,我国石化产品仍处于产业价值链的中低端,乙烯差异化产品和中高端产品比例相对较低,高附加值的聚乙烯专用料、聚乙烯-醋酸乙烯树脂(EVA)、乙丙橡胶等高端产品供应不足,现有通用产品技术含量、附加值偏低,与发达国家相比差距较大。总体上我国石化产品高端化进程比较缓慢,不能满足国内制造业及市场消费对高端石化产品日益增长的需求,造成了我国高附加值的高端化工产品仍然短缺的局面。随着国民生活水准的提高和电子电器、汽车、高铁、飞机、建筑等制造业的高端化升级以及与国际先进水平的接轨,高端化工产品短缺的现象甚至还在加剧,结果导致国内高端石化产品严重依赖进口。
当前我国石化产品之所以“通用产品多、高端产品少”,主要由以下几方面的原因造成:
“重数量轻档次”观念的影响 我国石化企业在发展初期主要忙于解决石化产品的“有无问题”,上上下下势必重视通用产品的生产,造成重视扩大生产装置单线产能,忽视产品品种结构单一的问题,存在“重数量轻档次”的观念,这是造成我国通用石化产品多、高端石化产品少的主要原因之一。
高端化产业链条各环节配套不足 不少企业老旧装置的技术水平和配置较落后,产品结构调整难度大;也存在装置或生产线单线产能过大,不仅切换产品配方难,而且新产品批量大后难以适应高端产品量小、牌号需求多等问题。
一体化服务意识薄弱,缺乏“解决方案”模式 国内企业仍然习惯于通用产品的坐商式的销售模式,重坐商轻行商,不重视售后技术服务,即使有行商队伍,技术层次配备也不强,造成研发、生产与服务脱节严重。在当前国外石化企业转型升级先于我国一步、国内高端石化产品市场大部分已经被国外高端产品占领的情况下,这种一体化服务意识薄弱,缺乏“解决方案”模式的现状,更是难以推销国产高端化产品。
技术支撑体系弱 我国企业高端化产品技术支撑力量弱,存在不少弊端。一是高端产品开发以跟随为主,原创不多,牌号开发又集中在容易做的牌号;二是缺少有自主产权的高端产品生产技术,自主开发实力不强,开发周期长,工程化能力不强,往往迟迟形不成生产能力,贻误市场机遇;三是没有很好形成石化产品高端化缺一不可的产品定制、产品工程、产品服务这三个环节。
2.部分高端石化产品在国内尚不能生产
与国际化工新材料技术领先企业相比,我国企业相对规模较小,创新能力弱,产品相对单一。我国化工新材料产业中,属于高端聚烯烃的POE、茂金属PE薄膜专用树脂、超高压电力电缆护套专用树脂、高档碳纤维以及对位芳纶等在国内还不能生产,是自给率较低、最急需发展的领域;工程塑料等化工新材料进口更多,国产数量与品种少。
三、多项策略助力高端化发展
1.市场驱动+技术创新
在合成材料方面,建筑行业中节能环保、隔热降噪,拉动XPS及聚氨酯的保温材料、TPO卷材防水材料、UPVC型材、PE燃气管、PPR水管等产品的需求;汽车专用PP复合材料、耐高温PA、高阻隔性PE油箱、高透PC玻璃、高性能纤维、高性能胎用胶和密封材料等在汽车车身轻质化及绿色环保方面发挥重要作用;高铁的高速发展为传统橡塑产品,如丁苯橡胶、聚酯、尼龙、PP、PE等提供了新的市场机遇;飞机的飞跃式发展给高性能工程塑料与工程纤维及其复合材料部分替代金属材料带来新的机遇;此外,3D技术的进步有力地拉动了包括传统的热固性树脂ABS、ASA、PC、PC/ABS、聚苯砜、聚乳酸、尼龙、光敏树脂等材料的拓展。
在市场驱动加技术创新方面,首先要按照石化高端产品范畴及定义,梳理出年度高端产品开发项目表并加以认定,由政府组织企业落实开发主体和配套资金,学研用配合,行业协会与学会参与制定规范标准和过程协调。
2.通用+高端
石化产品“通用+高端”的综合业务模式有助于实现上下游一体化协同效益,增强规模实力和抗风险能力。中国石化扬子石化在这方面有很好的实践,取得了很好的效益。以石油为路线的石油化工面对着不对称的严酷的成本竞争,扬子石化一方面调整乙烯原料,利用炼油轻烃使乙烯原料轻质化降低乙烯成本,使得通用聚烯烃牌号在市场上能够与国外产品竞争;另一方面充分发挥自身技术、人才、装备、区位和产、研结合紧密优势,从开发新、优、特产品上寻求突破,重点突破年产量达100万吨的合成树脂产品的高端化瓶颈。开发了氯化聚乙烯、汽车侧板和保险杠专用聚丙烯等一批高端石化产品。
3.重点攻克化工新材料技术难关
“十三五”期间,化工新材料已经上升为传统石化工业转型升级和产品结构调整的重要方向之一。化工新材料质量轻、性能优异、功能性强、技术含量高的特点,在应对全球性的能源危机、气候变化、环境污染及水资源匮乏等方面都发挥着越来越重要的作用。化工新材料产业在“十三五”期间,应当在工信部与相关部门和行业协会多方面推动下,着重在三个方面下工夫:
一是狠抓研发,尽快缩小我国化工新材料总体研发水平与发达国家的较大差距;
二是重视产品工程,要强化产品工程技术和材料科学的研究,解决普遍存在的一些化工新材料重要品种难以实现规模化稳定生产的痼疾;
三是加强市场化,重视新产品的下游应用市场开拓和应用技术服务。
转型升级是石化产业在新常态下的“二次创业”,主要任务是实现石化产品高端化、原料多元化和生产绿色化。尤其是针对当前普通石化产品出现过剩,迫切需要推进通用石化产品的高端化和发展化工新材料,需要得到相关新技术、新业态及新商业模式的支撑。因此,石化产品实现高端化是石化产业转型升级是否成功的一个关键性重要标志。
近日,在中国科协2015年度推进学会有序承接政府转移职能扩大试点项目经费资助下,由中国化工学会组织编撰的《石油化工产品高端化发展报告》(以下简称《报告》)一书由化学工业出版社正式出版。报告从战略高度审视了国际石化产业发展的路径及方向,全面梳理了当前国内外石油和化学工业产品高端化发展的现状,提出了我国的石化产品高端化发展方向及技术路线。
近期本刊将与中国化工学会合作推出“看高端石化产品开发之重点”系列专栏,由中国化工学会专职副理事长兼秘书长杨元一,中国化工学会常务理事、高级顾问洪定一进行指导。该专栏将为读者推出当前我国重点开发的高端石化产品和技术系列介绍,为高端石化产品发展提供参考指南,敬请期待。
