德国、美国、日本跨国公司创新发展考察报告(中)

　　二、德国、美国、日本公司创新发展的超前技术亮点

　　德、美、日跨国公司高度重视技术创新，依靠长期的研发投入和技术积累，在化工新材料、专用化学品和工艺技术创新领域取得了一系列令人印象深刻的超前技术成果，为抢占未来技术制高点赢得了独特的优势。我们将这些超前的先进技术，按五个方面进行了初步梳理。

　　（一）化工新材料

　　1、聚氨酯材料：

　　聚氨酯硬泡拥有绝佳的结构稳定性和绝缘特性，是电器和建筑应用领域的首选产品。目前，亨斯迈二苯基甲烷二异氰酸酯MDI硬泡发泡剂使用了全新产品，不是氯氟烃类物质。目前，在硬泡方面，中心正在进行“建筑-板材与金属板”和“绝缘-电器与喷涂”两个方面的应用研发。如冰箱绝冷材料、喷涂材料等。聚氨酯软泡在家具、床上用品、制鞋和汽车等行业有着广泛应用。中心正在床上用品、家具和粘性泡沫方面的块状软泡开展应用研发。如沙发、慢回弹睡枕、汽车座椅等。

　　2、聚烯烃材料：

　　陶氏化学在高端石化产品开发生产紧紧围绕聚烯烃这一传统优势，尤其充分利用茂金属催化剂和启用独特的溶剂法聚烯烃工艺，开发成功了一系列高性能聚烯烃产品。主要高端产品有：

　　乙烯辛烯共聚物弹性体（POE），用于聚丙烯（PP）增韧改性、马来酸酐接枝、挤出、流延薄膜、电线电缆、鞋材以及三元乙丙橡胶（EPDM）橡塑领域；乙烯辛烯共聚物塑性体（POP），用于薄膜、聚丙烯（PP）增韧改性等产品。熔融指数500以上的号牌可用于乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）热熔胶，也可作为熔融指数调节剂；乙烯丙烯共聚物弹性体，用于流延膜、高透聚丙烯（PP）增韧改性、热塑性弹性体TPE改性、高填充母粒增韧改性以及无应力发白聚丙烯（PP）等产品；嵌段共聚物，具有耐磨、耐高温、耐穿刺等特性，用于热塑性弹性体TPE、聚丙烯（PP）增韧改性、耐穿刺、耐高温薄膜等产品；三元乙丙橡胶（EPDM），用于汽车密封条、胶管胶带、电线电缆及建筑用型材等领域；马来酸酐接枝物，用于聚酰胺（PA）等工程塑料增韧改性、合金相容剂、提高多层共挤膜的韧性及黏结性。

　　从产品看，陶氏化学开发了一种先进食品包装材料，由多层合成材料粘合而成，除具有较强的支撑强度、具有很独特的保鲜杀菌能力外，他们还关注塑料包装的回收和可循环使用，因为包装材料是由不同特性的材料复合而成，因此回收后的分离成为难题，针对这个问题，他们正在研究开发功能不同但分子特性十分接近的复合材料，当把这些材料复合在一起制作成包装材料，使用废弃后可以不经过分离而直接回收。

　　日本三井化学也开发了一种薄膜片材。该类片材主要应用于移动信息交流领域和食品包装材料，主要典型产品有光掩模防尘用薄膜（作为保护手机摄像镜头光掩模和防尘罩的作用）、BG胶带（一种用于硅片背面打磨时保护硅片回路形成面的材料）、保鲜邻苯基苯酚（OPP）薄膜（用于蔬菜水果保鲜）、透明高阻隔性薄膜（用于杀菌袋和蒸煮袋、医疗用品、电子组件的透明性包装薄膜，其特点是，利用以聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜为基板的独特蒸镀和涂布技术来达到具有透明且接近铝箔的高阻隔性）。

　　三井化学还开发了4-甲基戊烯聚合物（TPX）材料。分子结构为四乙基α-聚烯烃，是一种结晶型高分子，密度很低，透光性能非常好，性能介于有机玻璃和聚苯乙烯之间。可以用来生产食品密封保鲜和包装材料及物联网设备材料。全球只有三井化学可以生产。三井化学曾经赠送给我的半球形放大镜就是用这种材料生产的。

　　3、前沿材料

　　包括有机光伏材料；硅以及关联材料。例如：日本三菱研发的新一代有机材料的LED白色光源和材料。新一代白色光源更加接近真实的太阳光线，以此为基础开发的OLED产品完全取消背光，更加节能，效果更加出色。通过这样的光源再配合高性能膜材料和荧光剂，实现各种色彩的调配。新型的有机太阳能硅电池板，这种电池板是以PAT为基材印刷上去的，具有透明度高和柔性的典型特点，结合涂覆工艺，可以将这种像纸一样柔软的柔性太阳能电池板印刷到屋顶、窗户甚至太阳伞上面。这种柔软的太阳能电池板，大大扩展了太阳能应用的范围。（目前，硅系列的传统太阳能电池板光转化效率在20%左右，而这种产品的光转化率，如果是完全透明的可以做到6%左右，如果不透明可以做到11%左右。）

　　无人驾驶技术的快速发展将推动无人驾驶汽车更加轻量化，同时也将使生产传统汽车材料的原材料需求下降，利润也将逐渐下降。面对这种趋势，陶氏与道康宁、杜邦合并后仍将对这一领域的变化密切关注，并提供无人驾驶和材料一体化解决方案。日本三井也捕捉到了这种市场发展变化的趋势，在无人驾驶技术方面，三井化学通过自己生产汽车，自己摸索来判断未来无人驾驶技术的需求，再来研究适合无人驾驶技术发展需求的汽车材料，比如纤维增强复合材料，力争在未来无人驾驶技术全面普及的时代，仍然能够抢占汽车零部件和结构件材料生产的先机。

　　4、先进高分子材料以及复合材料

　　亨斯迈公司研发的特种环氧树脂。包括用于印刷线路板的特种环氧树脂，用于涂料和粘合剂的特种环氧树脂，该涂料和粘合剂广泛应用于铺设地板砖、建筑、零件制成、工业粘合剂和海上运输系统等领域。在复合材料方面，开发环氧树脂、双马来酰亚胺、苯并噁嗪为基础的新型复合材料配方，应用于新一代波音787“梦想”客机等。

　　三井化学生产的无纺布材料，大量应用于医疗保健行业，主要产品有尿不湿、医用防护服等。通过纺粘和熔喷技术，将无纺布织得更细致，可生产高阻隔性医疗用无纺布（如手术台布、围帘、口罩、防护服、手套等）。

　　（二）专用化学品方面

　　美、日跨国公司在功能性化学品方面具有很强的优势。拥有的高端化学品技术有：

　　聚醚胺，拥有特殊性能，在风能、聚合物改性、气体处理、燃料与润滑添加剂、过程用化学品等领域有着广泛应用。

　　表面活性剂，可广泛应用于洗衣洗碗剂、硬表面清洁剂、洗液、乳膏、沐浴露和洗发水等。还可用于除草剂和杀虫剂施用系统的分散剂和乳化剂。

　　顺丁烯二酸酐，广泛应用于不饱和聚酯树脂、油料添加剂、食品等领域。

　　纺织印染化学品，用于服装纺织行业的染料与特种化学品。

　　色素与添加剂，用于漆料、涂料、造纸与塑料增白的二氧化钛，用于漆料、涂料与塑料上色的氧化金属等。

　　（三）新工艺技术

　　1、石油炼制

　　在炼油方面，KBR公司以及UOP公司都拥有或正在研发一批新工艺技术。

　　在重油加工方面，KBR拥有重油、渣油超级溶剂脱沥青技术。该技术可以更加节能、更加高效的处理渣油物流体中仍残留的大量有用的石油成分，以提高转化率。根据原油品质和产品需求，既可生产汽油和柴油，也可生产润滑油和基础油，还可生产道路沥青、阳极焦和燃料油。UOP拥有重油（渣油）改质技术（VCC技术）。即悬浮床加氢技术。油品转化率可达95%，柴油选择性很高，产品可直接销售，达到欧V标准。

　　在烷基化技术方面，KBR开发了固体酸烷基化技术。主要应对来自辛烷值的挑战，经过加氢处理降低含硫量的同时，也降低了辛烷值，通过烷基化或异构化，可以提高辛烷值。该技术加工汽油比传统技术辛烷值可提高1个单位，硫含量小于10PPm。采用分子筛催化剂（不含贵金属），催化剂寿命为5年。UOP开发了离子液体烷基化工艺（ISOALKY）。该工艺比传统的氢氟酸/硫酸工艺产品品质要好，由于离子液体没有挥发性，不会产生污染。同时，催化剂补偿量少，可以再生，减少成本。

　　在异构化技术方面。KBR技术具有更低的建造成本、较低的占地面积、低的能耗和生产高质量的异构化油品，可用于对现有装置的改造。UOP公司也开发了轻石脑油异构化技术。此项技术针对中国成品油国五标准，产品直接对接国五标准，同时不用添加更多的甲基叔丁基醚（MTBE）。

　　另外，KBR还开发了进料更加灵活、收率更大的丙烯生产技术，该技术加工处理轻质烯烃、烷烃或其混合组分，在提高丙烯收率的同时还可副产乙烯和芳烃汽油。

　　UOP新一代加氢催化剂。这种高性能催化剂非常完美的示范了在原子尺度上，可以定制化生产特定结构和特性控制的催化剂产品，高性能活性是结合先进的材料支持得以实现的。

　　UOP催化裂化配套生物质快速裂解技术。可以提供成本更低的清洁燃料。目前已经有小型工厂投产，需要进一步应用到更大规模的炼厂。

　　2、现代煤化工

　　KBR公司还致力于现代煤化工技术研发，拥有为低阶煤炭（褐煤）开发的TRIG气化技术。

　　该技术由美国能源部、南方公司和KBR联合开发，最初主要针对电力行业。采取空气催化方式，这样比氧气催化更有优势。TRIG气化技术具有四大优势：　　原料优势。可以处理粗糙颗粒，含水量高达20%的煤炭。单炉日处理量达到5000吨，而且无需备用炉。能源效率高。由于可接受原料中不超过20%的水分和可处理更大的煤颗粒，所以只需部分煤干燥，而且无需将煤磨细。废热在合成气冷却器中回收，高压过热蒸汽可用于发电。环境污染小。该工艺无需水煤浆进料、无”黑水”，同时煤焦油的产生也非常少。操作简单。由于采用气动进料系统，没有烧嘴，而且依靠固体循环气动系统，没有移动部件，熔渣非常少，因此腐蚀和堵塞的可能性更低。

　　基于先进的TRIG气化技术建设的目前世界上最大规模的IGCC和CCUS结合的煤炭项目，位于密西西比州肯珀郡，该项目IGCC部分已于2016年7月成功产出第一股合成气，今年前三个月，两台气化炉同时操作，气化炉负荷达到100%，气化压力小于4.5MPa，有效合成气成分占比33～35%，两台燃烧涡轮机用合成气发电，目前工厂总能效已经达到70%。

　　（四）超前技术理念

　　1、智能工厂

　　霍尼韦尔公司是全球领先的多元化、高科技的先进制造企业，尤其在自动化过程控制和现场仪器仪表、交钥匙项目和服务、优化软件和工业网络安全、集成安全保护解决方案、工业物联网解决方案等方面具有领先优势，已经拥有引领全球自动化控制领域40多年的巨大优势。

　　（1）“物联工厂技术”。即基于霍尼韦尔的系统控制技术，建设一种由过程连接、设备连接、人员连接三者结合的物联工厂。霍尼韦尔借助先进的数字技术和移动互联技术，把工厂内的所有装置和设备以及管道等都安装了数据终端，同时在工厂装置操作或者巡视的员工身上也配套了数据终端，这种数据终端甚至可以随时记录人员的生命体征指标（如心率、呼吸频率等）和行动路线，并把所有信息数字化后，通过移动互联网上传到“云平台”，这种“云平台”可以在中央控制室，也可以在“云平台”上搭建的虚拟工厂。这种物联工厂将成为下一步建立智能工厂的重要基础。

　　（2）新一代分布式控制系统（DCS）。这种控制系统保留了原来的操作优势，还集成了目前普遍使用的移动互联技术和设备。比如，他们集成了目前在手机和平板电脑上被广泛使用的触摸屏技术。之所以开发这一技术，是因为他们发现操作员的年龄日趋年轻化。同时霍尼韦尔还把控制系统复制到移动平板电脑上，可以由现场操作工人随身携带，实时控制（当然这意味着不同的使用权限）。他们希望操作系统更能贴近年轻人，贴近他们的生活，让控制系统更加人性化和生活化。同时，在此技术上还开发了管理者使用的更加可视化的管理系统，更加适合远程随时观察、处理、沟通和调取现场数据。

　　通过先进的控制系统和管理系统，让物联工厂开始为专家团队和决策团队提供更多有效的信息和数据，这些专家和决策者更多的时间并不在工厂现场，甚至也许在地球的另一端。专家和决策者通过他们的经验和决策，调整工厂的生产装置，处理和解决生产运营中的问题，让人与工厂更加深度的融合。

　　以上技术都是未来智能工厂的基础。未来的智能工厂应该是基于这样的物联工厂和控制管理系统的结合，由这些基础体系提供海量的数据，即所谓“大数据”，然后计算机将这些大数据整理归类，提供多种解决方案，最终让专家或者决策者选择“是”或者“否”，要让工厂像人一样学会最基本的思考和辨识。

　　我们传统行业要高度重视同大数据、“互联网+”的结合，大数据时代将会对我们熟悉的流水线、标准化、规模化，生产管理、成本管理、安全管理带来一系列深刻的变化。过去，我们把人变成机器，未来，我们会把机器变成人。对大数据、智能化时代的来临，我们无法拒绝，唯一的出路就是融合。我们必须要做好充分的准备，主动学习，主动拥抱，主动探索。大数据、智能化时代，是我们正在进入、需要重新定义，需要重新认识的一个未来新世界。

　　2、碳循环化学

　　跨国公司普遍十分重视人与自然的协调发展和可持续发展。德国赢创、科思创公司和日本三菱化学公司在解决全球气候变暖以及温室气体排放方面有着独特的思考。他们认为目前全球气候变暖，与大量排放的温室气体有密切关系，但是通过减少传统能源使用、控制部分产品产量、设置碳税和推广碳交易、降低生产能耗或减少二氧化碳直接排放等方式，并不能从根本上解决气候变暖问题。正确的方法应该是研究如何让现存的碳循环起来，在不排放多余碳的同时又不会影响人类的正常生产生活。日本三菱化学提出了“碳循环才是解决气候变暖的根本途径”的理念。根据这样一个理念，他们发挥了化学工业的学科优势和工业技术优势，正在研究开发“人造阳光”、“人工光合作用”以及“植物工厂”三大技术。他们正在利用他们开发的新一代有机材料的LED白色光源，通过调整配方，让其十分接近太阳光。“人工光合作用”，通过膜技术将水分解为氢气和氧气，再通过催化剂与二氧化碳反应，生产化学产品和燃料。他们还开发出一种全封闭的“植物工厂”技术。在一个封闭的集装箱式“工厂”内，通过LED光源提供人工阳光，通过模块化播种和种植，可以实现植物的连续收割。植物通过营养液吸收养分，“工厂”通过空气净化系统与外界相通，为植物提供空气。这些植物可以为人们提供全绿色无污染的蔬菜，也可以批量提供植物基工程塑料的原料。这三个过程既可以独立生产产品，又可以相互关联，这样就形成了一个比较完整的“碳循环”过程。

　　日本三菱化学公司开发的植物基工程塑料技术，首先是将由淀粉转化为葡萄糖、然后将葡萄糖转化为山梨糖醇，再转化为异山梨醇，最后形成聚合物单体。这种工程塑料不仅具备聚碳酸酯和丙烯酸基合成树脂的一切优点，而且还具备植物基可再生和光弹性系数低的特点，目前已经生产出汽车零部件，如铃木和马自达汽车已经开始使用。

　　（五）先进的研发设施和平台

　　为了拥有持续的核心竞争力，跨国公司都不惜斥巨资建立超强研发能力的研发中心，其研发中心均建有先进的研发设施和平台。

　　1、高强度的数据采集手段

　　我们重点参观的陶氏化学和UOP的研发中心都拥有高强度的数据采集手段。在陶氏化学的研发中心，我们参观了高通量实验室，看到了科研人员在机器人机械臂的协助下，可以在短时间内完成大量的化学实验，由于机器人可以24小时连续工作，同时实验室仪器与设备都是标准化产品，可以完美匹配，大大提高了试验效率和安全系数。一些药剂配制、测量称重、结构分析等操作全部由机器人完成，科研人员集中时间和精力进行技术分析和结果研究。

　　2、高水平的样本分析设备

　　在陶氏化学，我们参观流体流变分析实验室，通过高尖端的分析仪器对各种材料进行物理和化学性能测试分析，获得大量实验数据。分析科学实验室成立于1897年，配备了多台价值上百万美元的世界独一无二的顶级设备，如5000万倍电子显微镜（价值250多万美元）、C¹³核磁共振分析仪用于分析物质的组成、官能团、分子形态等指标，他们还不断地对试验仪器进行改装和优化。通过中心负责人了解到，研发中心有专门的机器人部门，与各个实验室沟通合作，共同制作、改装试验机械臂等自动化设备，不断完善试验手段，提高试验效率。

　　在UOP，拥有高水平的表征分析实验室。该实验室主要通过物理或化学方法对物质进行化学性质的分析、测试或鉴定，并阐明物质的化学特性。表征采用很多具体手段，包括各种显微、（紫外、可见、红外）光谱、电子光谱、质谱等；物质表征的特性包括元素组成（化学成分）、元素的化学环境（成键情况）、材料的晶体结构、材料的表面形态等都能准确、清晰、完整地表达出来。负责人向我们重点展示了一台“高分辨率电子共振扫描电镜”，分辨率高达5000万倍，可以用来分析催化剂的各种表征特点，包括有机物的分子量、官能团以及组成结构。目前，该仪器全球仅有10台，向我们展示的这台仪器已经经过UOP自己改装，增加了模拟反应条件单元，可以更加直观地收集反应环境下的试验数据。

　　在UOP的分析实验室里，负责人还向我们展示了一台核磁透视扫描电镜。该电镜放大倍率为1000万倍，全部在美国制造生产。通过这台电镜，可以非常清晰地看到催化剂的原子分布，可以用于分析催化剂原子的分布情况以及催化剂中毒或失活后的原因分析。通过对催化剂进行核磁共振分析获得切片影像数据，再通过计算机将数据进行可视化合成，最终看到原子级别的分布影像。

　　3、高效率的配方检测能力

　　微型反应设备和技术是跨国公司领先的一个重要领域。德国弗劳恩霍夫化学所就是世界领先的一个典型代表，他们可以将大型化工反应器设计生产成为一个十分微型的化工反应器，从各类不同类型的反应器设计到工艺制作、从化学刻蚀工艺到激光焊接技术、从催化剂印刷技术到尖端的高压密封工艺，他们给我们展示了一套套低成本，不同压力、不同工艺要求的微型反应设备，有些微型反应器制作的比工艺品还精致。他们将这些微型反应器，按照不同工艺要求组装成模块化装置，再将这些模块化装置形成一体化的集装箱式工厂，他们运用这些微型反应器，深入开展分子结构研究，触煤全生命周期研究和系统集成测试研究。他们将这些微型仿真技术应用到航空工业、化学工业、医药工业和消费工业中，这些微型反应器同计算机软件开发紧密结合成一体，不仅大大降低了研究成本，大大加快了化学反应效率，而且还从整体上大大提升了化学反应的可靠性和优化方案的选择性。我们看到他们的试验装置，在机械手的操纵下，可以迅速完成几万个配方，上万种配比的优化选择。还可以完成从-270℃到1100℃温度条件下的反应控制和试验。我们参观归来，简直不相信我们访问的是一个化学技术研究院，简直就像考察一个机械制造研究所。

　　4、高速度的技术转化能力

　　在UOP我们非常难得的看到了中试车间（工程放大实验室），感叹于这家技术公司高超的技术转化能力。这个面积不大的实验室包括了150多套中试装置，全部都是微反应器，反应条件完全是工厂生产的实际条件，如果条件允许，也可以直接进行工业化生产。在这个中试实验室里，研究人员每天可以收集超过10亿组分析数据，为大规模工厂生产做好充分的准备工作。　　

　　我们参观了UOP的膜工艺实验室。这里主要展示了UOP研发的新一代气体分离膜产品及生产技术。新一代气体分离膜主要用于天然气脱硫化氢和杂质的净化工艺。该膜组件可以进行大规模列装，而且分离效果很好，这种膜理论使用年限是3年，但目前从客户实际使用的年限看基本都在5年以上。负责人还让我们近距离观看了膜的生产工艺，这种膜的颜色像蜂蜜，也像蜂蜜一样粘稠，通过刮刀将膜均匀地涂抹在以涤纶为主的基础材料表面，经过处理后加工成型。