磷化工：精細化、專用化和綠色化是主旋律

文/馬守貴/

磷化工：精細化、專用化和綠色化是主旋律

文/馬守貴/

由于各國工業(yè)化進程的加快，資源和能源的大量消耗并日漸枯竭，追求可持續(xù)發(fā)展已成為世界各國人們的共識，并有力地推動了綠色化學(xué)化工技術(shù)及其綠色產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展，這對于全球磷化工的發(fā)展格局正產(chǎn)生深刻的影響，“精細化、專用化和綠色化”已經(jīng)成為世界磷化工發(fā)展的主旋律。

我國磷化學(xué)工業(yè)經(jīng)過“十五”和“十一五”時期的快速發(fā)展，已形成以磷復(fù)肥為基礎(chǔ)、黃磷深加工和磷酸鹽精細化為主導(dǎo)、無機磷化工和有機磷化工相配套的現(xiàn)代磷化工產(chǎn)業(yè)體系。我國是世界磷化工生產(chǎn)大國，但不是磷化工技術(shù)強國。當前世界經(jīng)濟仍然低迷，我國磷化工企業(yè)應(yīng)該如何轉(zhuǎn)型升級實現(xiàn)由大變強，已成為業(yè)界最為關(guān)注的話題。

創(chuàng)新：發(fā)展變“綠”的關(guān)鍵

從小到牙膏組成成分的精細磷酸鹽，大到擁有千噸級裝置的大宗磷肥產(chǎn)品，作為國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè)，磷化工產(chǎn)業(yè)與人們的生活息息相關(guān)。日前，在由中國化工信心中心和全國化工節(jié)能減排中心共同舉辦的2013國際精細磷化工技術(shù)交流會上，武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院貢長生教授在接受筆者采訪時這樣描述行業(yè)的特點：“磷化工產(chǎn)品品種繁多，應(yīng)用面廣，是對資源和能源依賴性很強的產(chǎn)業(yè)。但由于廢水、廢氣、廢渣排放量大，容易造成環(huán)境污染，這就決定了磷化工產(chǎn)業(yè)不僅最有條件、最具潛力，而且也最需要發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，推動綠色發(fā)展?！?/p>

目前，國內(nèi)磷化工主要包括磷復(fù)肥、黃磷等基礎(chǔ)磷化工和精細磷化工兩大類產(chǎn)業(yè)。而作為發(fā)展高附加值磷化工產(chǎn)品的必須原料——黃行產(chǎn)業(yè)，就曾經(jīng)被很多人與“兩高一資”聯(lián)系起來。數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)黃磷生產(chǎn)企業(yè)有100多家，總產(chǎn)能已經(jīng)達到200萬噸/年，以每生產(chǎn)1噸黃磷排放10噸磷渣為例，我國每年新增的磷渣量就多達800萬噸。“雖然不像極少數(shù)不負責(zé)媒體說的那么嚴重，但行業(yè)中存在的環(huán)保問題確實不容忽視?！必曢L生如是說。

談到尾氣污染問題，中航工業(yè)株洲南方燃機成套制造安裝有限公司總工程師張成毅補充說：“國內(nèi)黃磷企業(yè)主要分布在云南、貴州、四川、湖北四省，大多數(shù)黃磷生產(chǎn)企業(yè)將未凈化尾氣替代煤作原料，若以利用部分的有效熱量計算，尾氣有效利用率僅能達到20%。近年來，隨著黃磷生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，如何更好的利用這部分黃磷尾氣，減少由于黃磷生產(chǎn)帶來的環(huán)境污染已經(jīng)變得非常緊迫了?！?/p>

不僅黃磷資源等上游產(chǎn)業(yè)鏈中的問題有待解決，隨著化肥行業(yè)產(chǎn)能過剩局面的出現(xiàn)，下游磷肥生產(chǎn)中的磷石膏堆放也逐漸成為磷化工行業(yè)發(fā)展過程中的“攔路虎”。數(shù)據(jù)顯示，我國濕法磷酸的生產(chǎn)能力為1500萬噸，每年排放的磷石膏也超過6000萬噸，大部分企業(yè)采用堆存的辦法處理，勢必對環(huán)境造成一定的污染。

其實，磷石膏生產(chǎn)硫酸和水泥的工藝過程并不是十分復(fù)雜，而且也有不少國內(nèi)企業(yè)花巨資投入到這一項目中，但為什么至今沒有形成大氣候？四川成都千礪金科技創(chuàng)新有限公司高工龔家竹解釋說：“盡管有多種生產(chǎn)方法能將磷石膏加以利用處理，但因市場容量與運輸半徑的局限，投入與產(chǎn)出比達不到投資要求。因此開發(fā)切實可行的技術(shù)就顯得很重要了?！?/p>

目前磷肥的利用率僅為10%～25%，其余部分主要被轉(zhuǎn)化成難以被植物吸收的磷酸鹽形式，導(dǎo)致土壤中的總磷平均約為有效磷的100～600倍。從污水中回收磷除了涉及化工外，還是一個綜合多學(xué)科的環(huán)境工程問題。近年來，歐洲非常重視磷的回收，一些國家甚至立法強制執(zhí)行，我國今后也應(yīng)重視起來。

談到行業(yè)的發(fā)展方向，貢長生教授形象地總結(jié)說：“創(chuàng)新資源利用方式是實現(xiàn)磷化工可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，21世紀是綠色技術(shù)快速發(fā)展的世紀。說到底，創(chuàng)新就是要讓行業(yè)發(fā)展‘綠起來’?！?/p>

技術(shù)：行業(yè)變“綠”的引擎

尾氣利用離不開技術(shù)、廢物利用離不開技術(shù)，多位業(yè)內(nèi)專家坦言，要想實現(xiàn)綠色發(fā)展，國內(nèi)磷化工企業(yè)還需要在技術(shù)研發(fā)上多動動腦筋。

很多人知道海水中有碘，所以現(xiàn)在有從海藻中提取碘的工藝，可磷礦中有沒有碘資源呢？大家就不一定知道了。甕福集團有限責(zé)任公司技術(shù)中心副研究員胡宏向筆者介紹說，現(xiàn)在全球碘市場的供應(yīng)越來越緊張。2011年，由于日本發(fā)生大地震，市場上碘的供應(yīng)大大減少，碘的價格從25萬元/噸上升到65萬元/噸。而磷礦共伴生碘資源回收技術(shù)恰好解決了這一難題。由于過去沒有這種工藝技術(shù)，在磷復(fù)合肥生產(chǎn)的過程中，磷礦石中的碘沒有經(jīng)過回收就直接進入到生產(chǎn)流程中無序消耗，造成了磷化工企業(yè)對周邊環(huán)境的污染。而2005～2007這三年中，甕福集團嘗試建成了一套5萬噸/年碘回收的擴大試驗裝置，自2008年建成首套生產(chǎn)裝置后，公司還于2010年建成了第二套50萬噸/年碘回收生產(chǎn)裝置。

其實，除了含有碘，磷礦石中還含有豐富的氟資源，正是由于開發(fā)出了利用磷肥副產(chǎn)品氟硅酸為原料生產(chǎn)冰晶石，改變了國內(nèi)幾十年來以螢石為原料生產(chǎn)冰晶石的傳統(tǒng)工藝，不僅開辟了新的氟資源來源，同時還解決了長期以來困擾我國磷肥工業(yè)發(fā)展的“三廢”污染問題。正是憑借這項技術(shù)起家，多氟多公司如今成為了全球最大的氟化工制造企業(yè)。

不僅在提高資源利用率上一顯身手，實現(xiàn)行業(yè)循環(huán)發(fā)展更是離不開綠色技術(shù)的“引擎”。在國內(nèi)，黃磷粉礦和焦炭燒結(jié)成球工藝可以減少或替代部分塊礦，節(jié)省磷礦資源；在條件允許的情況下，濕法磷酸的生產(chǎn)逐步用半水法取代二水法工藝，可以使硫酸的消耗減少2%，而P2O5的收率卻能提高2%……；在國際上，美國孟山都公司是全球最大的草甘膦除草劑生產(chǎn)企業(yè)；以色列ICL是世界上最大的磷系阻燃劑生產(chǎn)企業(yè)；日本化學(xué)公司是全球最大的高純度電子級磷酸生產(chǎn)企業(yè)；羅地亞、Innophos等在全球精細磷化工市場份額中占有很大的份額的企業(yè)，在阻燃劑、水處理劑、磷系催化劑、含磷藥物以及中間體、表面活性劑等領(lǐng)域加強研究開發(fā)。這些在國際上知名的大公司無一不是通過自己的專利技術(shù)打造出產(chǎn)品的競爭力。

全國磷礦石P2O5大于30%的富礦只有16.57億噸，占磷礦資源儲量的9.4%。也就是說，90%以上的磷礦為中低品位磷礦，而中低品位磷礦的高效加工與綜合利用的關(guān)鍵技術(shù)還未能得到根本突破。此外，目前工業(yè)制備有機磷化合物是將黃磷和氯氣作用生成中間體PCl3或POCl3，然后PCl3或POCl3和脂肪醇、烷基酚、聚氧乙烯醚等有機化合物進行酯化反應(yīng)生成亞磷酸酯、磷酸酯等有機磷化合物，下一步要研究由黃磷直接催化合成有機磷化合物不產(chǎn)生有害的氣體和廢棄物的綠色合成路線。貢長生告訴筆者：“綠色技術(shù)是實現(xiàn)資源—產(chǎn)品—再生資源的可持續(xù)循環(huán)發(fā)展模式，而這有助于從根本上解決國內(nèi)磷化工企業(yè)過分依賴資源的粗放型發(fā)展模式?！?/p>

耦合：企業(yè)變“綠”的道路

有了技術(shù)在手，下一步磷化工企業(yè)具體該怎么走呢？筆者觀察到，通過采用綠色化工技術(shù)，整合相關(guān)產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)“以磷為主，多元發(fā)展”的耦合之路，逐漸成為了企業(yè)代表和專家們的共識。

磷化工與氯堿工業(yè)的耦合，不僅有助于解決有機磷化工生產(chǎn)中對氯氣的需求，用燒堿替代純堿生產(chǎn)磷酸鹽還有助于減少二氧化碳等溫室氣體的排放；石油化工為磷化工提供原料和中間體，磷化工為合成材料工業(yè)提供各種高技術(shù)含量的工業(yè)助劑，兩者的發(fā)展相得益彰……貢長生表示，除了能在化工行業(yè)內(nèi)實現(xiàn)耦合發(fā)展，磷化工還可以跨行業(yè)耦合，比如，利用冶金工業(yè)中的廢酸，與建材工業(yè)結(jié)合生產(chǎn)各種建筑材料等實現(xiàn)磷化工和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的互利共贏模式。

“在實現(xiàn)行業(yè)之間耦合發(fā)展的過程中，還要注意把行業(yè)自身發(fā)展好，特別是做精、做深”。云天化集團副總工程師梅毅表示，重慶川東化工集團率先用磷爐尾氣制甲酸鈉，再用甲酸鈉制甲酸聯(lián)產(chǎn)磷酸鈉鹽，實現(xiàn)了磷爐從單一產(chǎn)磷向黃磷聯(lián)產(chǎn)CO氣體制一碳化工產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，黃磷尾氣和黃磷爐渣均被100%利用，尾氣副產(chǎn)物的價值超越了黃磷自身的價值。這為黃磷企業(yè)開了一個好頭，今后基礎(chǔ)磷化工行業(yè)的競爭力主要取決于資源有效再利用的能力，因此要盡可能的延長副產(chǎn)物的加工鏈。

對此，全國化工節(jié)能（減排）中心主任王武也表示，目前我國磷化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)嚴重不合理，按照單位磷酸鹽產(chǎn)品五氧化二磷價值比的大小來分，磷化工產(chǎn)業(yè)的布局分為上中下三層結(jié)構(gòu)。黃磷、磷肥等初級產(chǎn)品為底層，大宗磷酸鹽為中層，有機、精細、高純度等磷產(chǎn)品為高層。我國磷化工產(chǎn)品基本集中在底層和中層，精細化工產(chǎn)品很少，附加值低。此外，這幾年中低端產(chǎn)品嚴重過剩并大量出口，且因為價格上不去還頻頻遭受國外反傾銷調(diào)查，貿(mào)易摩擦不斷。而我國高端產(chǎn)品上又顯現(xiàn)弱勢，國民經(jīng)濟急需的電子級磷酸及磷酸鹽等高檔產(chǎn)品則需大量進口。

這種低檔產(chǎn)品出口到國外，國外公司通過深加工成精細化工產(chǎn)品又高價賣回國內(nèi)的不合理局面應(yīng)該怎么改變呢？答案是我國磷化工企業(yè)只有向精細化中高端磷化工轉(zhuǎn)型。但磷精細化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，企業(yè)一定要從整體來考慮，這樣有利于打通銷售和使用環(huán)節(jié)。比如企業(yè)可以從產(chǎn)業(yè)分類的角度來選擇生產(chǎn)某一類產(chǎn)品，比如要做阻燃劑，就在無機磷阻燃劑、有機磷反應(yīng)型阻燃劑或添加型阻燃劑選擇一類做精做細，這樣便于企業(yè)整體掌握該產(chǎn)品的應(yīng)用、推廣和服務(wù)。

貢長生最后還建議說，生態(tài)工業(yè)園是發(fā)展綠色磷化工、磷化工與其他產(chǎn)業(yè)耦合的很好方式。生態(tài)工業(yè)園是近年來國際化工發(fā)展的主流，也是我國化學(xué)工業(yè)發(fā)展的新型模式，是繼工業(yè)園區(qū)和高新技術(shù)園區(qū)的第三代工業(yè)園區(qū)。它是依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展理念、工業(yè)生態(tài)學(xué)基本原理和清潔生產(chǎn)的要求而設(shè)計構(gòu)建的一種區(qū)域新型工業(yè)發(fā)展模式，使生產(chǎn)發(fā)展、資源利用和環(huán)境保護形成良性循環(huán)的工業(yè)園區(qū)建設(shè)模式。例如，山東魯北國家生態(tài)示范園區(qū)就是發(fā)展綠色磷化工產(chǎn)業(yè)的重要實踐。其重要意義在于，生態(tài)工業(yè)園內(nèi)模擬生態(tài)系統(tǒng)，通過物流或能流傳遞等方式把不同企業(yè)或工廠連接起來，形成共享資源和互換副產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)相互組合，我們可完全可以嘗試構(gòu)建以磷化工為龍頭的生態(tài)工業(yè)集群，搞好橫向多品種的耦合共生和縱向產(chǎn)業(yè)鏈的拓展延伸，使磷化工產(chǎn)業(yè)向集約化和集群化發(fā)展。