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2012年我国氟化工产业链创新五大思路浅析

    一、含氟聚合物应敢于问鼎高端

    氟化工因高技术、高性能、高附加值的特性,被誉为“黄金产业”。目前我国已成为世界最大的氟化工初级产品生产国和出口国,然而,应用研发不足、技术水平落后让国内氟化工产业难以摆脱低端产品过剩、高端产品不足的被动局面。

    氟化工是各国鼓励发展的新兴高新技术产业,含氟聚合物又是氟化工产业的高端领域。如今,最便宜的聚四氟乙烯也在3万元/吨左右,最昂贵的含氟聚合物则高达数千万元/吨。

    我国含氟聚合物与国际同行的主要差距体现在清洁度、质量稳定性、生产效率三个方面。有用户说,国内含氟聚合物企业生产的是化学品,国外企业生产的是材料。言下之意,尽管我国生产的含氟聚合物在化学结构上和国外同类产品相同,但是人家的能用,我国的则难以应用。

    在清洁度方面,由于我国在生产工艺和设备管理等方面较为落后,含氟聚合物产品中的杂质往往较多,难以在高端市场应用。以悬浮聚四氟乙烯为例,国外客户尽管大量采购中国产悬浮聚四氟乙烯,但往往只用于生产质量要求不高的制品,或是进一步纯化处理后再使用。

    在质量稳定性方面,国内含氟聚合物技术的主要来源是上海有机氟材料研究所以及俄罗斯、日本的有关企业。“最近十年含氟聚合物的大发展,使我国在产量上实现了飞跃,但在原创技术方面却停滞不前。由于得不到核心技术的支撑,我国含氟聚合物产品质量不稳定成为用户公认的事实。

    此外,我国聚合工艺技术的落后还体现在生产效率低下,包括聚合配方、聚合设备、自动控制等方面。拿悬浮聚四氟乙烯生产装置来说,国外企业用两个2.3立方米的聚合釜系统就可达到1万吨/年的产能,而国内企业用相同体积的聚合釜系统只能达到1700吨/年的规模。

    我国不乏实力雄厚、抱负远大的企业家,与其投入上亿元资金生产每吨几千或几万元的氟化工产品,不如投资到每吨几十万、几百万甚至几千万元的高档含氟聚合物领域。

    具有高附加值的氟素树脂、乙烯-四氟乙烯共聚物、光纤用透明氟树脂、氟醚橡胶、全氟离子交换膜等应用前景不错。尤其是光纤用透明氟树脂、氟醚橡胶、全氟离子交换膜等,每吨价格高达几百万元甚至几千万元,完全可以作为重点进行开发。

    如今节能、环保、降耗已成为主导科研工作的核心,与此对应的太阳能电池材料、水处理材料、电子化学品等含氟聚合物类新品已成为世界各国普遍关注的重点。应该说,我国在这些领域对国外的新技术动向跟踪较紧,尤其是光伏产业基本与国外同步,但在用于燃料电池和氯碱生产的离子交换树脂、太阳能背板膜、锂电池用材料等方面还有一定差距,尚不能满足国内外的迫切需求。

    专家表示,我国含氟聚合物的下游制品行业仍以生产管、棒、板、生料带、垫圈、油封等常规产品为主,与发达国家相比,在加工手段、应用领域、功能开发等方面还有不小的距离。考虑到国内含氟聚合物产品的质量不够稳定,在新领域应用推广还需要一定的时间。对此,含氟聚合物企业应增进与下游用户的沟通,协助加工企业提高加工技术水平,并努力提升产品质量以拓宽应用领域。

    二、ODS替代品应注重研发与推广

    肩负着保护地球臭氧层重大使命的ODS(消耗臭氧层物质)替代品是近20年才发展起来的,现已成为“补天”行动的生力军。在全球范围内,我国ODS替代品的生产技术和产品质量已具有一定的竞争力,但因缺少具有自主知识产权的技术和产品,眼下正面临着全球替代品选择标准越来越高的挑战。

    ODS加速淘汰替代品呼唤安全功效保障

    国家环保部专家介绍,目前在国际范围内,CFCs已基本淘汰完毕;HCFCs进入淘汰进程,生产和消费已大幅下降;HFCs的生产和消费量逐渐增大;氟碳化合物的需求总量呈下降趋势。过去18年,我国履约工作的重点是加速淘汰CFCs、哈龙、四氯化碳和甲基氯仿等ODS产品。在此期间,R22、R134a等替代产品获得了快速发展。

    不过,R22对臭氧层仍然有损害,只是ODS的过渡性替代物质。R134a的热稳定性和化学稳定性优于一般氟碳化合物,使用安全方便,对臭氧层不构成破坏,但是国内产能扩张过快,产能过剩成为行业发展障碍。

    环保部专家称,由于性能与被替代产品仍有差距,一些新的ODS替代品还存在可燃性、毒性等安全问题,价格相对偏高导致一些传统市场需求萎缩。此外,发达国家已建立了完善的ODS替代品评价体系,而我国目前尚缺少行业标准。

    经过十余年的技术研发和产业化,我国已具备较高水平的替代品开发和生产能力,今后应重点建立安全性能、产品功效、能耗指标等评价体系,保障ODS替代品的进一步研发和推广。

    全球尚未统一选择方向应抓住机遇掌握话语权

    浙江省化工研究院副院长张建君介绍:“我国ODS替代品的生产技术和产品质量在世界上具备一定的竞争力,HCFCs类替代品的产能扩张迅速,许多产品都出口到发达国家。但是,产品研发缺少自主知识产权已成为当前行业发展的软肋。国际上相当一部分新的替代品生产和应用技术都被国外专利垄断,国内的替代品技术发展空间因此受到挤压”。

    发达国家开发一种新的替代品需要经过毒性评价等一系列性能评价,而国内企业缺少这方面的投入,使得产品性能不够完善。“下游应用企业对于新的替代品不愿积极尝试,也是制约我国ODS替代品向高端发展的重要因素之一。

    如今,加速淘汰HCFCs已被各国摆上议事日程。由于HCFCs替代不仅涉及到臭氧层保护,也与气候变化问题相关,给技术选择带来了很大难度。

    挑战往往也伴随着机遇。环保部专家指出,既对臭氧层友好,又对气候友好的替代品和替代技术目前还没有在全球形成统一的选择方向,相关的讨论和辩论依然在持续。发达国家企业正在积极研发相应技术以便引领国际市场。这位专家提出,我国应抓住机遇,大力支持和推动企业技术开发和创新,为行业的科学发展和可持续发展提供动力。

    新品研发重点突破开发、生产、推广需各方参与

    我国应选择开发ODP(耗臭氧层潜能值)为零、低GWP(温室效应潜能值)的替代技术。譬如,用作制冷剂和气雾剂的HFC-152a,用于制冷剂的HFC-161、HFC-41;用作制冷剂的HFO-1234yf,用作气雾剂和发泡剂的HFO-1234ze;用作清洗剂的HFE-7100和HFE-7200,用作发泡剂的HFE-347mcc和HFE-347mmy等都应作为开发重点。

    此外,未来的ODS替代品不仅要ODP和GWP尽可能低,还要考虑到应用性能,而单一工质往往难以达到CFCs的应用性能。跨国公司投入大量人力物力,开发了一系列二元或三元混合物来替代CFCs和HCFCs。从国际ODS替代品的发展情况看,还没有单个工质的性能可替代R-502和F22,主要混合工质替代品还是R-404A,R-407C和R-410A等。

    在混合工质类ODS替代品的研究方面,目前我国有关研究单位已开发出十余种混合工质。譬如,清华大学1-5号、上海申豹1-3号、浙江化工研究院1-8号、格林柯尔411和415等。这些新成果申请了专利,没有知识产权冲突,可以用于CFC-12、R-502和F22的替代,不过在推广应用方面还要做更多的工作。

    考虑到ODS替代品开发和应用技术研究需要大量的人力和资金投入,除了企业需加大科技投入外,还应充分发挥高校的人才和设备优势,加速有自主知识产权的ODS替代品发展。”此外,由于ODS替代品是近20年才发展起来的化学品,在技术成熟度和产品价格上还不具备优势,需要政府在产品开发、生产、推广等方面提供政策支持。

    三、无机氟化物借资源优势迈向高端

    由于具备萤石资源优势,我国在冶金用氟化盐领域走在世界前列,目前产量占全球消费量的30%以上,将来可能占到70%~80%。

    在氟化盐领域,氟化铝、冰晶石等产品占国内总产量的绝大部分,其他产品的产量较少。据了解,1985年之前,我国氟化盐生产一直沿用上世纪五六十年代引进的前苏联生产工艺。上世纪九十年代以来,氟化盐企业开始引进其他国家先进的生产工艺。与此同时,一些新兴企业已开始运用新工艺生产氟化盐。此外,许多厂家开始对传统工艺进行完善和改造,一些精细氟化盐也相继开发并生产。在此期间,我国氟化盐的应用领域得到很大扩展,在铝深加工、铝精炼、建材、模具磨料、纺织、有机合成、微电子等行业广泛使用。

    在电子级氟化物领域,我国和发达国家的技术水平差距很大,主要品种均依靠进口。高技术含量的晶体氟化物是前景广阔的氟化工新兴产业,国内在该领域的专门研究机构不多,需要加大开发力度。”值得肯定的是,在手机电池用六氟磷酸锂方面,天津化工研究院、多氟多化工公司等均取得了一定进展,分别建设了两三百吨级的生产线;在电子级氢氟酸等方面,多氟多也在开展研究工作,有望短期内取得突破。

    浙江省氟硅化学品科技创新服务平台的专家认为,眼下,国内无机氟化物的应用研究滞后,市场开发缺乏力度,关联行业之间缺乏沟通、交流,更谈不上实质意义上的合作开发。

    虽然近几年来,我国一部分无机氟化物品种的科技水平有了明显提高,但总体来说产品结构很不合理。其中,氢氟酸、氟化铝、冰晶石等少数产品占绝大部分,氟硅酸盐、氟化氢铵、氟化钠、氟化钾占少数,高纯度的三氟化氮、六氟磷酸锂等精细化学品极少,高附加值的迁移金属氟化物、电子级和光学级无机氟化物、高功能氟化物玻璃等产品几乎还是空白。

    专家认为,应高度重视和支持氟化工共性、关键技术攻关,加大氟化学基础研究和应用研究的力度,加强国内外同行之间、上下游之间、相关产业间的交流,通过联合攻关与科研协作推进技术进步。譬如,萤石勘探和中低品位萤石矿浮选利用技术、定向氟化技术、高效催化技术、元素氟化和表面氟化技术、手性含氟化合物的合成与分离技术、工程控制与装备技术进步、综合利用与“三废”治理技术等应作为攻关的方向。

    随着电解铝生产技术的进步,无水氟化铝等高性能氟化盐的需求空间将更为广阔;萤石资源的相对紧张,将使氟硅酸钠和氟硅酸生产氟化盐产品等磷肥副产氟资源的开发更受关注;机械、装备和控制水平的提高,将使氟硅酸钠生产冰晶石联产优质白炭黑和无水氟化铝等技术更为普及。此外,氟化锂、氟化镁、氟化钡等产品的需求也会进一步扩大。

    当前,氟化石墨等正以其优异性能受到许多国家的关注,在无机氟化物领域掀起了新一轮研发热潮。中国氟硅有机材料工业协会专家委员会主任黄澄华介绍:“氟化石墨有‘摩擦王’之称,在军事、航空、航天、冶金等领域具有巨大的应用潜力。目前,这种新型功能性氟材料基本被国外公司垄断,向我国出口需经严格的控制程序,既增加了应用厂家的成本,又限制了国内自主产品的发展。”

    氟化沥青的许多性质与氟化石墨类似,但比氟化石墨有更低的表面能,可用于船用防污涂料、防水材料、电子元件探测剂、高真空油、电子绝缘油和非可燃润滑材料等。日本近十年才出现氟化沥青的相关研究报道,但至今还未见产品问世。由于其应用涉及高技术敏感领域,加上价格昂贵,潜在市场大,日本和美国一直视为技术机密不与我国进行交流。

    目前,国内也有几家企业在从事氟化石墨和氟化沥青的研究,并在批量生产方面取得突破,但与发达国家还存在较大差距。行业协会应帮助企业提高产品质量,并对技术鉴定、制订标准、申报专利等工作给予指导和帮助,使之形成自主知识产权和成熟的产品,以促进我国无机氟化物产业的发展。

    四、无机氟化物依靠精细化谋求高附加值

    目前,我国氟苯系列和多氟苯系列产品在便于占有重要位置,个别品种甚至掌握了垄断地位。这类产品在我国兴起后,使得跨国公司遭遇激烈的市场竞争最终逐渐削减甚至停止了一些产品的生产。但含氟精细化学品是一个品种繁多、产量较小产业,我国占据优势的品种只是凤毛麟角,绝大多数领域尚需填补空白。

    从氟化工产业链来看,随着产品加工深度的增加,产品附加值呈几何数增长。目前,国内用于含氟医药和农药含氟芳香族中间体,用于电子材料的含氟液晶三氟化氮,用于医药和树脂的三氟化硼及相关络合物等发展较快。但总体而言,国内精细氟化工产品的开发无论在数量还是质量上都还远远不能满足市场需求。

    我国技术创新不足主要有三个方面原因:由于投资风险圈套、品种众多、用量不大,国家和企业在科技创新方面的投入不够;科研人员的待遇相对较低,缺乏有效激励机制,导致科研积极性不高;对作为产业发展基础的含氟农药和含氟医药选型工作,国内缺乏长期性的战略投入,从而在起跑线上就输给了外国。

    在共性技术开发方面,近年来国内氟化技术研究取得了较大进展。此外,含氟杂环化合物仍是原料药和中间体领域开发的焦点。一些有实力的厂家转向以含氟单体为起始原料的脂肪族或脂环族氟化物中间体的开发。电化学氟化、调聚、齐聚、催化合成、复配等技术开发也方兴未艾。另据介绍随着环境保护标准的日益提高,难生化废水的处理技术能否取得突破,将成为影响含氟精细化学品发展的关键因素。

    国内传统含氟中间体如氟苯系列、氟氯苯胺系列等产品的生产能力过剩,“三废”排放量大,市场竞争激烈,经济效益差,需要进行总量控制;作为含氟表面活性剂关键原料的氟 碳醇、作为烧碱工业关键配套材料的含氟离子交换树脂及膜、为锂离子电池配套的六氟磷酸锂 、为医药和农药新品种配套的新型含氟中间体、出口潜力大的六氟等则是需要重点发展的产品。

    我国含氟精细化学品未来的市场空间依然较大,随着主要国家经济的逐步复苏及纺织品出口配额限制的减少,我国高档纺织品出口的前景比较乐观,因而高性能的含氟染料的需求也将较快增长;生命工程产业的崛起,使生理活性的含氟医药备受青睐;绿色农业的,快速发展,则对高效、低残毒的含氟农药需求越来越大。

    近年来,发达国家迫于环境保护要求及人工成本的压力,将一些含氟中间体的产品采购逐步向发展中国家转移,而中国、印度是比较适宜的采购对象国。这趋势加大了我国环境保护的压力,也为国内含氟精细化学品工业未来的更快发展奠定了基础。应该说,我国的原料资源优势和人工成本优势以及积累的生产、研发基础和生产能力,为满足国际市场需求提供了有力的支撑。

    为此,含氟精细化学品产业发展应倾向于专业化、系列化、差别化和特色化,走精细纵深发展之路。今后几年,我国含氟精细化学环保要求逐渐与国际接轨,预计含氟中间体的发展将基本持平或有所下降,而深度后续产品的开发、生产、应用将加速发展。

    五、氟化工产业应加大科研创新

    氟化工是我国重点培育的战略新兴产业,既环保又属新材料领域,是未来是“黄金产业” ,并在当前迎来了快速发展的机遇期。要正确认识氟化工产业发展中存在的深层次问题,把握难得的发展机遇,下功夫转变发展方向,加快结构调整和产业升级,加大自主创新力度,引导氟化工产业向高性能、精细化、低碳化、环境友好及低成本、高附加值方向发展,推动我国氟化工产业科研创新和可持续发展。
 

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