聚丙烯PP第九章

1第九章发展与展望9.1行业发展与展望9.2技术发展与展望9.3产品发展与展望2第九章发展与展望从聚丙烯实现工业化生产至今的40多年间，世界经济几经萧条，大多数合成树脂产品都曾受到不同程度的冲击，但聚丙烯树脂的消费量却保持持续增长，尤其是在近20多年的时间内，聚丙烯一直是增长最快的通用树脂产品。聚丙烯生产工艺和催化剂的不断发展和进步是推动聚丙烯持续快速发展的重要原因。聚丙烯工业在新的世纪将继续有引人注目的表现，产能和需求仍将快速增长。聚丙烯工艺和催化剂将继续是合成树脂技术发展最活跃的领域。9.1行业发展与展望[1,2]在20世纪后期聚丙烯工业取得了飞速的发展，到2000年世界聚丙烯生产能力已经超过35Mt/a，产量超过30Mt/a，消费量已约达到28Mt/a，是仅次于聚乙烯的第二大通用塑料。世界聚丙烯树脂供需状况见表9-1。表9-12000年世界聚丙烯树脂供需状况（Mt）北美1西欧日本东南亚其他地区2合计生产能力(年末)8.6268.5852.92410.1175.28435.536开工率/%828693887085生产量7.0737.622.7218.9473.69330.054净出口0.8380.7030.1960.038-0.4921.283消费量6.1266.822.3999.0284.17628.5491.包括美国和加拿大；2.包括墨西哥、中南美洲、东欧、非洲、中东和大洋洲。在新的世纪，聚丙烯产能和需求仍将快速增长，聚丙烯业仍将是一个快速增长的行业。与此同时，世界聚丙烯工业也将面临严峻的挑战：产能处于比较严重的过剩状态，原料的高成本不利于聚丙烯业的进一步增长，生产商保持高开工率的动机使聚丙烯本身固有的价值规律受到一定的破坏，世界聚丙烯树脂的价格和收益将继续受到全球装置开工率的影响，聚丙烯行业竞争将更加激烈。今后世界聚丙烯工业将由“总量发展”向“价值发展”转变，各公司都将在技术和产品创新方面加大投资，通过不断开发出一些性能更好和可以满足特定要求的产品，使聚丙烯树脂能够继续替代传统材料，并与其他聚合物材料竞争，从而实现产品价值的提升，使聚丙烯工业继续稳定发展。9.1.1产能[3~5]20世纪九十年代世界聚丙烯树脂生产能力年均增长率为7.9%，同期亚洲地区（日本除外）聚丙烯树脂的产能发展快于世界其他地区，增长率高达13.4%/a，使该地区聚丙烯生产能力在世界总能力中所占的比例由15%提高到25%，已经发展成为世界最大的聚丙烯树脂生产地区。九十年代末期随着亚洲金融危机阴霾的逐渐消散，全球又开始兴起新一轮的聚丙烯扩建热潮。世界各地区聚丙烯扩能计划见表9-2。1999~2003年世界聚丙烯生产能力将提高大约25%。据美国ChemSystems公司预测1998~2003年间世界聚丙烯生产能力将以6.7%/a的增长率增长，2003~2010年将以5.3%/a增长率增长（见表9-3）。中东、亚洲和拉美等地区增长率高于世界平均值，到2010年中东地区聚丙烯生产能力将是2000年的4倍左右。3表9-2世界各地区聚丙烯能力增长情况（1999~2003年）地区增长能力/(Mt/a)北美2.130拉美0.524日本0.045亚洲（日本除外）2.109西欧1.615东欧0.24中东0.79非洲0.375总计7.8.81998年底能力30.175增长率/%25表9-3世界聚丙烯生产能力及其预测(kt/a)地区19982003200520101998~2003年均增长率/%2003~2010年均增长率/%北美洲672793669966116666.83.2拉丁美洲15032334253441849.28.7日本29783115330534300.91.4亚洲(日本除外)82641147813023193486.87.7西欧7647966210437123374.83.6东欧10581503186822787.36.1中东76022652930380524.47.7非洲总计3857851055107515.34.6全世界总计2932.24050.84511.85812.36.75.39.1.2需求由于聚丙烯树脂的原料易得，性能-价格比高，对环境无害，有利于环保，近年来聚丙烯需求[1,5,6]增长一直十分迅速。聚丙烯快速增长并得到广泛应用，得益于其如下性能：（1）物理机械性能优异：高刚性、低密度（0.900~0.906g/cm3）、高拉伸强度、较高的透明性、高抗应力开裂性、抗化学品性和比较高的热变形温度。（2）填充和增强后，其机械强度等性能在许多应用领域足以与成本更高的工程塑料竞争。（3）良好的注塑加工性。（4）可以被拉伸和取向，可生产纤维和定向拉伸薄膜。据报道在聚丙烯需求增长中，20%是原有应用领域的增长，15%是替代传统材料（金属、玻璃、纸、木材等），65%是替代其他塑料（聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS、工程树脂）。今后随着PP树脂工艺技术的发展和产品性能的提高，PP树脂对其他聚合物和非聚合物材料的替代范围将进一步扩大，加之新的用茂金属催化剂生产的PP（mPP）产品将为PP开辟一些新的市场，未来几年内PP树脂的需求增长率仍将高于通用树脂平均值。美国ChemSystems公司预测，在2003年前全球聚丙烯的消费平均每年以7.3%的速度增长，2003~2010年增长率预计为5.7%/a（见表9-4）。美国斯坦福研究所（SRI）预计2000~2005年即使在北美、西欧等发达地区，聚丙烯树脂的消费增长率也将达到同期GDP2.5倍的水平。4表9-4世界聚丙烯在主要应用领域中的需求量应用领域1998年2003年2005年2010年1998~2003年年均增长率/%2003~2010年年均增长率/%薄膜/Mt4.1415.9856.8479.2047.66.4纤维/Mt8.22111.73813.2217.4937.45.9吹塑/Mt0.4560.6040.6680.845.84.8注射/Mt10.04914.12415.77420.2507.05.3挤出涂层/kt34566.84.1其他挤出/Mt1.7822.5812.8883.6987.75.3其他/Mt0.7331.0041.1451.4746.55.6总计/Mt25.38536.04240.54652.9667.35.7茂金属/kt466591131249170.520.99.1.3市场消费与应用[1,4,5]聚丙烯的用途主要包括纤维（编织袋、地毯、装饰品、土工布）、注塑成型制品（汽车部件、器具、玩具、家用器皿）和薄膜（香烟包装膜、食品包装膜、软物品包装）。注塑成型和纤维是聚丙烯最大的应用领域。2000年世界聚丙烯树脂的消费构成见表9-5。聚丙烯树脂很大一部分用在耐用和半耐用消费品市场中，如汽车、地毯、家具和器具等。表9-52000年世界聚丙烯树脂的消费构成（%）项目北美西欧日本其他亚洲国家其他地区全世界注塑成型494654183537纤维282122392028薄膜和片材13236261619吹塑成型2124—2其他8916132914在表9-4中美国ChemSystems公司对世界聚丙烯在各主要市场中的需求量及其增长率进行了预测，在预测期内聚丙烯各主要市场都将有较高的增长率，尤其是薄膜、纤维和消费品市场。聚丙烯在纤维领域中的高增长率主要得益于聚丙烯非织造布在医用产品和一次性产品市场的发展。由于聚丙烯在家用器皿、器具等市场对高密度聚乙烯、工程树脂和合成橡胶等的替代范围进一步扩大，预计今后聚丙烯消费品领域也将有较高的增长率。新的催化剂及工艺技术将为21世纪的合成树脂市场推出大量的高性能新产品。这些新产品将进一步拓宽聚丙烯树脂的应用范围，并有望开辟出一些新的应用领域。9.2技术发展与展望在半个世纪的发展历程中，聚丙烯生产工艺和催化剂不断取得重大突破[1,5,7~12]。不同时期聚丙烯催化剂和工艺技术的主要进展见表9-6。九十年代的聚丙烯工艺技术基本上是沿着提高装置经济性的主线发展的，在九十年代聚丙烯的基本工艺设计没有大的变化，但是通过对催化剂进行重大改进和采用更大的设备，聚丙烯装置的单线生产能力提高，经济性提高。在产品方面，主要是开发了大量高附加值产品，如高熔融流动性均聚物、高透明性、低热封性无规共聚物、高抗冲共聚物等。5在新世纪聚丙烯技术仍将有引人注目的发展，仍将是未来合成树脂技术发展中最活跃的领域之一。Z-N催化剂将继续发展并在今后至少十年内保持稳定增长，茂金属-单活性中心催化剂将扩大产品和市场范围，开始向通用产品的市场发展。在工艺技术方面，已经工业化的技术将进一步改进和完善，降低成本，新装置的平均单线生产能力继续提高,开发先进的控制、预测模型，生产装置与企业信息技术系统的结合更加紧密。表9-6不同时期聚丙烯催化剂和工艺技术的主要进展年代催化剂工艺技术1950s发现Z-N催化剂聚丙烯开始工业化生产1960s第1代Z-N催化剂(1000tPP/tcat)浆液工艺1970s第2代Z-N催化剂(10000tPP/tcat以上)提高立构规整性催化剂除浆液法外开始开发本体和气相法工艺，出现无脱灰、无脱无规物工艺1980s第3代Z-N催化剂(15000tPP/tcat以上)提高立构规整性催化剂生产高乙烯含量无规和抗冲共聚物催化剂本体和气相法工艺所有非浆液法装置通过与气相工艺串联生产抗冲共聚物生产三元共聚物无脱灰、无脱无规物1990s第4代Z-N催化剂(60000tPP/tcat以上)改进形态，高结晶性聚合物用茂金属催化剂生产等规和间规聚丙烯简化本体和气相工艺，降低投资和操作费用，开发超临界聚合工艺开发超高抗冲共聚物（橡胶含量50%）单线生产能力提高到350kt/a以上2000s茂金属催化剂继续发展开发非茂单活性中心催化剂茂金属催化剂用于本体和气相工艺，继续降低投资成本先进的控制，预测模型，生产装置与企业信息技术系统结合9.2.1传统催化剂和茂金属催化剂都将继续发展20世纪后期聚丙烯生产技术水平的提高主要归功于催化剂的发展，随着催化剂活性和选择性的不断提高以及催化剂形态的不断改善，使聚丙烯生产工艺大为简化，投资和生产成本大大降低。进入新的世纪，催化剂仍将是推动聚丙烯技术发展的主要动力，Z-N催化剂和单活性中心催化剂都将继续发展。首先，Z-N催化剂将在高活性、高定向性的基础上向系列化、高性能化发展，不断开发一些性能更好的新产品，缩小与茂金属催化剂之间的性能差距。其次，茂金属-单活性中心催化剂在聚丙烯领域的应用进一步发展，茂金属-单活性中心催化剂的发展目标是进一步实现技术的工业化和启动需求量较大的通用产品市场。预计到2005年，全球茂金属聚丙烯的需求量将占聚丙烯总需求量的2.8%，2015~2020年之后茂金属-单活性中心催化剂技术有望进入成熟阶段。9.2.1.1Z-N催化剂传统的聚丙烯催化剂如Z-N催化剂和铬催化剂一直在不断发展。Z-N催化剂拥有通用产品的市场不断增长。Z-N催化剂继续增长的主要原因是：成本低、易加工，此外与茂金属催化剂的混合催化剂体系的发展也将对两种催化剂的增长有所促进。ChemSystems公司的报告指出,目前Z-N催化剂在PP领域的需求增长率为7%/a，Z-N催化剂至少在今后十年内都将稳定增长。Z-N催化剂正在不断开发一些性能更好的新产品，与茂金属催化剂之间的性能差距正在不断缩小。6聚丙烯Z-N催化剂近期的主要进展是拓宽Z-N催化剂体系的产品范围和开发给电子体系。采用Z-N催化剂生产的产品范围不断拓宽，产品性能进一步发展：能够在反应器中不经减粘降解得到高熔体流动速率的产品（如可用于纤维市场的熔体流动速率高达1800g/10min的产品）；通过改进催化剂，提高聚合物的结晶性和等规指数，生产刚性更好的产品；降低产品的热封温度；改进光学性能；采用两段聚合双峰树脂生产技术使聚丙烯树脂的分子量分布变宽，从而使产品具有最优化的刚性和抗冲击性能的综合性能；用由两个均聚反应器组成的反应器体系可以生产多分散度为3.2~10的产品；产品的弯曲模量可达到2300MPa以上。用于丙烯等规聚合的普通Z