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中国基础磷化工产业现状与展望

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第46卷第2期 2014年02月 无机盐工业 IN0RGANIC CHEMICALS INDUSTRY 中国基础磷化工产业现状与展望 梅毅。朱明松 (云天化集团有限责任公司,云南昆明650228) 摘要:以磷肥、黄磷、热法磷酸、三聚磷酸钠、饲料磷酸氢钙等产品为例,阐述了基础磷化工产业现状,针对基 础磷化工产品同质化、技术等同化、市场过剩的局面,分析了产生问题的原因。指出基础磷化工必须淘汰落后产能, 必须依靠技术进步降低生产成本,实现产品结构的升级与调整;而技术进步的重点在于实现原子经济效益、能源利 用和劳动生产效率三者的最大化以及消耗的最小化,要不断开发满足社会需求的新产品。此外.还对相关的法规 和规章制度提出建议 关键词:基础磷化工:现状;展望 中图分类号:TQ126-31 文献标识码:A 文章编号:1006—4990(2014)02—0001—05 Present situation and prospect of basic phosphorous chemical industry in China Mei Yi,Zhu Mingsong (Yuntianhua Group Co.,Ltd.,Kunming650228,China) Abstract:Taking phosphate fertilizer,yellow phosphorus,furnace・process phosphoric acid,sodium tripolyphosphate,and feed grade calcium phosphate dibasic etc.as example,the basic phosphorus chemical industry status was introduced.The main problems such as,product homogeneity,technology assimilation,and market over—supply,existing in the basic phosphorus chemical industry at present and the causes thereof were analyzed,respectively.The methods to solve these problems had to close down backward production facilities,to promote technological progress,to reduce the production cost,and to realize the adjustment and upgrading of product stuctrure.The key of technological progress is to realize maximum benefits of atoms,to maximize the energy utilization,to maximize the labor eficifency,and to minimize the consumption.And continuously to deve— lop new products meet the social needs.At last,the suggestions for relative national policies and regulations were put forward. Key words:basic phosphorus chemical industry;present situation;prospect 作为在全世界占有举足轻重地位的磷化工生产 大国,目前中国的磷肥、黄磷、三聚磷酸钠、饲料级磷 酸盐等产品的产能、产量、消费量在国际上位列前 1基础磷化工的范围 基础磷化工是指利用化学反应生产含磷基础化 学品的工业.是一个相对于精细磷化工的概念。基础 茅。据统计.中国涉磷产业年产值已超过万亿元。“十 一五”期间.中国基础磷化工的产业集中度进一步加 磷化工产品通常具有较为统一的产品标准.单一产 品市场年需求量大(一般≥l0万t/a).既可以作为产 品直接使用.又可以用作生产精细磷化工产品的原 料。基础磷化工主要分为湿法和热法。湿法是指用强 酸分解磷矿获得湿法磷酸或多元磷肥.湿法磷酸再 将单质磷进一步加工为磷复肥及其副产物综合利用 强,以云、贵、鄂、川4省为代表的产业基地相继形 成:农业肥料方面,氮磷比例失衡局面得到扭转;生 产技术方面.硫酸、湿法磷酸、高浓度磷复肥等摆脱 了对国外技术的依赖.不仅全部实现国产化,技术更 取得突破。迈人世界先进技术行列:热法生产的单位 产品能耗逐年降低。但中国基础磷化工大而不强, 仍存在产能过剩、企业经营困难的问题。笔者尝试 对基础磷化工产业现状、问题加以介绍和分析,并对 今后的发展提出建议 的产业全过程,主要包括硫酸、湿法磷酸、磷复肥的 生产,湿法磷酸净化、利用净化磷酸生产饲料级磷酸 氢钙、工业级磷酸盐、副产磷石膏、氟硅资源的循环 利用和深加工等。热法是指在高温状态下。以炭为还 原剂将磷矿石原料中的五价磷还原为单质磷.再进 2 一无机盐工业 第46卷第2期 步加工为热法磷酸和工业三聚磷酸钠(五钠)及 铵(DAP),使得高浓度磷复肥在短短的10 a内由净 \嚣其副产物综合利用的产业全过程,主要包括黄磷、 进15转为净出口。高浓度磷复肥的产能与国内需求 瑚 热法磷酸、五钠的生产及其副产物黄磷磷炉尾气、 磷炉渣的循环利用和深加工等 2基础磷化工产业现状 2.1 产能严重过剩、产品同质化日趋严重 图1为中国2008--2012年磷肥、黄磷、热法磷 酸(实物)、三聚磷酸钠、饲料磷酸氢钙的产能、产 量、表观消费量、净出15量情况。图2为5种产品的 装置利用率情况。由图1、2可见.5种产品的产能严 重过剩,制约了行业的进一步发展 此外基础磷化工 的产品同质化也日趋严重.结构性矛盾日益突出。如 高浓度磷肥,产品主要为磷酸一铵(MAP)、磷酸二 20oo l 50o 1 000 蓑500 0 250 1=200 器150 椒1oo 5O 0 260 囊250 24 0 :。甾220 羹21o 蠕 200 2oo8 2009 2010 201 l 2012 年份/年 t产能◆.产量- 表观消费量 _..净出口量 图1 中国2008--2012年5种磷化工产品的 产能、产量、表观消费量、净出口量情况 量见图3。 8O 70 印 蔷50 40 3O 加 磷肥 黄磷热法磷酸三聚磷酸钠饲料磷酸氢钙 产品 图2主要产品装置利用率 2 0o0 1 50o R 1 000 四噩Il 5o0 O MAP DAP 产品 图3 中国2012年高浓度磷复肥产能与消费量 2.2装置实现大型化.自控技术水平提高 基础磷化工单系列装置能力不断扩大.生产效 率不断提高。目前.中国100万 硫磺制硫酸、 40万t/a硫铁矿制硫酸、45万t/a(以P 0 计)湿法磷 酸、8O万t/a磷酸二铵、1.3万t/a单台黄磷电炉、 12万t/a(以质量分数为85%的H PO 计)单系列带 热能回收热的磷酸等装置技术和规模均达到国际先 进水平 通过引入FF现场总线控制技术.实现了操 作现场全数字化、智能化、网络化和功能自治化管 理.沟通了生产过程现场与设备之间及其与更高控 制管理层次之间的联系 该系统配备故障诊断技术 功能.有效保证了产品质量。 2.3关键重大技术获得突破。能源利用率不断提升 中国在湿法磷酸净化生产工业级磷酸、湿法磷 酸副产氟硅酸生产无水氟化氢等技术方面相继实现 了产业化:瓮福(集团)有限责任公司以磷矿伴生极 2014年2月 梅毅等:中国基础磷4L.z_产业现状与展望 3 低品位碘资源为原料的碘回收(100 t/a)工业性示范 装置投入运行.并生产出合格的粗碘产品_l_2];硫磺 制硫酸的低温位热能回收技术取得突破性进展,热 能回收利用率由之前的60%提升至90%以上.具有 可观的经济效益和社会效益[33:瓮福磷肥厂对硫酸 装置的主风机进行技改.由传统的电机拖动改为透 平驱动.降低成本的同时取得显著的节能效果:预中 和、管式反应器工艺实现了粒状磷酸一铵、磷酸二铵 的互换生产.实现了装置多元化产品生产的发展需 求:“中和料浆浓缩法生产磷酸一铵工艺”可使用固 形物质量分数高达25%的磷酸渣酸生产粉状磷酸 一铵,为磷酸分级利用铺平了道路:硫酸尾气通过尾 吸处理后,排放的SO 质量浓度低于60 mg/Nm3,远 低于国家限定的最低排放要求 黄磷尾气低压锅炉实现了长周期稳定运行,中 压蒸汽锅炉带发电装置也于2012年2月在云南投 入运行:云南化工研究院牵手清华大学,双方合作开 发了热法磷酸回收黄磷燃烧热能副产工业蒸汽技 术.目前在中国热法磷酸行业得到广泛推广.并获国 家技术发明二等奖:重庆川东化工(集团)有限公司 采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一氧化 碳制碳一化工产品的转换.显著提升了尾气的利用 率.具有良好的经济效益和社会效益 ]。黄磷电极 密封技术、铜管式输电短网、三相6根电极、电极自 动升降系统、无烟煤替换焦丁、黄磷磷炉尾气净 化_7]、磷炉渣制水泥等技术实现了产业化应用,对行 业的发展都有重要的推动作用:热法二步法磷酸装 置实现了黄磷燃烧直接制取高品质磷酸.总杂质质 量分数低于lxl0 F83 2.4废弃物资源化利用成效显著 二水湿法磷酸的P20 利用率达96%以上:半 水一二水磷酸的PzO 利用率达98%以上;硫酸、湿法 磷酸、化肥园区实现了废水零排放。二水法磷石膏中 W[水溶磷(P20 )]≤0.25%,W[总磷(P20 )]≤0.7%, 有利于磷石膏的利用。据统计,中国磷石膏利用率已 从2005年的3%提升至2012年的12%~l5% 山东 鲁北化工股份有限公司2O万t/a硫酸联产20万t/a 水泥熟料的磷石膏四级旋风预热器窑分解技术实现 了工业化长周期运行 。磷石膏用作土壤调理剂、水 泥缓凝剂、纸面石膏板获得了有效推广:磷石膏制砌 块、免烧砖等技术逐步发展:瓮福(集团)有限责任公 司25万妇磷石膏制硫酸铵装置自2011年投产以 来,实现了长周期运行_l0];贵州开磷集团成功开发出 磷化工全废料自胶凝充填采矿技术.可使采矿回收 率从70%提升至92.6%.贫化率则由6%降至4.52%. 以年产矿石600万t计.年增经济效益2.25亿元. 获国家科技进步二等奖… 。 黄磷多电极技术不断完善,实现了热停热开、错 峰运行,起到了电力调峰作用:实现了磷炉渣粒化、 脱水全封闭运行.有效改善了黄磷生产的作业环境: 磷炉渣作水泥的添加比例高达30%:磷炉渣全部实 现回收利用 3 主要问题 3.1 中国市场饱和。产能难以释放,企业效益低下 基础磷化工行业的发展促进了行业内技术的广 泛交流.使中国基础磷化工的技术与装备水平迈人 国际先进水平行列.但同时由于技术的转让与推广. 也使行业中呈现出产品高度同质化、技术高度等同 化的情况。由此导致行业竞争激烈。产品供大于求. 市场价格下滑.企业基本处于微利或亏损状态 世界 银行2013年8月发布的《半年度商品展望报告》显 示.肥料价格将在2013年第三季度末下降10%。其 中降幅最明显的是尿素和磷肥产品.尤其是磷酸二 铵价格的下降幅度将超过10%.这无疑使相关企业 面临更为严峻的发展局面 3.2国际竞争力不断减弱 资源禀赋不优.人力成本、人民币不断升值使得 中国基础磷化工产品的国际竞争力不断减弱。具体 表现:1)中国磷矿空间分布严重不均.贫矿多而富矿 少,采选难度大,加工成本高,相对于磷矿第一大国 摩洛哥.中国的磷资源处于劣势:2)硫资源对外依存 度高达58%[131.严重制约了磷肥产品的国际竞争 力:3)具有国际成本竞争力的产能不断释放。2013年 l~4月.沙特磷酸二铵产量同比增长33%.预计全年 供应量增长70万~120万t:美国美盛公司拟 与沙特阿拉伯矿业公司及沙特基础工业公司建设 350万 的磷酸盐项目.预计2016年年底建成投 产:摩洛哥2013年新增100万t磷肥产能 可以预 见.国际市场的基础磷化工产品的竞争将日趋激烈。 而中国基础磷化工的竞争力将进一步削弱 3.3资源综合利用率低。传统生产方法受环保制约 磷石膏、黄磷磷炉尾气、磷炉渣、氟硅酸偏低的 资源综合利用率制约着中国基础磷化工产业的发 展。目前,全球磷石膏平均利用率为4.5%.中国磷石 4 无机盐工业 第46卷第2期 膏年产量7 000万t.资源化利用率不到15% “十二 五”期间.中国磷石膏综合利用率将从“十一五”的 20%提升到30%.任重而道远 湿法磷酸副产得到的 氟硅酸仍主要用于加工初级产品氟硅酸钠.其附加 值极其有限 黄磷尾气主要用于燃烧热源.因不完全 燃烧会含有一氧化碳等有害气体.对大气有污染 磷 炉渣通过水淬处理后主要用于建材生产.余热利用 率比较低 以上已获得利用的技术.产品附加值低.综合效 益不明显:未获得利用的技术.对环境方面有不同程 度的影响.在环保意识逐渐增强的今天.一定程度制 约着中国磷化工行业的发展 4发展展望 预计到2015年末.中国磷肥产能可达2400万t 左右.年产量为1 650万~1 750万t.其中300万 400万t出口.1 300万~1 400万t用于满足国内需 求:中国黄磷产能仍然维持在210万t左右.年产量 为80万 100万t.主要为国内加工产业配套:三聚 磷酸钠产能可达150万t.年产量约为40万t:饲 料磷酸氢钙产能可达450万 500万t.年产量为 350万~400万t 基础磷化工产业的发展有赖于技 术的创新与进步.在与环境相协调的前提下.降低成 本、优化产品结构、淘汰落后产能是基础磷化工发展 的必由之路 4.1湿热并重.原料结构多元化 热法、湿法产品有部分不可替代性,如每年用于 合成有机磷产品的20万~30万t黄磷.湿法生产磷 肥等 两种路线产品的交集区域为工业磷酸及其磷 酸盐 目前.湿法磷酸净化的工业磷酸成本远低于热 法磷酸成本.但随着磷炉尾气的高附加值产品与技 术的开发(利用CO生产化工产品).不但可以缩小 成本差距.而且其综合成本可能还会低于湿法路 线[13 因此.在两种路线产品的交集区域.成本成为 了决定性因素 随着环保、循环经济与成本竞争 的加剧.原料成本成为制约产品成本的主要因素.当 前.伴生资源回收异军突起,如冶炼尾气、高硫煤燃 烧回收硫酸,有色矿、铁矿伴生硫铁矿回收制硫酸, 磷石膏制硫酸联产水泥.铁矿伴生磷精矿作萃取磷 酸原料.都将改变基础磷化工的原料构成.对传统方 法和组织模式造成冲击和影响 4.2节能减排,低碳发展。元素利用效益最大化 中国在“十二五”建设期间明确强调.要将建设 资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发 展方式的重要着力点.并承诺到2020年单位国内生 产总值(GDP)二氧化碳排放将比2005年下降40%~ 45% 因此,基础磷化工产业应将提高原料利用率、 推进废水零排放和余热利用、降低单位产品能耗、降 低污染物排放量等作为行业进步与发展的工作重 点 其关键措施是提高副产物的资源利用率.实施多 产业联合的集群化生产。实现元素利用价值最大化。 关键技术是从源头减少循环水量和单位产品耗 水量.开展废水梯级利用.尽可能降低废水的处理成 本,实现废水零排放。湿法磷酸:1)减少系统内结垢: 2)强化萃取反应,提高萃取率;3)开展大型磷石膏制 (硫)酸联产水泥熟料(单系列规模在60万~80万妇, 进入转化器的二氧化硫体积分数达10%以上)技术 开发:4)实现低成本磷矿脱硅技术;5)以氟硅酸为原 料。实现氟、硅资源的分别高效利用。热法磷酸:1)以 磷炉尾气净化技术的突破为契机.结合碳一化工产 品成熟生产技术,制取甲酸、甲酸钾、甲酸钙、草酸二 甲酯、草酸、甲酰胺、乙二醇等化工产品,使磷炉由单 一的产磷装置变为造气为主并联产黄磷的化工生产 装置.从而降低黄磷企业的综合能耗.拓宽行业发展 之路:2)回收黄磷炉渣的熔融热,或利用高温熔融黄 磷炉渣直接生产建材产品:3)降低进入黄磷回收冷 凝塔入口磷炉气的含尘量.优化粗磷精制技术.提高 黄磷一次收率:4)利用黄磷电尘灰提取镓联产肥料 技术等。 其他关键技术还包括湿法磷酸净化制工业磷 酸,粗(萃余)酸制备配方型化肥,净化酸制工业(食 品)级磷酸盐;氯碱、磷、煤化工行业磷、氯、钙、钠、 碳、氮之间的循环利用;各产业系统问能源、水资源 的合理设计与利用等 4-3 简化工艺流程。开发高效设备,降低生产成本 对现有生产流程的精简与优化是今后化工行业 实现发展的必然要求 关键措施是压缩以往的多步 反应和生产环节.开发高效设备,利用催化剂或溶媒 直接使用低成本原料生产高附加值产品.提高生产 效率.降低生产成本。关键技术主要有:湿法磷酸萃 取氯化钾直接制备工业磷酸钾盐副产氯化铵:中低 品位磷矿直接生产高浓度磷复肥:混酸分解磷矿直 接制取专用复合肥料:利用黄磷燃烧热能回收后的 约600℃五氧化二磷气体直接合成磷酸盐:黄磷燃 烧直接制取高纯电子级磷酸:黄磷直接氧化制备亚 磷酸等 2014年2月 梅毅等:中国基础磷4L-z-产业现状与展望 5 4.4适应农业发展需求.调整化肥产品结构 “十二五”期间.中国农业将以提高肥料资源利 用效率为主线(化肥利用率至少提高3%).以深入 开展测土配方施肥项目为手段.提升土壤肥力.使化 肥用量增长态势基本得到控制 也就是通过新型肥 料利用和平衡施肥,实施“增产施肥、经济施肥、环保 施肥”相统一的科学施肥理念,在粮食增产、农业增 效、农民增收基础上。化肥使用总量不再增加,以实 现农业的节能减排,达到“促增产、提效率、保安全” 三大目标。为此,磷肥工业必须适应农业需求.充分 了解和掌握水溶肥、有机肥、生物刺激素对磷肥施用 的影响.积极参与到农业的科学施肥体系中.以服务 带动化肥产品的结构调整 在产品结构上要适应农 业“大配方、小调整”的测土施肥模式.以增产和提高 磷有效利用率为核心优化配方:抓住水肥一体化的 契机.大力发展高效含磷水溶肥料 4.5 适应市场变化。优化饲料品种。拓展五钠应用 领域 畜禽的生物学效价分析表明.磷酸一二钙 (MDCP)优于磷酸氢钙(DCP),而中国目前主要产品 仍为DCP.因此要适应饲料工业发展.减少动物对 磷的排泄量.减少污染.大力推进MDCP的生产与 消费。随着洗涤剂禁磷步伐的加快。五钠用于洗涤剂 的用量越来越少,但用作工业软水剂、染色助剂、陶 瓷助剂、食品添加剂的用量却在不断扩大。因此,需 着力开发这些领域的用途.满足其功能性需要。 5建议与结语 基础磷化工在今后一段时间.必将经历机遇与 挑战并存的发展阶段.其健康发展必须依靠技术进 步.而技术进步的重点在于实现原子经济效益和能 源利用的最大化以及消耗最小化 其关键技术是降 低生产成本,提高劳动生产率,提高能源、水资源利 用效率.实现产品结构的升级与调整 为了基础磷化工的持续发展.建议国家加大知 识产权保护力度,全面激发并保护全民、企业的创新 积极性,让发明创造者真正享有创造所带来的收益 建议国家加大对废弃物资源化利用的支持力度.加 大对相关项目研发资金的支持.特别是在资源再利 用的税收上给予扶持.使企业在履行社会职责 的同时.自身的经济效益也得到有效保障 参考文献: 『1] 匡国明.贵州省无机盐工业“十二五”可持续发展方向的探 讨[C]∥中国无机盐学会无机酸碱盐专业委员会2011年无机 盐学术年会论文汇编.海口:中国化工学会无机酸碱盐专业委 员会.2011:1-6. 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