淺談聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)與市場分析范文

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[摘要]本文綜述了國內(nèi)聚丙烯主要生產(chǎn)工藝技術(shù)概況和特點(diǎn)，分析了聚丙烯的應(yīng)用、國內(nèi)產(chǎn)能產(chǎn)量、供需現(xiàn)狀及未來預(yù)測。

[關(guān)鍵詞]聚丙烯；生產(chǎn)工藝；市場分析

聚丙烯(PP)以丙烯為原料，是世界上五大通用熱塑性合成樹脂之一，在各種長、短丙綸纖維生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品主要有聚丙烯編織袋、打包袋、注塑制品等，這些產(chǎn)品應(yīng)用于生產(chǎn)電器、電訊、燈飾、照明設(shè)備及電視機(jī)的阻燃零部件，近幾年在醫(yī)療領(lǐng)域也有較普遍的應(yīng)用。本文介紹了我國聚丙烯生產(chǎn)所采用的工藝技術(shù)和特點(diǎn)，分析了國內(nèi)聚丙烯的市場應(yīng)用、產(chǎn)量及開工率、供需平衡及未來預(yù)測。

1生產(chǎn)工藝技術(shù)概況及特點(diǎn)

聚丙烯的生產(chǎn)方法主要有液體本體法和氣體本體法。聚丙烯主要工藝技術(shù)[1](圖1)和國內(nèi)聚丙烯裝置(2018年)工藝技術(shù)一覽表(表1)如下：以上各種工藝技術(shù)中,環(huán)管反應(yīng)器是最好的聚丙烯均聚物生產(chǎn)工藝技術(shù)，而流化床反應(yīng)器是一種靈活性較大的聚丙烯共聚技術(shù)。所以，不論從裝置數(shù)量還是生產(chǎn)能力上，Spheripol工藝和中石化ST環(huán)管法工藝都占有絕對優(yōu)勢，至2018年已達(dá)到62套，生產(chǎn)能力已達(dá)1068.5萬噸/年，占全國生產(chǎn)能力的43.6%。以Unipol、Novolen、Innovene聚丙烯工藝為代表的氣相法工藝近10年來發(fā)展很快；三井化學(xué)的Hypol工藝由于不能滿足大型化的裝置規(guī)模要求，且投資成本較高，近幾年己無人問津。近年來，聚丙烯工藝和新建裝置向經(jīng)濟(jì)性、大型化、產(chǎn)品高性能化方向發(fā)展，依靠催化劑技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)備制造能力的提高，大部分新建裝置的單線產(chǎn)能都在30萬噸/年～50萬噸/年，大大提高了裝置的經(jīng)濟(jì)性。在產(chǎn)品技術(shù)方面，都在大力開發(fā)生產(chǎn)高附加值、高性能的新產(chǎn)品。

1.1Spheripol工藝特點(diǎn)

Spheripol工藝LyondellBasell是應(yīng)用最廣泛的聚丙烯工藝技術(shù)。在其基礎(chǔ)上還派生出ST環(huán)管、ExxonMobil工藝、Hypol-Ⅱ環(huán)管工藝等，Spheripol工藝采用環(huán)管反應(yīng)器串聯(lián)氣相反應(yīng)器生產(chǎn)聚丙烯無規(guī)共聚物和均聚物，再串聯(lián)一個(gè)或兩個(gè)氣相反應(yīng)器生產(chǎn)抗沖共聚物。均聚反應(yīng)采用液相環(huán)管反應(yīng)器。漿液濃度高(＞50%wt)。反應(yīng)器的單程轉(zhuǎn)化率高，達(dá)到50%~65%。多相共聚采用氣相法密相流化床反應(yīng)器。其催化劑的粒徑大而且圓，所生成的聚合物顆粒大(粒徑2mm左右)且粒徑分布窄，顆粒呈球形，流動性好，堆積密度高(450kg/m3)。反應(yīng)器時(shí)-空產(chǎn)率可達(dá)80kgEPR/(h•m3)，容積利用率接近50%。采用一個(gè)氣相反應(yīng)器系統(tǒng)可以生產(chǎn)乙烯含量在8%~12%wt的抗沖共聚物[2]。

1.2Novolen工藝特點(diǎn)

Novolen工藝是由BASF公司開發(fā)成功的。Novolen氣相工藝采用帶雙螺帶攪拌立式反應(yīng)器，此反應(yīng)器能使PTK催化劑在氣相聚合的單體中分布均勻，使每個(gè)聚合物顆粒保持一定的鈦/鋁/給電子體的比例。聚合反應(yīng)器的撤熱方式是靠丙烯氣的循環(huán)。液態(tài)丙烯用泵打入反應(yīng)器，通過丙烯的汽化吸收一部分聚合反應(yīng)熱，未反應(yīng)的氣態(tài)丙烯用水冷凝后使其液化，再用泵打回反應(yīng)器使用。Novolen工藝可生產(chǎn)范圍廣泛的各種聚丙烯產(chǎn)品，產(chǎn)品熔體指數(shù)范圍為0.2~100g/10min，產(chǎn)品的等規(guī)指數(shù)為90%~99%，拉伸模量最高可以達(dá)到2400MPa。Novolen工藝兩個(gè)反應(yīng)器的裝置可以設(shè)計(jì)成“可切換”的模式，即兩個(gè)反應(yīng)器可串聯(lián)生產(chǎn)抗沖共聚物，也可并聯(lián)操作生產(chǎn)均聚物和無規(guī)物[3]。

1.3Unipol工藝特點(diǎn)

Unipol工藝是聯(lián)碳公司和殼牌公司在20世紀(jì)80年代中期聯(lián)合開發(fā)的一種氣相流化床PP工藝，是將應(yīng)用在聚乙烯生產(chǎn)中的流化床工藝移植到PP生產(chǎn)中的工藝。該工藝只需要用一臺流化床主反應(yīng)器就可生產(chǎn)均聚物和無規(guī)共聚物產(chǎn)品，可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)操作條件而使產(chǎn)品性能保持均一。該工藝另外一個(gè)顯著特點(diǎn)是可以配合超冷凝態(tài)操作，即所謂的超冷凝態(tài)氣相流化床工藝(SCM)。由于超冷凝操作能夠最有效地移走反應(yīng)熱，能使反應(yīng)器在體積不增加的情況下提高很大的生產(chǎn)能力，如通過將反應(yīng)器內(nèi)液相的比例提高到45%，可使現(xiàn)有的生產(chǎn)能力提高200%。Unipol工藝還開發(fā)了SHAC催化劑ADT系統(tǒng)，通過SHAC催化劑和給均聚物產(chǎn)品的MFR為0.2~35g/10min；對于無規(guī)共聚產(chǎn)品，工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品牌號中乙烯含量在0.5%~5.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，最高乙烯含量為7%。Unipol工藝采用兩臺串聯(lián)反應(yīng)器系統(tǒng)生產(chǎn)的抗沖共聚產(chǎn)品的MFR分子量分布很寬。商業(yè)化生產(chǎn)的抗沖擊共聚物乙烯含量最高達(dá)21%，橡膠相含量為35%[4]。

1.4Spherizone工藝特點(diǎn)

最近10年來聚丙烯工藝技術(shù)最主要的進(jìn)展就是Spherizone工藝的商業(yè)化。采用多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器(MZCR)技術(shù)的Spherizone工藝，將一個(gè)反應(yīng)器分成可以獨(dú)立控制反應(yīng)條件的兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域，反應(yīng)溫度、氫氣濃度、單體濃度可以分別控制，逐步增長的聚合物顆粒在兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)快速多次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)聚合物顆粒內(nèi)類似“洋蔥”狀的均勻混合。只用一個(gè)MZCR反應(yīng)器就可生產(chǎn)質(zhì)量更加均一，分子量分布很窄到很寬的均聚物產(chǎn)品，綜合性能比傳統(tǒng)產(chǎn)品更好的無規(guī)共聚物產(chǎn)品，以及一些全新的多相聚合物。Spherizone工藝大大拓展了聚丙烯產(chǎn)品的性能范圍。采用Spherizone工藝能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，包括全部聚丙烯常規(guī)牌號和部分特殊產(chǎn)品牌號。這一方面源于多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器獨(dú)一無二的設(shè)計(jì)，另一關(guān)鍵因素是Basell所提供的高收率、高選擇性Avant催化劑。該催化劑可生產(chǎn)均聚物，無規(guī)、三元、非均相抗沖等共聚物產(chǎn)品。

2國內(nèi)聚丙烯的市場分析

2.1市場應(yīng)用

聚丙烯因成本低、綜合性能好、對環(huán)境友好等特點(diǎn)，近年來對其他塑料的替展很快，包括在交通和家電領(lǐng)域使用的ABS，在地毯面紗和無紡布中使用的尼龍，在硬包裝、薄膜和電纜中使用的PE，在硬包裝和家電中使用的PS，在薄膜和醫(yī)療用品中使用的PVC[5]。與環(huán)保相關(guān)的另一個(gè)優(yōu)勢就是在汽車、家電等耐用消費(fèi)品中盡可能多的使用PP，替代對環(huán)境友好度不如PP的其他材料。

2.2需求結(jié)構(gòu)

2017年全球聚丙烯需求結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，以注塑、薄膜及拉絲貨物為主。注塑與薄膜繼續(xù)以33%和24%的占比排名前兩位，以塑編為主的拉絲穩(wěn)定在第三位，占比19%。在國內(nèi)聚丙烯需求結(jié)構(gòu)中，拉絲占比一直保持在首位，在33%左右，共聚注塑排名第二，在24%。

2.3國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)量、開工率分析及未來預(yù)測

2013~2017年，國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)量增長主要得益于產(chǎn)能擴(kuò)張，期間產(chǎn)能產(chǎn)量平均增速分別是12.91%和10.95%。其中2014年當(dāng)年擴(kuò)能340萬噸直接拉低當(dāng)年開工率，而隨著2015年聚丙烯擴(kuò)能步伐放緩，加之生產(chǎn)企業(yè)利潤攀升刺激廠家開工積極性，開工率升至五年來高位95.06%。低油價(jià)帶來的可觀利潤促使石化企業(yè)近兩年維持88%以上的高負(fù)荷開工，但隨著國內(nèi)產(chǎn)能繼續(xù)高速擴(kuò)張以及新裝置投產(chǎn)后不能維持穩(wěn)定生產(chǎn)，預(yù)計(jì)未來幾年，石化企業(yè)平均負(fù)荷將有所下移。2013~2017年國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)量及開工率分析見圖2。未來五年國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)量增長，依然來源于產(chǎn)能擴(kuò)張貢獻(xiàn)，但由于新裝置不穩(wěn)定及落后產(chǎn)能淘汰增加，行業(yè)開工率增長緩慢并低于90%。2018~2022年，預(yù)計(jì)國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)能平均增長率在8.54%左右，產(chǎn)量增長率在8.55%左右，產(chǎn)量增速快于產(chǎn)能增速使得開工率有所上升，未來國內(nèi)聚丙烯市場供需格局改善，甚至供應(yīng)略小于需求并有望對行情形成支撐。2018~2022年國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)量及開工率預(yù)測見圖3。 

2.4國內(nèi)聚丙烯市場供需平衡及未來預(yù)測

國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)能近幾年保持增長態(tài)勢。新產(chǎn)能的增加以煤化工為主。2017年總產(chǎn)能達(dá)到2158萬噸，較2016年增長9.93%。因PP生產(chǎn)企業(yè)利潤較好，除裝置檢修外，大部分裝置都能維持正常生產(chǎn)。2017年聚丙烯進(jìn)口量基本維持2016年水平，隨著國內(nèi)產(chǎn)量的不斷增加以及石化企業(yè)產(chǎn)品不斷升級，聚丙烯對進(jìn)口料依賴度降低。2013~2017年國內(nèi)聚丙烯市場供需平衡見表2。未來五年國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)量增長，依然來源于產(chǎn)能擴(kuò)張貢獻(xiàn)，但由于新裝置不穩(wěn)定及落后產(chǎn)能淘汰增加，行業(yè)開工率增長緩慢并低于90%。2018~2022年，預(yù)計(jì)國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)能平均增長率在8.54%左右，產(chǎn)量增長率在8.55%左右，產(chǎn)量增速快于產(chǎn)能增速使得開工率有所上升，未來國內(nèi)聚丙烯市場供需格局改善，甚至供應(yīng)略小于需求并有望對行情形成支撐。2018~2022年國內(nèi)聚丙烯市場供需平衡預(yù)測見表3。

3結(jié)束語

目前國內(nèi)的大型聚丙烯生產(chǎn)裝置大多采用國外生產(chǎn)工藝技術(shù)和催化劑，我國應(yīng)加快關(guān)鍵設(shè)備的大型化研究和消化吸收應(yīng)用國外生產(chǎn)工藝技術(shù)，提高裝置的生產(chǎn)能力和降低裝置能耗，開發(fā)高性能、高附加值的PP產(chǎn)品，提升聚丙烯產(chǎn)品國產(chǎn)技術(shù)的競爭力。

參考文獻(xiàn)

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[4]付義，王鵬，趙成才，等．聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)展[J]．高分子通報(bào)，2012，25(4)：139-148．

[5]胡廷芳．聚丙烯工藝技術(shù)進(jìn)展及其國內(nèi)應(yīng)用情況[J]．化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2013，34(4)：21-26．

作者：李曉蓮 單位：漳州市九龍江集團(tuán)漳州片仔癀資產(chǎn)經(jīng)營有限公司總工辦