《石油商报》70周年特别策划刊
发表材料委深度好文
《瞄准新材料痛点，推动石油行业全产业链升级》
以下为全文内容：
我国石油化工产业始于上世纪40年代，历经半个多世纪，经过几代石化人风雨兼程奋斗，我国石化行业产业链不断伸展、趋于成熟，在物质条件、技术和人才储备匮乏的情况下坚持自主创新，为如今的石化大国地位奠定了伟大基础。
而随着全球能源转型步伐持续加快，国际油气行业正在进入重要转折关口，面临着技术主导未来的历史性选择。
技术突破全面发展 跻身石化大国行列
突破勘探开采技术 保障国家能源安全
新中国成立后，经过一代又一代石油人的不懈奋斗，我国石油工业实现了一个又一个从无到有、零的突破。近年来，我国石油勘探、开采技术不断向高精度、智能化方向发展。目前，我国在常规地质条件下的钻井技术已经相当成熟，以近钻头地质导向钻井系统为代表的高端技术也达到世界领先水平，并在测井及信息传输与控制拥有多项自主专利技术。
不仅如此，我国还将石油开采的疆域拓展到海上，海上钻井平台技术也处于世界一流行列。作为保障海上平台安全运作的基础，早在2012年我国就能够自主生产EH36以下高强度结构钢；而近年在“蓝鲸1号”的设计建造中，主体钢结构中应力集中区域所用的大厚度超高强度钢板也在研发团队和鞍钢的通力合作下实现了国产化，填补了我国在该领域中的空白。
除此之外，随着常规石油资源的开采难度不断上升，低渗、特低渗石油、天然气的勘探和开发以及老油气井的改造也被提上议程。压裂技术作为上述资源增产与提高采收率的主要手段，而压裂支撑剂是这一工艺的核心材料，目前国内以石英砂和陶粒为主的压裂支撑剂已经可以满足多数油田的开发，更高端的树脂覆膜支撑剂也在不断完善之中。
依托成熟的技术，我国石油产量在石油资源日渐紧缺的背景下实现了从1亿吨到2亿吨的跨越，为我国能源安全作出巨大贡献；更积极践行“一带一路”设想，与阿联酋、莫桑比克、缅甸、土库曼斯坦等沿线十几个国家政府、能源企业建立能源合作，共筑跨国油气战略通道，为我国资源保障和国际形象填上浓墨重彩的一笔。
攻克炼化关键技术 助力成为炼化强国
自新中国成立以来，我国的石油炼化产业主要经历了从完全依赖进口到实现自给自足，从海外高新技术引进到实现自主消化吸收，从单纯主导国内市场到走出国门3个阶段。
新中国成立伊始，我国只在大连、上海、玉门等地有几家小型炼油厂，石油产品主要依赖进口。随着我国油田产业的开发，1958年引进苏联的炼油设备和技术，在兰州建立了年加工能力为100万吨的原油加工厂，标志着我国初步掌握了现代化的炼油技术。炼化装置的关键材料也逐步实现国产化。20世纪80年代初，针对密封结构设计和新材料研发，上海材料研究所和浙江大学相继研究出了膨胀石墨密封材料，填补了国内空白。
同时，为解决接地装置的腐蚀易引起的漏油现象，降阻剂、纳米碳防腐导电涂料、连铸铜覆钢等新材料逐渐被研发并投入使用。2007年，攀钢集团研发出抗高温氧化和耐硫化氢高温腐蚀的优质P9无缝钢管，并首次实现了石油炼化装置中大直径P9(直径≥168毫米)无缝钢管的国产化。
随着我国原油需求量的增加，2018年国内原油的年加工能力达到了8.3亿吨。再加上原油产品质量的提高、品种增多、国家标准与国际标准的不断接近，我国石油炼化产业也开始走出国门，为海外的炼油厂提供技术服务。
催化剂是石油炼化产业中的核心材料之一。截至2018年，我国各类化工催化剂的总产量已经突破50万吨。中国石化催化剂公司作为国内化工催化剂生产企业的代表，多年来不断发展壮大，为我国石油炼化及其下游产业的延伸保驾护航，包含炼油催化剂、聚烯烃催化剂、基本有机原料催化剂、煤化工催化剂等几大类催化剂产品在满足国内市场需求的同时，产品还远销欧美、亚洲、非洲等国际市场。
化工技术多元发展
重要基础产品产量居世界前列
改革开放促进了我国石化行业的发展，技术上不断有新突破。
20世纪70年代，我国通过引进一批大型化工、化肥、化纤装置设备与相关技术，拉开了石化工业大规模发展的序幕。40年来，我国通过消化吸收引进技术、组织人员攻关核心关键技术，先后开发出丁橡胶、异戊橡胶生产技术，乙烯及芳烃成套技术装备，一些合成纤维、尼龙、己内酰胺的生产技术装备也打破了国际垄断，达到或接近世界先进水平，不少依靠进口的石化产品实现了进口替代。
镇海炼化
乙烯被称为“石化工业之母”，是石油化工基础原料。20世纪60年代，中国首套蒸汽裂解装置于兰州石化公司建成投产，开启了中国以乙烯装置为龙头的石油化工历史，年生产能力仅为6万吨。1970年，我国从联邦德国引进年产3.6万吨乙烯砂子炉装置在兰州石化建成开车，标志着我国石化工业向前迈出重要一步。1990年1月8日，我国自行研发的第一台年产25万吨乙烯新型裂解炉(北方炉)通过国家鉴定验收。2005年6月29日，上海赛科90万吨/年乙烯工程正式投入运行。
中国石化联合多家单位先后开发了CBL型裂解炉技术，与鲁玛斯公司合作开发了SL-I、SL-Ⅱ型裂解炉技术，单炉能力达到了10万吨/年以上。我国首台15万吨/年裂解炉在镇海炼化乙烯装置上投用。随后，天津石化裂解气压缩机、镇海炼化丙烯压缩机、中国石油抚顺石化乙烯压缩机组、武汉石化乙烯压缩机组等大型机组纷纷国产化。2018年，我国乙烯产量已达2532.5万吨。
从20世纪70年代开始，中国石化石油化工科学研究院与上海石化院等单位接连研发出芳烃抽提、二甲苯异构化、甲苯歧化和烷基转移等芳烃单元生产技术，但PX吸附分离技术一直未能攻克，成为芳烃成套技术最后的壁垒。2009年，中国石化成立了芳烃成套技术攻关领导小组，于2011年利用最新研发的RAX-3000型国产吸附剂成功实现了吸附分离技术。
我国橡胶产业从兰州石化合成橡胶厂开始生根发芽，随后他们的工作足迹遍布大江南北。兰州石化1956年创造了中国第一块丁苯橡胶，1960年又合成了第一块丁腈橡胶。20世纪80年代开始，国内外技术相结合，促使中国合成橡胶工业进入快速增长期。1996年7月10日，我国首套年产万吨溶聚丁苯橡胶装置在燕山石化公司投产成功，产品物理机械性能达到国外同类产品水平。如今，我国橡胶产量2018年达到600吨，位居全球首位。
面临时代挑战
石油工业优化升级任重道远
经过70年的艰苦奋斗，我国在石油领域取得了辉煌成就。在新一轮科技革命和产业变革大势下，全球新材料产业格局发生重大调整。然而，我国新材料产业起步较晚，底子尚且薄弱，关键材料保障能力不足，对于油气领域仍然存在许多挑战。
资源禀赋欠佳向技术提出更高要求
纳米材料的可降解压裂球
热塑性复合材料管道
然而，我国目前在合金钻杆、压裂支撑剂、海下油气管道用钢及其防腐技术等领域都尚不能满足实用要求。美国早在20世纪60年代中期就开始采用2014和7075铝合金厚壁管钻探石油与天然气，然而我国至今尚无法实现国产替代。
压裂支撑剂是开发重油、致密油等非常规石油资源的重要材料，该材料旨在保持岩层裂缝的高导流能力，使油气畅通，以增加产量。国外早在20世纪60年代初便开始研究，经过多年发展，已逐步淘汰昂贵的陶瓷支撑材料，转而发展相对廉价并能有效降低产水量的树脂覆膜砂材料；我国相关行业尚处于起步阶段，仍以陶瓷材料为主。
作为近年来石油开发的主战场，我国在海洋石油资源的开采方面起步较晚，开采设备国产化率总体不高，制约我国海洋石油事业发展。我国在深水钻井系统配套设备，特别是在深海油气API X60、X65、X70等管道的供应，以及水下阀门的合金堆焊、超音速喷涂表面硬化等技术都不得不依赖进口。
近年来，我国石油开采仍然存在技术更新不及时、适用性不足等问题，相关设备在可靠性、市场竞争力方面仍与进口产品存在差距。
关键技术缺乏
是石化行业结构性产能过剩的病灶所在
近些年，随着我国炼油行业的快速发展，炼油产业逐渐出现结构性产能过剩的现象。
2018年，我国原油一次加工能力为8.3亿吨，原油加工量为6亿吨，结构性产能过剩的现象尤为突出。同时，我国落后的产能导致炼油过程中能耗较大，标准的单位能耗应低于8.5千克/吨，但我国达到该标准的产能仅占总产能的21%，说明我国先进产能仍然不足，变相提高了炼油成本。
截至2018年，我国约有200家炼油厂，平均产能只有412万吨，而世界炼油厂的平均炼油规模为759万吨。
由于我国石化产业关键技术的缺乏、创新能力不足等因素，导致了我国传统石化产品产能过剩，高技术含量和高端的产品国内供应严重不足，仍大量依赖进口。
2018年，我国聚乙烯进口依赖度为49.6%，合成橡胶进口依赖达49.9%，光伏、涂覆、热熔胶、太阳膜等高端乙烯—乙酸乙烯共聚树脂(EVA)进口依存度一直维持在60%以上。此外，乙烯、丙烯、纯苯、苯乙烯等基础产品国内对外仍有一定的依存度，约在10%~25%之间。
能源结构变革给传统石油行业带来挑战
近年来，我国新能源产业发展迅速，在开发总量、新增容量、新增投资以及消费占比等多个领域位居世界前列甚至是首位。
我国能源发展“十三五”规划中提出，要着力推动能源生产利用方式变革，优化能源供给结构，提高能源利用效率，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。
相对于传统化石能源，新能源来源形式丰富、普遍可再生且低碳环保，符合国家建设清洁低碳、高效安全的未来能源体系的要求，因此，加快新能源产业的发展已经成为我国下一阶段能源结构优化调整的必然选择，这将对以石油为代表的传统能源行业产生不利影响。
根据国家信息中心的统计数据，预计到2029年前后我国石油消费规模将达到7.05亿吨的峰值。在达到峰值之前，受到汽车保有量的快速增长以及大量烯烃产品需求的影响，新能源的发展并不能抵消传统石化能源的增长势头。但是在到达峰值之后，由于对传统石化能源的需求已趋于稳定，而且新能源的快速发展也将导致更大部分的能源需求被替代，石油等传统能源消费将处于持续下降态势。
因此，新能源的发展会在一定程度上改变未来能源供应与需求的格局，给传统石化企业的生产和经营带来前所未有的影响。
坚持科技创新 发力新材料
助力企业转型升级
加强技术储备、改善工艺
实现绿色可持续发展
很长一段时间里，中国的石油工业从技术到装备都与发达国家存在一定的差距。石化能源作为未来一段时间里仍不可替代的工业基石，新技术、新装备、新材料的应用是未来石化企业竞逐的关键。我国的石化产业也应顺应潮流，抓住机遇,在技术和装备材料领域打下坚实的基础。
在技术领域注重智慧地质、勘探开发、智能油田、纳米智能驱油、井下油水分离、地下原位改质、高精准智能压裂、海域天然气水合物安全高效低成本开发等技术的积累；在装备方面，注重特殊地质条件下装备的研发，如水深超1000米的超深海域作业所需海床井口、水下BOP(防喷器)、钻井用隔水管、钻井作业用绞车等。
同时，还应加强自主研发设计制造关键部件，如部分金刚石地质钻头、发动机组、液压、电气控制装置等关键配套部件。
此外，还应注重新材料在石油工程领域的开发及应用，如长输管线用微合金化低合金钢、加氢反应器用高端钼铬钢、镍基合金和低温材料用国产焊接材料、防腐蚀用双相不锈钢等。值得注意的是，深海油气开发中碳纤维增强复合材料凭借其优异的力学性能以及耐腐蚀性已经出现取代传统材料的趋势。
气凝胶—相变微胶囊复合隔热材料因其良好的耐热性能和相对较小的空间占用率将在深井、超深井以及地热井等钻井设备隔热领域发挥重要作用。还有功能梯度材料、自修复聚合物材料等，这些新型材料的开发和应用将对未来石油工程技术领域的发展产生积极且重大的影响。
推动战略转型升级 重点发展石化新材料
目前，国际上知名的石油公司均在开拓清洁能源、可再生能源和替代能源业务，从石油供应商向能源供应商转变。BP和道达尔均在80年代开始进入太阳能领域。90年代后，一些国际石油公司主要集中在风能、太阳能、地热和生物燃料等领域。因此，我国石油公司也可加强对可再生能源投资方面的部署。
另一方面，新型城镇化和消费升级将极大地拉动石化产品需求。
我国石化行业应加快化工新材料等新产品的应用技术开发，如高耐环境老化改性聚丙烯、聚酰亚胺、光学薄膜用PVA等，提升产业链的附加值。还要注重与终端消费需求的结合，加快培育新产品市场，比如传统塑料制品仅有9%可被回收再利用，大量的塑料制品给环境带来了沉重负担，而以聚乳酸为代表的新型可降解材料可以有效缓解这一问题。
另外，坚持绿色可持续发展方针可以从源头对高污染、高能耗的技术加大改造力度。埃克森美孚开发了一种从原油直接制备化工产品的新工艺，省去了炼油过程，降低成本的同时也减少了污染。
树立创新发展理念 持续扩大国际合作
我国石化技术经过70年的发展积累，走出了一条属于自己的道路。国际石化协会联合会主席罗慕科曾表示，中国石化行业会为整个全球石化行业在未来几十年的发展作出贡献并起到领导作用。展望未来，我国油气、化工等产业的发展将更加多元、更加开放。
首先，资源领域要将发展天然气提升到资源战略地位，树立“油气并举”的发展理念，以全球化视野规划未来能源产业发展的格局。
其次，持续扩大海外合作，鼓励骨干企业通过投资、并购、重组等方式获取化工新材料和高端专用化学品生产技术，强化技术吸收再创新，促进国内产业升级。
最后，国内油气、化工企业在进行海外资源开发时，应注重灵活多样的联合开发模式。在油气东道国和消费国间努力进行全产业链的合作，资本输出的同时也要注重技术输出，形成可持续发展的良性循环。
本文作者：材料委天津院行业分析师于璇、雷红娜、张翛然
本文责编：王宁宁
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