孫伯剛

(云南煤化工集團(tuán)有限公司，昆明650231)

煤制橡膠是指以煤為主要原料和燃料生產(chǎn)硅橡膠，與煤制烯烴產(chǎn)業(yè)鏈非常相似，其產(chǎn)業(yè)鏈為“(煤→甲醇)+(石英砂→工業(yè)硅)→有機(jī)硅單體→硅橡膠”，而煤制烯烴的典型產(chǎn)業(yè)鏈為“煤→甲醇→烯烴→聚烯烴”。二者的區(qū)別在于，生產(chǎn)烯烴的主要原料只有甲醇，而生產(chǎn)有機(jī)硅單體同時(shí)需要甲醇和工業(yè)硅，生產(chǎn)1t聚烯烴需要大約3 t甲醇，而生產(chǎn)1 t硅橡膠需要1.5 t甲醇和0.6t工業(yè)硅。二者的煤炭轉(zhuǎn)化形式差別較大，在煤制橡膠過(guò)程中，煤炭主要以燃料煤的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在煤制烯烴過(guò)程中，煤炭主要以原料煤的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

1 市場(chǎng)分析

硅橡膠具有優(yōu)異的耐高低溫性能，此外，還具有良好的熱穩(wěn)定性、電絕緣性、耐候性、耐臭氧性、透氣性，高透明度，優(yōu)良的散熱性以及粘結(jié)性、流動(dòng)性和脫模性。正是基于以上的特性，硅橡膠廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、工業(yè)、汽車(chē)、建筑等領(lǐng)域。

硅橡膠目前已經(jīng)開(kāi)始由高性能特種橡膠轉(zhuǎn)變?yōu)榇笞诤铣上鹉z，在適當(dāng)調(diào)整混煉配方和成型工藝的前提下，可以在眾多領(lǐng)域替代石油基合成橡膠和天然橡膠。

在我國(guó)有機(jī)硅行業(yè)下游產(chǎn)品中，硅橡膠占據(jù)著7成以上的比例。據(jù)卓創(chuàng)有機(jī)硅網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2013年硅橡膠在有機(jī)硅下游產(chǎn)品(硅橡膠、硅油、硅樹(shù)脂、硅烷偶聯(lián)劑)中的比例大約在77%，其次是硅油，僅占17.5%。近幾年來(lái)，我國(guó)硅橡膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，在產(chǎn)量以及消費(fèi)量方面都有了很大的提高，2013年我國(guó)硅橡膠(高溫硅橡膠、室溫硅橡膠)總產(chǎn)能為103.4萬(wàn)t，總產(chǎn)量約95.4萬(wàn)t，市場(chǎng)消費(fèi)量在94.8萬(wàn)t左右，其中室溫硫化硅橡膠總產(chǎn)量在59萬(wàn)t左右，總消費(fèi)量在57.5萬(wàn)t左右。

預(yù)計(jì)到2015年，國(guó)內(nèi)硅橡膠消費(fèi)量有望達(dá)到100萬(wàn)～150萬(wàn)t，將占橡膠消費(fèi)總量的10%～15%，而到2020年，硅橡膠消費(fèi)量有望達(dá)到300萬(wàn)～500萬(wàn)t，占橡膠消費(fèi)總量的比例將達(dá)到20%～33%。硅橡膠替代石油基合成橡膠、天然橡膠的量和比例都將增大，其性能優(yōu)勢(shì)和價(jià)格優(yōu)勢(shì)將更加明顯。

2 技術(shù)分析

目前煤制橡膠產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)均已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，技術(shù)成熟可靠，已成為大宗煤化工產(chǎn)品，其耗煤量大的特點(diǎn)開(kāi)始突顯，煤價(jià)取代技術(shù)成為硅橡膠產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)要素，所以具有煤資源優(yōu)勢(shì)的煤化工企業(yè)可以把煤制橡膠作為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向之一。

2.1 工藝技術(shù)

盡管?chē)?guó)內(nèi)外有機(jī)硅單體生產(chǎn)的工藝流程基本相同，但與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)有機(jī)硅單體生產(chǎn)在規(guī)模和技術(shù)指標(biāo)上存在一定的差距。有機(jī)硅單體合成催化體系有兩種，即氯化亞銅催化體系和銅催化體系，國(guó)外采用銅催化體系較多，國(guó)內(nèi)兩種催化體系并存。工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 有機(jī)硅單體生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Flow chart of organic silicon monomer production

2.2 技術(shù)來(lái)源

2.2.1 國(guó)內(nèi)技術(shù)

國(guó)內(nèi)有機(jī)硅單體主要生產(chǎn)企業(yè)有江西星火有機(jī)硅廠、浙江新安化工集團(tuán)股份有限公司、江蘇梅蘭化工集團(tuán)有限公司、江蘇宏達(dá)新材料股份有限公司、山東東岳集團(tuán)公司、寧波合盛集團(tuán)有限公司、浙江中天氟硅材料有限公司、浙江恒業(yè)成有機(jī)硅有限公司、山西三佳化工新材料有限公司以及山東金嶺化工股份有限公司，其生產(chǎn)工藝基本相同。

2011年3月青島科技大學(xué)李建隆教授主持開(kāi)發(fā)的有機(jī)硅單體合成流化床反應(yīng)器(包括指管束二級(jí)管盤(pán)式導(dǎo)熱油均布器、雙錐導(dǎo)流式進(jìn)氣分布器、催化劑直接回床技術(shù))、單體合成氣凈化技術(shù)與裝備、濃酸水解組成的有機(jī)硅單體合成技術(shù)，其獨(dú)特的指管束二級(jí)管盤(pán)式導(dǎo)熱油均布器和雙錐導(dǎo)流式進(jìn)氣分布器，解決了流化床內(nèi)取熱不均和進(jìn)氣不均兩大難題，優(yōu)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高了反應(yīng)收率;催化劑直接回床技術(shù)，使反應(yīng)器帶出的粉塵及時(shí)回床，減小了催化劑床層與高度波動(dòng)，穩(wěn)定了生產(chǎn)，提高了產(chǎn)率;采用高效低阻型環(huán)流式旋風(fēng)除塵器分離出氣中所帶粉塵，并實(shí)現(xiàn)粗顆粒直接回床，中等顆粒間歇回床，需除去的細(xì)粉塵(大約2%)能及時(shí)排出系統(tǒng)，進(jìn)入下一工段的氣體中含塵量是目前現(xiàn)有裝置的1/5左右。成功推廣應(yīng)用于唐山三友硅業(yè)有限公司、山東金嶺化工、魯西化工等企業(yè)。這項(xiàng)技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用結(jié)果表明，硅粉單耗小于0.2 t/t、氯甲烷單耗小于0.82 t/t、二甲基二氯硅烷平均含量達(dá)到了86%以上，旋風(fēng)除塵器可以對(duì)出氣中所帶3 μm的粉塵進(jìn)行分離。裝置運(yùn)行穩(wěn)定，單套裝置產(chǎn)能達(dá)到12萬(wàn)t/a，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)已擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成熟規(guī)?；袡C(jī)硅技術(shù)。

2.2.2 國(guó)外技術(shù)

國(guó)外有機(jī)硅單體生產(chǎn)技術(shù)主要由美、德、日、法等發(fā)達(dá)國(guó)家掌握，如美國(guó) Dow Corning公司、GE公司、日本 Shin－Etsu(信越)公司、德國(guó)Wacker公司和法國(guó)Rhodia公司，其生產(chǎn)工藝流程基本相同。氯甲烷合成有氣液相催化法和氣固相催化法兩種工藝，但采用前者較多。俄羅斯、烏克蘭、日本采用列管式固定床氣固相催化法合成氯甲烷工藝，系統(tǒng)阻力降低，設(shè)備材質(zhì)要求不高，適合于大規(guī)模生產(chǎn)，但對(duì)原料中含水量及雜質(zhì)，特別是硅氧烷含量要求苛刻，目前沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。甲基氯硅烷單體合成均采用流化床合成工藝，只是在流化床反應(yīng)器的流化質(zhì)量、觸媒配方、原料雜質(zhì)要求等幾個(gè)方面有所不同。

3 云南發(fā)展煤制橡膠的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)

現(xiàn)代煤化工按產(chǎn)品用途可分為燃料型煤化工和材料型煤化工，其中材料型煤化工主要著眼于替代石油基的三大合成材料即塑料、化纖和橡膠，煤制烯烴相當(dāng)于煤制塑料。煤制橡膠是技術(shù)最成熟、與石油基材料相比具有比較競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域，經(jīng)濟(jì)規(guī)模裝置的投資也相對(duì)較低，必將成為現(xiàn)代煤化工發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。

3.1 云南煤化工產(chǎn)業(yè)及甲醇發(fā)展現(xiàn)狀

云南煤炭資源主要分布在滇東北，全省已探明儲(chǔ)量240億t，居全國(guó)第9位，煤種也較齊全，煙煤、無(wú)煙煤、褐煤都有。

煤化工行業(yè)是云南省政府確定的5大支柱產(chǎn)業(yè)之一，煤制甲醇產(chǎn)能超過(guò)100萬(wàn)t/a，煤制二甲醚(DME)、煤制油(MTG)已在云南煤化集團(tuán)建成工業(yè)化示范裝置。

云南2013年甲醇產(chǎn)量39.75萬(wàn)t，2014年1－6月產(chǎn)量20.64萬(wàn)t，而省內(nèi)市場(chǎng)需求及銷(xiāo)量在8萬(wàn)t/a，其余銷(xiāo)往廣西、廣東、四川和湖南。甲醇屬液體危險(xiǎn)化學(xué)品，不僅運(yùn)輸困難，而且運(yùn)輸費(fèi)用較高，到目標(biāo)市場(chǎng)運(yùn)費(fèi)最高達(dá)到600元/t，最低 120 元/t，平均 250 元/t。

為了減少液體?；妨?，降低甲醇銷(xiāo)售物流費(fèi)用，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)能力，將甲醇就地加工，變成固體產(chǎn)品，提高產(chǎn)品附加值，就成為云南省煤化工企業(yè)發(fā)展和思考的問(wèn)題，而發(fā)展煤制橡膠將成為很好的選擇方向。

3.2 云南硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

云南有著豐富的石英石，硅石資源，主要分布在滇西地區(qū)的保山、怒江、德宏、臨滄等地區(qū)。云南省委省政府將竭力把滇西地區(qū)發(fā)展成為工業(yè)硅的搖籃。云南省工業(yè)硅產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的目標(biāo)是化學(xué)級(jí)工業(yè)硅生產(chǎn)比重和就地深加工利用水平不斷提高，資源能源綜合利用水平顯著提高。

云南工業(yè)硅產(chǎn)量2013年為49.2萬(wàn)t，產(chǎn)能發(fā)揮率41%，占全國(guó)產(chǎn)量比重為34%，在市場(chǎng)上具有一定的話(huà)語(yǔ)權(quán)。

云南省硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以工業(yè)硅分級(jí)利用為基礎(chǔ)，重點(diǎn)支持發(fā)展以太陽(yáng)能級(jí)多晶硅、單晶硅為材料的光伏產(chǎn)業(yè)，以電子級(jí)多晶硅、單晶硅為材料的半導(dǎo)體和電子元器件產(chǎn)業(yè)，以有機(jī)硅為材料的有機(jī)硅下游產(chǎn)業(yè)。云南煤化工企業(yè)可以重點(diǎn)發(fā)展以有機(jī)硅為材料的有機(jī)硅下游產(chǎn)業(yè)，特別是硅橡膠產(chǎn)業(yè)。這樣在云南就把硅產(chǎn)業(yè)做成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，形成光伏產(chǎn)業(yè)、硅橡膠產(chǎn)業(yè)、天然橡膠、煤化工等多產(chǎn)業(yè)的融合。

4 云南發(fā)展煤制橡膠產(chǎn)業(yè)分析

4.1 發(fā)展煤制橡膠適合云南省情

橡膠是具有戰(zhàn)略意義的基礎(chǔ)原材料，消費(fèi)增長(zhǎng)率一般略高于GDP，預(yù)計(jì)到2020年國(guó)內(nèi)橡膠消費(fèi)量將達(dá)到約1 500萬(wàn)t。通過(guò)優(yōu)化硅橡膠的在西部的產(chǎn)業(yè)布局可以確保在50～60美元/桶的較低油價(jià)下仍可大規(guī)模替代石油基合成橡膠。在配套熱電裝置的情況下，以煤和石英砂為起始原料生產(chǎn)1 t硅橡膠需要超過(guò)10 t的煤炭(折合熱值為22 900 kJ的動(dòng)力煤)，耗煤主要集中在甲醇、工業(yè)硅和有機(jī)硅單體3個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，分別約占硅橡膠總體耗煤量的30%、30%和40%，煤炭?jī)r(jià)格對(duì)于硅橡膠的成本和盈利水平具有決定性的影響。生產(chǎn)工業(yè)硅的耗電量很大，生產(chǎn)有機(jī)硅單體的電耗也較高。

在云南建設(shè)上下游一體化的硅橡膠項(xiàng)目，由于低煤價(jià)，低電價(jià)(云南省2012年底全省的電力裝機(jī)容量達(dá)7 400萬(wàn)kW，水電裝機(jī)容量超過(guò)5 000萬(wàn) kW)，生產(chǎn)成本可下降5千元/t以上，即使加上產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)綎|部的成本，綜合成本仍可下降4千元/t以上，產(chǎn)品毛利率可由目前的不足5%大幅提高到30%左右，比東部和中部地區(qū)具有壓倒性的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可以為硅橡膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供廣闊的市場(chǎng)空間，可解決我國(guó)橡膠供應(yīng)問(wèn)題。

4.2 云南發(fā)展煤制橡膠的優(yōu)勢(shì)

一是有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，具有原料優(yōu)勢(shì)。云南的煤化工企業(yè)建有甲醇裝置，煤炭資源豐富，工業(yè)硅生產(chǎn)量大，可縮短煤制橡膠產(chǎn)業(yè)的建設(shè)周期，降低生產(chǎn)成本。

二是可以進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局?？稍谇该夯せ?甲醇、熱電裝置，可降低投資和生產(chǎn)成本)、芒市和保山(工業(yè)硅采購(gòu)方便、便宜、電價(jià)有優(yōu)惠)等地進(jìn)一步比選。

三是符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。國(guó)家發(fā)改委2011年發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2011年本)》將硅橡膠列為鼓勵(lì)類(lèi)產(chǎn)品。

4.3 云南發(fā)展煤制橡膠的劣勢(shì)及應(yīng)對(duì)措施

一是沒(méi)有有機(jī)硅生產(chǎn)技術(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)引進(jìn)國(guó)內(nèi)外技術(shù)，或與現(xiàn)有的有機(jī)硅企業(yè)合作，通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，發(fā)展煤制橡膠產(chǎn)業(yè)。

二是硅橡膠加工技術(shù)及相應(yīng)人才缺乏?？梢酝ㄟ^(guò)合資、技術(shù)入股等多種方式解決，如四川的硅寶科技，其在硅橡膠改性技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

三是主要市場(chǎng)在華東和沿海，需要培育自己的市場(chǎng)和網(wǎng)絡(luò)。可以通過(guò)發(fā)展混合所有制形式，通過(guò)專(zhuān)業(yè)化運(yùn)作，不僅可解決市場(chǎng)問(wèn)題，也能解決技術(shù)問(wèn)題，從而解決發(fā)展煤制橡膠及硅橡膠產(chǎn)業(yè)的兩大瓶頸問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

發(fā)展煤制橡膠產(chǎn)業(yè)，由于生產(chǎn)技術(shù)成熟、性能優(yōu)良、具有成本優(yōu)勢(shì)、市場(chǎng)潛力大，競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，可提高我國(guó)橡膠的整體自給率，具有非常重要的戰(zhàn)略意義。云南煤化工企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，除了考慮煤制烯烴產(chǎn)業(yè)外，煤制橡膠(硅橡膠)產(chǎn)業(yè)，由于投資相對(duì)較小，容易發(fā)揮現(xiàn)有煤化工企業(yè)的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，也是可以?xún)?yōu)先選擇和考慮的方向。

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