催化精细化工产业如何迎头而上

从事精细化工催化产业的工作者们有自己的家了!近日, 精细化工催化产业技术创新战略联盟在北京成立, 这是精细化工与催化行业的首个技术联盟。这个联盟云集了精细化工催化产业中诸如何鸣元、欧阳平凯、段雪、张涛等多位知名院士, 也集合了清华大学、北京大学、北京化工大学、天津大学、中科院大连化学物理研究所等顶级科研单位, 还吸引了江苏长青农化股份有限公司、江苏焕鑫新材料股份有限公司、淄博鹏达环保科技有限公司等领先企业, 更是得到了科技部、教育部、工信部相关领导的大力支持。那么这个联盟成立的意义在哪儿, 我国精细化工与催化产业现状如何以及联盟中的“大腕儿”们又将为行业的发展做出哪些努力, 笔者进行了采访。

催化技术为何至关重要?

毋庸置疑, 精细化工率 (精细化工产值占化工总产值的比例) 是衡量一个国家化学工业发展水平的重要指标。绝大多数精细化工产品以中间体、半成品和原料形式流向下游的产业链和产业群, 并且其种类多、附加值高、用途广、产业关联度大, 直接服务于国民经济诸多行业和高新技术产业各个领域。大力发展精细化工已成为世界各国调整化学工业结构、提升化学工业产能和扩大经济效益的战略重点。北京化工大学教授段雪指出, 美国、欧盟和日本等化学工业发达国家和地区的化工产品精细化率已达到70%, 而目前我国的精细化率仅为40%左右。

“要想提高精细化工率, 提高催化剂技术是核心, 因为催化技术是精细化工行业的核心。”段雪说。

据了解, 精细化工是对催化技术高度依赖的产业。数据显示, 全世界每年生产的60%的精细化工产品和80%的精细化工过程都与催化有关。催化技术包括催化剂、催化工艺和方法、关键设备与装置以及工艺系统集成等多个方面。催化剂产生的价值一般是其自身的500~1000倍, 在工业发达国家, 催化剂及其催化技术已发展成为利润丰厚的独立产业。

“当前, 催化技术创新是精细化工绿色和可持续发展的根本保证。”段雪说。

纵观国内外精细化工的发展历程发现, 精细化工催化技术所起的作用体现在三个方面, 也可谓经历了三个发展阶段:发展初期, 以实现物质转化和单纯追求精细化学品产量为目的, 对催化技术的品质要求不高, 经历了一个粗放的发展阶段;随着降低生产成本、提高生产效率和产品质量要求的日益迫切, 基于原有生产工艺的一批高效催化剂和先进催化技术不断涌现, 使精细化工进入了一个快速和追求品质的发展阶段;近年来, 伴随着建立资源和能源节约型企业、追求生产工艺环境友好和提倡绿色可持续发展呼声的日益高涨, 尤其在国外一些新概念催化剂和催化技术相继问世, 并在新的技术体系和技术平台上使精细化工得到了进一步的发展。

段雪告诉笔者, 我国是一个发展中大国, 近20年来环境污染和资源浪费问题已成为制约经济和社会发展的重要因素, 在精细化工中表现得更加突出。因此人们已经意识到仅依靠开发更有效的末端污染治理技术对环境的改善是有限的, 开发环境友好技术从源头杜绝污染是唯一的出路。新型催化技术对于精细化工发展的推动作用十分显著。它不仅能够大大提高产品生产效率, 简化生产步骤, 还能够消减、转化或杜绝不希望的有毒有害副产品生成, 从而可以更环境友好地组织各种精细化工产品的生产。

据了解, 近年来, 以新型环境友好催化剂为基础的环境友好催化技术在精细化工中已经显示了其重要作用和威力。以固体强酸替代液体酸催化技术、晶格氧替代分子氧的选择性氧化技术、原子经济羰基化催化技术、高选择性仿酶催化技术、光催化氧化技术、纳米金属及合金催化技术、强化传质与反应的磁稳定床技术、超临界催化技术和离子液体催化技术为代表的一批催化新技术已经在精细化工中获得了应用, 不仅使产品生产效率成倍地提高和过程消耗大幅度降低, 而且使污染性副产物降低到可以忽略的程度, 原子经济性明显。尽管新型催化技术在精细化工中的应用仍然处于起步阶段, 但是已经显示了光明的发展前景, 并为精细化工今后的发展起到示范作用。

同时, 催化技术是产业结构调整的关键。相关专家介绍说, 精细化工催化技术涵盖催化剂载体和催化剂、反应器、应用技术工艺包和装备一体化, 其本身就是一个庞大的产业链, 与精细化工专用材料生产、贵重金属产品生产、仪器仪表制造、设备设计与制造以及工程建设等部门和行业密切相关。新型催化技术的发展和推广应用也将革命性和颠覆性地影响整个精细化工行业的发展, 从而促进精细化工行业的产业结构调整和技术升级。一方面, 新型催化技术的运用可以促进精细化工行业的技术升级, 从而淘汰落后产能, 发展高新技术产品, 建立新的精细化工产品生产体系。另一方面, 具有自主知识产权的核心技术将大大提高企业的产品竞争能力, 以优势产品参与国内外市场竞争, 以市场需求确定产品的产量, 使精细化工行业良性地可持续发展, 呈现一个高效、环境友好和资源节约型的全新面貌的精细化工行业。

30%的差距是怎么造成的?

我国40%的精细化率与欧美发达国家70%的精细化率之间的差距显而易见, 那么是什么原因造成了这样的差距, 笔者通过采访得到了以下的答案。

第一, 技术开发投入不足影响创新能力提升。

现阶段, 我国精细化工行业科技研发, 尤其是催化新技术研发的投入严重不足, 导致技术开发周期长, 生产设备落后, 创新体系尚待进一步完善。数据显示, 目前我国企业的开发费用仅为销售额的1%~2%, 远低于国外精细化工公司8%~10%的投入比例。大部分精细化工企业尚处于力保生存的尴尬境地, 无暇考虑技术创新和新产品研发。一种新型催化技术的开发应用需要经历实验室研究、中试和工程化研究以及产业化实施等阶段, 需要稳定的资金与人力投入, 一般历时10年左右。因此, 从现在做起, 重视技术创新, 强调科研以及优质人力资源的投入, 调整和优化精细化工产品的结构是我国精细化工行业提高创新能力的重要任务。

第二, 环保问题严重影响可持续发展。

精细化工产品批量小、品种多, 生产过程复杂而且步骤繁琐, 再加上长期依赖传统催化技术, 致使产品收率和产品纯度较低, 造成了较为严重的环境污染。精细化工“三废”成分复杂, 有毒污染物含量高、含盐量高、色度高, 尤其是含有许多“三致”类化合物、不可生物降解物或对生物抑制物, 导致重大环境污染事故频发以及癌症高发地区不断增加, 严重危害着生态系统和人类的身体健康。精细化工的“三废”治理难度和处理费用高也是近年来发达国家向发展中国家大规模产业转移的原因之一。目前, 我国大部分精细化工企业由于资源和能源涨价而导致效益普遍偏低, 难以承担“三废”处理的高昂费用, 环境污染问题已成为精细化工从业单位可持续发展所面临的巨大挑战。如何开发新型催化技术, 从源头上杜绝环境污染, 贯彻可持续发展战略是精细化工发展的当务之急。

第三, 原始创新缺乏影响产业升级和结构调整。

精细化工是一个技术密集型产业, 其发展的关键是依靠科技创新提高生产效率和产品质量, 在产业发展的同时, 有效解决环境污染和资源浪费等问题。受传统发展模式的影响, 我国精细化工行业的自主创制严重不足, 多数企业的生产技术和生产装置尚处于在20世纪70或80年代的水平, 主要停留在对国外产品和技术的模仿以及工艺优化上, 原始创新较少。

原始创新需要国家和企业的高投入, 但目前国内高等院校和科研院所不具备广泛开展应用研究和工程化研究的条件和能力, 而且企业受经济效益欠佳、环保投入高昂等条件的制约, 宁可等先行者探路成功后再搭车, 也不愿意冒高开发投入的风险。欧美发达国家的大公司在技术上均是采取使用一代、储备一代和开发一代的模式, 不断采用新的催化技术以维护其领先和垄断地位, 而且对先进技术采取严格封锁和独占策略。

我国精细化工技术发展滞后也严重影响了产业升级和结构调整, 多数企业的规模偏小, 经济效益较差, 不符合规模经济的发展要求。欧美发达国家的跨国公司则是强强联合, 逐步形成了垄断局面, 如德固赛和美国塞拉尼斯在欧洲联合建立了丙烯—羰基合成产品生产基地, 羰基合成醇的年产量达到80万吨, 占欧洲市场供应量的三分之一。鉴于我国精细化工行业的发展状况, 充分发挥高等院校和科研院所的技术开发先导作用并结合生产企业的从业基础和产品大规模生产的实施能力, 在以催化新技术为代表的系列新技术开发方面实现原始创新, 是促进精细化工行业技术升级和提高国际竞争力的根本保证。

第四, 产学研关联度低影响核心竞争力的提高。

国外精细化工行业已率先实现了产业升级和结构调整, 并对一些精细化工产品实施了垄断。受体制、发展模式的制约, 我国精细化工的发展较为粗放, 仅追求产品产量而忽视产品效益的现象十分普遍, 原因是产学研关联度低, 尚未形成统一协调的技术研发、工业化技术开发和产品生产的规范发展模式, 致使一些新技术不能及时得以利用, 科技成果转化率只有10%左右, 错失了高新技术产品、高效益产品的发展机遇。

尽管如此, 改革开放30多年来, 我国高等院校在基础研究方面具有了长足的进步, 在众多领域一大批优秀的科研成果在世界上占据了重要的学术和技术地位。科研院所利用其自身优势, 在应用基础研究和新技术开发方面做出了贡献, 起到了学术成果向技术成果延伸的桥梁作用。精细化工企业虽然自主创新能力不强, 但经过长期的发展, 由小变大, 由弱变强, 具备了跨越式发展的基础。因此, 体制、机制和发展模式的差异不应该成为我国精细化工行业发展的挚肘, 相反充分利用产学研合作的优势, 建立产学研联盟, 从而形成统一协调的技术研发和产品生产的新模式, 对促进精细化工行业技术升级和结构调整、提高核心竞争能力具有重要意义。

创新联盟未来要做什么?

既然, 当前我国的精细化工催化产业存在如此种种问题, 那么联盟的成立将会起到什么样的作用?笔者发现, 联盟成员单位中有从事精细化工催化技术基础研究和前沿技术研究的高等院校, 有从事催化材料、催化工艺和应用技术开发的科研院所, 也有从事产业化技术开发和产品生产的精细化工企业, 具备构建完整的催化技术创新产业链的基础和条件, 还有来自教育部、科技部领导的支持, 他们各自将怎样出力, 笔者分别对他们进行了采访。

教育部科技司董维国指出, 联盟的成立恰逢国家正在实施创新驱动发展战略, 正在研讨“十三五”我们各行各业从产业的发展, 从技术的进步, 从竞争力的提升方面该做什么, 这个联盟汇聚了产学研, 可以研讨“十三五”或者更长时间段内这个行业怎样形成新的竞争点。

工业和信息化部原材料工业司副司长潘爱华告诉笔者, 近期他们正在研究石化化工行业的科技创新问题, 要全面提升原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新的能力, 未来将会把一些课题交给联盟进行研究, 做好政策的支撑工作。

除了政府官员, 行业的专家学者也表达了自己的打算。

中国科学院成都有机化学有限公司党委书记王公应给笔者讲了他的亲身经历:当时国内草甘膦催化剂被一家外国公司垄断, 外国公司长期保持高价并且要求国内企业需支付一年的费用。面对这种霸王条款, 国内企业也只能忍受着资金周转的困难, 一边默默接受。于是他们通过三年的研发时间, 研发除了同类产品, 国外的产品价格立刻降了一半, 外企还在国内修了仓库力求缩短供货时间, 对市场的重视程度大大提升。国内企业立刻有了和国外企业谈判的底气。

“催化技术几乎可以影响我国很多企业在国际上了话语权, 但如何推动两者更好的合作症结在于创新模式使得科研院所和企业共同担当风险。比如企业出资, 科研院所出技术, 算50%入股, 共同成立一个新公司, 以后新公司无论是出售产品还是出售技术, 按约定分成, 这样两者都有了动力。”王公应如是说。另外, 针对“九五”之后国内再无针对催化剂的专项基金情况, 他还提出建议, 希望联盟能使相关机构强强联合, 共同申请专项基金。

西北化工研究院院长刘国平对笔者说, 企业做大做强离不开科技的支撑, 科研单位只有从实际需求出发才能实现研究价值, 所以当前科研机构也更关注企业的需求, 积极和他们沟通合作, 不断调整自己的研究方向, 以求达到双赢。

不过中国科学院大连化学物理研究所所长张涛告诉笔者, 很多企业只关注短平快的项目, 经常来研究所考察, 就希望有技术成熟、见效快的项目。他希望以后能营造出基础创新和原始创新的氛围, 引导企业去做长期的创新, 而不是急于求成。

针对这些问题, 联盟理事长胡迁林指出, 成员单位前期在围绕精细化工催化技术的基础、应用基础和工程化研究上已经具有良好的合作基础。具有契约保障的联盟将进一步强化联盟成员单位之间的合作, 促进联盟成员单位之间的基础—应用基础—工程化—产业化创新研究体系的建立和协作分工。联盟的组建也有利于成员单位之间形成联合开发、优势互补、利益共享和风险共担的创新合作机制, 形成长期、持续和稳定的产学研战略合作关系。

今后, 将充分利用联盟成员单位的国家重点实验室、企业技术开发中心以及高等院校和科研院所的各类科技资源, 使其利用最大化。建立精细化工生产企业、科研院所、高等院校联合的人才培养机制, 加快培养适应市场经济和全球竞争的技术创新人才。努力开拓思路, 创新发展模式, 建立精细化工行业催化技术创新信息交流和共享平台, 探索既适应市场、满足企业需求, 又有利于推动行业技术创新的工作思路, 加速精细化工行业催化技术创新的资源集成, 突破制约行业发展的关键共性技术瓶颈。