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傅向升:化工新材料产业创新与发展之思考
www.31xjxl.com2019-11-12 08:35:00同花顺财经

化工新材料因其质量更轻、性能更优异、功能性更强,尤其是技术要求和技术含量更高,一直是一个国家化工技术水平的重要体现,又加上具有传统化工材料以及金属材料都不具备的优异特性,已经成为世界各国高端制造业不可或缺的重要配套材料,也是发达国家和跨国公司重点发展和战略转型的首选。

在11月4日由中国化工报社、石油和化工产业金融创新联盟主办的2019(第二届)石油和化工产业金融创新联盟年会暨化工新材料产业创新发展与投融资峰会上,中国石油和化学工业联合会副会长傅向升对化工新材料产业的创新与发展进行了全面深入地分析思考。本版今日全文刊登,以启迪石油和化工行业高质量发展。

化工新材料发展之现状

化工新材料通常指工程塑料、特种工程塑料、高性能纤维、功能性膜材料,有时还把聚氨酯材料、氟硅材料、高端聚烯烃、电子化学品也包括在内。五大工程塑料即聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、PBT、聚苯醚,五大特种工程塑料即聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮,随着技术的进步和不断创新,尤其是特种工程塑料的种类近几年得到拓展,品种和性能都不断增强。

汽车的轻量化,特别是新能源汽车和无人驾驶技术的发展;民用客机的大型化,譬如A380、梦幻787以及我们的C929等;电子信息、人类宇宙探索和太空行走、国防军工的隐形技术、航母潜艇等深海远洋,都离不开化工新材料为之配套。

美欧日等发达国家及全球化工50强的跨国公司,都把化工新材料作为发展重点。很多知名跨国公司把化工新材料当作转型的首选,一边加大化工新材料领域的创新力度,一边加快传统化工材料的高性能化,近十几年以来基本已完成由传统化工向化工新材料领域的转型。

最典型的是陶氏、杜邦的发展,以及近年的合并与再拆分。今年4月1日拆分的新陶氏定位为一家新材料为主业的公司,年销售额约480亿美元。成立217年的杜邦上个世纪就实现了由化学品公司向材料科学的转型。6月1日拆分的新杜邦定位是特种化学品,其主导产品也属于我们通称的新材料领域,年销售额约250亿美元。

三菱化学重点发展的也是化工新材料,摆在首位的是功能材料包括高功能薄膜、工程塑料、碳纤维及其复合材料、锂离子电池材料等。三井化学的核心业务也是功能性材料,其茂金属聚合LLDPE和HDPE以及聚氨酯材料等都居世界领先水平。三井化学把未来研发的重点也放在新材料领域。

跨国公司都把在中国的发展定位在新材料领域,三菱、三井、旭化成、阿科玛、朗盛等公司都在中国建设和投产了新材料项目,其中最典型的案例就是巴斯夫和埃克森美孚宣布各投资100亿美元,分别在湛江和大亚湾建设新材料基地。

中国作为制造业大国,对化工新材料的市场需求大,而我国化工新材料的产量和种类都难以满足高端制造业的实际需求,化工新材料一直是我国化工领域的一个短板和弱项。

据工信部对全国130多种关键基础材料调研的结果,其中32%在中国是空白,52%的材料依赖进口。有些材料被一些公司垄断,如东丽和帝人垄断高性能纤维及其复合材料市场,杜邦、帝人控制全球对位芳纶90%的产能,信越、瓦克、住友、三菱等占据国际半导体硅材料80%的市场。

据新材料专委会统计,我国2018年化工新材料产量约2210万吨,自给率约65%。其中,工程塑料产量306万吨,消费量548万吨,自给率约55.9%;功能性膜材料产量约50亿平方米,消费量超过60亿平方米,自给率超过80%;电子化学品消费量约90万吨,国内产品占有率低,如光刻胶、高分子封装材料等部分产品的进口依存度高达80%以上,尤其是高端产品几乎全部靠进口。

化工新材料创新与发展之挑战

化工新材料一直是新中国成立以来国民经济的重点发展领域,开始主要是为国防军工领域配套,原化工部时期设有二局,专门负责化工新材料的研发与生产配套。改革开放以后,随着电子信息、汽车制造、航空航天等高端制造业的发展,化学工业的每个五年发展规划和年度计划都把化工新材料作为重点,期间很多工程塑料、特种工程塑料品种以及氟硅材料、聚氨酯材料、芳纶和碳纤维材料、膜材料等获得技术突破,实现规模化生产,并被大量推广到民用领域。

尤其是走进很多“三线”企业,我们体会到化工新材料产业也是我国独立自主、自力更生的一个缩影。化工新材料产业的创新与发展成绩是显著的,尤其是新世纪以来,我国化工新材料产业的快速发展,成绩是主要的。但是,站在今天的视点上,对照党中央提出高质量发展的根本要求,我国化工新材料产业的创新与发展还面临着一些挑战。

关键技术难以突破一直是化工新材料最严峻的挑战。聚碳酸酯、聚甲醛、PBT、有机硅、碳纤维以及聚氨酯材料等很多化工新材料品类,都是国家自“七五”计划就开始组织重点技术攻关的品类。其中,PBT、聚甲醛、有机硅等通过自主攻关和消化吸收相结合最早取得技术突破。近几年,尼龙新材料、聚碳酸酯、PMMA、聚氨酯用异氰酸酯、有机氟材料、聚酰亚胺等领域的核心技术相继取得突破,并达到世界先进水平。

但是,很多高端型号的化工新材料产品生产技术还未能掌握,如用于高端膜的茂金属聚乙烯专用树脂、茂金属聚合的乙烯与α-烯烃共聚产品、茂金属均聚聚丙烯树脂、高性能聚烯烃弹性体等。还有一些是技术取得重大突破而关键设备未掌握的,如碳纤维生产过程中的氧化炉和碳化炉。

最典型的是茂金属聚合技术,茂金属烯烃聚合工艺具有更高的灵活性和可控性,广泛应用于通用塑料、弹性体以及工程塑料等,是当前烯烃聚合过程中发展很快的新工艺。埃克森美孚、陶氏、利安德巴塞尔、北欧化工等跨国公司在该领域均处领先地位,我国从上世纪90年代开始组织国家级技术攻关,还专门组建了国家工程技术中心。20多年过去了,齐鲁石化、大庆石化、独山子石化等尚有产品供应市场,但是产业化规模、产品型号等都难以满足市场需求,茂金属聚烯烃消费量的自给率不到30%。

另一个例子是尼龙66的主要单体己二腈的生产技术。尼龙66既可以做工程塑料也可以做化学纤维,应用于汽车、电子电气、机械仪表仪器、航空航天工业、轮胎帘子线、民用制品等。2018年,我国尼龙66的产能为43万吨、产量30万吨、表观消费量约50万吨。但是我国尼龙66的生产严重受己二腈的制约,由于不掌握己二腈的生产技术,国内尼龙66的生产企业只能外购己二腈,致使利润的大头被跨国公司获取。辽阳石化曾引进法国己二腈技术,但由于消耗高、流程长、经济不过关而停产。后来山东润兴建设了丙烯腈电解法工艺装置,但在开车时发生了爆炸,至今未复产。目前,己二腈生产技术最具代表性的是英威达公司的丁二烯法和奥升德公司的丙烯腈电解二聚法,这两种工艺各有优缺点,但都是成熟工艺。

今年3月,我带队访问了奥升德公司,他们非常重视在中国的发展,但是近期没有技术转让的想法。英威达近期也没有技术许可的可能,虽然其早前曾宣布在上海化工园区建设40万吨/年己二腈装置。可见,国内己二腈生产技术还将长期被跨国公司垄断,国内尼龙66产业的发展还将严重受制于人。但值得高兴的是,天辰公司的己二腈中试装置已经取得突破,正在与齐翔腾达合作建设产业化装置,一期规模为20万吨/年。

还有就是膜材料的制备技术,如烧碱工业用离子膜,我国也是自“七五”计划就开始组织国家级技术攻关,但始终难以工业化。今年,东岳集团从树脂到制膜都已取得重大技术突破,但产品的市场占有率还不高,现在我国每年需要的30万~40万平方米离子膜还几乎全部依靠进口。

此外,新能源用高端膜、高端显示屏用膜、医疗用膜,目前也都是由于核心技术不掌握,主要依靠进口满足市场需求,如医疗透析用膜、国内透析膜及组件的70%都是从德国和日本进口。

高端产品短缺一直是化工新材料创新发展的一大短板。石化全行业“低端产品过剩,高端产品缺乏”的结构性矛盾一直比较突出。近3年来虽然全行业淘汰落后产能、加快转型升级都取得了明显成绩,但是这一问题始终没有解决。

2018年,石化全行业贸易逆差达2833亿美元,增长42.5%,其中合成树脂、合成橡胶和合成纤维单体三类合计逆差567亿美元,占比超过20%。进口量和贸易逆差较大的品种有:聚乙烯进口1402.5万吨,比上年增长18.9%。其中,HDPE进口673万吨,增长5.2%;LLDPE进口436.7万吨,增长44.3%。聚乙烯贸易逆差171亿美元,增长23.7%;聚丙烯贸易逆差37亿美元,增长8%;合成橡胶贸易逆差88.2亿美元,其中乙丙橡胶贸易逆差24亿美元,丁苯橡胶贸易逆差9亿美元。

化工新材料领域高端产品短缺的问题更加突出。聚甲醛、PBT、碳纤维等工程塑料和高性能纤维、高端膜材料等产品的基础型通用型树脂都呈现过剩状态,而适合于高端应用领域的品种或型号还是依靠进口满足市场需求,如光学级聚碳酸酯、PMMA等品种,茂金属聚烯烃及其弹性体材料。它们中有的是受技术制约不能生产,有的是产品质量的稳定性难以保证。2018年,聚碳酸酯的贸易逆差37亿美元,比上年增长14.3%;聚酰胺贸易逆差17亿美元;聚甲醛进口约34万吨,增长9.7%;PMMA进口22万吨,增长15.7%,逆差在6亿美元左右。光刻胶每年约用1400吨,对外依存度为80%。

化工新材料产能过剩态势不可回避。近年来,全球石化产业呈现出又一个景气周期,尤其是北美页岩气革命成功以及沙特经济战略转型,使这两大区域的烯烃和聚烯烃产能增量较大。中国也处在这一轮发展周期中,石化产业布局调整和结构调整的步伐加快,炼化一体化装置集中建设,烯烃、芳烃等大宗石化产品集中投产,石化产业的规模集中度、整体技术水平以及有机化学品的自给率都得到大幅提升。

随着技术的突破,化工新材料领域很多品种也出现了集中规划建设的热潮。碳纤维热、聚碳酸酯热、尼龙热以及超高相对分子质量聚乙烯、有机硅等产品的规划建设热度持续上升,百万吨聚碳酸酯基地、千亿元级尼龙城等大手笔不时见诸报端。如上面提到的己二腈,目前全球也就14套生产装置,总产能约200万吨/年。目前国内每年消耗己二腈约为30万吨,现在有的企业一出手就是100万吨/年的规划目标。

另一个典型的产品是聚碳酸酯,2018年国内产能约120万吨,自给率不足50%,未来几年内已有、在建和拟建的总产能超过700万吨/年,产能年均增速高达30%。照这种势头下去,不知市场如何承受?

化工新材料高质量发展之思考

化工新材料产业是一个技术含量高、专为高端需求配套的产业,是国家石化产业技术水平和整体技术水平的典型代表。一个国家化工新材料发展不上去,其高端制造能力与水平就会受到严重制约。去年我们的中兴电子被制裁立马陷入瘫痪,今年日本对韩国电子化学品限制出口使韩方陷入被动,就是明显的例证。我国化工新材料产业的技术水平与美欧日等发达国家相比有着明显差距。化工新材料产业的创新与高质量发展,不仅是石化强国的关键内容,也是制造强国的关键所在。

传统化工材料的高性能化不容忽视。化工新材料不能狭隘地理解为仅指完全创新的材料。相对于通用塑料,工程塑料、特种工程塑料、氟硅材料、高性能纤维和膜材料等新品种是化工新材料的重要构成。但是随着技术的进步,传统化工材料或者说通用合成材料通过改性、实现高性能化也是化工新材料的一个重要领域。

例如最早的合成材料聚氯乙烯,通过离子交联改性可以提高耐热性,通过接枝改性可以改善其抗冲击性能、实现高韧性。其最典型的一个新用途是在高铁上的内饰膜,聚氯乙烯装饰膜耐磨性、耐腐蚀性都好,而且图案丰富、易清洁、施工方便,可直接用于铝型材、玻璃钢制品及其复合材料,所以复兴号等动车组的中顶板、客室墙板等都贴有聚氯乙烯膜。此外,在高铁和轨道交通上还有聚氯乙烯防紫外线膜、密封条等。

再如聚乙烯、聚丙烯等通用合成树脂材料,一方面是通过新的聚合技术(如茂金属聚合)实现高性能化,以及与己烯共聚、辛烯共聚制成聚烯烃弹性体等;另一方面是通过改性技术实现高性能化。如高熔体强度聚丙烯就是在后聚合过程中引发接枝了长支链,其流动性是普通均聚聚丙烯的9倍。还有高技术含量、高附加值的聚丙烯微孔膜,可用于电池、医疗、废水过滤、烟尘分离等领域。

曾有报道的汽车保险杠自修复材料,就是在现有PU材料中加入微胶囊,一旦刮蹭碰裂,微胶囊会自行修复,一夜间保险杠就恢复如初。可以说对传统材料的改性实现高性能化和高端化应用,有着无穷的魅力,这些也都是很多跨国公司和大学创新的重点方向和领域。瓦克的医用有机硅新材料、电动汽车显示屏用新材料等都是对现有有机硅材料改性实现的。曾有报道加利福尼亚大学发明了一种具有自愈功能的的新型聚合物,这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,这样以后的手机屏幕摔碎就不用换屏了。还有报道美国科罗拉多大学研究出一种无需制冷剂和电力就可以为建筑物降温的薄膜材料,加工成50微米厚的薄膜,成本约每平方米50美分,一栋普通房子的屋顶若铺设20平方米,当室外温度37℃时,室内温度就可以保持在20℃。

我国近几年形成了中国化工、万华化学、新和成、华峰集团等一批以化工新材料为主导产业的企业,以及中石化、中石油、中国中化和新成长起来的金发科技、鑫达、杰事杰等企业。它们都在改性材料方面积累了丰富的经验和大量的创新成果,为满足我国电子信息、机械制造、轨道交通、航空航天等高端制造领域以及新能源等战略新兴产业的现实需求提供了配套与支撑。

以市场为导向是化工新材料创新与发展的基本准则。近4年来,我相继访问过杜邦威明顿和上海创新中心、埃克森美孚休斯顿研发中心、亨斯迈休斯顿研发总部、萨比克利雅得和上海研发中心、陶氏休斯顿和上海研发中心、霍尼韦尔华盛顿和休斯顿及上海体验中心,三菱化学、大金、LG、SK等跨国公司创新中心总部,这些跨国公司的创新能力与水平都是世界顶级水平。他们都有一个共性:就是始终把市场导向作为创新的重点和发展的方向。在跟巴斯夫、赢创、帝斯曼、阿科玛、朗盛、英力士、索尔维、BP、壳牌等跨国公司交流的过程中,我发现他们也是始终紧紧围绕市场需求而创新, 还特别注意与下游用户开展协同创新,为客户提供一揽子解决方案。

我们应当学习和借鉴跨国公司在创新发展过程中的成功实践和积累的有益经验,不能机械地为了创新而创新。当前应当以汽车轻量化和新能源汽车、电子信息产业、大飞机和轨道交通等战略新兴产业以及正在实施的制造业强国战略对化工新材料提出的新要求和新需求,作为化工新材料创新与发展的主攻方面和重点配套领域。国家新材料产业发展专家咨询委员会谈到:我国新一代信息技术产业急需的是第三代半导体材料和显示材料,其中显示材料到2030年需3.5亿平方米;水资源领域2020年需高性能分离膜材料约1亿平方米,现在国内的自给率还不到15%;新一代信息技术急需补短板的化工新材料有光刻胶、高光敏性有机光导材料、超大规模集成电路和化合物半导体用高纯气、特种液晶高分子材料、特种光学共聚物等以及高性能纤维和复合材料、稀土新材料等。

我们应当认真对照“新材料产业化发展指南”和“新材料进口替代工程”提出的材料清单和目录,认真分析哪些材料已经实现了国产化?哪些还依赖进口?依赖进口的原因是什么?是没有该产品,还是产品的质量不稳定?我们做哪些创新、改进和提升就能满足需要?同时积极与用户对接、共同开展协同攻关,这样一来化工新材料的创新就可以有的放矢,针对性也会更强。

创新始终是化工新材料发展的关键。前面谈到,关键技术和核心技术长期难以突破是制约化工新材料领域创新发展的最大瓶颈,关键设备不掌握也是化工新材料领域一大短板。化工新材料的关键技术和核心技术跨国公司不会同意转让,关键设备即使同意卖给我们也有着严格的限制条款。这就是习近平总书记在视察烟台万华谈到自主创新时特别强调的:重大关键技术是买不来、讨不来的!再加上化工新材料产业与电子信息、高端制造、航空航天和国防军工领域以及战略新兴产业密切相关,发达国家和跨国公司对其技术许可更加严格,所以我国化工新材料的发展一定要把创新摆在重中之重的地位。通过创新突破其技术瓶颈,实现现有材料的升级,满足重大工程和高端制造之需求。

化工新材料的创新既要重视特种工程塑料等尖端材料的创新,也要重视通用工程塑料、传统材料的产品升级与高性能化;既要重视新材料技术的创新,也要重视研发、生产、应用上下游的协同创新。

石化产业“十三五”科技发展指南把化工新材料列为“五大创新重点”之一,“十三五”以来石化联合会协助组织高分子材料国家重点专项研发项目,化工新材料领域取得了一批重大创新成果,组建了特种尼龙工程塑料联盟,认定了一批高分子材料领域的技术创新示范企业。

新材料领域的创新应密切跟踪国际科技创新的新进展和产业发展的新变化,瞄准产品的高端化和差异化,强化以企业为主体的创新体系建设,关键是集中力量攻克一批“卡脖子”技术、补短板技术、颠覆性技术和关键设备,建设一批高质量、高水平的公共创新平台和创新联盟,高度重视创新人才和创新团队的培育和成长,通过创新加快化工新材料产业的高质量和可持续发展,为我国高端制造和战略新兴产业领域提供强力保障。

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