聚乙烯市場現狀分析及生產技術進展

郝 愛，馮普凌，張耀亨，齊永新，曹耀強，何 春

(1.中國石油蘭州石化公司 研究院，甘肅 蘭州 730060；2.中國石化北京北化院 燕山分院，北京 102500)

聚乙烯(PE)由于具有優異的電絕緣性、良好的耐化學性、很低的吸水性和突出的耐寒性，被廣泛用于薄膜、管材、容器、包裝袋、發泡制品、電線電纜、鋁塑復合板等制造領域。PE可分為高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和線性低密度聚乙烯(LLDPE)等。近幾年全球PE產能保持增長態勢，北美PE裝置開工率維持在90%的高位。未來幾年仍將是世界PE產能劇增期，分析和總結世界PE市場狀況和生產技術，對未來新建裝置的技術選擇有指導作用。

1 PE市場狀況分析

1.1 國外狀況

1.1.1 產能

近幾年，全球PE生產主要集中在亞洲、北美、西歐和中東。2010 年全球PE總產能約8 935萬t。其中，HDPE產能為2 980萬t，占總產能的33.4%；LDPE產能為2 145萬t，占總產能的24.0%；LLDPE(包括全密度PE)產能為3 810萬t，占總產能的42.6%。2014年，全球PE產能達到1.017億t/a，比2013年增長4%。未來幾年，北美、亞洲地區(包括中國和印度等)和中東地區在市場需求優勢和低成本原料優勢的帶動下，PE產能將迅猛劇增。

美國大量廉價頁巖氣的供應，使乙烯下游的PE生產具有較大的成本優勢，2015年或成為美國新建PE裝置的“井噴元年”，現已確認在美國有17套新建PE裝置，合計產能達810萬t/a。其中，一些新建項目2015年開始動工建設，預計將在2016年～2017年建成投產[1]。2015年中東地區的PE產能增長一倍多，達到2 260萬t/a，在全球所占的比例從2008年的13%增至2015年的19%，成為全球最大的PE生產地區。2015年北美地區新增30萬t的HDPE產能、20萬t的LDPE產能和20萬t的LLDPE產能，HDPE將占北美總產能的44%，LDPE占18%，LLDPE占38%，北美的PE開工率將在全球位居第一，達到85%～90%。Nova化學公司在2015年開始生產氣相法LLDPE樹脂，年產量達45.36萬t/a。2015年西歐新增HDPE100萬t、LLDPE70萬t產能。HDPE占歐洲PE總產能的46%，LDPE占34%，LLDPE占20%。預計2016年全球PE投產800萬t，總產能將達到約11 724.9萬t/a。

1.1.2 供需狀況

據2014年的美國休斯敦召開的HIS國際石化會議顯示，在2012年～2017年期間，全球PE需求以年均5%左右的速率增長。預計到2017年全球PE需求量將超過約1億t。由于來自新發現的天然氣供應，預計到2017年，將有約500萬t的PE新產能投放北美市場，全球新增的PE產能有望超過2 600萬t。全球PE消費主要集中在北美、亞洲和西歐地區。中東過剩的產能主要流向亞洲和西歐。2013年全球PE消費量約10 126.7萬t，其中LDPE消費量為1 900.7萬t；LLDPE消費量約為4 500萬t，增幅達21.62%；HDPE消費量為3 726萬t，增長638萬t，增幅為21.21%。據PE各產品細分市場預測分析，到2015年全球PE需求量將達到約8 602萬t，其中LLDPE增長最快。全球PE市場呈現供過于求的態勢。

1.2 國內狀況

1.2.1 產能

從2009年下半年起，我國PE進入了產能擴張高峰期，2010年產能達到1 057萬t。2012年，隨著中國石油大慶石化公司30萬t/aHDPE裝置、撫順石化公司35萬t/aHDPE裝置和45萬t/aLLDPE等幾套裝置的陸續投產，國內PE產能同比增長10.2%，其中HDPE、LDPE、LLDPE產能分別為483.6萬t/a、214.8萬t/a、492.7萬t/a。由于2012年我國PE新增產能大部分于下半年投產，市場需求低迷，使裝置開工率降低，從2011年的94.4%降低到90.3%；2012年，PE產量為1 075萬t。其中，HDPE產量為393.8萬t，LDPE產量為247.6萬t，LLDPE產量為433.6萬t。

目前國內PE生產商有25家，產量超過40萬t的有17家，最大的生產企業有獨山子、茂名、福建、大慶、賽科、蘭州、中沙天津、上海石化等。2014年國內新增PE產能150萬t,總產能達到1 516萬t/a，比2013年增長11.0%；2014年國內PE產量為1 285萬t，同比增長14%。其中LDPE205萬t，HDPE469萬t，LLDPE611萬t。圖1為2009年～2014年國內PE產能走勢圖，圖2為2003年～2014年國內PE品種產能統計圖。

圖1 2009年～2014年國內PE產能走勢圖

預計2014年～2017年新建PE產能將達到491萬t/a，包括以石油為原料的工藝路線和以甲醇為原料的工藝路線。如果這些新建項目如期全部建成投產，預計到2017年全國PE總產能將達到1 837.1萬t/a。

圖2 2003年～2014年國內PE品種產能統計

用煤作為PE上游原料,打破了油制烯烴單一的產業格局。至2015年上半年，國內共有6套煤制烯烴裝置，產能為330萬t，占總體煤化工制烯烴產能的48%。

2015年，煤制PE產能占國內總產能的14%，2016年產能擴增計劃中多為煤化工項目。2015年未能如期投產及2016年原計劃投產企業，后續PE新增產能有357萬t/a，詳見表1。

表1 2015年未能如期投產及2016年煤制PE投產計劃表

1.2.2 消費

中國是世界最大的PE消費國，約占全球市場23%的份額。2009年～2013年，國內PE表觀消費量穩步上升，2013年達到階段高點。2009年～2010年，受國內經濟刺激計劃的影響，PE需求大幅增長。2010年國內PE表觀消費量為1 713萬t，同比增長13%；2011年～2012年因經濟疲軟使得需求增速下滑，2012年PE表觀消費量為1 809萬t，同比增長5.6%；2013年受國家進口新政的影響，PE表觀消費量達1 993萬t，消費增速為10.2%；2014年PE表觀消費量為2 171萬t，同比增長9.6%；2015年國內PE產能為1 520萬t/a，需求為2 225萬t，缺口約700萬t左右。未來幾年國內PE產能和需求將同步增長，預計到2020年國內PE產能將達到2 197萬t/a，表觀消費量達到2 850萬t/a。圖3為2005年～2020年國內PE供需預測圖。

圖3 2005年～2020年國內PE供需預測

1.2.3 進出口

2009年～2011年國內PE進口一直維持在740萬t左右；2012年進口量為788.8萬t，同比增長6.0%，出口量為28.8萬t，同比下降10.6%。2012年～2013年受回收料減少的影響，進口出現了較大的增長；2013年進口量大幅攀升，達881.51萬t,同比增長11.76%；2014年PE進口量達910.8萬t，同比增長3.3%。其中HDPE同比減幅2.99%，LDPE、LLDPE同比增幅分別為19.07%、4.48%。2015年PE進口總量在986萬t，同比增長8.26%。目前國內PE進口依存度高達44.3%。未來幾年，隨著我國新建PE裝置的投產，自給率將進一步提高，進口幅度會逐年降低。圖4為2009年～2015年國內PE進口量統計圖。

圖4 2009年～2015年國內PE進口量統計

1.2.4 供需結構

目前國內PE下游制品領域需求量前四位的是薄膜、注塑、吹塑及管材。2015年，LDPE用于膜料、片材中的比例占72%，注塑占10%，熱壓涂料占8%，電線/電纜占4%，管材和其它各占3%；HDPE中膜料、注塑比例各占28%和24%，吹塑占17%，管材占14%，拉絲、纖維各占6%，其它占5%；LLDPE中79%用于薄膜，注塑占12%，電纜、管材、滾塑及其它各3%、2%、2%、3%。整體來看，未來塑料制品總量逐漸上升，塑料薄膜及農膜薄膜用量繼續增大。隨著裝置的增多，產量的增速基本大于需求的增速，未來可能會通過調節開工率來實現產量的下降，以達到與需求的動態平衡。

2 生產技術進展

生產PE的工藝主要有高壓釜式法和管式法、淤漿法、氣相法。氣相法工藝由于流程短、投資低等特點發展較快，新建的LLDPE裝置近70%采用氣相法技術。近幾年，隨著冷凝及超冷凝技術、不造粒技術、共聚技術、雙峰技術、超臨界烯烴聚合技術以及反應器新配置等新技術的研發，極大地促進了世界PE工業的發展。

2．1 管式法和高壓釜式法工藝

管式法和高壓釜式法是生產LDPE的主要工藝。開發大型管式反應器是生產LDPE的趨勢，但將2臺釜式反應器串聯操作技術的開發，能使釜式反應器工藝的生產費用降低，可與管式反應器競爭。

意大利埃尼化學公司的釜式法工藝反應器設計為有內部攪拌器的多區反應器，產品的轉化率為16%～20%。該技術實現了裝置的大型化，并且有生產LLDPE、超低密度聚乙烯(ULDPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)品種的能力。日本住友化學公司使用2臺釜式反應器串聯的配置技術生產LDPE，能將乙烯的轉化率提高35%以上，裝置產量提高50%，且可降低能耗，使PE的生產費用降低約25%[2]。

2.2 氣相法工藝

氣相法工藝可生產LLDPE或HDPE，更適合生產LLDPE。美國UCC公司改進了氣相法Unipol工藝，通過采用冷凝及超冷凝技術使反應器處理量增大14倍；通過加大反應器的長度使反應器的時空產率提高30%；通過改進Z-N催化劑技術，使產品密度為0.890～0.965g/cm3，熔融指數(MFR)為0.05～155.00g/10min[3]。Exxon化學公司開發的超冷凝技術，通過監測流化床密度與樹脂堆積密度之比(FBD/SBD，大于0.59)進一步將凝液量提高到35%，使產能擴大到了1.5倍。BP公司結合其流化床聚合工藝開發出了新冷凝技術，該技術的特點是直接向流化床噴射霧化了的冷凝液，在氣相工藝中引進液體循環，提高了排熱量，增加了產能，且工藝操作靈活。該工藝可以和茂金屬催化劑結合使用[4]。Univation公司開發出Unipol-Ⅱ工藝，采用2個反應器串聯技術，建成了30萬t/a的LLDPE/HDPE雙峰樹脂氣相法生產裝置。該公司用開發出的2種Prodigy“雙峰”催化劑，采用單反應器“雙峰”HDPE生產技術，使整體費用比串聯反應器節約35%～40%[5]14。

我國石化天津分公司開發的氣相法PE誘導冷凝技術，能使PE裝置的產能提高60%～100%，已成功用于LLDPE工業化裝置中，基本達到國內外同類裝置的運行水平。

2.3 淤漿法工藝

淤漿法工藝適合生產HDPE。美國Phillips公司的環管淤漿法工藝采用環管反應器，用鉻和有機金屬催化劑來生產HDPE、中密度聚乙烯(MDPE)、LLDPE。該公司通過改進鉻系催化劑和開發出茂金屬催化劑，在一個反應器中使用雙中心催化劑或混合催化劑生產雙峰PE。Equistar化工公司用其開發的星(Star)單中心催化劑，通過淤漿法雙反應系統工藝成功地生產雙峰HDPE、MDPE和LLDPE聚合物。Basell公司Hostalen淤漿工藝采用改進的鈦系Z-N催化劑，可生產單峰和雙峰的HDPE[6]。

我國北京燕山分公司建成了140kt/a的HDPE淤漿法生產裝置，成功開發出了多種專用樹脂產品。中國石化公司采用先進的單體回收技術和控制技術等，減少了停車和生產過程物料排放；強化原料監控和三劑使用管理，穩定產品質量，減少廢料，使PE裝置能耗、物耗指標達到了國際先進水平[7]。

2.4 淤漿法和氣相法聯合工藝

Montell公司的Spherilene工藝采用負載于MgCl2上的鈦系催化劑，把淤漿法預聚技術與氣相流化床技術相結合，由反應器直接生產出產品密度<0.900kg/cm3(ULDPE)和密度>0.960kg/cm3(HDPE)，MFR為0.01～100.00g/10min的PE產品，包括LDPE、LLDPE和HDPE，在不降低裝置生產能力的情況下可生產甚低密度聚乙烯(VLDPE)和ULDPE產品。由于省去了造粒工序，可使裝置投資減少20%。北歐Borealis公司開發出了獨特Borstar工藝，該工藝結合了淤漿法和氣相法工藝的特點，將環管淤漿反應器和氣相流化床反應器串聯而成，可生產HDPE、LLDPE、MDPE等多種牌號的產品。工藝過程采用齊格勒-納塔催化劑，在環管淤漿反應器中用超臨界丙烷為稀釋劑，生產構成雙峰PE中低分子質量峰的聚合物，在氣相反應器內生產構成高分子質量峰的聚合物，操作過程高度靈活，聚合物分子質量及其分布易于控制，反應過程形成“連接分子”，大大提高了產品的機械強度和加工性能[5]14。

2.5 雙峰分布PE管材

雙峰PE可以很好地解決PE樹脂的可加工性能和力學性能的矛盾，材料的剛性和韌性平衡，具有良好的抗應力開裂性能。國外有多家公司擁有生產雙峰HDPE和雙峰LLDPE的生產工藝技術。Univation公司采用Prodigy雙峰催化劑工藝，用UnipolPE氣相法反應器生產雙峰HDPE薄膜樹脂，該產品能極好地平衡加工性和韌性[8]。Hoechst公司用分段反應法開發了雙峰PE樹脂HostalenCM5010T3和HostealenCRP100，性能達到PE100管材的要求。Borealis公司采用北星雙峰(Borstar)專利技術，生產出了具有優良的柔韌性和強度高的BorSafeTM系列PE燃氣管材專用料。其中，牌號為HE3490-LS和HE3492-LS的專用料具有優良的防懸垂性能，適用于大口徑管材的生產；耐開裂PEl00-RC管道專用料HE3490-LS-H(黑色)和HE3492-ISH(橙色)，具有PEl00管材的技術優點，能更大程度地降低安裝費用，使項目費用節省30%，且能減少施工時間，節省運輸成本和能源[9]。

2.6 茂金屬聚乙烯(MPE)

茂金屬催化劑的催化特性優異，成為20世紀90年代中、后期聚烯烴生產技術領域的重大突破。主要有美國Exxon公司的Exxpol催化劑，Dow化學公司的CGC催化劑和Univation公司的XCAT系列催化劑[10]。Exxon公司生產的商品名為Exact的三元共聚MPE產品，改善了加工性，可用于吹塑薄膜；醫用Exact樹脂具有良好的透明度和柔韌性，生產的茂金屬線型低密度聚乙烯(MLLDPE)與普通LLDPE相比，縱橫向強度均勻、抗穿刺性好，可用于生產重包裝袋及食品袋等。Dow化學公司生產的商品名為Affinity的MPE產品，密度從0.895g/cm3到0.935g/cm3，熔點低，透明度好，主要用于擠出薄膜，新品AffintyDPT1700作為涂層料在200 ℃仍保持良好的黏和強度，耐穿刺性好，厚度可降低到0.005mm。北歐奧地利推出了新型具有超韌性的茂金屬LLDPE樹脂，主要用于工業薄膜領域；牌號為XSene55060雙峰HDPE樹脂，在耐環境應力性能、韌性和負荷強度方面得到了改進，用在工業包裝領域，可使包裝材料厚度減薄10%左右[11]4。韓國大林產業公司利用自有技術的茂金屬催化劑[12-13]開發出了牌號為XP9000的PE-RT專用料，采用XP9000制成的PE-RT管具有很好的長期靜液壓強度、耐腐蝕性、耐沖擊強度及良好的加工性能，應用于地暖管和冷熱水管。

2.7 超高相對分子質量PE( UHMWPE)

UHMWPE的分子結構和普通PE完全相同，普通PE的相對分子質量一般在4萬～12萬，而UHMWPE可達到100萬～400萬。隨著相對分子質量的大幅度升高，樹脂的耐磨性、抗沖擊性會發生突變。DSM的生命科學和材料公司研發出了細度為10dtex的薄的醫療級UHMWPE纖維。新品UHMWPE纖維的強度比聚酯纖維的強度高4倍，且比其它UHMWPE醫用纖維細，主要用于心血管縫合技術領域，以及經導管心臟瓣膜和胸腹主動脈瘤支架領域[11]4。印度RelianceIndustries公司采用專有催化劑生產出了具有高度定向性的PE新產品，用該產品加工成的薄膜、片材、膠帶以及纖維在固定方向上具有超高的拉伸強度，適用于耐子彈復合材料、超高強度繩索、耐汽油和水分滲透等領域[11]4。

我國齊魯石化公司生產的UHMWPE產品的內在質量(如分子質量、堆密度、抗張強度、斷裂伸長率等)均可與進口產品相媲美。

2.8 耐開裂PE

安德巴塞爾(LyondellBasell)工業公司生產的PE80和PE100級Hostalen系列管材，具有良好的抗應力開裂和長期靜液壓性能，牌號為CRP100XL產品適用于大口徑管材的生產；耐開裂專用料CRP100RESISTCR，能夠滿足市場對新型管材的需求[14]。德國研發的耐開裂PE100-RC專用料，是PE管材的最新技術，該專用料具有優異的耐慢速裂紋增長性能，能在苛刻的環境下使用，并在外壁有劃痕以及點載荷的作用下，仍能達到100a的設計使用壽命，可大幅度降低安裝費用，使項目費用節省30%，且能提高系統安全性[15]。

2.9 其它PE新產品

揚子石化公司研發的新型耐熱PE-RT管材專用料YEM4705T的外觀和內在品質與巴塞爾同類產品性能相當。齊魯石化公司開發的PE-RT管材專用料QHM22F已實現批量生產，產品各項性能指標均與國外同類產品相當，達到了國際水平，填補了國內PE-RT管材的生產空白[16]。該公司的HDPE大型中空吹塑制品專用料QHB07用于吹塑成型大型噸包裝IBC桶，可替代Basell公司的Lupolen4261AG。大慶石化公司開發出的中密度光纜護套料7042-E，價格低于進口料，受到用戶的親睞。蘭州石化公司開發出了用于PE生產中的LSG-型硅膠載體，性能達到了國外Davion995硅膠的水平，成功用于茂金屬負載化工藝[17]。

3 發展建議

3.1 差別化生產，發展功能性產品

與國外相比，國內PE產業技術水平存在較大差距。國外一些大公司，如北歐化工、英力士、道達爾石化等開發的PE管材專用料質量穩定、加工性能好，牌號齊全，在國際市場上信譽度很高。這些公司在PE燃氣管材的生產上已形成了完善的配套系統，均有系列化的產品。國內的PE產品結構不合理，通用料多，專用料少；中低檔產品多，高技術含量、高附加值的產品少，在國際市場缺乏競爭力。因此，國內企業應在提高PE產能的同時，充分利用現有優勢和發展潛力，通過消化吸收國外的先進生產技術，加強核心技術和專項技術的創新力度，加快產品轉型發展，通過實施差別化、專業化、專用料改造，積極開發高附加值、高性能的功能性新產品，使聚烯烴產業向差異化、精細化、高端化方向發展，提升我國PE的整體競爭能力。

3.2 推進煤制烯烴產能

我國“十三五”規劃將新增乙烯產能1 020萬t/a，其中一半左右(520萬t/a)來自煤(甲醇)基烯烴。甲醇制烯烴(MTO)項目盈利水平的關鍵在于甲醇原料市場價格和聚烯烴產品市場價格。盡管目前低油價對煤制烯烴項目競爭力有所減弱，獨立的MTO項目會面臨巨大的風險，但國內在寬松政策刺激下，未來經濟形勢也有回升的可能性，煤炭價格有回穩并有反沖的可能性，以煤為基礎的MTO仍然有利潤空間。國內石化企業可通過增加MTO項目的一體化程度來提高競爭力，在西北地區的MTO項目中采取原料-產品的上游一體化模式，沿海地區MTO項目采取下游一體化模式，盡可能延長產品鏈，加大技術開發力度，加快產品優化步伐，發展高附加值產品，提高產品成本競爭力，推進煤制烯烴產能。

3.3 推進乙烯原料來源多樣化技術開發

為應對頁巖氣、乙烷為乙烯原料及煤制烯烴的成本優勢的競爭壓力，緩解烯烴原料不足，建議推進乙烯原料來源多樣化技術開發：利用煉廠輕質資源、副產的液化石油氣等優質資源作為乙烯裂解原料；利用進口輕質資源，提高乙烯原料的輕烴比例，降低乙烯原料成本，充分發揮煉化一體化優勢，縮短低價值原料向高價值產品轉化的距離，加快產品質量升級的速度。

3.4 利用信息科技，大力發展烯烴產業

大數據、智能化等科技革命的興起，將為我國推出信息化戰略，推動智能化工廠、智能化生產的發展，建立完整的烯烴及其后加工產業鏈的加工性能分析測試等數據庫，及時優化生產，穩定產品質量，提高我國烯烴產業由大向強轉變的速度。

參 考 文 獻：

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