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磷化工:精细化、专用化和绿色化是主旋律

作者: 长沙固特瑞  浏览量:5446  发布时间:2014-02-15

       从小到牙膏组成成分的精细磷酸盐,大到拥有千吨级装置的大宗磷肥产品,作为国民经济发展的基础工业,磷化工产业与人们的生活息息相关。日前,在由中国化工信心中心和全国化工节能减排中心共同举办的2013国际精细磷化工技术交流会上,武汉工程大学化工与制药学院贡长生教授在接受笔者采访时这样描述行业的特点:“磷化工产品品种繁多,应用面广,是对资源和能源依赖性很强的产业。但由于废水、废气、废渣排放量大,容易造成环境污染,这就决定了磷化工产业不仅最有条件、最具潜力,而且也最需要发展循环经济,推动绿色发展。”
  目前,国内磷化工主要包括磷复肥、黄磷等基础磷化工和精细磷化工两大类产业。而作为发展高附加值磷化工产品的必须原料——黄行产业,就曾经被很多人与“两高一资”联系起来。数据显示,国内黄磷生产企业有100多家,总产能已经达到200万吨/年,以每生产1吨黄磷排放10吨磷渣为例,我国每年新增的磷渣量就多达800万吨。“虽然不像极少数不负责媒体说的那么严重,但行业中存在的环保问题确实不容忽视。”贡长生如是说。
  谈到尾气污染问题,中航工业株洲南方燃机成套制造安装有限公司总工程师张成毅补充说:“国内黄磷企业主要分布在云南、贵州、四川、湖北四省,大多数黄磷生产企业将未净化尾气替代煤作原料,若以利用部分的有效热量计算,尾气有效利用率仅能达到20%。近年来,随着黄磷生产规模的不断扩大,如何更好的利用这部分黄磷尾气,减少由于黄磷生产带来的环境污染已经变得非常紧迫了。”
  不仅黄磷资源等上游产业链中的问题有待解决,随着化肥行业产能过剩局面的出现,下游磷肥生产中的磷石膏堆放也逐渐成为磷化工行业发展过程中的“拦路虎”。数据显示,我国湿法磷酸的生产能力为1500万吨,每年排放的磷石膏也超过6000万吨,大部分企业采用堆存的办法处理,势必对环境造成一定的污染。
  其实,磷石膏生产硫酸和水泥的工艺过程并不是十分复杂,而且也有不少国内企业花巨资投入到这一项目中,但为什么至今没有形成大气候?四川成都千砺金科技创新有限公司高工龚家竹解释说:“尽管有多种生产方法能将磷石膏加以利用处理,但因市场容量与运输半径的局限,投入与产出比达不到投资要求。因此开发切实可行的技术就显得很重要了。”
  目前磷肥的利用率仅为10%-25%,其余部分主要被转化成难以被植物吸收的磷酸盐形式,导致土壤中的总磷平均约为有效磷的100~600倍。从污水中回收磷除了涉及化工外,还是一个综合多学科的环境工程问题。近年来,欧洲非常重视磷的回收,一些国家甚至立法强制执行,我国今后也应重视起来。
  谈到行业的发展方向,贡长生教授形象地总结说:“创新资源利用方式是实现磷化工可持续发展的关键,21世纪是绿色技术快速发展的世纪。说到底,创新就是要让行业发展‘绿起来’。”
  技术:行业变“绿”的引擎
  尾气利用离不开技术、废物利用离不开技术,多位业内专家坦言,要想实现绿色发展,国内磷化工企业还需要在技术研发上多动动脑筋。
  很多人知道海水中有碘,所以现在有从海藻中提取碘的工艺,可磷矿中有没有碘资源呢?大家就不一定知道了。瓮福集团有限责任公司技术中心副研究员胡宏向笔者介绍说,现在全球碘市场的供应越来越紧张。2011年,由于日本发生大地震,市场上碘的供应大大减少,碘的价格从25万元/吨上升到65万元/吨。而磷矿共伴生碘资源回收技术恰好解决了这一难题。由于过去没有这种工艺技术,在磷复合肥生产的过程中,磷矿石中的碘没有经过回收就直接进入到生产流程中无序消耗,造成了磷化工企业对周边环境的污染。而2005~2007这三年中,瓮福集团尝试建成了一套5万吨/年碘回收的扩大试验装置,自2008年建成首套生产装置后,公司还于2010年建成了第二套50万吨/年碘回收生产装置。
  其实,除了含有碘,磷矿石中还含有丰富的氟资源,正是由于开发出了利用磷肥副产品氟硅酸为原料生产冰晶石,改变了国内几十年来以萤石为原料生产冰晶石的传统工艺,不仅开辟了新的氟资源来源,同时还解决了长期以来困扰我国磷肥工业发展的“三废”污染问题。正是凭借这项技术起家,多氟多公司如今成为了全球最大的氟化工制造企业。
  不仅在提高资源利用率上一显身手,实现行业循环发展更是离不开绿色技术的“引擎”。在国内,黄磷粉矿和焦炭烧结成球工艺可以减少或替代部分块矿,节省磷矿资源;在条件允许的情况下,湿法磷酸的生产逐步用半水法取代二水法工艺,可以使硫酸的消耗减少2%,而P2O5的收率却能提高2%……;在国际上,美国孟山都公司是全球最大的草甘膦除草剂生产企业;以色列ICL是世界上最大的磷系阻燃剂生产企业;日本化学公司是全球最大的高纯度电子级磷酸生产企业;罗地亚、Innophos等在全球精细磷化工市场份额中占有很大的份额的企业,在阻燃剂、水处理剂、磷系催化剂、含磷药物以及中间体、表面活性剂等领域加强研究开发。这些在国际上知名的大公司无一不是通过自己的专利技术打造出产品的竞争力。
  全国磷矿石P2O5大干30%的富矿只有16.57亿吨,占磷矿资源储量的9.4%。也就是说,90%以上的磷矿为中低品位磷矿,而中低品位磷矿的高效加工与综合利用的关键技术还未能得到根本突破。此外,目前工业制备有机磷化合物是将黄磷和氯气作用生成中间体PCl3或POCl3,然后PCL2或POCl3和脂肪醇、烷基酚、聚氧乙烯醚等有机化合物进行酯化反应生成亚磷酸酯、磷酸酯等有机磷化合物,下一步要研究由黄磷直接催化合成有机磷化合物不产生有害的气体和废弃物的绿色合成路线。贡长生告诉笔者:“绿色技术是实现资源一产品一再生资源的可持续循环发展模式,而这有助于从根本上解决国内磷化工企业过分依赖资源的粗放型发展模式。”
有了技术在手,下一步磷化工企业具体该怎么走呢?笔者观察到,通过采用绿色化工技术,整合相关产业,实现“以磷为主,多元发展”的耦合之路,逐渐成为了企业代表和专家们的共识。
  磷化工与氯碱工业的耦合,不仅有助于解决有机磷化工生产中对氯气的需求,用烧碱替代纯碱生产磷酸盐还有助于减少二氧化碳等温室气体的排放;石油化工为磷化工提供原料和中间体,磷化工为合成材料工业提供各种高技术含量的工业助剂,两者的发展相得益彰……贡长生表示,除了能在化工行业内实现耦合发展,磷化工还可以跨行业耦合,比如,利用冶金工业中的废酸,与建材工业结合生产各种建筑材料等实现磷化工和相关产业的互利共赢模式。
  “在实现行业之间耦合发展的过程中,还要注意把行业自身发展好,特别是做精、做深”。云天化集团副总工程师梅毅表示,重庆川东化工集团率先用磷炉尾气制甲酸钠,再用甲酸钠制甲酸联产磷酸钠盐,实现了磷炉从单一产磷向黄磷联产CO气体制一碳化工产品的转化,黄磷尾气和黄磷炉渣均被100%利用,尾气副产物的价值超越了黄磷自身的价值。这为黄磷企业开了一个好头,今后基础磷化工行业的竞争力主要取决于资源有效再利用的能力,因此要尽可能的延长副产物的加工链。
  对此,全国化工节能(减排)中心主任王武也表示,目前我国磷化工产业结构严重不合理,按照单位磷酸盐产品五氧化二磷价值比的大小来分,磷化工产业的布局分为上中下三层结构。黄磷、磷肥等初级产品为底层,大宗磷酸盐为中层,有机、精细、高纯度等磷产品为高层。我国磷化工产品基本集中在底层和中层,精细化工产品很少,附加值低。此外,这几年中低端产品严重过剩并大量出口,且因为价格上不去还频频遭受国外反倾销调查,贸易摩擦不断。而我国高端产品上又显现弱势,国民经济急需的电子级磷酸及磷酸盐等高档产品则需大量进口。
  这种低档产品出口到国外,国外公司通过深加工成精细化工产品又高价卖回国内的不合理局面应该怎么改变呢?答案是我国磷化工企业只有向精细化中高端磷化工转型。但磷精细化工产品的生产,企业一定要从整体来考虑,这样有利于打通销售和使用环节。比如企业可以从产业分类的角度来选择生产某一类产品,比如要做阻燃剂,就在无机磷阻燃剂、有机磷反应型阻燃剂或添加型阻燃剂选择一类做精做细,这样便于企业整体掌握该产品的应用、推广和服务。
  贡长生最后还建议说,生态工业园是发展绿色磷化工、磷化工与其他产业耦合的很好方式。生态工业园是近年来国际化工发展的主流,也是我国化学工业发展的新型模式,是继工业园区和高新技术园区的第三代工业园区。它是依据循环经济发展理念、工业生态学基本原理和清洁生产的要求而设计构建的一种区域新型工业发展模式,使生产发展、资源利用和环境保护形成良性循环的工业园区建设模式。例如,山东鲁北国家生态示范园区就是发展绿色磷化工产业的重要实践。其重要意义在于,生态工业园内模拟生态系统,通过物流或能流传递等方式把不同企业或工厂连接起来,形成共享资源和互换副产品的产业相互组合,我们可完全可以尝试构建以磷化工为龙头的生态工业集群,搞好横向多品种的耦合共生和纵向产业链的拓展延伸,使磷化工产业向集约化和集群化发展。

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