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聚氯乙烯產業如何應對雙碳約束
作者:戴煜敏 | 來源:《中國石油和化工產業觀察》雜志 | 時間:2021-08-30

聚氯乙烯樹脂是四大通用塑料之一,廣泛應用于管材、薄膜、型材、電線、電纜、地板等領域,與建筑業關聯度高,是重要的基礎材料。至去年底,中國聚氯乙烯生產企業共計70家,現有產能為2664萬噸(其中聚氯乙烯糊狀樹脂產能為127萬噸)。我國聚氯乙烯產業體量巨大、影響廣泛,而碳達峰和碳中和的雙碳目標對聚氯乙烯產業發展提出了更高要求。

目前聚氯乙烯生產主要有電石法和乙烯法兩大工藝。電石法工藝是煤炭與生石灰依靠電弧高溫熔化反應生成電石,電石與水反應生成乙炔,乙炔與氯化氫經二氯化汞催化反應生成氯乙烯,氯乙烯聚合生成聚氯乙烯。此工藝優勢是設備簡單、投資規模小、收益大,但存在能耗大、污染大等缺點。乙烯法工藝是用原油或天然氣等生產乙烯,乙烯經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。該工藝中的氯氣能被完全利用,“三廢”處理完全,適合大規模生產,但存在投資規模大、流程長等問題。

受煤炭及湖鹽、井鹽資源的影響,我國聚氯乙烯產能中電石法占比超過80%,產能主要集中在西北及華北地區。而不到20%的乙烯法產能(包含進口單體原料裝置)因受原料運輸等影響,主要集中在應用終端的中東部地區。

那么,雙碳目標對這兩種聚氯乙烯的生產分別有什么影響呢?

生產成本方面——

電石法工藝,電石成本占比較大,有的外采電石成本占到7成以上。電石依靠電弧高溫熔化反應生成,存在電能消耗高和產生煙塵、電石渣、廢水等污染物較多問題。在環保政策趨嚴、能耗雙控等政策下,電石法工藝的優勢將逐步喪失,預計今年電石產量增加有限,同時電力補貼取消甚至提價,導致電石采購成本上漲。另外,根據國家標準《電石單位產品能源消耗限額》(GB 21343-2015)、《電石工業污染物排放標準(征求意見稿)》等,對電石產能的限制將進一步制約電石法聚氯乙烯的產能擴張。     

而乙烯法工藝,每噸聚氯乙烯需要0.5噸乙烯和0.65噸氯氣,原料成本占總成本的6成。目前受益于國際原油價格重心較低,特別是北美頁巖氣及中東油田伴生氣等低成本乙烯的大規模供應,乙烯法聚氯乙烯成本可能進一步走低。另外,自2019年9月29日起,我國不再對原產于美國、韓國、日本和中國臺灣地區的進口聚氯乙烯征收反傾銷稅。因此,中國基于資源優勢形成的聚氯乙烯裝置成本上西部電石法優于東部電石法、東部電石法優于東部乙烯法的特點將逐漸消失。

能耗方面——

數據顯示,電石法聚氯乙烯平均噸耗能為8500千瓦時,乙烯法聚氯乙烯平均噸耗能在3600千瓦時,后者優勢明顯。隨著國家雙碳目標的推進,對高耗能電石企業的整改也將不斷加碼。去年10月應急管理部發出《淘汰落后危險化學品安全生產工藝技術設備目錄(第一批)》通知,將開放式和內燃式電石爐作為禁止類,國內電石落后產能淘汰加速。同時,受新冠疫情影響,國內多個新建電石項目進度延期。去年國內電石總裝置能力在4320萬噸左右,常開產能在3300萬~3400萬噸。因裝置落后及成本、環保原因長期停車的產能達600萬噸,涉及40多家企業和100余臺裝備。

環保方面——

電石法聚氯乙烯首先存在汞催化劑污染問題。二氯化汞催化劑因其高穩定性和高轉化率,是電石法聚氯乙烯制備的主要催化劑。這已經成為全球最大的汞資源消耗領域。但是,含汞廢棄物處理成本高且無法完全處理,對環境的破壞較大。限制汞排放的國際公約《水俁公約》2017年8月16日生效,中國是128個簽約方之一。就《水俁公約》落實,原環保部提出,到2021年氯乙烯生產實現單位產品汞化合物使用量在2010年基礎上降低50%。同時,2032年將關停所有原生汞礦的開采。這對未來電石法聚氯乙烯產能維持是極大的制約。而乙烯法工藝不使用含汞催化劑。在“三廢”處理問題上,電石法聚氯乙烯生產過程中,噸聚氯乙烯會產生煙塵20公斤、電石渣1.2噸、廢水20立方米以及氯化氫、氯乙烯等廢氣。其中,電石渣體量大,對土地資源的占用較大。含汞廢水對生態環境的破壞嚴重且持續期長。乙烯法聚氯乙烯生產“三廢”主要是工藝廢水及地面污水,廢氣和廢催化劑、保溫材料、焦炭等少量廢固,環保處理相對簡單且不存在汞污染問題。

產品質量方面——

經過幾十年的發展,電石法聚氯乙烯工藝技術不斷提升。但受工藝本身及物料的限制,電石法聚氯乙烯產品存在一些難以克服的不足,分子量相對較低、分子量分布較寬以及存在雜質。這也是市場上電石法聚氯乙烯的價格低于乙烯法聚氯乙烯的主要原因。2019年國內電石法和乙烯法聚氯乙烯的最高價分別為7078元/噸和7283元/噸,去年分別為8650元/噸和8866元/噸。在應用上,因產品中含汞,電石法聚氯乙烯無法進入醫療衛生、食品包裝、飲用水管等高附加值領域;由于通過電石與水反應生產乙炔,電石法聚氯乙烯產品中的含水量是乙烯法的4~5倍,難以進行高性能要求的產品加工;電石法聚氯乙烯中含有乙炔、不飽和鍵含量高,產品易于受熱分解,抗老化性能不如乙烯法產品。

綜上,為了實現雙碳目標和提升產業綜合競爭力,聚氯乙烯產業必須結合產業和市場的客觀實際,深化改革、不斷創新。

第一,要加大乙烯法聚氯乙烯產能擴張力度,提升企業單體生產規模,替代小舊落后產能,特別是開放式、內燃式電石爐配套裝置。去年,國內有100萬噸產能以上企業3家,全部為配套電石的電石法聚氯乙烯裝置。其中,新疆中泰化學股份有限公司179萬噸、新疆天業股份有限公司140萬噸、陜西北元化工集團有限公司125萬噸。50萬到100萬噸產能企業12家,乙烯法工藝占比為28%。50萬噸產能以下企業55家,乙烯法工藝占比為16%。預計2021~2022年國內將有474萬噸新增聚氯乙烯項目投產,其中226萬噸為乙烯法,約占擴能總量的48%。

第二,提升電石法聚氯乙烯工藝技術水平并打造產業綜合共生體系。據了解,未來,計劃新建的電石法裝置可能受政策等因素影響進度推遲。但鑒于中國資源的現實及內地煤、鹽資源優勢,以及西部經濟大開發的需要,還不能完全放棄電石法聚氯乙烯產能。隨著技術進步,電石法聚氯乙烯新裝置應在環保、能耗及產品質量上盡快提升。其中,催化劑無汞化研究應用是重中之重。隨著催化劑技術的發展,電石法催化劑二氯化汞的用量逐步降低,汞用量可下降了一半以上,含汞廢棄物的回收效能也進一步加強。新疆天業集團、廣東中泰集團、德州實華化工有限公司等企業都投入大量人力財力并取得了一定進展,但還未到成熟與大范圍推廣應用。從環保要求上看,電石法工藝只有實現了無汞催化技術應用,未來才能有生命力。

第三,提升產品質量,拓展及開發高附加值領域應用。生產企業與研發單位要加強與下游加工企業合作,建立系列化、功能化、專項化的聚氯乙烯專用料牌號,推動聚氯乙烯樹脂由通用型向專用型轉型。一方面應拓寬傳統管材、型材應用領域,如開發雙軸取向聚氯乙烯管、高抗沖改性聚氯乙烯管、氯化聚氯乙烯管等高性能管材;另一方面應創新應用領域,如發展聚氯乙烯地板、聚氯乙烯醫用制品、聚氯乙烯車用制品等新領域。要打造煤、電、鹽一體化產業綜合共生體。充分利用中西部地區的煤炭和原鹽資源,將煤電產業、煤焦化工、氯堿化工、聚氯乙烯產業有機結合。從煤炭等資源開采到劣質煤和矸石、石灰粉渣發電,到電力支持電石和燒堿生產;從煤炭生產焦炭作為電石原料,到煉焦和電石生產尾氣作為石灰原料循環使用;通過對電廠爐灰渣和聚氯乙烯廠家電石渣回收,可生產水泥。只有實現了能源就地利用、物料循環使用,構建起完整的綜合性生產鏈,電石法聚氯乙烯才能夠可持續發展。

第四,充分利用國內的聚氯乙烯期貨平臺,給產業實體插上金融的翅膀。通過期貨工具實現產品的庫存管理和利潤管理,實現產業鏈的效能提升和風險規避,發揮期現相合、虛實相濟的綜合性產品優勢。

中國聚氯乙烯產業只有創新發展,才能在滿足碳達峰和碳中和要求的同時,提升利潤率與競爭力,化危為機。

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