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傅向升,青島化工學院(現青島科技大學)有機化工專業本科畢業,研究生文化,高級工程師。現任中國石油和化學工業聯合會副會長。
合成樹脂即高分子材料是汽車、建筑、軌道交通以及新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、航空航天等戰略性新興產業發展急需的重要配套材料和重要保障,是科技發展和社會進步的重要支撐。百年未有之大變局加速演進,新一輪科技革命和產業變革持續遞進,產業鏈供應鏈重構正在加速,高分子材料及其技術越來越成為國際競爭的焦點。
十幾年來,我國一直穩居石化大國的地位,化工銷售額的世界占比高于40%,市場的全球影響力日益凸顯,高分子材料論規模也是穩居世界首位,但高性能樹脂和高端材料一直是短板和弱項。具體表現為通用合成材料、通用合成樹脂(如五大通用塑料及聚酯)都處于過剩狀態;而高性能材料,如五大工程塑料(PC、POM、PA、PBT、PPO)和特種工程塑料(PPS、PI、PSF、PES、PEEK等)、芳綸碳纖維高檔尼龍等高性能纖維以及高性能膜材料等主要依賴進口,個別的高端產品關鍵時刻還存在“卡脖子”問題。
一問:我國合成樹脂現狀如何?
20世紀初,美國化學家人工合成了酚醛樹脂,開啟了合成高分子材料的序幕。后來陸續研發成功合成橡膠、尼龍-66、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等多種合成高分子材料;20世紀50年代,齊格勒-納塔催化劑的創新和應用,實現了乙烯在常溫常壓下定向聚合,這種催化劑工藝簡單、生產成本低,使得聚烯烴快速工業化和大型化,加速了高分子合成材料工業的發展,高分子材料以通用合成材料為基礎。
根據世界塑料制造商協會的統計,亞洲塑料的產量占全球總產量的51%,北美占19%,歐盟占16%,其他地區占14%。據預測2015~2025的十年間全球塑料消費量將增加50%,就全球來看近十年塑料的生產與消費增速超過任何材料。可見塑料工業的重要性,也是一個發展潛力十足的行業。
根據世界塑料制造商協會的統計,亞洲塑料的產量占全球總產量的51%,北美占19%,歐盟占16%,其他地區占14%。據預測2015~2025的十年間全球塑料消費量將增加50%,就全球來看近十年塑料的生產與消費增速超過任何材料。可見塑料工業的重要性,也是一個發展潛力十足的行業。
中國合成樹脂的產能產量和消費量多年來一直穩居世界第一位。據國家統計局和最新《產能預警報告》的數據顯示,2022年,合成樹脂產量接近1.14億噸,進口量2958萬噸,表觀消費量1.3億噸。其中,聚乙烯產能2981萬噸/年,產量2631.6萬噸,進口量1346.7萬噸,表觀消費量3806.1萬噸;聚丙烯產能3496萬噸/年,產量2965.5萬噸,進口量451.1萬噸,表觀消費量3280.9萬噸;聚氯乙烯產能2642萬噸/年,產量2197萬噸,進口量36.2萬噸,表觀消費量2036.7萬噸。聚苯乙烯產能525萬噸/年,產量355萬噸,進口量88.9萬噸,表觀消費量432.1萬噸;ABS產能525.5萬噸/年,產量431萬噸,進口量137萬噸,表觀消費量559.9萬噸;聚碳酸酯產能320萬噸/年,產量178萬噸,進口量138.6萬噸,表觀消費量250萬噸;EVA產能215萬噸/年,產量173.8萬噸,進口量120.2萬噸,表觀消費量282.4萬噸;尼龍66切片產能611萬噸/年,產量427.3萬噸,進口量19.9萬噸,表觀消費量409萬噸;茂金屬聚烯烴產能220萬噸/年,產量30萬噸,進口量210萬噸,表觀消費量240萬噸。
二問:塑料工業走過百年歷程以后,當前合成樹脂行業呈現出哪些新的趨勢?
第一、上游原料輕質化的趨勢。這一趨勢由北美和海灣地區發起,“十三五”以來快速向歐、亞等主要經濟體推進。其典型代表是以輕烴為原料制烯烴,即丙烷脫氫制丙烯和乙烷裂解制乙烯,其代表區域就是北美、海灣和東北亞的中國。北美得益于頁巖氣革命的成功,頁巖氣富含輕烴中的乙烷,乙烷分離以后經裂解制乙烯,與傳統的石腦油裂解工藝相比,流程最短、成本最低,也是最清潔的工藝;海灣地區得益于石油伴生氣資源豐富,大量的乙烷和丙烷經分離以后,分別經裂解和脫氫制取乙烯和丙烯,與傳統的石腦油裂解相比其競爭力更勝一籌。所以全球烯烴原料的輕質化轉型近10年來呈現加速態勢,到2020年世界以輕烴為原料的乙烯占總產能的53.5%,其中乙烷裂解占40.3%。
中國也及時跟進這一轉型趨勢和步伐,乙烷裂解制乙烯也被眾多國內企業關注,并列入擬建和擴建范疇。但后來因資源稟賦的制約,只有中石油巴州和長慶2套裝置列入試點示范,目前已建成投產的只有中石油、新浦化學、萬華化學、衛星石化等7套裝置,以乙烷或混合輕烴為原料制乙烯、產能618萬噸/年,產能約占我國乙烯總產能的13.2%。丙烷等輕烴為原料脫氫制丙烯裝置快速建設,已建成丙烷及C?C?混合輕烴制丙烯裝置34套,共計產能1602.6萬噸/年,占我國丙烯總產能的34.9%,其中2022年投產的17套丙烯裝置中就有8套,占了去年新增產能601萬噸/年的62%以上;今年以來又建成投產4套丙烷脫氫裝置,新增產能252萬噸/年。
總體看,國內烯烴原料輕質化轉型已得到業界同仁的高度關注。下一步在科學論證輕烴來源和供應鏈安全以及經濟競爭力的前提下,還可以慎重決策以輕烴為原料的烯烴裝置建設。
第二個趨勢是通用材料的高性能化。通用材料與高性能材料之間并不存在截然的分界線。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等這些通用合成材料也可以通過改性和合金化實現高端化和高性能化,這些普通的合成材料通過改性以后其使用性能在某些應用領域可以替代尼龍、聚甲醛等工程塑料。聚氯乙烯經過改性不僅可以制成高端仿實木地板大量出口,而且功能性改性以后還可以應用于高鐵等高端制造。有些普通聚烯烴采用新的催化劑和聚合技術,其產品性能和應用領域就可以實現高端化,茂金屬聚烯烴就是典型的代表,茂金屬聚合的彈性體不僅可以替代聚氨酯新材料,也可以替代某些工程塑料。疫情期間新冠疫苗需要一種特種包裝紙叫“特衛強”,是一種化工材料做成的包裝膜,當時說這款包裝膜只有杜邦公司能生產,當時問我國內能不能找到?后來我請教了北京化工研究院的梁愛民副院長,他說:“這是一種高強度、高滲透的高密度聚乙烯材料,首先在高溫下噴成極細的纖維,經多層黏合成低粉渣的復合材料。這種材料抗乙二醇、酒精等滅活劑,透水、但不透蛋白質等大分子,確實只有杜邦生產。”
第三個趨勢是合成材料的功能化。新世紀以來合成材料的功能化是發達國家和跨國公司創新與戰略轉型的重點。如汽車保險杠自修復材料,在現有PU材料中加了微膠囊,一旦碰裂微膠囊就自行修復、保險杠恢復如初。瓦克的醫用有機硅新材料用于創可貼,透氣、不粘連、傷口易愈合,電動汽車顯示屏用有機硅改性新材料大大改善強光照射下的顯示效果。曾有報道加利福尼亞大學發明了一種具有自愈功能的新型聚合物,是一種可拉伸聚合物與離子鹽制成的新材料,可用于智能手機屏幕和電池。還有報道美國科羅拉多大學研究出一種無需制冷劑、無需電力就可以為建筑物降溫,冷卻效果強、成本低的降溫薄膜材料,每平方米約50美分。這種透明薄膜的商品名TPX,加工成約50微米厚,一棟普通房子的屋頂鋪設20平米這種薄膜,當室外溫度37℃時,室內溫度可以保持在20℃。
三問:化工新材料既是強國的代表,又是大國競爭的焦點,我國化工新材料現狀如何?
化工新材料即高性能材料以工程塑料、特種工程塑料、高性能纖維、高端膜材料為代表,主要包括高端聚烯烴、工程塑料、聚氨酯材料、氟硅材料、特種合成橡膠和熱塑性彈性體、高性能纖維及其復合材料、功能性膜材料、電子化學品、生物基材料等。高性能材料和高端樹脂一般稱化工新材料,與通用材料相比具有技術門檻高、性能優異、功能性強、附加值高等特點,亦成為大國博弈的焦點和區域競爭的熱點領域。
首先談談近年來化工新材料創新發展取得的明顯進步。“十三五”以來,我國化工新材料相繼在技術和產業化上取得突破,自主配套能力持續提升。據石化聯合會新材料專委會統計,2022年我國化工新材料產能達到4500萬噸/年,產量約3323萬噸,銷售收入高于1.3萬億元,消費量約4136萬噸,自給率達80.3%。
技術突破并實現產業化的代表性產品有:高端聚烯烴中的超高分子量聚乙烯樹脂、茂金屬聚丙烯、光伏用和高熔指熱熔膠EVA樹脂以及雙向拉伸和鋰電池隔膜用及高流動、高抗沖、低揮發等聚烯烴專用料;工程塑料的聚碳、PMMA、聚苯醚、尼龍12等;特種工程塑料的聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜等技術上長期難以突破的產品;碳纖維、聚酰亞胺纖維、超高分子量PE纖維、聚苯硫醚纖維等幾大高性能纖維及其復合材料都相繼取得突破和產業化......不再一一列舉。
其實,我們還要看到我國化工新材料領域還存在明顯的差距。化工新材料始終還是我國石化產業的短板,還有不少產品依賴進口,如工程塑料、功能性膜材料和電子化學品的總體自給率接近80%,而高端聚烯烴、高性能纖維的自給率卻不到60%,液晶顯示材料、光刻膠等高端產品的自給率更低只有5%-6%。特別是聚烯烴通用樹脂為主,種類同質化、型號同質化嚴重,高端化、差異化、專用型和功能性嚴重不足;特種工程塑料的技術制約更加嚴重,工程化、產業化差距明顯,中低端產品居多,高性能產品短缺。電子化學品中超高超純光刻膠、高純磷烷以及高精度拋光墊材料長期依賴進口,其他還有高性能氟樹脂、氟橡膠等也是嚴重依賴進口。另一類就是像茂金屬催化劑、高碳ɑ-烯烴、己二腈等關鍵單體和材料長期難以突破,血液透析等醫用高端功能性膜材料也是長期難以突破。
來源: 石油和化工園區