聚烯烃弹性体是一种乙烯/α-烯烃两种单体的无规共聚物,技术上来看,POE的诞生和发展与茂金属催化剂和溶液聚合工艺的发展密不可分。由于具有高α-烯烃比例,且有特殊的两相结构,POE拥有良好的低温韧性、易于热塑加工、密度低、耐候性好等特点。广泛应用于聚烯烃材料增韧改性、发泡、胶粘剂等领域。近年来成为光伏胶膜领域的关键材料。
◆ POE生产壁垒很高,目前全部被跨国公司垄断。目前POE的生产主要被陶氏化学、埃克森美孚、三井、沙比克/SK、LG化学等跨国公司所掌握。国内POE的工业化生产面临高碳α-烯烃供应、单活性中心茂金属催化剂的开发、以及溶液聚合技术突破三个技术和产业壁垒,目前暂无国内企业能够工业化生产。
◆ 供需矛盾进一步扩大,胶膜需求有望驱动POE需求快速增长。POE在光伏领域有体积电阻率低、水汽透过率低、耐老化性能好,电势诱导衰减小等优点,在光伏胶膜领域渗透率将进一步提高。从国内2017-2020年的POE需求情况来看,需求增速CAGR达到27.3%,2021-2022H1年进口增速放缓,但产品价格出现76%的涨幅,表明POE原料相关产品供应严重不足,供需结构失衡矛盾突出。受益于光伏领域需求增长和渗透率提升,预计到2025年有新增POE需求31-47万吨,届时国内POE需求有望突破百万吨。
2021年全球α-烯烃消费结构
◆ 国内多家企业工业化突破在即。国内包括万华化学、茂名石化、京博石化、斯尔邦、卫星化学、天津石化、浙江石化等企业或是已经在催化剂、聚合工艺方面开展多年工作并取得突破,或是依托中石化等在相关领域的传统积累,陆续完成了小试,并进入到中试阶段。数家企业千吨级的中试装置已建成或已经开建。并规划了工业化装置。预计最晚在2025年国产POE的工业化装置将建成投产。
万华化学
万华化学中试已运行近1年,开发布局较早。2021年9月万华化学完成中试POE装置建设,2022年3月公司在投资者问答平台宣布产出合格中试产品,目前在下游各领域进行应用开发。从万华化学在茂金属、α-烯烃齐聚、烯烃高温溶液聚合等相关领域的专利布局来看,目前持有或处于审查状态专利有32件,最早可以追溯到2017年。除中石化和中石油体系外,万华是在相关领域的专利布局数量最多、范围最广、自主开发工作的启动时间最早的企业之一。
茂名石化
茂名石化1000吨/年中试装置已在实施中。2021年9月,茂名市生态环境局对中石化茂名分公司1000吨/年聚烯烃弹性体(POE)中试项目做出了批示。相关公示显示,茂名石化主要建设内容为一套1000吨/年聚烯烃弹性体(POE)中试装置。项目公用工程、辅助工程等依托化工厂区现有已建工程。项目总投资约22673万元,其中环保投资约73万元。拟生产产品包括600吨/年乙烯/1-辛烯弹性体、200吨/年乙烯/1-己烯弹性体、200吨/年乙烯/1-丁烯弹性体。
以上显示茂名石化正式进军POE产业。但专利检索方面未见茂名石化在茂金属、溶液聚合等相关领域有专利布局。该项目由中石化内部进行技术支持。该中试项目将为茂名石化和天津石化积累基础数据。
卫星化学
盛虹集团斯尔邦
惠生新材料
惠生集团是以能源化工服务为主的多元化集团公司,主营业务为工程服务、海洋工程及化工新材料,全球化布局。惠生工程是惠生集团旗下业务板块之一,于2012年在香港联交所上市 ,是中国领先的能源化工EPC服务和技术提供商,专业从事炼油、石油化工、碳一化工、新材料、LNG及新能源等五大领域的技术和工程建设服务。惠生新材料是集团旗下关注全球化工新材料产业的发展趋势,投资建设高端新材料生产装置,深入研究新材料产品技术和应用。
惠生新材料完成小试, 拟建中试装置,但规模小。2021年8月25日,惠生工程发布公告,惠生新材料委聘惠生工程为其中国江苏省泰兴经济开发区POE中试项目之EPC总承包商。2022年6月惠生(泰州)新材料科技有限公司聚乙烯弹性体中试研发项目进行了环评公示,该中试项目于2021年1月28日备案。
根据公布信息显示,惠生公司近年来组织了研发团队,攻关开发出产品性能优良的热塑性聚乙烯弹性体小试技术。惠生自主合成了茂金属催化剂活性中心,工艺路线易于操作、重复性好。以此为基础开发了新型的茂金属催化剂体系,新型体系的茂金属催化剂在较高的反应温度下性能稳定、活性高、与高级α-烯烃的共聚性能好,适合于溶液环境条件下的聚乙烯弹性体的合成。中试工艺包在小试工艺包的基础上进行放大设计,通过放大条件下的催化剂性能和 POE产品脱挥后处理的全流程验证,优化工艺条件,取得反应动力学、热力学等的关键数据,为后续十万吨级的工业化生产装置成套工艺包提供基础数据。
该中试项目投资2987万元,其中环保投资77.2万元。该中试装置产能规模较小,仅3吨/年,该规模更接近于小试。根据公布的专利信息来看,惠生在有3篇专利与茂金属催化得溶液聚合相关。最早一篇申请日期为2020年9月。
天津石化
根据于天津市规划和自然资源局于2021年4月公示的《天津南港120万吨/年乙烯及下游高端新材料产业集群项目用海有关情况的公示》,中石化天津分公司作为项目建设主体,规划建设10万吨/年POE项目。
天津石化乙烯二期配套规划20万吨/年α-烯烃和10万吨/年POE。该项目中石化天津分公司拟建设120 万吨/年乙烯工程项目以乙烯装置为龙头,沿C2、C3产品链向下游延伸发展。共计建设乙烯裂解等13套装置,项目总投资288亿元。建设周期约30个月。其中包括了20万吨/年α-烯烃装置、10万吨/年POE装置。20万吨α-烯烃装置采用中国石化自主研发乙烯齐聚技术。该技术以乙烯装置来的乙烯为原料,利用乙烯齐聚催化剂,生产高品质高附加值的C4 至C26+等一系列α-烯烃产品。10万吨/年POE项目采用中国石化自主开发的溶液聚合法POE 生产技术,使用北京化工研究院自主开发的催化剂。采用双釜串联操作,可生产丁烯-1/乙烯或辛烯-1/乙烯无规共聚物。反应混合液经杀活、闪蒸脱除未反应单体、挤压造粒、干燥、风送、包装等操作,最终得到聚合物产品。
浙江石化
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工业是节能降碳的重点领域,也是实现“3060”碳达峰碳中和目标的关键。党的二十大报告明确提出,积极稳妥推进碳达峰碳中和,推进降碳、减污、扩绿、增长,完善能源消耗总量和强度调控,重点控制化石能源消费,逐步转向碳排放总量和强度“双控”制度。为了回顾 2023 年工业企业在节能降碳、绿色可持续发展方面的成就,了解当下的创新技术和应用,《流程工业》编辑部在 2024 年第一期特别策划了“工业碳中和”专题,邀请了一批国内外优秀的工业企业分享观点和产业实践,为广大的流程工业企业提供绿色可持续发展的启迪和借鉴。
作者:本刊编辑部
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