说到全球化工企业的转型,我认为有这样几个重点方向。
一、结构优化转型升级是当下的重点
美国杜邦成立220年来,第一个百年是一家火药公司。之后依靠创新,通过不断加快战略转型,在第二个百年实现了由火药帝国向材料公司的转变,并成为聚酯、尼龙、聚甲醛、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲醇酯(PCT)、液晶聚合物等合成材料和工程塑料的领导者。进入第三个百年的时候,杜邦又宣布将加快向生命科学公司转型。
还有两个大家熟悉的跨国公司在转型方面也很惊艳,荷兰皇家帝斯曼公司和比利时索尔维公司。帝斯曼120年前成立时是一家煤炭公司,从煤和煤化工起家,后逐渐发展焦炉煤气、化肥、橡胶塑料、精细化学品和高性能材料,去年又重组出去高性能材料业务,今天已转型为营养化学品、医药和专用化学品的先导性公司。索尔维因1861年创新成功“索尔维制碱法”比原来的吕布兰制碱法原料易得、污染少、燃料消耗也少而更具竞争力起家,在侯德榜《纯碱制造》公布之前的70多年里,靠技术封锁垄断世界市场。但索尔维今天的主导产业已完全转型为化工新材料和功能化学品,其血液透析材料、液晶显示材料、信息用化学品等具有很强的全球竞争力。
日本化工界的转型也值得关注。2016年,我带队访问日本经产省、日本化工协会、日本石化协会及部分企业时了解到,日本本土的石脑油裂解装置已关掉3套,关闭总产能约85万吨/年。原因是中韩石化产业快速发展和海湾地区轻烃制烯烃的成本优势带来了压力。继今年3月三井化学宣布退出精对苯二甲酸(PTA)业务之后,4月住友化学又宣布将退出己内酰胺和乙丙橡胶业务。
国际化工公司的转型值得我们思考。鉴于我国成品油过剩、新能源车快速推进、化工新材料和精细化学品短缺的状况,我们的石化企业应当加快推进“减油增化”的产品结构调整进程,在成品油的产出比例上也要尽量调低柴汽比。原来已建成的具有经济规模的千万吨及其以上级别的炼油装置,也要科学论证、科学设计并延伸产业链和产品链,充分利用好已有的产品基础,以增产烯烃及其高端聚合物和精细化学品为目标,做好产业链延伸和产品结构升级优化。无机及精细化学品企业,要在精细化、差异化、功能化上下功夫。
二、绿色低碳转型是当下的紧迫任务
用石油、天然气、煤炭等化石资源为原料生产石化产品的过程中,必然伴随二氧化碳的产生。其排放量居工业领域前列,因此石化产业的绿色低碳转型比其他行业更为紧迫。
这方面重点谈谈国内企业。“十四五”期间,国内石化行业及其重点领域、重点产品、重点企业实施绿色低碳转型的要求、目标和措施、路径都已明确。中共中央、国务院以及国家有关部门对双碳目标及完成路径都已做了战略部署,特别是对石化行业的炼油、乙烯、对二甲苯、合成氨、烧碱、纯碱、焦化等重点子行业和重点产品提出了具体要求、目标和采用的新技术、新工艺、新设备等路径选择。不仅有指标的要求,还有规模的要求。其中对重点产品能效水平在基准值以下,且无法通过节能改造达到基准值以上的生产装置,要通过上优汰劣、上大压小等方式加快退出;对其他重点石化产品则一律强调“无法通过节能改造达到基准值以上的,加快淘汰退出”。建议我们的重点石化企业一定要高度重视、认真研究,加快重点企业和重点产品的绿色低碳转型。
三、关键核心技术的产业化是重点
新世纪以来,国内外石化产业创新不断。新的重大成套技术、关键核心技术以及新工艺、新设备、核心催化剂相继取得突破,并成功实现产业化,整体技术水平又有大的提升和新的跨越。
最具代表性也是近10年来产业化、大型化发展最快的,要数烯烃原料轻质化和原油直接制化学品。典型代表国家或区域要数北美和海湾地区。北美以美国为代表,近10年来,乙烯增量明显高于以往,而新增乙烯主要采用乙烷裂解工艺;海湾地区以沙特为代表,新增烯烃主要以凝析液的轻烃组分为原料。美国是因为页岩气革命成功,乙烷和天然气资源丰富起来。而海湾地区,是因为石油伴生气中轻烃资源丰富。以轻烃为原料制取烯烃,无论是乙烷裂解制乙烯还是丙烷脱氢制丙烯,其工艺流程短、投资省、产品纯度高,与石脑油裂解或其他途径所获得的烯烃相比,其生产成本最低。
2019年3月,我曾带队访问陶氏并参观了陶氏在休斯敦刚刚建成投产的乙烷裂解制乙烯装置。当时陪同人员对我们讲,这是世界上规模最大的、已投产的乙烷裂解装置,并告诉我们相邻的一套装置是巴西石化刚投产不久的丙烷脱氢制丙烯装置。
我国“十三五”以来依靠进口液化丙烷(或混合轻烃)已建成投产20套丙烷脱氢制丙烯装置,已投产4套乙烷裂解制乙烯装置。目前国内轻烃制乙烯占比还很低,而丙烷脱氢制丙烯约占到我国丙烯总产能的20%左右。我认为,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,才可以慎重决策以轻烃为原料的烯烃装置建设。
原油直接制化学品也是目前国内谈论最多的新工艺。2019年3月,我带队访问和考察了美国埃克森美孚公司在新加坡裕廊岛的全球唯一的一套100万吨/年乙烯工业化装置。该装置的化学品产出率高达50%~70%,乙烯的成本比石脑油裂解低约100美元/吨。我还了解到,沙特阿美公司和沙特基础工业公司(SABIC)与中国清华大学合作,也已经掌握了原油直接制化学品的技术,正在筹划和拟建工业化装置。2021年,中石化石科院、北京化工研究院都相继宣布开发成功原油直接制化学品的技术。中海油在惠州大亚湾也经工业性试验验证了自己的原油直接制化学品的新工艺,运行结果表明原料进料、烯烃产出率都更有竞争力。
实际上,在国内成品油过剩的现状面前,很多企业和企业家都已认识到“少油多化”转型的现实重要性。“十三五”期间投产的恒力石化、浙石化的炼化一体化装置,通过全加氢工艺、应用新技术和新催化剂,其烯烃和化学品产出率都比传统装置高许多。即将投产的中石化镇海乙烯工程、古雷一体化项目、洋浦烯烃装置以及中石油大南海一体化装置等,都在采用新技术、新工艺实现“减油增化”和降低柴汽比方面做了大量工作。还有离子液体烷基化、双氧水氧化、微通道反应器以及己二腈等技术的推广应用也有着良好的空间。
四、生物基化学品和生物可降解材料是近些年的热点
据经济合作与发展组织(OECD)预测,未来10年至少有20%以上的石化产品可由生物基产品替代,欧盟《工业生物技术远景规划》也预测,2030年生物基原料将替代6%~12%的化工原料、30%~60%的精细化学品将由生物基获得。过去大家熟悉的生物基化学品主要是生物基乙醇。美国以转基因玉米和巴西以甘蔗为原料加工的生物基乙醇是技术和经济上都成熟的一个代表。
而可工业化的生物基可降解材料产业也热起来了。这个产业的主要产品有聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚甲基乙撑碳酸酯等。其他的生物基材料还有聚酰胺以及可降解的聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、聚乙醇酸、聚丁二酸丁二醇酯等。这次北京冬奥会一次性餐具用的就是安徽丰原集团提供的聚乳酸。日本三菱化学用异山梨醇代替双酚A开发成功的生物基聚碳酸酯,其透明性、光学性能、高耐磨性及抗冲击性能都优于双酚A型聚碳酸酯,已做成汽车全景天窗,未来不仅用于汽车、能源,还将用于光学、电子仪器、装饰装修等。生物基丁二酸以及生物基长碳链尼龙等生物基材料都有多家公司工业化生产,而生物法1,3-丙二醇技术多年来一直被杜邦垄断,杜邦的葡萄糖发酵工艺质量好、成本低,所以能够长期垄断国际市场。国内的甘油发酵工艺因原料转化率低、产品高端用途受限而竞争力差些。
现在全球都在为解决塑料污染问题而努力,这就要提到循环利用问题。不可降解材料的物理梯级循环利用是目前相对实用的路径,而化学法循环再利用更是化学家和化学工程师们面临的重要课题,实际也不是什么新课题。有些人不了解化学的反应过程,也不了解化学家的能耐。其实化学反应大多都是可逆的:能合成就能分解、能聚合就能解聚。化学家的能耐就是:自己聚合反应得到的高分子聚合物、就一定能够通过解聚(或裂解)反应使之分解。有的人觉得神奇,实际上这是化学反应的基本原理,技术上没有障碍,只是成本和代价问题,即经济性能否过关。杜邦上世纪90年代就开始研发废物减量化。那时杜邦就已经认识到废弃物是未充分利用的资源,于是开始投入大量人力物力开发废塑料的回收利用技术。杜邦已经开发成功的甲醇分解技术可将废聚酯饮料瓶分解成对苯二甲酸二甲酯和乙二醇单体,然后重新合成新的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。1991年,杜邦就回收利用了12.7万吨工艺废料。从上世纪末到现在,杜邦共运营着11个塑料再生利用装置,每年加工废塑料量为45.4万吨。德国巴斯夫也在研发热裂解工艺,把废塑料热裂解为合成气或油品,用这种原料在路德维希港一体化基地再生产各种化学品或聚合物,品质达到食品级。那有人会问“为什么没有推广开呢?”这就是前面讲的:技术不成问题,关键是运营成本问题,即经济竞争力问题。目前国内外主要的化工企业如巴斯夫、科思创、亨斯迈、埃克森美孚、壳牌、中石化、金发科技等都在探索创新废弃塑料回收与循环利用的新路径。我们可以相信,今天看起来日益严峻的塑料污染问题终会被解决。
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