中国氟化工20年发展

2021-10-27 3420次阅读 来源: 涂料工业

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氟化工通常是指生产的产品和相关原料、中间体中含有多个或少量氟原子的化工行业。行业涉及的产品范围包括:基础原料,如氢氟酸、金属氟化盐和其他无机氟化物;氟取代的小分子有机化合物,如氟制冷剂、发泡剂、灭火剂等;以含氟表面活性剂、含氟的各类芳香族及脂肪族中间体等为代表的含氟精细化学品;含氟高分子材料如各类氟塑料、氟橡胶、氟涂料和功能性氟聚合物等,还包括同上述产品相关的特殊加工技术及制品。人们简单地归纳为无机氟化工、有机氟化工、精细氟化工等,统称氟化工。

我国氟化工从最早的氟制冷剂及其主要基础原料无水氟化氢的初创阶段经过半个多世纪的发展,已形成品种较多、门类比较齐全的体系,拥有1000家以上的企业,产能超过500万吨,年销售收入超过600亿元。世界上多家大型氟化工公司在我国建立独资或合资企业,中国氟化工成为全球氟化工产品的重要供应商,具有较强国际竞争力。

一、氟化工的崛起

中国的氟化工始于20世纪20年代的上海。氟化工产业起始于20世纪50年代,经过60年发展,形成了无机氟化物、氟碳化学品、含氟聚合物及含氟精细化学品四大类产品体系和完整的门类。氟化工产品和材料品种多,性能优异,广泛应用于汽车、轨道交通、制冷、国防军工、航空航天、电子信息、新能源、船舶及海洋工程、环保产业等工业部门和高新技术领域。

从20年代到上世纪末,上海的氟化工得到了蓬勃的发展,为中国的氟化工发展做出了巨大的贡献。上海的氟化工一直仍处于国内领先地位。进入21世纪后,随着上海城市发展,城市规划定位,上海的各大制造型化工企业逐步地走出了上海。上海的氟化工也随着城市的变迁进行了转型,逐步形成国内企业和国际跨国企业的研发中心和贸易中心。

进入21世纪,尤其是“十一五”、“十二五”期间,我国的氟化工行业高速发展,取得了令人瞩目的成就,氟化工已成为国家战略性新兴产业的重要组成部分,同时也是发展新能源等其它战略性新兴产业和提升传统产业所需的配套材料,对促进我国制造业结构调整和产品升级起着十分重要的作用。

二、由大向强转变的20年

近20年,是中国氟化工由大转强的重要20年。中国氟化工行业发生了巨大变化:一是产业集中度不断提高。经过大浪淘沙强者愈强,虽然基础氟工化企业仍然数量较大,但真正形成产业链优势和拥有国际市场竞争力的企业,集中到了这些优秀的企业,东岳集团、三爱富、巨化集团、中化蓝天、多氟多、江苏梅兰、浙江三美、中昊晨光、理文等。二是走向产业链高端,替代国外产品。特别是在含氟聚合物方面,国内几家龙头企业开始做强、做细、做精、做专,在本土市场和部分国际市场开始替代国外巨头的产品,与之形成直面竞争局面。三是应用领域不断拓宽,大量替代传统中低材料。这为氟化工产业发展大大拓展了空间。四是一批自主创新的科技成果赶超西方发达国家。东岳集团与上海交大联手对行业难题氯碱离子膜的攻克,以及对氢燃料电池膜技术的掌控,倍受瞩目。五是形成了国有、民营、国外企业群雄逐鹿的竞争局面。东岳、多氟多、三美、理文等民营企业和梅兰等经过国有改造的民营企业,在强大的体制机制活力下发展迅速;三爱富、巨化、中化蓝天等国有企业保持着很强的竞争力;而科慕(杜邦)、3M、ACG(艾杰旭)、苏威、大金等国外企业对华投资,但仍然以较明显的优势掌控着高端市场。

三、快速发展,行业技术提升

在技术进步推动下,国内有机氟材料行业快速成长,含氟材料的研究与开发以及企业的发展都发生了裂变效应,技术大幅度提升:

氟碳化学品:我国氟碳化学品总体技术水平有了较大的提高,与国外的技术差距也在不断的缩小。氟碳化学品生产装置规模不断扩大,单套装置产能大大提升,如HCFC-22单套装置产能从10000吨/套发展到25000吨/套,HFC134a/HFC152a单套装置产能从10000吨/套发展到15000吨/套。产品的单耗等重要生产成本指标下降,氟碳化学品的整体生产技术水平提高。

近20年来,我国完成了除特殊用途和原料用途外的CFCs的淘汰,开启了ODS用途HCFCs的加速淘汰进程,随着HCFCs的淘汰,HFCs快速发展,我国已成为世界上氟碳化学品的最大的生产国和出口国。与此同时,新一代气候友好的低GWP值的替代品如HFOs也开始出现,标志着我国氟碳化学品的开发和生产已经从履行臭氧层保护转向关注全球气候变暖。西安近代所HFC系列催化剂研究和国产化应用、浙化院成为国内ODS替代品研究的孵化器,三爱富与国际先进企业合作开发HFO-1234YF产品并产业化等等。

含氟聚合物:含氟聚合物主要包括氟树脂、氟橡胶及其制品等新材料,广泛应用于化工、汽车、纺织、制药、建筑、电子电气、航空、新能源等领域,是航空航天、电子电气、环保、新能源等国家战略性新兴产业及尖端技术领域发展不可或缺的新材料。我国氟聚合物产业通过加强自主创新、加快产业结构调整,质量稳步提升,已形成以含氟烷烃为配套原料支撑的从含氟单体合成到聚合物的制造的较为完整的体系,主要产品产能、产量处于世界前列,初级产品已满足国内需求并大量出口,科技创新能力有所加强,技术装备水平明显提高,产品质量稳步提升,产品品种不断增加,为我国战略性新兴产业的发展、提供了强有力支持。

我国含氟聚合物及配套单体集中扩产的同时,聚合工艺和工程放大技术有了新的突破,出现了许多新的牌号,产品质量得到较快提高。2002年山东东岳3000吨/年PTFE项目投产;随后2004年1万吨/年装置投产,2018年3.5万吨/年成为国内最大PTFE生产企业;2003年中昊晨光化工研究院成功采用了8米***TFE聚合釜;上海三爱富公司PTFE扩产到2万吨/年。我国PTFE的建设进入了快速扩张期,民营企业和国有企业群雄竞起,形成了上海三爱富、山东东岳、四川晨光、江苏梅兰、浙江巨化等主要PTFE生产企业,使中国成为全球PTFE第一大生产国。其他氟树脂产品中,巨化于2004年引进俄罗斯技术建设F46生产装置;2004年和2007年大连振邦氟涂料股份有限公司和青岛宏丰科技有限公司先后分别开发和建成40吨/年和100吨/年PCTFE生产线。与此同时,氟橡胶装置也得到快速扩张,2002年上海三爱富公司建成1000吨/年氟橡胶生产装置,成为当时国内最大生产企业;中昊晨光化工研究院2001年建成500吨/年氟橡胶装置,2004年成功采用4米3聚合反应釜的聚合工艺,并扩大到1500吨/年。这一时期粉末氟橡胶、低门尼氟橡胶、高速挤出级F46树脂、电池黏结剂用PVDF等新产品逐步推出。氟树脂和氟橡胶规模的扩大,使得中国成为世界第二大氟聚合物生产和消费大国。在产品结构上,氟树脂中可熔融氟聚合物的品种和产量已经有了较快发展,上海三爱富公司率先研制成功PFA,并成功应用于电线电缆等高技术行业。氟橡胶的品种仍以26类氟橡胶为主,但三元胶的比重有所提高,耐低温氟橡胶、全氟醚橡胶的国产化,打破了国外技术垄断。

含氟涂料:含氟涂料在这一时期得到了长足的发展,国内含氟涂料也已经成为全球最大的生产大国,并有较大比例出口。国内FEVE室温固化含氟涂料陆续开发、建设了生产装置,合计产能2万吨/年以上,至2005年年末氟碳喷涂生产厂家就已发展到70家左右,主要有:大连明辰振邦氟涂料股份有限公司、上海振华造漆厂、上海三爱富公司、大金氟涂料有限公司、阿克苏诺贝尔、关西涂料、青岛宏丰、常州康泰、常熟中吴等若干规模企业,已广泛应用于外墙、桥梁、铁路等领域,年均增速达到30%以上,总产能大于需求,质量和国外品种相比还有一定差距。涂料用PVDF树脂在这20年来发展迅速,国内用量较大,产品牌号较多,质量提高明显,产品技术水平达到国外先进水平。

含氟精细化学品:我国氟精细化工产业近10年成为氟化工行业中增长最快、附加值最高的细分领域。尤其是新型含氟农药、医药、液晶的中间体,含氟特气,含氟表面活性剂、新能源材料等领域所需含氟精细化学品的发展明显加快。初级含氟精细化学品如氟苯、三氟甲基苯、三氟乙醇、三氟乙酸(酯)、六氟环氧丙烷和六氟化硫等的生产技术水平向国外先进公司看齐,产品单耗、能耗得到有效降低。含氟烯醚、含氟脂肪族中间体、含氟杂环化合物和含氟液晶中间体等领域,涌现出一系列具有国际市场竞争力的产品,为我国战略性新兴产业的发展(如:药物、新能源、航天航空等)提供了强有力支持。含氟精细化学品品种除了含氟芳香族中间体产能进一步扩大外,含氟烃类的化学品如四氟丙醇、三氟乙醇、六氟环氧丙烷( HFPO)和调聚醇等都实现了产业化规模的突破,产能均已超过千吨级水平。

四、百花齐放,硕果累累

含氟聚合物方面,依靠自主开发的成套技术建设了万吨级四氟乙烯生产装置;8立方米悬浮聚合釜、4立方米分散聚合釜和8立方米捣碎洗涤装置等设备已成功应用于工业化生产装置,生产装备技术已接近国际先进水平。高性能聚偏氟乙烯中空纤维膜制备及在污水资源化应用中的关键技术获国家技术发明二等奖;国产氯碱用离子膜项目获国家技术发明二等奖;一批含氟材料的研究和应用取得较好成效,研究出了高性能聚偏氟乙烯中空纤维膜并在污水资源化中获得应用,开发出国产氯碱用离子膜,过氧化物硫化氟橡胶、双向拉伸膜用聚四氟乙烯、太阳能背板膜用PVDF等技术和产品。ETFE、PFA等产品开发取得突破,正在推广应用。PFOA替代品在部分氟聚合物生产中得到应用。

上世纪90年代,巨化引进消化吸收西方AHF、基础氟化工技术、俄罗斯3000t/aPTFE技术,带动了中国氟化工产业的整体发展。

2000年,上海三爱富公司启动千吨级/年氟橡胶项目建设,2002年建成投产,成为当时国内最大容量的氟橡胶生产装置。

2007年12月,上海三爱富公司的1000吨/年氟橡胶工业化关键技术开发及应用获上海市科学技术进步二等奖。

2009年11月,上海三爱富公司的1000吨/年聚偏氟乙烯树脂工业化技术开发及产业化获上海市科学技术进步二等奖。

2009年,东岳集团开展863计划“全氟离子交换膜材料研究”及科技支撑计划项目“全氟离子膜工程技术研究”。

2010年,上海三爱富公司的悬浮聚四氟乙烯树脂FR105先后列入2010年上海市和国家重点新产品计划。

2011年中昊晨光开展科技支撑计划项目“高性能特种氟橡胶产业化关键技术开发”。

2011年巨化集团开展国家科技支撑计划项目“氟聚合物连续共聚关键技术研究及应用”。

2012年,上海三爱富公司完成1000吨/年的PVDF产业化。

2015年,巨化开展“绿色低温超临界辅助挤塑加工含氟膜材料的合成研究”。

2017年,巨化集团开展“氟改性高性能聚酰亚胺复合材料产业化关键技术研究”。

锂电解质和同位素分离、全氟醚、多氟酸酯等精细氟化工进入国际前列。

西安近代所HFC系列催化剂研究和国产化应用。

凯兴基于JB4732疲劳应力分析的聚合反应釜研制与示范。

......

氟化工的快速发展,也推动了一批氟化工园区的建设和外资企业的加盟。在此期间,全国形成了十几个以氟化工为主的经济开发基地或园区,归纳起来主要有6种类型。一是依托大型“龙头”企业,上中下游配套共建型,如浙江衢州以巨化集团为龙头,山东东岳氟硅工业园区以东岳集团为龙头。二是国内核心企业带动境外著名企业集聚型,如江苏常熟国际氟化工园区,以上海三爱富公司、杜邦、大金、阿科玛为核心。三是生产和流通结合型,如江苏泰州以梅兰化工公司的氟硅产品与沿长江地区的港口、码头相结合。四是城区企业搬迁改造型,如辽宁阜新市属于煤炭资源枯竭型城市,为重新规划经济支撑方向,将氟化工作为重点。五是特色产品拓展型,如辽宁大连以含氟涂料为主攻目标,湖北则以含氟精细化学品为主。六是资源开拓型,如江西赣州、湖南郴州、陕西商洛、福建浦城及内蒙古等多数新建设的园区大部分属于此类型。其中影响最大的是江苏常熟海虞镇的国际氟化工园区,集聚了上海三爱富公司、常熟三爱富中昊化工新材料有限公司、常熟三爱富氟化工有限责任公司、大金氟化工(中国)有限公司、阿科玛(常熟)氟化工有限公司、杜邦(常熟)氟化物科技有限公司、苏威特种聚合物(常熟)有限公司、日本吴羽等公司。在同一区域内,氟化工产品链完善,产业结构合理,是全世界最大氟化工园区,体现了良好的产业集聚效应。

五、展望未来,为中国氟化工发展再添新力

经历60年的发展,中国的氟化工迎来很多发展机遇:全球化工产业一体化在加速,发达国家氟化工生产能力向发展中国家转移;中国氟化工有资源、市场、产业链的优势;氟化物新用途的开拓将形成巨大的新市场;“中兴”事件,我国真正重视新材料产业的发展,进一步发挥氟材料对信息、现代交通、国防的支撑作用等。但同时也面对一些问题:国际先进企业继续集聚高端产品和终端应用实施垄断和封锁、氟化工的快速发展形成中低端市场的强劲竞争、PFOA及部分短链化合物的禁用或限制使用、清洁环保的巨大压力等。

未来中国真正从氟化工大国走向氟化工强国,需要我们共同考虑原料路线多元化、产业结构高端化、产业装备自动化、产业布局集约化、节能环保生态化、基础氟化工集聚化,后端产品专业化、差异化等问题,共谋共商,创造氟化工新局面。

本文作者:吴君毅

本文选自:2019(第20届)氟硅涂料行业年会论文集

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