第1章精细化工概论
我国精细化工初步发展于20世纪80年代,21世纪国内精细化工业进入了新的发展时期,成为全球精细化工产业*具活力、发展*快的市场。目前我国的精细与专用化学品仍处于行业生命周期中的成长前期,精细化工在中国乃至世界依然是朝阳工业,前景光明。随着精细化工行业上游材料的充足供应和下游应用的不断拓展,精细化工的发展得到了充足保障。尤其是下游应用领域不断向电子信息、生物医药、新能源等领域渗透,新型精细化工产品的需求也日益上升。此外,国内制造业整体水平的不断提高,促进了精细化工工艺设备和生产能力不断提升,为精细化工行业的发展提供了良好的硬件环境。
1.1精细化工的定义与范畴
1.1.1精细化工的定义
“精细化工”是精细化学工业(fine chemical industry)的简称,是生产精细化工产品工业的通称。20世纪70年代,美国化工战略研究专家C.H.Kline根据化工产品“质”和“量”引出差别化的概念,把化工产品分为通用化学品、有差别的通用化学品、精细化学品、专用化学品四大类。根据Kline的观点,精细化学品是指按分子组成(作为化合物)来生产和销售的小吨位产品,有统一的商品标准,强调产品的规格和纯度;专用化学品是指小量而有差别的化学品,强调的是其功能。现代精细化工应该是生产精细化学品和专用化学品的工业,我国将精细化学品和专用化学品纳入精细化工的统一范畴。因此,从产品的制造和技术经济性的角度进行归纳,通常认为精细化学品是生产规模较小、合成工艺精细、技术密集度高、品种更新换代快、附加值大、功能性强和具有*终使用性能的化学品。我国化工界目前得到多数人认可的定义是:凡能增进或赋予一种(类)产品以特定功能,或本身拥有特定功能的多品种、技术含量高的化学品,称为精细化工产品,有时称为精细化学品(fine chemicals)或专用化学品(speciality chemicals)。按照国家自然科学技术学科分类标准,精细化工的全称应为“精细化学工程”(fine chemical engineering),属化学工程(chemical engineering)学科范畴。
随着精细化工的发展,行业上习惯将化工产品分为通用化工产品或大宗化学品(heavy chemicals)和精细化工产品两大类。通用化工产品又可分为无差别产品(如硫酸、烧碱、乙烯、苯等)和有差别产品(如合成树脂、合成橡胶、合成纤维等)。通用化工产品用途广泛,生产批量大,产品常以化学名称及分子式表示,规格是以其中主要物质的含量为基础。精细化工产品则分为精细化学品(如中间体、医药和农药以及香精的原料等)和专用化学品(如医药成药、农药配剂、各种香精、水处理剂等),具有生产品种多、附加价值高等特点,产品常以商品名称或牌号表示,规格以其功能为基础。精细化学品是通用化工产品的次级产品,它虽然有时也以化学名称及分子式表示,且规格有时也是以其主要物质的含量为基础,但它往往有较明确的功能指向,与通用化工产品相比,商品性强,生产工艺精细。专用化学品是化工产品精细化后的*终产品,更强调其功能性。一种精细化学品可以制成多种专用化学品,如铜酞菁有机颜料,同一种分子结构,由于加工成晶形不同、粒径不同、表面处理不同或添加剂不同的产品,可以用于纺织品着色、汽车上漆、建筑涂料或作催化剂等。专用化学品的附加值一般要比精细化学品更高。
化工产品的精细化工产值率(精细化率)可以用下面的计算方法表示:
精细化工是综合性较强的技术密集型工业。生产过程中单元反应多、原料来源复杂、中间过程控制要求严格,生产工艺及应用涉及多领域、多学科的理论知识和专业技能,其中包括多步合成、特种分离技术、分析测试、性能筛选、复配技术、剂型研制、商品化加工、应用开发和技术服务等。随着科学技术的发展及人们生活水平的提高,要求化学工业不断提高产品质量及应用性能,增加规格品种,以适应各方面用户的不同需求。因此,精细化工已成为当今世界各国发展化学工业的战略重点,而精细化率也在相当大程度上反映着一个国家的化工发展水平与综合技术水平,以及化学工业集约化的程度。
1.1.2精细化工的范畴
精细化工产品的种类繁多,所包括的范围很广,其分类方法根据每个国家各自的工业生产体制而有所不同,但差别不大,只是划分的宽窄范围不同。随着科学技术的进步,精细化工行业会越来越细。目前国内外的精细化工行业或种类主要包括:合成药物、农药、合成染料、有机颜料、涂料、胶黏剂、香料、化妆品、盥洗卫生用品、表面活性剂、日用与工业洗涤剂、肥皂、印刷用油墨、塑料增塑剂和塑料添加剂、橡胶添加剂、成像材料、电子用化学品与电子材料、饲料添加剂与兽药、催化剂、合成沸石、试剂、燃料油添加剂、润滑剂、润滑油添加剂、保健食品、金属表面处理剂、食品添加剂、混凝土外加剂、水处理剂、高分子絮凝剂、工业杀菌防霉剂、芳香除臭剂、造纸用化学品、纤维用化学品、溶剂与中间体、皮革用化学品、油田化学品、石油添加剂及炼制助剂、汽车用化学品、炭黑、脂肪酸及其衍生物、稀有气体、稀有金属、精细陶瓷、无机纤维、储氢合金、非晶态合金、火药与推进剂、酶与生物技术产品、功能高分子材料与智能材料等。
根据我国原化工部文件的规定,精细化工的含义是国际上通用的精细化学品和专用化学品的总和,包括农药、染料、涂料(包括油漆和油墨)及颜料、试剂和高纯物、信息用化学品(包括感光材料、磁性材料等)、食品和饲料添加剂、胶黏剂、催化剂和各种助剂、化学药品、日用化学品、功能高分子材料等11个大类;在催化剂和各种助剂中可分为催化剂、印染助剂、塑料助剂、橡胶助剂、水处理剂、纤维抽丝用油剂、有机抽提剂、高分子聚合物添加剂、表面活性剂、皮革助剂、农药用助剂、油田化学品、混凝土添加剂、机械和冶金用助剂、油品添加剂、炭黑、吸附剂、电子工业专用化学品、纸张用添加剂、其他助剂等20个小类。
值得注意的是,精细化工涵盖范围很广,上述分类是1986年我国化工部在为了统一精细化工产品的口径,加快调整产品结构,发展精细化工,作为计划、规划和统计的依据而提出的。由于当时以计划经济体制为主,条块分割,除了化工部主管精细化工外,其他如轻工部、卫生部、农业部等部委也分管了一部分,因此以上11个大类并未包括精细化工的全部内容。除上述11个大类之外,因新品种不断出现,而且生产技术往往是多门学科的交叉产物,所以很难确定其准确范畴。
1.2精细化工特点与投资效益评价
多品种、系列化和特定功能、专用性质构成了精细化工产品的量与质的两大基本特征。精细化工产品生产的全过程不同于一般化学品,它是由化学合成或复配、剂型(制剂)加工和商品化(标准化)三个生产部分组成的。在每一个生产过程中又派生出各种化学的、物理的、生理的、技术的、经济的要求和考虑,这就导致精细化工必然是高技术密集型产业。与传统大化工(无机化工、有机化工、高分子化工等)相比,精细化工生产具有自身的一些显著特点。
1.2.1精细化工行业特点
1.精细化工行业属于制造行业,与其他行业的产业关联度较高
与精细化工行业关联度较大的行业主要包括:农业、纺织业、建筑业、造纸工业、食品工业、日用化学品行业、医药行业、汽车行业、信息技术(IT)行业等,精细化工行业的发展与上述行业息息相关。精细化工行业的上游主要为基础化工原料制造业,其提供的产品又是其他诸多行业的基本原材料,如农业、建筑业、纺织业、医药行业等。农业、建筑业、纺织业、医药行业、IT行业等相关行业的发展为精细化工行业的发展提供了发展的契机,同时精细化工行业的发展也会促进上游行业的发展。
2.精细化工行业具有一定的规模经济特征
国外精细化工生产企业的生产规模多在十万吨以上,20世纪后半叶,全球精细化工生产企业以美国和日本为代表,具有大型化、专业化的特点,并且不断降低生产成本。目前我国精细化工行业也开始走向大型化、集约化。
3.行业的周期性特征
精细化工行业面向的下游行业非常多,终端产品可应用于各类塑料制品、建筑材料、包装材料、家用电器、汽车机械等,覆盖国民经济的众多领域,其行业本身不存在明显的周期性特征,但受宏观经济的影响会随着整体经济状况的变化而呈现一定的波动性,行业周期和整个宏观经济运行的周期基本一致。
1.2.2精细化工行业产业链
精细化工工业是国民经济的重要支柱产业,上游包括石油、天然气、生物质、煤炭、矿石等生产原料,下游涉及诸多行业。精细化工工业涉及国民经济中的诸多领域,具有很高的战略地位。我国精细化工行业产业链参见图1-1。
1.2.3精细化工产品的生产特点
1.多品种
从精细化工的分类可以看出精细化工产品必然具有多品种的特点。随着科学技术的进步,精细化工产品的分类越来越多,专用性越来越强,应用范围越来越窄。由于产品应用面窄,针对性强,特别是专用化学品,往往是一种类型的产品可以有多种牌号,因而新品种和新剂型不断出现。例如,表面活性剂的基本作用是改变不同两相界面的界面张力,根据其所具有的润湿、洗涤、浸渗、乳化、分散、增溶、起泡、消泡、凝聚、平滑、柔软、减摩、杀菌、抗静电、匀染等表面性能,制造出多种多样的洗涤剂、渗透剂、扩散剂、起泡剂、消泡剂、乳化剂、破乳剂、分散剂、杀菌剂、润湿剂、柔软剂、抗静电剂、抑制剂、防锈剂、防结块剂、防雾剂、脱皮剂、增溶剂、精炼剂等。多品种也是为了满足应用对象对性能的多种需要,如染料应有各种不同的颜色,每种染料又有不同的性能以适应不同的工艺。食品添加剂可分为食用色素、食用香精、甜味剂、营养强化剂、防腐抗氧保鲜剂、乳化增稠品质改良剂及发酵制品等七大类,1000多个品种。
随着精细化工产品的应用领域不断扩大和商品的不断创新,除了通用型精细化工产品外,专用品种和定制品种越来越多,这是商品应用功能效应和商品经济效益共同对精细化工产品功能和性质反馈的自然结果。不断地开发新品种、新剂型或配方及提高开发新品种的创新能力是当前国际上精细化工发展的总趋势。因此,多品种不仅是精细化工生产的一个特征,也是评价精细化工综合水平的一个重要标志。
2.采用综合生产流程和多功能生产装置
精细化工的多品种反映在生产上需要经常更换和更新品种,采用综合生产流程和多功能生产装置。生产精细化工产品的化学反应多为液相并联反应,生产流程长、工序多,主要采用的是间歇式的生产装置。为了适应以上生产特点,必须增强企业随市场调整生产能力和品种的灵活性。国外在20世纪50年代末期就摈弃了单一产品、单一流程、单用装置的落后生产方式,广泛采用多品种综合生产流程和多用途多功能生产装置,取得了很好的经济效益。20世纪80年代,单一产品、单一流程、单元操作的装置向柔性制造系统(flexible manufacturing system,FMS)发展。目前,我国的许多精细化工企业也采用了综合生产流程和多功能生产装置生产系列精细化工产品。
3.技术密集度高
高技术密集度是由几个基本因素形成的。*先,在实际应用中,精细化工产品是以商品的综合功能出现的,这就需要在化学合成中筛选不同的化学结构,在剂型(制剂)生产中充分发挥精细化学品自身功能与其他配合物质的协同作用。这就形成了精细化工产品高技术密集度的一个重要因素。其次,精细化工技术开发的成功概率低,时间长,费用高。根据报道,美国和德国的医药和农药新品种的开发成功率为万分之一,日本为三万分之一至一万分之一;在染料的专利开发中,成功率一般为0.1%~0.2%。根据统计,开发一种新药需5~10年,其耗资可达2000万美元。若按化学工业的各个门类来统计,医药的研究开发投资*高,可达年销售额的14%。对一般精细化工产品来说,研究开发投资占年销售额的6%~7%是正常现象。造成以上情况的原因除了精细化工行业是高技术密集度行业外,产品更新换代快、市场寿命短、技术专利性强、市场竞争激烈等也是重要原因。另外,从20世纪70年代开始,各国由于环境保护以及对产品毒性控制方面的要求日益严格,也直接影响到精细化工研究开发
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