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浅谈聚丙烯生产工艺技术与市场分析

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[摘要]本文综述了国内聚丙烯主要生产工艺技术概况和特点,分析了聚丙烯的应用、国内产能产量、供需现状及未来预测。

[关键词]聚丙烯;生产工艺;市场分析

聚丙烯(PP)以丙烯为原料,是世界上五大通用热塑性合成树脂之一,在各种长、短丙纶纤维生产上得到广泛应用,产品主要有聚丙烯编织袋、打包袋、注塑制品等,这些产品应用于生产电器、电讯、灯饰、照明设备及电视机的阻燃零部件,近几年在医疗领域也有较普遍的应用。本文介绍了我国聚丙烯生产所采用的工艺技术和特点,分析了国内聚丙烯的市场应用、产量及开工率、供需平衡及未来预测。

1生产工艺技术概况及特点

聚丙烯的生产方法主要有液体本体法和气体本体法。聚丙烯主要工艺技术[1](图1)和国内聚丙烯装置(2018年)工艺技术一览表(表1)如下:以上各种工艺技术中,环管反应器是最好的聚丙烯均聚物生产工艺技术,而流化床反应器是一种灵活性较大的聚丙烯共聚技术。所以,不论从装置数量还是生产能力上,Spheripol工艺和中石化ST环管法工艺都占有绝对优势,至2018年已达到62套,生产能力已达1068.5万吨/年,占全国生产能力的43.6%。以Unipol、Novolen、Innovene聚丙烯工艺为代表的气相法工艺近10年来发展很快;三井化学的Hypol工艺由于不能满足大型化的装置规模要求,且投资成本较高,近几年己无人问津。近年来,聚丙烯工艺和新建装置向经济性、大型化、产品高性能化方向发展,依靠催化剂技术的进步和设备制造能力的提高,大部分新建装置的单线产能都在30万吨/年~50万吨/年,大大提高了装置的经济性。在产品技术方面,都在大力开发生产高附加值、高性能的新产品。

1.1Spheripol工艺特点

Spheripol工艺LyondellBasell是应用最广泛的聚丙烯工艺技术。在其基础上还派生出ST环管、ExxonMobil工艺、Hypol-Ⅱ环管工艺等,Spheripol工艺采用环管反应器串联气相反应器生产聚丙烯无规共聚物和均聚物,再串联一个或两个气相反应器生产抗冲共聚物。均聚反应采用液相环管反应器。浆液浓度高(>50%wt)。反应器的单程转化率高,达到50%~65%。多相共聚采用气相法密相流化床反应器。其催化剂的粒径大而且圆,所生成的聚合物颗粒大(粒径2mm左右)且粒径分布窄,颗粒呈球形,流动性好,堆积密度高(450kg/m3)。反应器时-空产率可达80kgEPR/(h•m3),容积利用率接近50%。采用一个气相反应器系统可以生产乙烯含量在8%~12%wt的抗冲共聚物[2]。

1.2Novolen工艺特点

Novolen工艺是由BASF公司开发成功的。Novolen气相工艺采用带双螺带搅拌立式反应器,此反应器能使PTK催化剂在气相聚合的单体中分布均匀,使每个聚合物颗粒保持一定的钛/铝/给电子体的比例。聚合反应器的撤热方式是靠丙烯气的循环。液态丙烯用泵打入反应器,通过丙烯的汽化吸收一部分聚合反应热,未反应的气态丙烯用水冷凝后使其液化,再用泵打回反应器使用。Novolen工艺可生产范围广泛的各种聚丙烯产品,产品熔体指数范围为0.2~100g/10min,产品的等规指数为90%~99%,拉伸模量最高可以达到2400MPa。Novolen工艺两个反应器的装置可以设计成“可切换”的模式,即两个反应器可串联生产抗冲共聚物,也可并联操作生产均聚物和无规物[3]。

1.3Unipol工艺特点

Unipol工艺是联碳公司和壳牌公司在20世纪80年代中期联合开发的一种气相流化床PP工艺,是将应用在聚乙烯生产中的流化床工艺移植到PP生产中的工艺。该工艺只需要用一台流化床主反应器就可生产均聚物和无规共聚物产品,可在较大范围内调节操作条件而使产品性能保持均一。该工艺另外一个显著特点是可以配合超冷凝态操作,即所谓的超冷凝态气相流化床工艺(SCM)。由于超冷凝操作能够最有效地移走反应热,能使反应器在体积不增加的情况下提高很大的生产能力,如通过将反应器内液相的比例提高到45%,可使现有的生产能力提高200%。Unipol工艺还开发了SHAC催化剂ADT系统,通过SHAC催化剂和给均聚物产品的MFR为0.2~35g/10min;对于无规共聚产品,工业化生产的产品牌号中乙烯含量在0.5%~5.5%(质量分数),最高乙烯含量为7%。Unipol工艺采用两台串联反应器系统生产的抗冲共聚产品的MFR分子量分布很宽。商业化生产的抗冲击共聚物乙烯含量最高达21%,橡胶相含量为35%[4]。

1.4Spherizone工艺特点

最近10年来聚丙烯工艺技术最主要的进展就是Spherizone工艺的商业化。采用多区循环反应器(MZCR)技术的Spherizone工艺,将一个反应器分成可以独立控制反应条件的两个反应区域,反应温度、氢气浓度、单体浓度可以分别控制,逐步增长的聚合物颗粒在两个反应区域内快速多次循环,实现聚合物颗粒内类似“洋葱”状的均匀混合。只用一个MZCR反应器就可生产质量更加均一,分子量分布很窄到很宽的均聚物产品,综合性能比传统产品更好的无规共聚物产品,以及一些全新的多相聚合物。Spherizone工艺大大拓展了聚丙烯产品的性能范围。采用Spherizone工艺能够生产高质量的产品,包括全部聚丙烯常规牌号和部分特殊产品牌号。这一方面源于多区循环反应器独一无二的设计,另一关键因素是Basell所提供的高收率、高选择性Avant催化剂。该催化剂可生产均聚物,无规、三元、非均相抗冲等共聚物产品。

2国内聚丙烯的市场分析

2.1市场应用

聚丙烯因成本低、综合性能好、对环境友好等特点,近年来对其他塑料的替代发展很快,包括在交通和家电领域使用的ABS,在地毯面纱和无纺布中使用的尼龙,在硬包装、薄膜和电缆中使用的PE,在硬包装和家电中使用的PS,在薄膜和医疗用品中使用的PVC[5]。与环保相关的另一个优势就是在汽车、家电等耐用消费品中尽可能多的使用PP,替代对环境友好度不如PP的其他材料。

2.2需求结构

2017年全球聚丙烯需求结构较为稳定,以注塑、薄膜及拉丝货物为主。注塑与薄膜继续以33%和24%的占比排名前两位,以塑编为主的拉丝稳定在第三位,占比19%。在国内聚丙烯需求结构中,拉丝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国内聚丙烯产量、开工率分析及未来预测

2013~2017年,国内聚丙烯产量增长主要得益于产能扩张,期间产能产量平均增速分别是12.91%和10.95%。其中2014年当年扩能340万吨直接拉低当年开工率,而随着2015年聚丙烯扩能步伐放缓,加之生产企业利润攀升刺激厂家开工积极性,开工率升至五年来高位95.06%。低油价带来的可观利润促使石化企业近两年维持88%以上的高负荷开工,但随着国内产能继续高速扩张以及新装置投产后不能维持稳定生产,预计未来几年,石化企业平均负荷将有所下移。2013~2017年国内聚丙烯产量及开工率分析见图2。未来五年国内聚丙烯产量增长,依然来源于产能扩张贡献,但由于新装置不稳定及落后产能淘汰增加,行业开工率增长缓慢并低于90%。2018~2022年,预计国内聚丙烯产能平均增长率在8.54%左右,产量增长率在8.55%左右,产量增速快于产能增速使得开工率有所上升,未来国内聚丙烯市场供需格局改善,甚至供应略小于需求并有望对行情形成支撑。2018~2022年国内聚丙烯产量及开工率预测见图3。 

2.4国内聚丙烯市场供需平衡及未来预测

国内聚丙烯产能近几年保持增长态势。新产能的增加以煤化工为主。2017年总产能达到2158万吨,较2016年增长9.93%。因PP生产企业利润较好,除装置检修外,大部分装置都能维持正常生产。2017年聚丙烯进口量基本维持2016年水平,随着国内产量的不断增加以及石化企业产品不断升级,聚丙烯对进口料依赖度降低。2013~2017年国内聚丙烯市场供需平衡见表2。未来五年国内聚丙烯产量增长,依然来源于产能扩张贡献,但由于新装置不稳定及落后产能淘汰增加,行业开工率增长缓慢并低于90%。2018~2022年,预计国内聚丙烯产能平均增长率在8.54%左右,产量增长率在8.55%左右,产量增速快于产能增速使得开工率有所上升,未来国内聚丙烯市场供需格局改善,甚至供应略小于需求并有望对行情形成支撑。2018~2022年国内聚丙烯市场供需平衡预测见表3。

3结束语

目前国内的大型聚丙烯生产装置大多采用国外生产工艺技术和催化剂,我国应加快关键设备的大型化研究和消化吸收应用国外生产工艺技术,提高装置的生产能力和降低装置能耗,开发高性能、高附加值的PP产品,提升聚丙烯产品国产技术的竞争力。

参考文献

[1]沙裕.聚丙烯工艺技术进展[J].化学工业与工程,2010,27(5):465-470.

[2]谭捷等.国内聚丙烯生产工艺技术现状及市场分析[J].弹性体,2016(1):65-70.

[3]宁英勇.气相聚丙烯生产技术进展[J].化工进展,2010,29(12):2221-2223.

[4]付义,王鹏,赵成才,等.聚丙烯生产工艺技术进展[J].高分子通报,2012,25(4):139-148.

[5]胡廷芳.聚丙烯工艺技术进展及其国内应用情况[J].化学工业与工程技术,2013,34(4):21-26.

作者:李晓莲 单位:漳州市九龙江集团漳州片仔癀资产经营有限公司总工办

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