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《中国煤化工》
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聚氯乙烯产业如何应对双碳约束
作者:戴煜敏 | 来源:《中国石油和化工产业观察》杂志 | 时间:2021-08-30

聚氯乙烯树脂是四大通用塑料之一,广泛应用于管材、薄膜、型材、电线、电缆、地板等领域,与建筑业关联度高,是重要的基础材料。至去年底,中国聚氯乙烯生产企业共计70家,现有产能为2664万吨(其中聚氯乙烯糊状树脂产能为127万吨)。我国聚氯乙烯产业体量巨大、影响广泛,而碳达峰和碳中和的双碳目标对聚氯乙烯产业发展提出了更高要求。

目前聚氯乙烯生产主要有电石法和乙烯法两大工艺。电石法工艺是煤炭与生石灰依靠电弧高温熔化反应生成电石,电石与水反应生成乙炔,乙炔与氯化氢经二氯化汞催化反应生成氯乙烯,氯乙烯聚合生成聚氯乙烯。此工艺优势是设备简单、投资规模小、收益大,但存在能耗大、污染大等缺点。乙烯法工艺是用原油或天然气等生产乙烯,乙烯经氯化或者氧氯化生成二氯乙烷,然后裂解生成氯乙烯,最后聚合生成聚氯乙烯。该工艺中的氯气能被完全利用,“三废”处理完全,适合大规模生产,但存在投资规模大、流程长等问题。

受煤炭及湖盐、井盐资源的影响,我国聚氯乙烯产能中电石法占比超过80%,产能主要集中在西北及华北地区。而不到20%的乙烯法产能(包含进口单体原料装置)因受原料运输等影响,主要集中在应用终端的中东部地区。

那么,双碳目标对这两种聚氯乙烯的生产分别有什么影响呢?

生产成本方面——

电石法工艺,电石成本占比较大,有的外采电石成本占到7成以上。电石依靠电弧高温熔化反应生成,存在电能消耗高和产生烟尘、电石渣、废水等污染物较多问题。在环保政策趋严、能耗双控等政策下,电石法工艺的优势将逐步丧失,预计今年电石产量增加有限,同时电力补贴取消甚至提价,导致电石采购成本上涨。另外,根据国家标准《电石单位产品能源消耗限额》(GB 21343-2015)、《电石工业污染物排放标准(征求意见稿)》等,对电石产能的限制将进一步制约电石法聚氯乙烯的产能扩张。

而乙烯法工艺,每吨聚氯乙烯需要0.5吨乙烯和0.65吨氯气,原料成本占总成本的6成。目前受益于国际原油价格重心较低,特别是北美页岩气及中东油田伴生气等低成本乙烯的大规模供应,乙烯法聚氯乙烯成本可能进一步走低。另外,自2019年9月29日起,我国不再对原产于美国、韩国、日本和中国台湾地区的进口聚氯乙烯征收反倾销税。因此,中国基于资源优势形成的聚氯乙烯装置成本上西部电石法优于东部电石法、东部电石法优于东部乙烯法的特点将逐渐消失。

能耗方面——

数据显示,电石法聚氯乙烯平均吨耗能为8500千瓦时,乙烯法聚氯乙烯平均吨耗能在3600千瓦时,后者优势明显。随着国家双碳目标的推进,对高耗能电石企业的整改也将不断加码。去年10月应急管理部发出《淘汰落后危险化学品安全生产工艺技术设备目录(第一批)》通知,将开放式和内燃式电石炉作为禁止类,国内电石落后产能淘汰加速。同时,受新冠疫情影响,国内多个新建电石项目进度延期。去年国内电石总装置能力在4320万吨左右,常开产能在3300万~3400万吨。因装置落后及成本、环保原因长期停车的产能达600万吨,涉及40多家企业和100余台装备。

环保方面——

电石法聚氯乙烯首先存在汞催化剂污染问题。二氯化汞催化剂因其高稳定性和高转化率,是电石法聚氯乙烯制备的主要催化剂。这已经成为全球最大的汞资源消耗领域。但是,含汞废弃物处理成本高且无法完全处理,对环境的破坏较大。限制汞排放的国际公约《水俣公约》2017年8月16日生效,中国是128个签约方之一。就《水俣公约》落实,原环保部提出,到2021年氯乙烯生产实现单位产品汞化合物使用量在2010年基础上降低50%。同时,2032年将关停所有原生汞矿的开采。这对未来电石法聚氯乙烯产能维持是极大的制约。而乙烯法工艺不使用含汞催化剂。在“三废”处理问题上,电石法聚氯乙烯生产过程中,吨聚氯乙烯会产生烟尘20公斤、电石渣1.2吨、废水20立方米以及氯化氢、氯乙烯等废气。其中,电石渣体量大,对土地资源的占用较大。含汞废水对生态环境的破坏严重且持续期长。乙烯法聚氯乙烯生产“三废”主要是工艺废水及地面污水,废气和废催化剂、保温材料、焦炭等少量废固,环保处理相对简单且不存在汞污染问题。

产品质量方面——

经过几十年的发展,电石法聚氯乙烯工艺技术不断提升。但受工艺本身及物料的限制,电石法聚氯乙烯产品存在一些难以克服的不足,分子量相对较低、分子量分布较宽以及存在杂质。这也是市场上电石法聚氯乙烯的价格低于乙烯法聚氯乙烯的主要原因。2019年国内电石法和乙烯法聚氯乙烯的最高价分别为7078元/吨和7283元/吨,去年分别为8650元/吨和8866元/吨。在应用上,因产品中含汞,电石法聚氯乙烯无法进入医疗卫生、食品包装、饮用水管等高附加值领域;由于通过电石与水反应生产乙炔,电石法聚氯乙烯产品中的含水量是乙烯法的4~5倍,难以进行高性能要求的产品加工;电石法聚氯乙烯中含有乙炔、不饱和键含量高,产品易于受热分解,抗老化性能不如乙烯法产品。

综上,为了实现双碳目标和提升产业综合竞争力,聚氯乙烯产业必须结合产业和市场的客观实际,深化改革、不断创新。

第一,要加大乙烯法聚氯乙烯产能扩张力度,提升企业单体生产规模,替代小旧落后产能,特别是开放式、内燃式电石炉配套装置。去年,国内有100万吨产能以上企业3家,全部为配套电石的电石法聚氯乙烯装置。其中,新疆中泰化学股份金宝搏官网下载179万吨、新疆天业股份金宝搏官网下载140万吨、陕西北元化工集团金宝搏官网下载125万吨。50万到100万吨产能企业12家,乙烯法工艺占比为28%。50万吨产能以下企业55家,乙烯法工艺占比为16%。预计2021~2022年国内将有474万吨新增聚氯乙烯项目投产,其中226万吨为乙烯法,约占扩能总量的48%。

第二,提升电石法聚氯乙烯工艺技术水平并打造产业综合共生体系。据了解,未来,计划新建的电石法装置可能受政策等因素影响进度推迟。但鉴于中国资源的现实及内地煤、盐资源优势,以及西部经济大开发的需要,还不能完全放弃电石法聚氯乙烯产能。随着技术进步,电石法聚氯乙烯新装置应在环保、能耗及产品质量上尽快提升。其中,催化剂无汞化研究应用是重中之重。随着催化剂技术的发展,电石法催化剂二氯化汞的用量逐步降低,汞用量可下降了一半以上,含汞废弃物的回收效能也进一步加强。新疆天业集团、广东中泰集团、德州实华化工金宝搏官网下载等企业都投入大量人力财力并取得了一定进展,但还未到成熟与大范围推广应用。从环保要求上看,电石法工艺只有实现了无汞催化技术应用,未来才能有生命力。

第三,提升产品质量,拓展及开发高附加值领域应用。生产企业与研发单位要加强与下游加工企业合作,建立系列化、功能化、专项化的聚氯乙烯专用料牌号,推动聚氯乙烯树脂由通用型向专用型转型。一方面应拓宽传统管材、型材应用领域,如开发双轴取向聚氯乙烯管、高抗冲改性聚氯乙烯管、氯化聚氯乙烯管等高性能管材;另一方面应创新应用领域,如发展聚氯乙烯地板、聚氯乙烯医用制品、聚氯乙烯车用制品等新领域。要打造煤、电、盐一体化产业综合共生体。充分利用中西部地区的煤炭和原盐资源,将煤电产业、煤焦化工、氯碱化工、聚氯乙烯产业有机结合。从煤炭等资源开采到劣质煤和矸石、石灰粉渣发电,到电力支持电石和烧碱生产;从煤炭生产焦炭作为电石原料,到炼焦和电石生产尾气作为石灰原料循环使用;通过对电厂炉灰渣和聚氯乙烯厂家电石渣回收,可生产水泥。只有实现了能源就地利用、物料循环使用,构建起完整的综合性生产链,电石法聚氯乙烯才能够可持续发展。

第四,充分利用国内的聚氯乙烯期货平台,给产业实体插上金融的翅膀。通过期货工具实现产品的库存管理和利润管理,实现产业链的效能提升和风险规避,发挥期现相合、虚实相济的综合性产品优势。

中国聚氯乙烯产业只有创新发展,才能在满足碳达峰和碳中和要求的同时,提升利润率与竞争力,化危为机。

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