树脂通常是指受热后有软化或熔融范围,软化时在外力作用下有流动倾向,常温下是固态、半固态,有时也可以是液态的有机聚合物。广义地讲,可以作为塑料制品加工原料的任何高分子化合物都称为树脂。
中国合成树脂工业不论生产规模还是消费市场都非常大,2014年中国合成树脂总产量达到6950.7万吨。其中,聚乙烯1336.6万吨,同比增长13.8%;聚丙烯1373.9万吨,同比增长10.2%;聚氯乙烯1629.6万吨,增长6.5%,聚苯乙烯烯211.4万吨,增长0.5%;ABS产量267.4万吨,增长10%;上述五大通用树脂总产量占全部合成树脂总量的69.3%,2014年中国合成树脂行业实现主营收入8523.4亿元,比上年增长6.7%,创下行业发展的历史新高。
2015年上半年我国合成树脂行业销售收入为3980.13亿元,较上年同期下降0.84%。2015年上半年行业利润总额为163.33亿元,较上年同期增长44.4%。
2015年上半年我国合成树脂行业规模总资产达到8160.29亿元,较上年同期增长8.68%。行业总产值为4298.30亿元,较上年同期下降0.1%。
2010-2015年上半年我国合成树脂行业资产走势图
合成树脂工业现状及发展趋势
一、国内高端产品需求增长
根据现在已进行和宣布的乙烯项目,预计到2010年我国乙烯生产能力将达到2000万吨左右,预计届时我国合成树脂生产能力将达到4000万吨左右。按2005~2010年塑料表观消费量为年均5%计,2010年我国合成树脂表观消费量将达4900万吨左右,国内产品可满足需求量的80%左右,明显高于现在国产树脂的市场占有率。中东和周边国家大量针对中国市场的建设项目那时将大量投产,预计中国合成树脂工业将面临更大挑战。
中国的汽车工业也是加工机械和塑料的主要出路,轻型车的生产预计将从2005年的400万辆增长到2012年的700万辆。减轻汽车自身的重量是降低汽车排放,提高燃烧效率的最有效措施之一,汽车的自重每减少10%,燃油的消耗可降低6%~8%。北美每辆轻型车平均含有152kg的塑料和复合材料,这个数量比2000年提高了17%,比1990年提高了60%。每千克塑料可以替代2~3kg钢等更重的材料。轻型车约占一些树脂,如聚酰胺、聚丙烯、聚氨酯和其他工程塑料总合需求量的30%以上。轻型车市场占聚乙烯缩丁醛总需求量的85%,这种聚合物用于汽车玻璃的中间层。增加塑料类材料在汽车中的使用量,成为降低整车成本及其重量,增加汽车有效载荷的关键。在我国,塑料件约占汽车自重的7%~10%。我国汽车用塑料的品种按用量排列依次为聚丙烯,聚氯乙烯,聚氨酯,不饱和树脂,ABS,酚醛,聚乙烯,聚酰胺,聚碳酸酯和复合材料。
塑料管材在我国建筑业中应用越来越广,据预测,“十一五"期间,平均每年塑料管材用量将超过200万吨,主要以聚乙烯和聚氯乙烯管材为主,也包括聚丙烯管材。2010年塑料管材在全国建筑和市政工程领域各类管材中市场占有率计划达到60%以上,其中建筑给水管道80%采用塑料管,建筑排水管道80%采用塑料管,建筑雨水排水管道70%采用塑料管,建筑电线穿线护套管90%采用塑料管,城镇供水管道70%采用塑料管,城镇排水管道50%采用塑料管,城镇燃气管道60%采用塑料管。
二、竞争加剧,聚烯烃工艺技术进一步完善
世界合成树脂工业面临来自中东低成本产品的竞争,为应对竞争,世界大型树脂生产公司正在将资产向低成本原料的中东地区配置;建设世界级大规模生产装置,充分利用规模效益;采用更先进的催化剂、工艺技术和更先进的计算机控制、优化及管理方案。重组和合并也是树脂生产公司的重要选项,目的是实现规模经济及共享公用工程和后勤服务等资源。聚烯烃技术虽然已趋于成熟,但成熟的技术仍在进一步完善,同时也还有新产品不断产生。
当前技术发展趋势可总结为以下几个方面:
1、大型化
世界著名聚烯烃生产公司——UNIVATION公司Unipol聚乙烯装置最大的单线能力目前是53万吨/年,单线能力为60万吨/年的装置也能提供,可能不只用一台挤出造粒机。北欧Borealis公司BORSTAR聚乙烯工艺的单线最大能力目前已达到35万吨/年,最大能力受造粒系统的限制。现该公司正在计划将单线生产能力放大到54万吨/年,但要用两台造粒挤出机。
2、继续开发聚烯烃催化剂
1)聚乙烯催化剂
大型聚烯烃生产公司继续开发先进的催化剂系统,以提高原有产品的生产效率和开发新产品。Univation的催化剂装置已经扩大,增加了生产茂金属催化剂和双峰HDPE催化剂的能力。PRODIGY双峰HDPE系列催化剂,包括用于生产高分子量双峰薄膜和PE-100管材的BMC系列。
2)聚丙烯催化剂
巴塞尔公司开发的丙烯聚合AVANT齐格勒-纳塔(Z-N)催化剂系列包括:用邻苯二酸酯作内给电子体的第四代催化剂和用二醚类作内给电子体的第五代催化剂。这种催化剂收率高,可生产窄分子量分布的树脂,目的应用是专用纤维和薄壁注塑制品。AVANTZ-N催化剂还包括用琥珀酸酯作内给电子体的第五代催化剂。用这种催化剂可生产分子量分布较宽,具有良好刚性和抗冲击强度平衡的产品,目的应用是管材、BOPP薄膜和注塑制品。
3)高通量催化剂筛选技术
4)生产嵌段共聚物的链穿梭剂技术
陶氏化学公司的一组研究人员发现通过鉴别对单体选择性明显不同的一对催化剂,使正在增长着的聚合物链在一种连续工艺中前后传递,可以制得一些嵌段共聚物。这种链穿梭聚合使用了普通的聚合物链转移剂二乙基锌,预计可首次以工业化可行的规模定制烯烃嵌段共聚物。
3、继续开发双峰树脂
Univation公司已工业化生产了第一个用单个反应器生产双峰HDPE薄膜的催化剂—ProdigyBMC-100。催化剂估计是用混合催化剂或混合载体方法制得的。生产PE-100管材的BMC-200催化剂于2006年实现工业化。用BMC-100生产的薄膜具有很好的性能和加工性。Univation已在大规模的工业化装置中演示了这项技术,产品已提供给客户作市场评价。相对于现在用多个串联反应器的方法,这种单反应器双峰技术具有明显的成本优势。中试装置生产的树脂已达到高压PE-100管材的100年的ISO标准。最近报道,用一个反应器生产双峰树脂的催化剂系列将在俄罗斯的Tatarstan的装置进行工业化演示。拥有这套装置的Kazanorganosintez公司将安排生产Univation公司的单中心ProdigyBMC200生产管材树脂的催化剂和BMC100生产薄膜级树脂的催化剂。聚乙烯装置的总产量为50万吨/年,计划2007年投产。
4、多区反应器技术Basell开发的Spherizone多区反应器(MZCR)新工艺已在意大利16万吨/年的装置中实现了工业化。由于聚合物粒子在两个反应区内连续循环,制得的树脂产品有更好均匀性,MZCR工艺既具有一般气相法的优点,投资和能耗又低于气相流化床工艺,产品性能明显优于普通聚丙烯树脂。现在世界已有9套大规模的聚丙烯装置采用或计划采用Spherizone技术,9套装置中包括天津乙烯的新建聚丙烯装置。
5、聚烯烃嵌段共聚物
据美国“塑料工艺学”在线2006-8报道,陶氏化学公司的新型烯烃嵌段共聚物(OBCs)技术使用了分别可产生硬段和软段的两种催化剂。一种链穿梭剂将正在增长着的聚合物链在两种催化剂间相互传递,形成了一种嵌段共聚物。
目前虽然尚无工业化产品得到,但InfuseOBCs已经于2006年6月份在芝加哥的NEP塑料展览会上公开展示。据说,相对于陶氏化学公司用茂金属催化剂生产的Engage聚烯烃弹性体(POEs),提供了顾客要求的性能改进,POEs是一种乙烯-辛烯无规共聚物。这些改进包括,耐热性至少提高了40℃、加工速度更快、有更好的耐磨损性(这恰恰是POEs的弱项)以及在高温和低温条件下都有改进的压缩形变性。陶氏公司看到在热塑性聚烯烃中Engage作为抗冲改性剂的进一步发展机会,但Infuse作为热塑性弹性体成型和挤出树脂提供机会的范围似乎更宽。这些材料是用“后茂”催化剂,利用陶氏的Insite技术平台开发的。
6、工艺优化和计算机控制
Univation公司通过优化工艺和催化剂继续降低投资和操作成本,这些优化包括改进乙烯精制系统、使用高效UCAT-J催化剂及改进产品出料和造粒系统。
Univation工艺使用先进的计算机控制技术,提供控制和优化UNIPOL工艺的先进的工艺控制软件(APC+)。利用这一软件可以降低整体生产成本,最大化生产目的牌号,并保持装置高水平操作。UNIPOL的实际装置模拟软件用于培训操作人员。
三、看法和建议
1、我国合成树脂工业在国产化催化剂、工艺及装备开发等方面取得令人瞩目的成就。中石化上海利得公司、奥达公司和燕化高新公司开发的聚乙烯、聚丙烯催化剂不仅在国内大型工业化装置中大量使用,还都出口到国外。两套釜式浆液法HDPE装置、十多套环管聚丙烯装置和多套釜式本体聚丙烯装置都使用了国产化催化剂和工艺技术。茂名石化30万吨/年聚丙烯装置的核心设备——环管反应器已由国内制造。大型聚乙烯气相法技术也在开发之中。一些高附加值聚烯烃新产品,如高速拉伸的BOPP薄膜料、HDPE燃气管材料、透明聚丙烯料、汽车油箱料、洗衣机料、聚丙烯嵌段共聚物料、PP-R/PP-B管材料也都实现了大规模工业化生产,取得一定市场份额。
2、和国外先进水平相比,我国合成树脂工业仍存在一定差距。新建的合成树脂特大型装置不少还要依靠引进技术,为生产高端产品一些装置还必须购买国外的催化剂;国内一些高端产品数量不能满足市场需求,如国内棚膜用树脂牌号少,产量低,远不能满足功能棚膜生产需求,进口原料占50%左右;国产PP-R管材料与进口料比较还有一定差距,质量有待改进和提高。
3、今后应进一步加强自主创新能力,更好地消化吸收引进技术,更多生产中东装置不能生产的高端产品,千方百计降低生产成本,应对中东、周边国家和各大跨国公司合成树脂产品的竞争。