中国膜产业发展现状与展望

中国膜产业发展现状与展望

在过去五年中，中国的膜行业快速增长，年平均增长率超过20%。2012年，膜行业实现了492亿元的总产值。市场需求的推动,国家政策的支持,中国膜科学技术进步突飞猛进,开发出了一批具有自主知识产权的膜产品,部分产品实现了规模化生产,制备和应用技术水平显著提高。我国已成为世界膜研究和应用的第一大国,但还不是膜强国,虽已初步建立了较完整的高性能膜材料产业链,但许多高端膜研究、膜产品研发还受制于人。作为战略新兴产业,膜科学技术具有广阔的市场发展空间,应该根据形势的发展,引导企业做强做大。在人类工业发展史上,经历了两次伟大的技术革命,第一次是7世纪蒸汽机发明引起的工业革命浪潮,第二次是以电器发展推动的信息产业改变整个工业过程,目前还是兴旺未衰。2世纪工业进入高新技术发展时代,生物和能源创新,高分子技术为支撑是这一时代的特点。由于膜科学技术综合了高分子材料学、物理化学、有机高分子学、分离工程学、机械装备等多个学科,成为多学科集成的成果,并在解决人类基本生存的水资源、能源、环境等重大领域中发挥着巨大作用,受到科学界及世界各国政府的高度重视。美国官方曾强调,8世纪蒸汽机改变了整个工业,20世纪膜技术将改变世界。北美膜学会会长在99年访问我国化工部时曾说过“谁掌握了膜技术,谁就掌握了化学工业的未来”。在当今的世界,发展膜技术成为发展高新技术的主要内容。世界各国,尤其是发达资本主义国家,近几年来都投入了大量的人力、物力、财力支持膜技术产业的开发研究。中国政府通过近几年来的实践,充分意识到发展膜技术和产业对国民经济的重要作用,所以高度重视对膜产业发展的支持。首先,党和国家明确把膜产业定位为战略新兴产业,在国家“十二五”科学和技术发展规划中明确指出重点开发膜的任务和方向,具体还在科技部“十二五”、“863”计划和“973”计划中加以落实。仅在“863”计划中,增设了“高性能分离膜材料重大项目”专项,第一期国拨膜攻关资金近2.5亿元。同时科技部其他重大专项还有膜应用的支撑计划,国家发改委、工信部、水利部、环保部、住建部等各种专项中也有膜的应用课题项目。而且各省也都有相应项目的支持,或与国家项目配套资金支持。粗略计算,“十二五”期间,国家对膜产业项目的总投资有数十亿元,正是国家的全力支持,才使得中国膜产业得到飞速发展。一、膜技术的基本概念(一)膜科学研究膜科学技术范围主要包含膜材料研究、膜产品制作研究、膜装备及应用过程研究。(二)膜分类1.根据膜原材料的分类有机膜:主要原材料是各种高分子材料。无机膜:主要原材料为高性能陶瓷及复合金属等无机材料。近年来广泛采用的膜材料见表。2.功能膜的生成分离膜:按不同条件要求,在一定浓度及压力下进行物质分离的膜。离子交换膜:在一定电能作用下,产生离子交换作用的功能膜。光电膜:基于光电技术作用的薄膜,包括光学膜,光伏膜,电池隔膜等。3.分离和提取膜按用途分类包括:水处理分离膜、离子交换膜、气体分离膜、医用膜、光电膜、其他特种分离膜。分离膜是目前研究最多、用途最广的膜。它是指在一定条件下进行物质分离,根据需要提取混合物之中所需纯度物质的膜。在中国,分离膜产业按膜过滤孔径范围分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜(孔径分布分别为0.~微米,0~00纳米,~0纳米,小于纳米),以上种膜占据目前分离膜市场的90%以上,还有诸如电渗析、气体分离和渗透汽化膜等。(三)对渗透现象的发现与研究膜的发展最初是从分离膜开始的。分离膜最早可追溯到78年,法国学者AbbeNollet观察到,将膀胱覆盖在盛有酒精溶液的瓶口,水可以通过膀胱进入瓶中,从而发现渗透现象,并由此引起科学家的研究。世界上第一个滤膜公司(Sartorius)于925年在德国哥丁根成立,开创了分离膜工业化应用的历史。上世纪30年代出现了微孔滤膜,60年代出现了反渗透膜,70年代出现了超滤膜和液膜,80年代出现气体分离膜,90年代出现渗透汽化膜。此后,以膜为基础的新型分离过程不断涌现,膜分离与其他生产工业的集成所产生的重要作用日益显现,加上世界水资源紧缺、环境污染严重使得膜应用迅速形成产业,从而形成了膜工业受到高度重视的局面。二、我国膜的研究历程中国膜研究工作起步较晚,958年开始进行离子交换膜的研究,965年进行了反渗透膜的探索,967年国家组织海水淡化会战对中国分离膜科学进步起到了极大的推动作用;上世纪70年代相继对电渗析、反渗透、超滤和微滤膜进行了研究开发,80年代和90年代进入到应用研究。进入2世纪以来,中国工业进入到高速发展期,伴随出现了水资源高度紧缺、环境污染加剧,在市场的推动下,我国的膜研究开始蓬勃发展。目前我国已成为世界膜研究和应用的第一大国,但还不是膜强国,许多高端膜研究、膜产品研发还受制于人。(一)膜产业劳动产出近五年来,中国分离膜产业高速增长,年平均增长率在20%以上。膜产业总产值从999年约2亿元人民币上升到202年的近92亿元(包括膜制品、膜组件、膜附属设备等)。2008~202年我国膜产业产值情况见图。(二)新一代膜材料产业链由于市场需求的推动,国家政策的支持,中国膜科学技术进步突飞猛进。从事分离膜研究的院所和大学约00家,膜制品生产企业有300多家,工程公司超过000家,已初步建立了较完整的高性能膜材料产业链。在高性能水处理膜材料、气体分离膜材料、离子交换膜材料、光电膜材料等方面,开发出一批具有自主知识产权的膜产品,部分产品实现了规模化生产,制备和应用技术水平显著提高,主要体现在:1.膜研究论文发表近几年来,膜研究机构纷纷成立,国外膜研究人才纷纷回国,有关膜研究论文在世界著名刊物上发表。据统计,202年世界膜论文发表总量中,亚太地区发表论文占世界总量的50%,其中中国占据世界总数30%,位列第一,美国占20%居第二。2.与应用技术领域江苏省南京工业大学膜科学技术研究所经过20余年的努力攻关,使陶瓷膜基础研究和应用技术研究达到了世界先进水平。建成的久吾高科技股份有限公司成为国内规模最大的陶瓷膜生产基地。该单位生产的膜元件性能与应用技术完全达到了国外同类商品水平,应用总量跃居世界领先地位。在中国科技大学和山东天维膜技术有限公司共同承担的国家“863”项目中,酸碱回收膜的研究实现突破性进展,特别是碱回收膜的研究成果达到世界领先水平。上海交通大学和山东东岳集团联合成功地攻克了离子膜生产的难题。从原材料开发、配方研究直至产品生产出厂成功,具有极大的战略意义,烧碱用离子膜的成套设备研制成功,打破了国际长期垄断和封锁局面,受到党中央的高度评价。一些特种分离膜及功能膜,例如双极膜、渗透汽化膜、医用膜及光电膜等研究都有不同程度的突破。具有自主知识产权的膜产品开始生产应用,部分产品已实现规模化生产。3.我国反渗透膜的产品安排国产微滤膜、超滤膜性能大幅度提高,已完全实现规模化生产和应用。海南立昇生产的PVC超滤膜,天津膜天膜、山东招金膜天、北京赛诺、浙江开创、北京碧水源、北京科泰兴达、厦门三达等单位生产的微滤膜、超滤膜性能完全满足城乡用水改造及工业污水处理要求。其中有些企业生产的产品已远销日本、韩国、印尼、马来西亚、巴西、欧洲和美国。大连化物所、大连天邦生产的各种气体分离膜,在国内外都有较高的知名度。200年,马来西亚石油公司与大连物化所合作,采用大连物化所研制的二氧化碳膜采集装置在马来西亚海岸油气开发中大规模使用。这反映出我国二氧化碳膜装置已达到国际水平。我国生产代表水处理膜的典型产品反渗透膜(RO)水平已达到或接近国外先进水平,并且实现规模化生产。蓝星东丽、杭州水处理中心生产的RO膜已在海水淡化工程中得到成功应用。时代沃顿公司的反渗透膜生产能力已达到900万平方米/年,脱盐率达到97.5%,正准备在万吨级海水淡化工程中进行应用。(三)销售规模小在我国整个膜行业中,年销售在000万元以下的中小企业占多数。年产值千万元以上的企业不到总体的20%,而年销售上亿元的企业更是屈指可数。这与我国膜产业还处于发展阶段有关,但应该根据形势的发展,引导企业做强做大。(四)膜市场需求很1.可能产生的经济效益市政污水处理:根据《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施规划》,国家计划投资300亿元,预计到205年达到污水处理.67亿吨/日。其中以膜法水处理占30%计算,需要膜约202万平方米,可实现膜行业产值60亿元。工业废水处理:据环保产业协会预测,“十二五”工业废水治理需投入250亿元,若其中30%用膜技术完成,可实现膜行业产值达00亿元。饮用水处理:国家饮用水标准由过去的35项指标提升到06项,这样原来的处理方法已无法达到要求。根据“十二五”规划,国家将投入65亿元改造老水厂,实现规模6700万吨/日,新建水厂5500万吨/日,总投资90亿元,两项投资共计05亿元。膜法处理是主流技术,预计占总投资额的20%,实现产值280亿元。海水淡化:“十二五”期间,根据国家规划新增海水淡化约为90万吨/日(总计划实现220万~260万吨/日),70%采用膜法进行处理,预计实现产值亿元。苦咸水淡化:我国西北地区极度缺水,严重影响当地人民的工作及生活。我国约有亿人口饮用苦咸水,解决这个问题势在必行。据调查,全国具有开采价值的微咸水资源约200亿立方米/年,预计今后国家在苦咸水利用方面下大力气。保守估计,苦咸水淡化规模将达到20万吨/年,将为行业带来00多亿元的收入。到“十二五”末,以上五项合计将为我国膜行业实现000亿元产值。2.全氟离子膜的运行离子交换膜及双极膜市场应用广泛。以全氟离子交换膜在氯碱行业应用为例,目前全国拥有离子膜烧碱规模000万吨/年。按照3000万吨/年运行,每3年更换一次膜,每年需全氟离子膜约20万平方米。不计算带动装备费用,仅更换膜就将产生.5亿元的收入。以双极膜应用于化纤行业工艺改造为例,现在全国有2000万吨硫酸钠废水,若采用双极膜进行回收,一方面可直接为化纤企业带来巨大的经济效益,另一方面将为双极膜市场带来30亿元左右的产值收入。3.气体膜的回收利用气体分离膜主要包括富氮分离膜、富氧分离膜、二氧化碳分离膜、氢气分离膜、有机蒸气分离膜、高温气体除尘膜等。近年来,气体膜分离发展异常迅猛,已形成了一个相当大规模的产业。膜分离回收氢气是目前应用最多、最成熟的领域,已广泛应用于合成氨工业、炼油工业和石油工业。气体膜在分离富氧、富氮、天然气中酸性气体的脱湿等也得到成功应用。大连化物所长期从事二氧化碳分离膜研究,近几年发展更是成果显著。用二氧化碳膜提纯天然气、石油气、窑炉气、页岩气、沼气等效益巨大。据统计202年全国天然气产量07亿立方米,农村沼气30亿立方米,由此可见市场需求之广。在高温气体分离膜方面,由西北有色金属研究员牵头开发的金属微滤膜和纯致碳化硅微滤膜可广泛应用于煤化工、石油化工、有机化学等行业的气固、液固分离。例如己内酰胺钯炭催化剂回收、多晶硅合成还原气体粉尘过滤、煤气化粉煤过滤等都将为企业带来巨大的经济效益。预计市场金属膜元件需求每年可高达0多亿元,带动装备等行业收入00多亿元。4.锂离子电池隔膜目前国内已有数十家企业开发光电膜并形成规模化。其中以乐凯公司为代表的光学膜,南阳科技、苏州SKC新材料等规模最大。锂电池隔膜过去只有美国和日本等少数国家拥有生产技术。经过近几年的努力,中国已成为世界第二大锂离子电池生产和出口国。目前,锂离子电池隔膜生产厂家有20多家,主要企业有深圳星源材料、新乡中科科技、佛山金辉、南通天丰、天津东皋膜技术公司等。“十二五”期间光电膜行业预计有200亿~300亿元的产值。5.膜技术回收带来的市场空间酸碱回收膜在冶金行业应用广泛,“十二五”末国内将达到50万平方米/年的需求,产值将达到20亿元以上。分子筛渗透汽化膜可广泛应用于有机溶剂生产和回用。例如醇类、酯类、酮类的提纯脱水,改造了传统工艺,达到了节能增效的作用。医用血液透析膜越来越被市场青睐,随着市场发展,今后透析膜的应用将大大增加。渗透汽化膜在油气回收中的应用市场效益也十分可观。据统计,目前我国每年有近50万吨的有机物挥发到大气中,是影响PM2.5的主要因素之一,若用第三代先进的膜技术回收,与第一代冷回收技术、第二代活性炭回收技术相比,可大大节约成本和增加安全可靠性。综合上面的市场分析可看出,作为战略新兴产业,膜科学技术具有广阔的市场发展空间。从长远看,形成万亿元产值是必然趋势。三、膜技术应用全球地位通过多年研究开发,在市场需求的推动下,国家全力支持的中国膜科学技术产业取得令世界震惊的成就。但就膜产业总体水平看,我国只是一个膜技术推广应用大国,不是一个膜开发强国。对于这点,我们要有清醒的认识,要认真分析,有针对性的解决问题。(一)国家掌握的权利目前我国开发生产出来的膜产品多数属于中低端级别,产品性能、品质与国外知名品牌产品还存在着差距。高性能的高端产品仍然被少数发达国家掌握和控制。正是由于存在差异,也造成国产产品推广使用难度增大,也使得尽管我国某些产品性能完全达到国外同等水平,但许多企业决策者仍然选用国外产品。解决这个问题的根本途径是对于高端高性能膜技术,国家要加大加快攻关力量,对国家影响深远的前沿膜技术,要从基础理论研究入手,持续不断的集中力量攻关,鼓励产学研相结合,实现规模化应用,