供给侧改革视域下的磷化工转型升级路径

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(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

磷矿以其资源的稀缺性和应用的广泛性而备受关注，在国家产业发展战略逐步从赶超型的跨越式发展过渡到实施供给侧改革的背景下，实施供给侧改革对推动磷化工产业的转型升级、促进我国经济社会的快速发展具有重要意义。供给侧改革方向应从提高磷化工行业供给侧质量和效率出发，将磷矿资源储量优势与科技创新优势深度结合，构成“磷矿采选—基础磷化工—精细磷化工—资源综合利用”模式，落脚点采用以湿法净化磷酸为核心，采用磷酸梯级利用方式推动磷化工企业由传统“矿-肥”走向“矿-肥+盐+高端水溶肥/液体肥”的产业链发展，磷肥行业发展初期完全依靠肥料的状况需要改变，磷酸必须梯级利用，用高品质酸生产食品级净化磷酸、精细磷酸盐等高纯度和高附加值产品，提高磷矿资源利用率，延长磷酸产业链，发展高纯度和高附加值的磷化工产品，达到将宝贵的磷矿资源“吃干榨尽”的目的。

1 国外大型磷化工项目磷的梯级利用

2008年前后是中国磷肥出口的拐点，从此，中国正式加入国际磷肥出口大国行列，这也预示着我国磷肥产能由自给转为过剩，继而希望通过出口来缓解日益增长的产能压力。目前，世界磷肥产量的增量主要来自中东和北非地区磷资源丰富国家，如沙特、摩洛哥等[1]。

目前，规划和在建的国外大型磷化工项目，在湿法磷酸的使用过程中，通常遵循“分级使用”的原则，即优酸优用，品质较好的磷酸生产较好的产品，品质较差的磷酸生产较差的产品。综合考虑国内实际情况，如矿和硫两大资源结合合成氨资源，以及靠近化肥市场和物流保障等客观条件，其磷的梯级利用思路见图1。

图1 国外大型磷化工项目磷的梯级利用思路

2 我国磷化工转型升级路径

由于磷资源及相关资源丰富的国家和地区大力发展磷复肥，未来国际市场上的竞争将更加激烈，国内仅靠出口普通磷肥已经越来越不能维持磷化工企业的运转，磷化工行业供需错位导致结构性的产能过剩，因此亟须进行供给侧改革，实现磷产业技术升级。供给侧改革就是要解决当前行业发展中存在的突出矛盾和问题，用改革的办法推进结构调整，减少无效和低端供给，扩大有效和中高端供给。

磷化工行业供给侧改革的方向，应将磷矿资源储量优势与科技创新优势深度结合，构建具备优势竞争力的产、学、研平台，形成“磷矿采选—基础磷化工—精细磷化工—资源综合利用”的集约型全产业链，促进磷化工行业供给侧改革。为推动磷化工行业供给侧改革，磷产业技术升级的规划见图2。

图2 国内磷化工行业产业技术升级规划

2.1 推广磷矿脱镁工艺技术

在中国磷矿探明储量中，沉积型磷块岩(胶磷矿)多，占全国总储量的85%，其大部分为中低品位矿石。同时，中国磷矿90%是高镁磷矿，其矿石中有用矿物的粒度细，和脉石结合紧密，不易解离，一般需要磨细到200目颗粒占90%以上时，才能单体解离[2]。因此，中国磷矿是世界上难选的磷矿石之一。磷矿中镁含量较高，在磷化工产品的生产过程中会产生诸多不利影响，部分矿山为满足短期利益，对高镁磷矿采取弃采或者抽槽子的采矿方式，已导致磷矿资源的极大浪费。为促进磷资源的最大利用，良好的磷矿脱镁技术应作为高镁磷矿开采的必备配套技术。

2.2 逐步淘汰普通过磷酸钙和钙镁磷肥

上世纪七八十年代，受工艺技术和设备的限制，很多有磷资源的企业只能生产普通过磷酸钙或钙镁磷肥，这两种产品的生产技术对环境的污染大，尤其是尾气排放中的氟含量控制值为90mg/Nm3，远超湿法磷酸技术的9mg/Nm3，且在半成品的熟化过程中属于无序排放。

因此，普通过磷酸钙和钙镁磷肥的生产技术属落后技术，在磷产业的技术转型中，应逐步淘汰普通过磷酸钙和钙镁磷肥产能。

2.3 控制黄磷产能

黄磷产业是通过电炉，利用焦炭还原磷矿制取单质磷的生产过程。“高耗能、高排放、高污染”情况突出，单吨黄磷电耗高达12 000kW·h～14 000kW·h，同时，每吨黄磷副产9t(干基)以上的矿渣，形成大量的固体废渣。副产的煤气虽然可以作为锅炉燃料使用，但由于其中硫化氢或二氧化硫含量低，回收利用困难较大，很多企业将副产煤气在锅炉燃烧后直接排放，造成严重的大气污染。

由于黄磷产业能生产纯度较高的单质磷，为生产纯度较高的后续产品创造了条件，黄磷产业有其存在的必然性。因此，在磷产业的技术转型中应逐步控制或削减黄磷产能，不宜再新建黄磷装置。

2.4 维持必需的有机磷系产品

有机磷系产品主要是黄磷产业的下游产品，主要有磷酸酯(包括氯代磷酸酯和硫代磷酸酯)、亚磷酸酯、膦酸酯、膦盐等，广泛用于医药、农药、军工、阻燃剂、抗氧剂、表面活性剂、防止印染助剂、油品添加剂、水处理剂和催化剂等。有机磷化学品发展很快，专用化针对性强，附加值高，发展空间广阔。

2.5 新开发盐酸法制磷酸工艺技术

相对传统的硫酸法萃取磷酸工艺而言，由于盐酸分解磷矿制磷酸不耗硫酸，同时盐酸分解磷矿生成盐酸盐为水溶性盐，对含杂质较高的低品位磷矿(特别是含硅较高的磷矿)有较好的适应性，盐酸法磷化工工艺主要优势如下。

(1)可有效利用中低品位磷矿，避免了选矿带来的投资和二次环境污染。

(2)可化解部分地区副产盐酸的利用问题，为上游的氯碱化工等副产盐酸的行业带来进一步发展的机遇。

(3)可减少投资和能耗，加强磷化工产业的竞争力。该工艺可通过盐酸分解中低品位磷矿，直接生产出工业级磷酸二氢钾、工业级磷铵等工业级磷化工产品，创造了一条全新的精细磷化工路线，有效地节约了投资和能耗。

(4)避免了磷化工产业中磷石膏的环境问题。该工艺可产出品质较好的二水石膏，作为硫酸钙晶须、石膏板、水泥缓凝剂等产业的原材料。

(5)减少了磷化工对硫资源的依赖，硫酸厂环境污染重，而且其原材料——硫磺为我国稀缺资源，一直靠进口维持需求。该工艺需硫酸量较少，可有效减少硫酸用量。

2.6 推广半水-二水法磷酸工艺技术

半水-二水法湿法磷酸工艺(两步法)是在20世纪70年代得到了大力发展，用于直接生产浓度为40%～50%(ω)P2O5的成品磷酸，由于其有节能、产品收率高和磷酸品质好等优点，在缺少磷矿资源的地区应用极为广泛，目前，在日本和印尼等东南亚国家、沙特等中东地区建设装置较多，技术成熟。

截至2015年底，我国磷肥总产能为2 370万tP2O5(折100% P2O5)[3]，超过90% 的P2O5采用二水法磷酸技术生产，剩余的P2O5采用半水-二水法磷酸或半水法磷酸技术生产。磷酸的主要产区与磷矿矿源地密切相关，主要分布于磷矿资源丰富的云南、贵州、湖北、四川等地，其他地区出产少量磷酸。其中，采用半水-二水磷酸或半水法磷酸技术生产的40万t磷酸位于广东湛江和云南红河州。

在我国磷肥(磷酸)快速发展的2000～2010年之间，由于我国用于磷酸生产的很多材料和设备不过关，但国际采购则需要极高的费用，制约了采用半水法磷酸技术建设湿法磷酸装置的发展，而二水法磷酸技术对材料等级要求较低，已逐步实现设备材料国产化的二水法磷酸得到广泛应用。随着我国材料和装备技术的进步，以及国家对制造业节能降耗的战略性要求，对具有明显技术优势的半水-二水法磷酸技术进行研发的需求较为迫切。同时，产品质量较好的半水-二水法磷酸技术，也为下游产业(如湿法净化磷酸)创造较好的条件。

目前，国内外的湿法磷酸工艺主要包括二水法、半水法、半水-二水法和二水-半水法等。相对于二水法工艺，在国内建设半水-二水法装置，主要有以下几点优势。

(1)产业政策优势。中国工业和信息化部《产业关键共性技术发展指南(2015年)》中，确定“优先发展项——化工类”中仅有“采用半水-二水法工艺对现行二水法湿法磷酸工艺改造”，确定半水-二水法装置是湿法磷酸生产转型升级的方向。

(3)经济优势。半水-二水法装置生产成本较低(P2O5约节约151元/t)[4]。

2.7 改进二水法磷酸工艺技术

在上世纪九十年代，我国引进大型湿法磷酸装置时，受投资、技术和设备材料的限制，大都采用二水法磷酸技术。二水法磷酸技术相较半水-二水法磷酸技术，前者总能耗是后者的2倍，前者总磷利用率比后者低4%。因此，二水法磷酸装置虽然在一次投资上较半水-二水法磷酸装置低约15%，但运行费用却远高于半水-二水法磷酸装置。在目前国家提倡“环保、节能和减排”的大环境下，将现有二水法磷酸装置改为半水-二水法磷酸装置，投入合理的投资，在基本不影响现有生产运行的情况下，进行半水-二水的技术创新和技术改造，完成产业升级。

随着国家对环保排放的要求不断提升，对磷产业企业而言，尾气氟含量排放指标为9mg/Nm3(实际大部分企业排放值在9～11mg/Nm3)，已经不能满足国家最新环保排放指标的要求(国家最新尾气氟含量排放指标为5mg/Nm3)。因此，对现有二水法磷酸装置尾气洗涤系统进行改造，减少氟排放，达到即将升级发布的国家环保新标准的要求也势在必行。

2.8 维持磷系精细磷化工产品产能

精细磷化工产品主要有无水磷酸二氢钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠(无水)等为代表的磷酸盐食品添加剂、磷系药品及电子产品。大力发展精细磷酸盐，是磷化工产业技术升级和产业发展的方向，符合国家产业转型发展的要求，也是做大、做优、做强磷化工产业的必由路径，更应引领精细磷酸盐技术的开发与创新，延伸现有磷化工产业链，消化上游磷酸产能，实现磷化工产业技术升级[5]。

2.9 控制普通肥料产能

磷作为一种战略性资源，在农业、工业和军工业上具有非常重要的地位。当前，磷酸一铵、磷酸二铵、NPK、重钙等普通肥料产能严重过剩，应从环保、能耗等方面出发淘汰普通肥料产能，同时限制新增产能。

2.10 发展湿法净化磷酸

以湿法磷酸净化技术为基础的净化磷酸及磷酸盐生产技术，取代了传统的热法磷酸及磷酸盐生产技术，是现代磷化工技术发展的趋势，也是发展精细磷酸盐的基础。

据初步统计，由于节能环保的要求，世界发达国家用湿法净化磷酸代替热法磷酸的替代率已达80%以上。

目前，国内主要有瓮福集团自有的溶剂萃取法净化湿法磷酸技术(以下简称瓮福技术)、四川大学和中化涪陵开发的一种新型湿法磷酸净化技术(以下简称川大技术)、华中师范大学湿法磷酸精制技术(以下简称华师技术)在国内有工业化生产装置运行的实例。武汉工程大学与湖北祥云(集团)化工股份有限公司已进行湿法磷酸生产工业磷酸小试并申请专利，但还没有工业化运行装置。

2.11 发展以湿法净化磷酸为原料的精细磷酸盐

相比于高污染、高能耗的热法磷酸，湿法净化磷酸在能耗、生产成本、资源综合利用效率、环境友好等方面，都较热法磷酸具有明显的优势。将湿法磷酸通过深度净化和精细加工后替代热法磷酸，可用于生产工业磷酸盐和各种精细磷酸盐，能大幅降低生产成本，有良好的经济效益。

2.12 发展聚磷酸及聚磷酸盐

聚磷酸作为磷化工中新的基础原料酸，具有腐蚀性小、运输成本低、过冷性质等优点，在颜料、制药、香料、皮革、阻燃剂行业中有着广泛的用途。

聚磷酸铵广泛用于膨胀型防火涂料、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、环氧树脂、橡胶制品、纤维板及干粉灭火剂等，是一种使用安全的高效磷系非卤消烟阻燃剂。另外，低聚合度聚磷酸铵已在肥料中广泛应用。

3 结语

当前，我国正从粗放、低产出的传统农业向集约、高效的现代生态农业转变，这就要求磷肥企业必须做出更加适应农业现代化发展的改革，满足生态环保要求，符合市场发展规律的变化。本文提出的磷肥转型升级思路为：以半水-二水法湿法磷酸工艺和湿法净化磷酸为核心，采取磷酸梯级利用方式，推动磷化工企业由传统“矿-肥”走向“矿-肥+盐+高端水溶肥/液体肥”的产业链发展模式。

[1] 修学峰.磷肥工业“十二五”发展规划思路[J].磷肥与复肥，2010，25(6)：1-6.

[2] 中国化工矿产地质概论编写组.中国化工矿产地质概论[R].化工矿产地质研究院，2001.

[3] 王莹.2015年我国磷复肥行业生产运行情况及发展趋势[J].中国石油和化工经济分析，2016 (6)：36-40.

[4] 邹文敏，陈志华，李志刚，杨培发，赵军.新型半水-二水磷酸工艺的技术优势[J].磷肥与复肥，2016，31(8)：34-38.

[5] 韩敏义，李巧玲，陈红叶.复合磷酸盐在食品中的应用[J].中国食品添加剂，2004(3)：93-96.