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行业资讯
傅向升:九问合成材料(上)
发布者:HTJ  发布于:2023/11/27 15:12:38  点击率:3467

傅向升,青岛化工学院(现青岛科技大学)有机化工专业本科毕业,研究生文化,高级工程师。现任中国石油和化学工业联合会副会长。

合成树脂即高分子材料是汽车、建筑、轨道交通以及新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、航空航天等战略性新兴产业发展急需的重要配套材料和重要保障,是科技发展和社会进步的重要支撑。百年未有之大变局加速演进,新一轮科技革命和产业变革持续递进,产业链供应链重构正在加速,高分子材料及其技术越来越成为国际竞争的焦点。

十几年来,我国一直稳居石化大国的地位,化工销售额的世界占比高于40%,市场的全球影响力日益凸显,高分子材料论规模也是稳居世界首位,但高性能树脂和高端材料一直是短板和弱项。具体表现为通用合成材料、通用合成树脂(如五大通用塑料及聚酯)都处于过剩状态;而高性能材料,如五大工程塑料(PCPOMPAPBTPPO)和特种工程塑料(PPSPIPSFPESPEEK等)、芳纶碳纤维高档尼龙等高性能纤维以及高性能膜材料等主要依赖进口,个别的高端产品关键时刻还存在“卡脖子”问题。

 

一问我国合成树脂现状如何?

 

20世纪初,美国化学家人工合成了酚醛树脂,开启了合成高分子材料的序幕。后来陆续研发成功合成橡胶、尼龙-66、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等多种合成高分子材料;20世纪50年代,齐格勒-纳塔催化剂的创新和应用,实现了乙烯在常温常压下定向聚合,这种催化剂工艺简单、生产成本低,使得聚烯烃快速工业化和大型化,加速了高分子合成材料工业的发展,高分子材料以通用合成材料为基础。

根据世界塑料制造商协会的统计,亚洲塑料的产量占全球总产量的51%,北美占19%,欧盟占16%,其他地区占14%。据预测2015~2025的十年间全球塑料消费量将增加50%,就全球来看近十年塑料的生产与消费增速超过任何材料。可见塑料工业的重要性,也是一个发展潜力十足的行业。

根据世界塑料制造商协会的统计,亚洲塑料的产量占全球总产量的51%,北美占19%,欧盟占16%,其他地区占14%。据预测2015~2025的十年间全球塑料消费量将增加50%,就全球来看近十年塑料的生产与消费增速超过任何材料。可见塑料工业的重要性,也是一个发展潜力十足的行业。

中国合成树脂的产能产量和消费量多年来一直稳居世界第一位。据国家统计局和最新《产能预警报告》的数据显示,2022年,合成树脂产量接近1.14亿吨,进口量2958万吨,表观消费量1.3亿吨。其中,聚乙烯产能2981万吨/年,产量2631.6万吨,进口量1346.7万吨,表观消费量3806.1万吨;聚丙烯产能3496万吨/年,产量2965.5万吨,进口量451.1万吨,表观消费量3280.9万吨;聚氯乙烯产能2642万吨/年,产量2197万吨,进口量36.2万吨,表观消费量2036.7万吨。聚苯乙烯产能525万吨/年,产量355万吨,进口量88.9万吨,表观消费量432.1万吨;ABS产能525.5万吨/年,产量431万吨,进口量137万吨,表观消费量559.9万吨;聚碳酸酯产能320万吨/年,产量178万吨,进口量138.6万吨,表观消费量250万吨;EVA产能215万吨/年,产量173.8万吨,进口量120.2万吨,表观消费量282.4万吨;尼龙66切片产能611万吨/年,产量427.3万吨,进口量19.9万吨,表观消费量409万吨;茂金属聚烯烃产能220万吨/年,产量30万吨,进口量210万吨,表观消费量240万吨。

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二问塑料工业走过百年历程以后,当前合成树脂行业呈现出哪些新的趋势?

 

第一、上游原料轻质化的趋势。这一趋势由北美和海湾地区发起,“十三五”以来快速向欧、亚等主要经济体推进。其典型代表是以轻烃为原料制烯烃,即丙烷脱氢制丙烯和乙烷裂解制乙烯,其代表区域就是北美、海湾和东北亚的中国。北美得益于页岩气革命的成功,页岩气富含轻烃中的乙烷,乙烷分离以后经裂解制乙烯,与传统的石脑油裂解工艺相比,流程最短、成本最低,也是最清洁的工艺;海湾地区得益于石油伴生气资源丰富,大量的乙烷和丙烷经分离以后,分别经裂解和脱氢制取乙烯和丙烯,与传统的石脑油裂解相比其竞争力更胜一筹。所以全球烯烃原料的轻质化转型近10年来呈现加速态势,到2020年世界以轻烃为原料的乙烯占总产能的53.5%,其中乙烷裂解占40.3%

中国也及时跟进这一转型趋势和步伐,乙烷裂解制乙烯也被众多国内企业关注,并列入拟建和扩建范畴。但后来因资源禀赋的制约,只有中石油巴州和长庆2套装置列入试点示范,目前已建成投产的只有中石油、新浦化学、万华化学、卫星石化等7套装置,以乙烷或混合轻烃为原料制乙烯、产能618万吨/年,产能约占我国乙烯总产能的13.2%。丙烷等轻烃为原料脱氢制丙烯装置快速建设,已建成丙烷及C3C4混合轻烃制丙烯装置34套,共计产能1602.6万吨/年,占我国丙烯总产能的34.9%,其中2022年投产的17套丙烯装置中就有8套,占了去年新增产能601万吨/年的62%以上;今年以来又建成投产4套丙烷脱氢装置,新增产能252万吨/年。

总体看,国内烯烃原料轻质化转型已得到业界同仁的高度关注。下一步在科学论证轻烃来源和供应链安全以及经济竞争力的前提下,还可以慎重决策以轻烃为原料的烯烃装置建设。

第二个趋势是通用材料的高性能化。通用材料与高性能材料之间并不存在截然的分界线。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等这些通用合成材料也可以通过改性和合金化实现高端化和高性能化,这些普通的合成材料通过改性以后其使用性能在某些应用领域可以替代尼龙、聚甲醛等工程塑料。聚氯乙烯经过改性不仅可以制成高端仿实木地板大量出口,而且功能性改性以后还可以应用于高铁等高端制造。有些普通聚烯烃采用新的催化剂和聚合技术,其产品性能和应用领域就可以实现高端化,茂金属聚烯烃就是典型的代表,茂金属聚合的弹性体不仅可以替代聚氨酯新材料,也可以替代某些工程塑料。疫情期间新冠疫苗需要一种特种包装纸叫“特卫强”,是一种化工材料做成的包装膜,当时说这款包装膜只有杜邦公司能生产,当时问我国内能不能找到?后来我请教了北京化工研究院的梁爱民副院长,他说:“这是一种高强度、高渗透的高密度聚乙烯材料,首先在高温下喷成极细的纤维,经多层黏合成低粉渣的复合材料。这种材料抗乙二醇、酒精等灭活剂,透水、但不透蛋白质等大分子,确实只有杜邦生产。”

第三个趋势是合成材料的功能化。新世纪以来合成材料的功能化是发达国家和跨国公司创新与战略转型的重点。如汽车保险杠自修复材料,在现有PU材料中加了微胶囊,一旦碰裂微胶囊就自行修复、保险杠恢复如初。瓦克的医用有机硅新材料用于创可贴,透气、不粘连、伤口易愈合,电动汽车显示屏用有机硅改性新材料大大改善强光照射下的显示效果。曾有报道加利福尼亚大学发明了一种具有自愈功能的新型聚合物,是一种可拉伸聚合物与离子盐制成的新材料,可用于智能手机屏幕和电池。还有报道美国科罗拉多大学研究出一种无需制冷剂、无需电力就可以为建筑物降温,冷却效果强、成本低的降温薄膜材料,每平方米约50美分。这种透明薄膜的商品名TPX,加工成约50微米厚,一栋普通房子的屋顶铺设20平米这种薄膜,当室外温度37℃时,室内温度可以保持在20℃。

 

三问:化工新材料既是强国的代表,又是大国竞争的焦点,我国化工新材料现状如何?

 

化工新材料即高性能材料以工程塑料、特种工程塑料、高性能纤维、高端膜材料为代表,主要包括高端聚烯烃、工程塑料、聚氨酯材料、氟硅材料、特种合成橡胶和热塑性弹性体、高性能纤维及其复合材料、功能性膜材料、电子化学品、生物基材料等。高性能材料和高端树脂一般称化工新材料,与通用材料相比具有技术门槛高、性能优异、功能性强、附加值高等特点,亦成为大国博弈的焦点和区域竞争的热点领域。

首先谈谈近年来化工新材料创新发展取得的明显进步。“十三五”以来,我国化工新材料相继在技术和产业化上取得突破,自主配套能力持续提升。据石化联合会新材料专委会统计,2022年我国化工新材料产能达到4500万吨/年,产量约3323万吨,销售收入高于1.3万亿元,消费量约4136万吨,自给率达80.3%

技术突破并实现产业化的代表性产品有:高端聚烯烃中的超高分子量聚乙烯树脂、茂金属聚丙烯、光伏用和高熔指热熔胶EVA树脂以及双向拉伸和锂电池隔膜用及高流动、高抗冲、低挥发等聚烯烃专用料;工程塑料的聚碳、PMMA、聚苯醚、尼龙12等;特种工程塑料的聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜等技术上长期难以突破的产品;碳纤维、聚酰亚胺纤维、超高分子量PE纤维、聚苯硫醚纤维等几大高性能纤维及其复合材料都相继取得突破和产业化......不再一一列举。

其实,我们还要看到我国化工新材料领域还存在明显的差距。化工新材料始终还是我国石化产业的短板,还有不少产品依赖进口,如工程塑料、功能性膜材料和电子化学品的总体自给率接近80%,而高端聚烯烃、高性能纤维的自给率却不到60%,液晶显示材料、光刻胶等高端产品的自给率更低只有5%-6%。特别是聚烯烃通用树脂为主,种类同质化、型号同质化严重,高端化、差异化、专用型和功能性严重不足;特种工程塑料的技术制约更加严重,工程化、产业化差距明显,中低端产品居多,高性能产品短缺。电子化学品中超高超纯光刻胶、高纯磷烷以及高精度抛光垫材料长期依赖进口,其他还有高性能氟树脂、氟橡胶等也是严重依赖进口。另一类就是像茂金属催化剂、高碳ɑ-烯烃、己二腈等关键单体和材料长期难以突破,血液透析等医用高端功能性膜材料也是长期难以突破。

来源: 石油和化工园区