供給側改革視域下的磷化工轉型升級路徑

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(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

磷礦以其資源的稀缺性和應用的廣泛性而備受關注，在國家產業發展戰略逐步從趕超型的跨越式發展過渡到實施供給側改革的背景下，實施供給側改革對推動磷化工產業的轉型升級、促進我國經濟社會的快速發展具有重要意義。供給側改革方向應從提高磷化工行業供給側質量和效率出發，將磷礦資源儲量優勢與科技創新優勢深度結合，構成“磷礦采選—基礎磷化工—精細磷化工—資源綜合利用”模式，落腳點采用以濕法凈化磷酸為核心，采用磷酸梯級利用方式推動磷化工企業由傳統“礦-肥”走向“礦-肥+鹽+高端水溶肥/液體肥”的產業鏈發展，磷肥行業發展初期完全依靠肥料的狀況需要改變，磷酸必須梯級利用，用高品質酸生產食品級凈化磷酸、精細磷酸鹽等高純度和高附加值產品，提高磷礦資源利用率，延長磷酸產業鏈，發展高純度和高附加值的磷化工產品，達到將寶貴的磷礦資源“吃干榨盡”的目的。

1 國外大型磷化工項目磷的梯級利用

2008年前后是中國磷肥出口的拐點，從此，中國正式加入國際磷肥出口大國行列，這也預示著我國磷肥產能由自給轉為過剩，繼而希望通過出口來緩解日益增長的產能壓力。目前，世界磷肥產量的增量主要來自中東和北非地區磷資源豐富國家，如沙特、摩洛哥等[1]。

目前，規劃和在建的國外大型磷化工項目，在濕法磷酸的使用過程中，通常遵循“分級使用”的原則，即優酸優用，品質較好的磷酸生產較好的產品，品質較差的磷酸生產較差的產品。綜合考慮國內實際情況，如礦和硫兩大資源結合合成氨資源，以及靠近化肥市場和物流保障等客觀條件，其磷的梯級利用思路見圖1。

圖1 國外大型磷化工項目磷的梯級利用思路

2 我國磷化工轉型升級路徑

由于磷資源及相關資源豐富的國家和地區大力發展磷復肥，未來國際市場上的競爭將更加激烈，國內僅靠出口普通磷肥已經越來越不能維持磷化工企業的運轉，磷化工行業供需錯位導致結構性的產能過剩，因此亟須進行供給側改革，實現磷產業技術升級。供給側改革就是要解決當前行業發展中存在的突出矛盾和問題，用改革的辦法推進結構調整，減少無效和低端供給，擴大有效和中高端供給。

磷化工行業供給側改革的方向，應將磷礦資源儲量優勢與科技創新優勢深度結合，構建具備優勢競爭力的產、學、研平臺，形成“磷礦采選—基礎磷化工—精細磷化工—資源綜合利用”的集約型全產業鏈，促進磷化工行業供給側改革。為推動磷化工行業供給側改革，磷產業技術升級的規劃見圖2。

圖2 國內磷化工行業產業技術升級規劃

2.1 推廣磷礦脫鎂工藝技術

在中國磷礦探明儲量中，沉積型磷塊巖(膠磷礦)多，占全國總儲量的85%，其大部分為中低品位礦石。同時，中國磷礦90%是高鎂磷礦，其礦石中有用礦物的粒度細，和脈石結合緊密，不易解離，一般需要磨細到200目顆粒占90%以上時，才能單體解離[2]。因此，中國磷礦是世界上難選的磷礦石之一。磷礦中鎂含量較高，在磷化工產品的生產過程中會產生諸多不利影響，部分礦山為滿足短期利益，對高鎂磷礦采取棄采或者抽槽子的采礦方式，已導致磷礦資源的極大浪費。為促進磷資源的最大利用，良好的磷礦脫鎂技術應作為高鎂磷礦開采的必備配套技術。

2.2 逐步淘汰普通過磷酸鈣和鈣鎂磷肥

上世紀七八十年代，受工藝技術和設備的限制，很多有磷資源的企業只能生產普通過磷酸鈣或鈣鎂磷肥，這兩種產品的生產技術對環境的污染大，尤其是尾氣排放中的氟含量控制值為90mg/Nm3，遠超濕法磷酸技術的9mg/Nm3，且在半成品的熟化過程中屬于無序排放。

因此，普通過磷酸鈣和鈣鎂磷肥的生產技術屬落后技術，在磷產業的技術轉型中，應逐步淘汰普通過磷酸鈣和鈣鎂磷肥產能。

2.3 控制黃磷產能

黃磷產業是通過電爐，利用焦炭還原磷礦制取單質磷的生產過程?！案吆哪?、高排放、高污染”情況突出，單噸黃磷電耗高達12 000kW·h～14 000kW·h，同時，每噸黃磷副產9t(干基)以上的礦渣，形成大量的固體廢渣。副產的煤氣雖然可以作為鍋爐燃料使用，但由于其中硫化氫或二氧化硫含量低，回收利用困難較大，很多企業將副產煤氣在鍋爐燃燒后直接排放，造成嚴重的大氣污染。

由于黃磷產業能生產純度較高的單質磷，為生產純度較高的后續產品創造了條件，黃磷產業有其存在的必然性。因此，在磷產業的技術轉型中應逐步控制或削減黃磷產能，不宜再新建黃磷裝置。

2.4 維持必需的有機磷系產品

有機磷系產品主要是黃磷產業的下游產品，主要有磷酸酯(包括氯代磷酸酯和硫代磷酸酯)、亞磷酸酯、膦酸酯、膦鹽等，廣泛用于醫藥、農藥、軍工、阻燃劑、抗氧劑、表面活性劑、防止印染助劑、油品添加劑、水處理劑和催化劑等。有機磷化學品發展很快，專用化針對性強，附加值高，發展空間廣闊。

2.5 新開發鹽酸法制磷酸工藝技術

相對傳統的硫酸法萃取磷酸工藝而言，由于鹽酸分解磷礦制磷酸不耗硫酸，同時鹽酸分解磷礦生成鹽酸鹽為水溶性鹽，對含雜質較高的低品位磷礦(特別是含硅較高的磷礦)有較好的適應性，鹽酸法磷化工工藝主要優勢如下。

(1)可有效利用中低品位磷礦，避免了選礦帶來的投資和二次環境污染。

(2)可化解部分地區副產鹽酸的利用問題，為上游的氯堿化工等副產鹽酸的行業帶來進一步發展的機遇。

(3)可減少投資和能耗，加強磷化工產業的競爭力。該工藝可通過鹽酸分解中低品位磷礦，直接生產出工業級磷酸二氫鉀、工業級磷銨等工業級磷化工產品，創造了一條全新的精細磷化工路線，有效地節約了投資和能耗。

(4)避免了磷化工產業中磷石膏的環境問題。該工藝可產出品質較好的二水石膏，作為硫酸鈣晶須、石膏板、水泥緩凝劑等產業的原材料。

(5)減少了磷化工對硫資源的依賴，硫酸廠環境污染重，而且其原材料——硫磺為我國稀缺資源，一直靠進口維持需求。該工藝需硫酸量較少，可有效減少硫酸用量。

2.6 推廣半水-二水法磷酸工藝技術

半水-二水法濕法磷酸工藝(兩步法)是在20世紀70年代得到了大力發展，用于直接生產濃度為40%～50%(ω)P2O5的成品磷酸，由于其有節能、產品收率高和磷酸品質好等優點，在缺少磷礦資源的地區應用極為廣泛，目前，在日本和印尼等東南亞國家、沙特等中東地區建設裝置較多，技術成熟。

截至2015年底，我國磷肥總產能為2 370萬tP2O5(折100% P2O5)[3]，超過90% 的P2O5采用二水法磷酸技術生產，剩余的P2O5采用半水-二水法磷酸或半水法磷酸技術生產。磷酸的主要產區與磷礦礦源地密切相關，主要分布于磷礦資源豐富的云南、貴州、湖北、四川等地，其他地區出產少量磷酸。其中，采用半水-二水磷酸或半水法磷酸技術生產的40萬t磷酸位于廣東湛江和云南紅河州。

在我國磷肥(磷酸)快速發展的2000～2010年之間，由于我國用于磷酸生產的很多材料和設備不過關，但國際采購則需要極高的費用，制約了采用半水法磷酸技術建設濕法磷酸裝置的發展，而二水法磷酸技術對材料等級要求較低，已逐步實現設備材料國產化的二水法磷酸得到廣泛應用。隨著我國材料和裝備技術的進步，以及國家對制造業節能降耗的戰略性要求，對具有明顯技術優勢的半水-二水法磷酸技術進行研發的需求較為迫切。同時，產品質量較好的半水-二水法磷酸技術，也為下游產業(如濕法凈化磷酸)創造較好的條件。

目前，國內外的濕法磷酸工藝主要包括二水法、半水法、半水-二水法和二水-半水法等。相對于二水法工藝，在國內建設半水-二水法裝置，主要有以下幾點優勢。

(1)產業政策優勢。中國工業和信息化部《產業關鍵共性技術發展指南(2015年)》中，確定“優先發展項——化工類”中僅有“采用半水-二水法工藝對現行二水法濕法磷酸工藝改造”，確定半水-二水法裝置是濕法磷酸生產轉型升級的方向。

(3)經濟優勢。半水-二水法裝置生產成本較低(P2O5約節約151元/t)[4]。

2.7 改進二水法磷酸工藝技術

在上世紀九十年代，我國引進大型濕法磷酸裝置時，受投資、技術和設備材料的限制，大都采用二水法磷酸技術。二水法磷酸技術相較半水-二水法磷酸技術，前者總能耗是后者的2倍，前者總磷利用率比后者低4%。因此，二水法磷酸裝置雖然在一次投資上較半水-二水法磷酸裝置低約15%，但運行費用卻遠高于半水-二水法磷酸裝置。在目前國家提倡“環保、節能和減排”的大環境下，將現有二水法磷酸裝置改為半水-二水法磷酸裝置，投入合理的投資，在基本不影響現有生產運行的情況下，進行半水-二水的技術創新和技術改造，完成產業升級。

隨著國家對環保排放的要求不斷提升，對磷產業企業而言，尾氣氟含量排放指標為9mg/Nm3(實際大部分企業排放值在9～11mg/Nm3)，已經不能滿足國家最新環保排放指標的要求(國家最新尾氣氟含量排放指標為5mg/Nm3)。因此，對現有二水法磷酸裝置尾氣洗滌系統進行改造，減少氟排放，達到即將升級發布的國家環保新標準的要求也勢在必行。

2.8 維持磷系精細磷化工產品產能

精細磷化工產品主要有無水磷酸二氫鈉、三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉(無水)等為代表的磷酸鹽食品添加劑、磷系藥品及電子產品。大力發展精細磷酸鹽，是磷化工產業技術升級和產業發展的方向，符合國家產業轉型發展的要求，也是做大、做優、做強磷化工產業的必由路徑，更應引領精細磷酸鹽技術的開發與創新，延伸現有磷化工產業鏈，消化上游磷酸產能，實現磷化工產業技術升級[5]。

2.9 控制普通肥料產能

磷作為一種戰略性資源，在農業、工業和軍工業上具有非常重要的地位。當前，磷酸一銨、磷酸二銨、NPK、重鈣等普通肥料產能嚴重過剩，應從環保、能耗等方面出發淘汰普通肥料產能，同時限制新增產能。

2.10 發展濕法凈化磷酸

以濕法磷酸凈化技術為基礎的凈化磷酸及磷酸鹽生產技術，取代了傳統的熱法磷酸及磷酸鹽生產技術，是現代磷化工技術發展的趨勢，也是發展精細磷酸鹽的基礎。

據初步統計，由于節能環保的要求，世界發達國家用濕法凈化磷酸代替熱法磷酸的替代率已達80%以上。

目前，國內主要有甕福集團自有的溶劑萃取法凈化濕法磷酸技術(以下簡稱甕福技術)、四川大學和中化涪陵開發的一種新型濕法磷酸凈化技術(以下簡稱川大技術)、華中師范大學濕法磷酸精制技術(以下簡稱華師技術)在國內有工業化生產裝置運行的實例。武漢工程大學與湖北祥云(集團)化工股份有限公司已進行濕法磷酸生產工業磷酸小試并申請專利，但還沒有工業化運行裝置。

2.11 發展以濕法凈化磷酸為原料的精細磷酸鹽

相比于高污染、高能耗的熱法磷酸，濕法凈化磷酸在能耗、生產成本、資源綜合利用效率、環境友好等方面，都較熱法磷酸具有明顯的優勢。將濕法磷酸通過深度凈化和精細加工后替代熱法磷酸，可用于生產工業磷酸鹽和各種精細磷酸鹽，能大幅降低生產成本，有良好的經濟效益。

2.12 發展聚磷酸及聚磷酸鹽

聚磷酸作為磷化工中新的基礎原料酸，具有腐蝕性小、運輸成本低、過冷性質等優點，在顏料、制藥、香料、皮革、阻燃劑行業中有著廣泛的用途。

聚磷酸銨廣泛用于膨脹型防火涂料、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、環氧樹脂、橡膠制品、纖維板及干粉滅火劑等，是一種使用安全的高效磷系非鹵消煙阻燃劑。另外，低聚合度聚磷酸銨已在肥料中廣泛應用。

3 結語

當前，我國正從粗放、低產出的傳統農業向集約、高效的現代生態農業轉變，這就要求磷肥企業必須做出更加適應農業現代化發展的改革，滿足生態環保要求，符合市場發展規律的變化。本文提出的磷肥轉型升級思路為：以半水-二水法濕法磷酸工藝和濕法凈化磷酸為核心，采取磷酸梯級利用方式，推動磷化工企業由傳統“礦-肥”走向“礦-肥+鹽+高端水溶肥/液體肥”的產業鏈發展模式。

[1] 修學峰.磷肥工業“十二五”發展規劃思路[J].磷肥與復肥，2010，25(6)：1-6.

[2] 中國化工礦產地質概論編寫組.中國化工礦產地質概論[R].化工礦產地質研究院，2001.

[3] 王瑩.2015年我國磷復肥行業生產運行情況及發展趨勢[J].中國石油和化工經濟分析，2016 (6)：36-40.

[4] 鄒文敏，陳志華，李志剛，楊培發，趙軍.新型半水-二水磷酸工藝的技術優勢[J].磷肥與復肥，2016，31(8)：34-38.

[5] 韓敏義，李巧玲，陳紅葉.復合磷酸鹽在食品中的應用[J].中國食品添加劑，2004(3)：93-96.