中国合成橡胶工业现状及展望

中国合成橡胶工业现状及展望曹湘洪，张勇，梁爱民(中国石油化工股份有限公司，中国北京100029)摘要：合成橡胶作为重要的三大合成材料之一，在中国经过40多年的快速发展，已形成7大主要产品系列，年产量超过100万t的重要产业。本文对中国大陆现有聚丁二烯橡胶、SBR、IIR、丁苯热塑性弹性体等7大合成橡胶品种的生产现状、市场供求状况和市场消费结构进行了分析；阐述了聚丁二烯橡胶、SBR和丁苯热塑性弹性体的技术开发情况和其各自的技术特点；并针对中国未来市场需求，对合成橡胶品种、牌号、工艺的发展趋势、原材料的供给状况以及合成橡胶生产企业的经营策略进行了展望。关键词：合成橡胶；工业生产技术；市场分析；发展预测中国合成橡胶工业起始于20世纪50年代末，经过40多年的发展，开发了处于世界先进水平的镍系聚丁二烯橡胶(Ni-BR)、丁苯热塑性弹性体(SBS)、溶聚丁苯橡胶(SSBR)等成套工业生产技术，已形成7大产品系列、年产量超过百万吨的重要产业。2003年中国合成橡胶(含SBS和胶乳)总生产能力达141.9万t，产量达123.3万t，约占世界合成橡胶总产量的11%，但仍不能满足国内市场的需求，每年需进口100万t，进口量约占国内市场需求量的47%。目前，合成橡胶总消费量约占国内橡胶消费总量的57%，合成橡胶尚有较大的市场发展空间。在可预见的未来，中国经济的持续高速增长将为中国合成橡胶工业继续创造更加广阔的发展空间。1中国大陆合成橡胶生产现状1.1生产能力中国大陆目前共有15家合成橡胶生产厂，能生产除异戊橡胶外的７大基本胶种，2003年总生产能力为141.9万t·a–1，位居世界第3位。其中，聚丁二烯橡胶总生产能力为45.5万t·a–1，约占国内合成橡胶总产能的32%，占世界聚丁二烯橡胶总生产能力的14%，是仅次于美国的世界第2大聚丁二烯橡胶生产国。中国聚丁二烯橡胶生产装置除茂名锂系低顺式聚丁二烯橡胶生产装置采用引进技术外，其余装置均采用自主开发的专有技术；SBR总生产能力为42.5万t·a–1，约占国内合成橡胶总产能的30%；SBR胶乳共有10多家企业生产，总生产能力约为23.2万t·a–1；IIR生产能力3万t·a–1；丁苯热塑性弹性体SBS生产能力为17万t·a–1；CR生产能力为4.8万t·a–1；NBR总生产能力为3.9万t·a–1；EPDM生产能力为2万t·a–1，各生产厂生产的品种、牌号、能力以及技术来源详见表1。中国石油化工股份有限公司是目前中国大陆产能最大的合成橡胶生产者，拥有5个合成橡胶生产厂，总生产能力为84.7万t·a–1，约占全国合成橡胶总生产能力的60%，共生产SBR(包括ESBR与SSBR)、聚丁二烯橡胶(镍系聚丁二烯橡胶和锂系低顺式聚丁二烯橡胶)、苯乙烯类热塑性弹性体(包括SBS和SIS)、IIR和SBR胶乳5大系列产品。1.2产量近年来，中国大陆合成橡胶的消费量迅速增加，产量也逐年增加。2001年为105万t，2002年为115.2万t，2003年产量达到123.3万t[1]。近3年，产量增加量最大的依次是SBR、聚丁二烯橡胶和SBS弹性体，产量增长幅度最大的依次是IIR、NBR、EPDM和SBS弹性体，年平均增长率均达15%以上。SBR和聚丁二烯橡胶约7%，而CR等其它胶种的产量变化不大。近3年各品种产量变化情况详见表2。2中国大陆合成橡胶市场概况2.1需求情况在世界发达国家主要合成橡胶品种总的供需形势是供大于求。而中国由于经济的快速增长，国内合成橡胶产量的快速增长仍不能满足国内市场的需求。20世纪90年代初我国合成橡胶的年表观消费量仅为35万t，1997年首次突破100万t，2002年上升至198万t，2003年突破200万t，最近4年年均增长率约为13%。2003年我国合成橡胶(包括SBS和合成胶乳)的表观消费量约为216万t。其中，SBR的表观消费量为60.4万t，聚丁二烯橡胶45.1万t，NBR9.4万t，IIR9.8万t，EPDM6.5万t，CR5.8万t，SBS弹性体约38万t，其它为41.3万t。2003年中国合成橡胶消费总量已位居世界第1，但人均合成橡胶消费量与美国、日本、法国、加拿大及韩国等经济发达国家的人均消费量(7.5～14kg)相比差距仍较大。2.2进出口情况由于国内生产量不能满足国内市场需求，需通过进口来弥补市场缺口，中国大陆已成为世界最大的橡胶进口国。20世纪80年代我国以进口NR为曹湘洪等﹒中国合成橡胶工业现状及展望15主，90年代以后，合成橡胶进口量逐年增长，从1990年的5.3万t上升到2003年的100.6万t。2003年国产合成橡胶总体市场占有率约为53%，其中聚丁二烯橡胶市场占有率约为81%，SBR约66%，CR约62%，SBS约56%，IIR，NBR和EPDM等品种的市场占有率都不足1/3。在进口合成橡胶中，SBR进口量最大，依次是SBS、聚丁二烯橡胶、IIR、NBR和EPDM。2003年SBR进口量为20.4万t，约占进口总量的20%，SBS的进口量约为18万t，约占进口总量的18%，聚丁二烯橡胶进口8.7万t约占9%，IIR进口8.3万t约占8%，EPDM，NBR和CR的进口量合计约13.9万t，约占总进口量的14%。进口合成橡胶主要来自俄罗斯、韩国、日本、我国台湾省、伊朗等国家和地区，约占总进口量的75%。我国合成橡胶也有少量出口，最近几年的出口量在6～8万t·a–1。其中出口量最大的是聚丁二烯橡胶，年出口量约为3万t，其它出口量较大的还有SBR，IIR和SBS(详见表3)[1~4]。2.3市场消费结构轮胎工业和制鞋业是中国大陆最大的橡胶消费领域，在我国橡胶总消费量中(不含胶乳)，轮胎用胶量约占44%，制鞋业约占16%，其次是力车胎、胶管胶带、汽车部件、建筑防水材料及其它橡胶制品。2002年，轮胎用胶约占合成橡胶总消费量(不包括胶乳及其它特种橡胶)的38%，鞋类约占26%，其它约占36%。SBR总消耗量的52%用于轮胎制造业，其次为鞋类约占14%，管带制品约占11%，其它橡胶制品约占23%。聚丁二烯橡胶消费量中的68%用于轮胎，11%用于制鞋，部分用于高抗冲聚苯乙烯改性。IIR由于其良好的气密性，主要应用于制造汽车轮胎和医药瓶塞，2002年我国消费的6.7万tIIR(含2.7万t卤化丁基橡胶)67%用于制造轮胎，其次是医药瓶塞。EPDM具有良好的耐臭氧、耐热、耐老化等性能，主要应用于汽车部件、建材用防水材料、电线电缆、耐热胶管、汽车密封件及润滑油添加剂和聚烯烃改性剂等方面，其中汽车部件约占消费量的38%，聚合物改性约占18%，润滑油粘度指数改性剂占11%。CR在我国最大的应用领域是制鞋及建筑用胶粘剂，约占总消费量的60%，汽车制品约占30%，电线电缆等其它领域约占10%。NBR中，高温聚合的硬胶，主要应用于军工产品，低温聚合的软胶广泛应用于民用产品。SBS主要应用于鞋类产品约占74%，沥青改性占10%，粘合剂与密封剂占9%。2002年我国主要合成橡胶品种的消费量及消费结构如表4所示。从消费总量上看，我国合成橡胶在橡胶总消费量中所占的比例虽呈逐年上升趋势，从1999年的54%上升到2002年的57%，但仍低于60%的世界平均水平，更低于发达国家的65%～70%。我国轮胎耗胶量约占全国橡胶总消费量的44%，因此，轮胎工业中合成橡胶的使用比例对整个合成橡胶使用比例有很大影响，目前，我国轮胎中合成橡胶的比例只有41%，仍有很大的发展潜力。3中国大陆合成橡胶技术开发情况中国大陆合成橡胶生产技术的开发研究始于20世纪60年代，经过30多年的努力，在镍系聚丁二烯橡胶(Ni-BR)、稀土钕系聚丁二烯橡胶(Nd-BR)以及烷基锂为引发剂的低顺式聚丁二烯橡胶(LCBR)、溶聚丁苯橡胶(SSBR)和丁苯热塑性弹性体(SBS)等品种上都形成了具有中国自己特色的成套工业生产技术，其中镍系聚丁二烯橡胶、SSBR和SBS弹性体生产技术均处于世界先进水平。1971年我国建成了第一套万吨级Ni-BR生产装置，随着技术的进一步完善和发展，采用此技术又陆续在全国各地建成了7套装置。1998年实现了Nd-BR的工业生产。锂系聚合物的研究开发始于1975年，1983年完成了年产100tSBS间歇聚合中试技术开发，1989年和1994年先后建成了2套万吨级SBS生产装置，并于1986年和1991年先后将SBS技术转让给意大利Enichem弹性体公司和台湾合成橡胶股份有限公司。1996年建成了3万t·a–1SSBR工业生产装置，并于2003年在此装置上成功地进行了LCBR的工业试生产。具有自主知识产权的5万t·a–1Ni-BR和3万t·a–1SSBR或SBS成套工业生产技术，经过多年的不断创新开发和改进，在产品牌号、催化剂以及工艺上形成了中国自己的技术特点。3.1镍系聚丁二烯橡胶中国石油化工股份有限公司拥有的镍系聚丁二烯橡胶成套工业生产技术，采用环烷酸镍、三异丁基铝和三氟化硼乙醚络合物为催化剂，以沸程65～85℃来自炼油厂的抽余油(不含芳烃，己烷为主要成份)为溶剂，进行丁二烯连续聚合而制得。在品种牌号开发方面，在原有通用牌号BR9000的基础上，开发了3个用于HIPS改性的专用牌号BR9002，BR9004A和BR9004B；3个污染型充油牌号BR9071，BR9072和BR9073以及1个非污染型充油牌号BR9053，已在国内HIPS、轮胎及制鞋行业广泛使用。在工艺技术开发方面，一是将催化剂的陈化方式由三异丁基铝/三氟化硼、三异丁基铝/环烷酸镍双二元催化剂陈化改进为三异丁基铝/环烷酸镍陈化，稀三氟化硼单加并添加了第四组分，不但降低了催化剂用量和凝胶含量，同时加快了聚合反应速度，聚合反应时间由原先的4h缩短为2h。二是采用了特殊结构的3釜串联连续聚合工艺和防堵挂技术：将聚合反应器从12m3扩大至30m3；开发了带刮刀搅拌器作为第二反应器，使传热系数提高了55W·(m2·℃)–1，聚合釜生产强度达530t·m3，聚合釜运转周期达600多天，聚合单元单线生产能力由1万t·a–1提高到5万t·a–1。三是通过优化凝聚首釜操作温度和压力；降低凝聚过程的水胶比；优化凝聚釜搅拌浆组合，改善胶粒循环流动效果以增加喷胶量；采用新型胶液喷嘴降低胶粒粒径等措施降低了能耗。四是利用吸收式热泵技术(AHT)回收约40%左右的凝聚釜汽提气中100℃左右的低温热能，使每吨干胶节约0.4t蒸汽并可提高溶剂的汽提效果，降低了溶剂残留率。五是通过采用自终止技术，取消乙醇终止剂，采用无甲醇分散剂和新型防老剂，减少了这些组分在回收溶剂中的积累，减少了溶剂的排放量。通过以上技术进步，使整体技术水平得到了明显提高，物耗能耗大幅度降低，进一步提升了产品在市场中的竞争能力，国产聚丁二烯橡胶的国内市场占有率达80%以上。单位产品的消耗定额达国际先进水平，每吨干胶消耗丁二烯1011kg，溶剂25kg，蒸汽3.6t，电155度，催化剂0.57kg，循环水185t[5]。3.2丁苯热塑性弹性体中国石油化工股份有限公司自主开发的3万t·a–1SBS工业生产技术，其工艺是由丁二烯和苯乙烯通过烷基锂引发剂在有机溶剂中经嵌段共聚而成。在工艺开发方面，将聚合釜体积由30m3扩大到54m3，采用夹套和内冷管同时撤热，搅拌为上置式4层CBY型复合悬臂桨，使聚合釜单釜生产能力达到1.5万t·a–1；采用绝热闪蒸，充分利用剂降低了溶剂回收单元的负荷；通过改进凝聚釜内搅拌及蒸汽分布，将60m3凝聚釜扩大为100m3，并采用双釜逆向串联凝聚工艺，提高了单线生产能力和凝聚效果；溶剂回收采用脱水脱重为一塔的溶剂精制流程并由常压精馏改为带压精馏，降低了能耗和物耗；在聚合物后处理单元采用挤压脱水、带式干燥技术及抗产品粘结技术，提高了装置的生产能力；采用吸收式热泵(AHT)技术回收凝聚釜顶汽提气40%的低温余热等措施，使整体能耗物耗得到大幅度降低，每吨SBS干胶消耗丁二烯和苯乙烯1015kg，溶剂35kg，蒸汽5.0t，引发剂3.0kg，循环水250t，电500度。在品种牌