聚乙烯市场现状分析及生产技术进展

郝 爱，冯普凌，张耀亨，齐永新，曹耀强，何 春

(1.中国石油兰州石化公司 研究院，甘肃 兰州 730060；2.中国石化北京北化院 燕山分院，北京 102500)

聚乙烯(PE)由于具有优异的电绝缘性、良好的耐化学性、很低的吸水性和突出的耐寒性，被广泛用于薄膜、管材、容器、包装袋、发泡制品、电线电缆、铝塑复合板等制造领域。PE可分为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)等。近几年全球PE产能保持增长态势，北美PE装置开工率维持在90%的高位。未来几年仍将是世界PE产能剧增期，分析和总结世界PE市场状况和生产技术，对未来新建装置的技术选择有指导作用。

1 PE市场状况分析

1.1 国外状况

1.1.1 产能

近几年，全球PE生产主要集中在亚洲、北美、西欧和中东。2010 年全球PE总产能约8 935万t。其中，HDPE产能为2 980万t，占总产能的33.4%；LDPE产能为2 145万t，占总产能的24.0%；LLDPE(包括全密度PE)产能为3 810万t，占总产能的42.6%。2014年，全球PE产能达到1.017亿t/a，比2013年增长4%。未来几年，北美、亚洲地区(包括中国和印度等)和中东地区在市场需求优势和低成本原料优势的带动下，PE产能将迅猛剧增。

美国大量廉价页岩气的供应，使乙烯下游的PE生产具有较大的成本优势，2015年或成为美国新建PE装置的“井喷元年”，现已确认在美国有17套新建PE装置，合计产能达810万t/a。其中，一些新建项目2015年开始动工建设，预计将在2016年～2017年建成投产[1]。2015年中东地区的PE产能增长一倍多，达到2 260万t/a，在全球所占的比例从2008年的13%增至2015年的19%，成为全球最大的PE生产地区。2015年北美地区新增30万t的HDPE产能、20万t的LDPE产能和20万t的LLDPE产能，HDPE将占北美总产能的44%，LDPE占18%，LLDPE占38%，北美的PE开工率将在全球位居第一，达到85%～90%。Nova化学公司在2015年开始生产气相法LLDPE树脂，年产量达45.36万t/a。2015年西欧新增HDPE100万t、LLDPE70万t产能。HDPE占欧洲PE总产能的46%，LDPE占34%，LLDPE占20%。预计2016年全球PE投产800万t，总产能将达到约11 724.9万t/a。

1.1.2 供需状况

据2014年的美国休斯敦召开的HIS国际石化会议显示，在2012年～2017年期间，全球PE需求以年均5%左右的速率增长。预计到2017年全球PE需求量将超过约1亿t。由于来自新发现的天然气供应，预计到2017年，将有约500万t的PE新产能投放北美市场，全球新增的PE产能有望超过2 600万t。全球PE消费主要集中在北美、亚洲和西欧地区。中东过剩的产能主要流向亚洲和西欧。2013年全球PE消费量约10 126.7万t，其中LDPE消费量为1 900.7万t；LLDPE消费量约为4 500万t，增幅达21.62%；HDPE消费量为3 726万t，增长638万t，增幅为21.21%。据PE各产品细分市场预测分析，到2015年全球PE需求量将达到约8 602万t，其中LLDPE增长最快。全球PE市场呈现供过于求的态势。

1.2 国内状况

1.2.1 产能

从2009年下半年起，我国PE进入了产能扩张高峰期，2010年产能达到1 057万t。2012年，随着中国石油大庆石化公司30万t/aHDPE装置、抚顺石化公司35万t/aHDPE装置和45万t/aLLDPE等几套装置的陆续投产，国内PE产能同比增长10.2%，其中HDPE、LDPE、LLDPE产能分别为483.6万t/a、214.8万t/a、492.7万t/a。由于2012年我国PE新增产能大部分于下半年投产，市场需求低迷，使装置开工率降低，从2011年的94.4%降低到90.3%；2012年，PE产量为1 075万t。其中，HDPE产量为393.8万t，LDPE产量为247.6万t，LLDPE产量为433.6万t。

目前国内PE生产商有25家，产量超过40万t的有17家，最大的生产企业有独山子、茂名、福建、大庆、赛科、兰州、中沙天津、上海石化等。2014年国内新增PE产能150万t,总产能达到1 516万t/a，比2013年增长11.0%；2014年国内PE产量为1 285万t，同比增长14%。其中LDPE205万t，HDPE469万t，LLDPE611万t。图1为2009年～2014年国内PE产能走势图，图2为2003年～2014年国内PE品种产能统计图。

图1 2009年～2014年国内PE产能走势图

预计2014年～2017年新建PE产能将达到491万t/a，包括以石油为原料的工艺路线和以甲醇为原料的工艺路线。如果这些新建项目如期全部建成投产，预计到2017年全国PE总产能将达到1 837.1万t/a。

图2 2003年～2014年国内PE品种产能统计

用煤作为PE上游原料,打破了油制烯烃单一的产业格局。至2015年上半年，国内共有6套煤制烯烃装置，产能为330万t，占总体煤化工制烯烃产能的48%。

2015年，煤制PE产能占国内总产能的14%，2016年产能扩增计划中多为煤化工项目。2015年未能如期投产及2016年原计划投产企业，后续PE新增产能有357万t/a，详见表1。

表1 2015年未能如期投产及2016年煤制PE投产计划表

1.2.2 消费

中国是世界最大的PE消费国，约占全球市场23%的份额。2009年～2013年，国内PE表观消费量稳步上升，2013年达到阶段高点。2009年～2010年，受国内经济刺激计划的影响，PE需求大幅增长。2010年国内PE表观消费量为1 713万t，同比增长13%；2011年～2012年因经济疲软使得需求增速下滑，2012年PE表观消费量为1 809万t，同比增长5.6%；2013年受国家进口新政的影响，PE表观消费量达1 993万t，消费增速为10.2%；2014年PE表观消费量为2 171万t，同比增长9.6%；2015年国内PE产能为1 520万t/a，需求为2 225万t，缺口约700万t左右。未来几年国内PE产能和需求将同步增长，预计到2020年国内PE产能将达到2 197万t/a，表观消费量达到2 850万t/a。图3为2005年～2020年国内PE供需预测图。

图3 2005年～2020年国内PE供需预测

1.2.3 进出口

2009年～2011年国内PE进口一直维持在740万t左右；2012年进口量为788.8万t，同比增长6.0%，出口量为28.8万t，同比下降10.6%。2012年～2013年受回收料减少的影响，进口出现了较大的增长；2013年进口量大幅攀升，达881.51万t,同比增长11.76%；2014年PE进口量达910.8万t，同比增长3.3%。其中HDPE同比减幅2.99%，LDPE、LLDPE同比增幅分别为19.07%、4.48%。2015年PE进口总量在986万t，同比增长8.26%。目前国内PE进口依存度高达44.3%。未来几年，随着我国新建PE装置的投产，自给率将进一步提高，进口幅度会逐年降低。图4为2009年～2015年国内PE进口量统计图。

图4 2009年～2015年国内PE进口量统计

1.2.4 供需结构

目前国内PE下游制品领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%，热压涂料占8%，电线/电缆占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%，拉丝、纤维各占6%，其它占5%；LLDPE中79%用于薄膜，注塑占12%，电缆、管材、滚塑及其它各3%、2%、2%、3%。整体来看，未来塑料制品总量逐渐上升，塑料薄膜及农膜薄膜用量继续增大。随着装置的增多，产量的增速基本大于需求的增速，未来可能会通过调节开工率来实现产量的下降，以达到与需求的动态平衡。

2 生产技术进展

生产PE的工艺主要有高压釜式法和管式法、淤浆法、气相法。气相法工艺由于流程短、投资低等特点发展较快，新建的LLDPE装置近70%采用气相法技术。近几年，随着冷凝及超冷凝技术、不造粒技术、共聚技术、双峰技术、超临界烯烃聚合技术以及反应器新配置等新技术的研发，极大地促进了世界PE工业的发展。

2．1 管式法和高压釜式法工艺

管式法和高压釜式法是生产LDPE的主要工艺。开发大型管式反应器是生产LDPE的趋势，但将2台釜式反应器串联操作技术的开发，能使釜式反应器工艺的生产费用降低，可与管式反应器竞争。

意大利埃尼化学公司的釜式法工艺反应器设计为有内部搅拌器的多区反应器，产品的转化率为16%～20%。该技术实现了装置的大型化，并且有生产LLDPE、超低密度聚乙烯(ULDPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)品种的能力。日本住友化学公司使用2台釜式反应器串联的配置技术生产LDPE，能将乙烯的转化率提高35%以上，装置产量提高50%，且可降低能耗，使PE的生产费用降低约25%[2]。

2.2 气相法工艺

气相法工艺可生产LLDPE或HDPE，更适合生产LLDPE。美国UCC公司改进了气相法Unipol工艺，通过采用冷凝及超冷凝技术使反应器处理量增大14倍；通过加大反应器的长度使反应器的时空产率提高30%；通过改进Z-N催化剂技术，使产品密度为0.890～0.965g/cm3，熔融指数(MFR)为0.05～155.00g/10min[3]。Exxon化学公司开发的超冷凝技术，通过监测流化床密度与树脂堆积密度之比(FBD/SBD，大于0.59)进一步将凝液量提高到35%，使产能扩大到了1.5倍。BP公司结合其流化床聚合工艺开发出了新冷凝技术，该技术的特点是直接向流化床喷射雾化了的冷凝液，在气相工艺中引进液体循环，提高了排热量，增加了产能，且工艺操作灵活。该工艺可以和茂金属催化剂结合使用[4]。Univation公司开发出Unipol-Ⅱ工艺，采用2个反应器串联技术，建成了30万t/a的LLDPE/HDPE双峰树脂气相法生产装置。该公司用开发出的2种Prodigy“双峰”催化剂，采用单反应器“双峰”HDPE生产技术，使整体费用比串联反应器节约35%～40%[5]14。

我国石化天津分公司开发的气相法PE诱导冷凝技术，能使PE装置的产能提高60%～100%，已成功用于LLDPE工业化装置中，基本达到国内外同类装置的运行水平。

2.3 淤浆法工艺

淤浆法工艺适合生产HDPE。美国Phillips公司的环管淤浆法工艺采用环管反应器，用铬和有机金属催化剂来生产HDPE、中密度聚乙烯(MDPE)、LLDPE。该公司通过改进铬系催化剂和开发出茂金属催化剂，在一个反应器中使用双中心催化剂或混合催化剂生产双峰PE。Equistar化工公司用其开发的星(Star)单中心催化剂，通过淤浆法双反应系统工艺成功地生产双峰HDPE、MDPE和LLDPE聚合物。Basell公司Hostalen淤浆工艺采用改进的钛系Z-N催化剂，可生产单峰和双峰的HDPE[6]。

我国北京燕山分公司建成了140kt/a的HDPE淤浆法生产装置，成功开发出了多种专用树脂产品。中国石化公司采用先进的单体回收技术和控制技术等，减少了停车和生产过程物料排放；强化原料监控和三剂使用管理，稳定产品质量，减少废料，使PE装置能耗、物耗指标达到了国际先进水平[7]。

2.4 淤浆法和气相法联合工艺

Montell公司的Spherilene工艺采用负载于MgCl2上的钛系催化剂，把淤浆法预聚技术与气相流化床技术相结合，由反应器直接生产出产品密度<0.900kg/cm3(ULDPE)和密度>0.960kg/cm3(HDPE)，MFR为0.01～100.00g/10min的PE产品，包括LDPE、LLDPE和HDPE，在不降低装置生产能力的情况下可生产甚低密度聚乙烯(VLDPE)和ULDPE产品。由于省去了造粒工序，可使装置投资减少20%。北欧Borealis公司开发出了独特Borstar工艺，该工艺结合了淤浆法和气相法工艺的特点，将环管淤浆反应器和气相流化床反应器串联而成，可生产HDPE、LLDPE、MDPE等多种牌号的产品。工艺过程采用齐格勒-纳塔催化剂，在环管淤浆反应器中用超临界丙烷为稀释剂，生产构成双峰PE中低分子质量峰的聚合物，在气相反应器内生产构成高分子质量峰的聚合物，操作过程高度灵活，聚合物分子质量及其分布易于控制，反应过程形成“连接分子”，大大提高了产品的机械强度和加工性能[5]14。

2.5 双峰分布PE管材

双峰PE可以很好地解决PE树脂的可加工性能和力学性能的矛盾，材料的刚性和韧性平衡，具有良好的抗应力开裂性能。国外有多家公司拥有生产双峰HDPE和双峰LLDPE的生产工艺技术。Univation公司采用Prodigy双峰催化剂工艺，用UnipolPE气相法反应器生产双峰HDPE薄膜树脂，该产品能极好地平衡加工性和韧性[8]。Hoechst公司用分段反应法开发了双峰PE树脂HostalenCM5010T3和HostealenCRP100，性能达到PE100管材的要求。Borealis公司采用北星双峰(Borstar)专利技术，生产出了具有优良的柔韧性和强度高的BorSafeTM系列PE燃气管材专用料。其中，牌号为HE3490-LS和HE3492-LS的专用料具有优良的防悬垂性能，适用于大口径管材的生产；耐开裂PEl00-RC管道专用料HE3490-LS-H(黑色)和HE3492-ISH(橙色)，具有PEl00管材的技术优点，能更大程度地降低安装费用，使项目费用节省30%，且能减少施工时间，节省运输成本和能源[9]。

2.6 茂金属聚乙烯(MPE)

茂金属催化剂的催化特性优异，成为20世纪90年代中、后期聚烯烃生产技术领域的重大突破。主要有美国Exxon公司的Exxpol催化剂，Dow化学公司的CGC催化剂和Univation公司的XCAT系列催化剂[10]。Exxon公司生产的商品名为Exact的三元共聚MPE产品，改善了加工性，可用于吹塑薄膜；医用Exact树脂具有良好的透明度和柔韧性，生产的茂金属线型低密度聚乙烯(MLLDPE)与普通LLDPE相比，纵横向强度均匀、抗穿刺性好，可用于生产重包装袋及食品袋等。Dow化学公司生产的商品名为Affinity的MPE产品，密度从0.895g/cm3到0.935g/cm3，熔点低，透明度好，主要用于挤出薄膜，新品AffintyDPT1700作为涂层料在200 ℃仍保持良好的黏和强度，耐穿刺性好，厚度可降低到0.005mm。北欧奥地利推出了新型具有超韧性的茂金属LLDPE树脂，主要用于工业薄膜领域；牌号为XSene55060双峰HDPE树脂，在耐环境应力性能、韧性和负荷强度方面得到了改进，用在工业包装领域，可使包装材料厚度减薄10%左右[11]4。韩国大林产业公司利用自有技术的茂金属催化剂[12-13]开发出了牌号为XP9000的PE-RT专用料，采用XP9000制成的PE-RT管具有很好的长期静液压强度、耐腐蚀性、耐冲击强度及良好的加工性能，应用于地暖管和冷热水管。

2.7 超高相对分子质量PE( UHMWPE)

UHMWPE的分子结构和普通PE完全相同，普通PE的相对分子质量一般在4万～12万，而UHMWPE可达到100万～400万。随着相对分子质量的大幅度升高，树脂的耐磨性、抗冲击性会发生突变。DSM的生命科学和材料公司研发出了细度为10dtex的薄的医疗级UHMWPE纤维。新品UHMWPE纤维的强度比聚酯纤维的强度高4倍，且比其它UHMWPE医用纤维细，主要用于心血管缝合技术领域，以及经导管心脏瓣膜和胸腹主动脉瘤支架领域[11]4。印度RelianceIndustries公司采用专有催化剂生产出了具有高度定向性的PE新产品，用该产品加工成的薄膜、片材、胶带以及纤维在固定方向上具有超高的拉伸强度，适用于耐子弹复合材料、超高强度绳索、耐汽油和水分渗透等领域[11]4。

我国齐鲁石化公司生产的UHMWPE产品的内在质量(如分子质量、堆密度、抗张强度、断裂伸长率等)均可与进口产品相媲美。

2.8 耐开裂PE

安德巴塞尔(LyondellBasell)工业公司生产的PE80和PE100级Hostalen系列管材，具有良好的抗应力开裂和长期静液压性能，牌号为CRP100XL产品适用于大口径管材的生产；耐开裂专用料CRP100RESISTCR，能够满足市场对新型管材的需求[14]。德国研发的耐开裂PE100-RC专用料，是PE管材的最新技术，该专用料具有优异的耐慢速裂纹增长性能，能在苛刻的环境下使用，并在外壁有划痕以及点载荷的作用下，仍能达到100a的设计使用寿命，可大幅度降低安装费用，使项目费用节省30%，且能提高系统安全性[15]。

2.9 其它PE新产品

扬子石化公司研发的新型耐热PE-RT管材专用料YEM4705T的外观和内在品质与巴塞尔同类产品性能相当。齐鲁石化公司开发的PE-RT管材专用料QHM22F已实现批量生产，产品各项性能指标均与国外同类产品相当，达到了国际水平，填补了国内PE-RT管材的生产空白[16]。该公司的HDPE大型中空吹塑制品专用料QHB07用于吹塑成型大型吨包装IBC桶，可替代Basell公司的Lupolen4261AG。大庆石化公司开发出的中密度光缆护套料7042-E，价格低于进口料，受到用户的亲睐。兰州石化公司开发出了用于PE生产中的LSG-型硅胶载体，性能达到了国外Davion995硅胶的水平，成功用于茂金属负载化工艺[17]。

3 发展建议

3.1 差别化生产，发展功能性产品

与国外相比，国内PE产业技术水平存在较大差距。国外一些大公司，如北欧化工、英力士、道达尔石化等开发的PE管材专用料质量稳定、加工性能好，牌号齐全，在国际市场上信誉度很高。这些公司在PE燃气管材的生产上已形成了完善的配套系统，均有系列化的产品。国内的PE产品结构不合理，通用料多，专用料少；中低档产品多，高技术含量、高附加值的产品少，在国际市场缺乏竞争力。因此，国内企业应在提高PE产能的同时，充分利用现有优势和发展潜力，通过消化吸收国外的先进生产技术，加强核心技术和专项技术的创新力度，加快产品转型发展，通过实施差别化、专业化、专用料改造，积极开发高附加值、高性能的功能性新产品，使聚烯烃产业向差异化、精细化、高端化方向发展，提升我国PE的整体竞争能力。

3.2 推进煤制烯烃产能

我国“十三五”规划将新增乙烯产能1 020万t/a，其中一半左右(520万t/a)来自煤(甲醇)基烯烃。甲醇制烯烃(MTO)项目盈利水平的关键在于甲醇原料市场价格和聚烯烃产品市场价格。尽管目前低油价对煤制烯烃项目竞争力有所减弱，独立的MTO项目会面临巨大的风险，但国内在宽松政策刺激下，未来经济形势也有回升的可能性，煤炭价格有回稳并有反冲的可能性，以煤为基础的MTO仍然有利润空间。国内石化企业可通过增加MTO项目的一体化程度来提高竞争力，在西北地区的MTO项目中采取原料-产品的上游一体化模式，沿海地区MTO项目采取下游一体化模式，尽可能延长产品链，加大技术开发力度，加快产品优化步伐，发展高附加值产品，提高产品成本竞争力，推进煤制烯烃产能。

3.3 推进乙烯原料来源多样化技术开发

为应对页岩气、乙烷为乙烯原料及煤制烯烃的成本优势的竞争压力，缓解烯烃原料不足，建议推进乙烯原料来源多样化技术开发：利用炼厂轻质资源、副产的液化石油气等优质资源作为乙烯裂解原料；利用进口轻质资源，提高乙烯原料的轻烃比例，降低乙烯原料成本，充分发挥炼化一体化优势，缩短低价值原料向高价值产品转化的距离，加快产品质量升级的速度。

3.4 利用信息科技，大力发展烯烃产业

大数据、智能化等科技革命的兴起，将为我国推出信息化战略，推动智能化工厂、智能化生产的发展，建立完整的烯烃及其后加工产业链的加工性能分析测试等数据库，及时优化生产，稳定产品质量，提高我国烯烃产业由大向强转变的速度。

参 考 文 献：

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