第九章发展与展望 91行业发展与展望 9.2技术发展与展望 93产品发展与展望
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
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 91行业发展与展望1 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 35Mta,产量超过30Mta,消费量已约达到28Mta,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)86268.58 2.924 10.117 5.284 35.536 开工率 93 2.721 3.693 净出口 0.8380.703 0.196 0.038 -0.492 1.283 消费量 6.12668223999028417628549 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。 911产能 20世纪九十年代世界聚丙烯树脂生产能力年均增长率为79%,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 Chem Systems公司预测19982003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。 2
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 9-1 2000 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) 8.626 8.585 2.924 10.117 5.284 35.536 开工率/% 82 86 93 88 70 85 生产量 7.073 7.62 2.721 8.947 3.693 30.054 净出口 0.838 0.703 0.196 0.038 -0.492 1.283 消费量 6.126 6.82 2.399 9.028 4.176 28.549 1. 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 Chem Systems 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
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) 拉美 0.524 日本 0.045 亚洲(日本除外) 2.109 1.615 中东 0.79 非洲 0.375 总计 7.8.8 1998年底能力 30.175 增长率 表9-3世界聚丙烯生产能力及其预测 (kt/a) 地区 19982003200520101998-2003 2003~2010 年均增长率%年均增长率 北美洲 67279366996 116666.8 拉丁美洲 15032334253441849.2 8.7 日本 2978311533053430 0.9 14 亚洲(日本除外)826411478130231934868 77 西欧 7647 9662 104371233748 3.6 10581503186822787.3 760 2265 805 24.4 非洲总计 385 1055 1075 15.3 全世界总计2032.240508451185812.367 5.3 912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56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Chem Systems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57%a(见表94)。美国斯坦福研究所(SR)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
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 7.8.8 1998 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 1998 2003 2005 2010 1998~2003 年均增长率/% 2003~2010 年均增长率/% 北美洲 6727 9366 9966 11666 6.8 3.2 拉丁美洲 1503 2334 2534 4184 9.2 8.7 日本 2978 3115 3305 3430 0.9 1.4 亚洲(日本除外) 8264 11478 13023 19348 6.8 7.7 西欧 7647 9662 10437 12337 4.8 3.6 东欧 1058 1503 1868 2278 7.3 6.1 中东 760 2265 2930 3805 24.4 7.7 非洲总计 385 785 1055 1075 15.3 4.6 全世界总计 2932.2 4050.8 4511.8 5812.3 6.7 5.3 9.1.2 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 Chem Systems 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 GDP 2.5 倍的水平
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19982003年2003-2010年 年均增长率/%年均增长率/ 薄膜Mt4.141 59856.8479204 6.4 纤维M8.2211138132 17.493 吹塑/Mt045606040668084 5.8 4.8 注射Mt10049141241577420.250 7.0 5.3 挤出涂层 6.8 4.1 其他挤出1.7822.5812888 3.698 7.7 Mt 其他/Mt0.7331.0041.1451.474 6.5 5.6 "/Mt 5.38536.04240.54652966 茂金属kt46 659 1131 2491 70.5 20.9 913市场消费与应用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952000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 49 46 54 37 薄膜和片材13 吹塑成型 其他 16 13 在表94中美国 Chem Systems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。 92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15.7-121。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
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/Mt 4.141 5.985 6.847 9.204 7.6 6.4 纤维/Mt 8.221 11.738 13.22 17.493 7.4 5.9 吹塑/ Mt 0.456 0.604 0.668 0.84 5.8 4.8 注射/ Mt 10.049 14.124 15.774 20.250 7.0 5.3 挤出涂层 /kt 3 4 5 6 6.8 4.1 其他挤出 / Mt 1.782 2.581 2.888 3.698 7.7 5.3 其他/ Mt 0.733 1.004 1.145 1.474 6.5 5.6 总计/ Mt 25.385 36.042 40.546 52.966 7.3 5.7 茂金属/kt 46 659 1131 2491 70.5 20.9 9.1.3 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 9-5 2000 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 49 46 54 18 35 37 纤维 28 21 22 39 20 28 薄膜和片材 13 23 6 26 16 19 吹塑成型 2 1 2 4 — 2 其他 8 9 16 13 29 14 在表 9-4 中美国 Chem Systems 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
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96不同时期聚丙烯催化剂和工艺技术的主要进展 催化剂 工艺技术 1950s发现ZN催化剂 聚丙烯开始工业化生产 9605第1代ZN催化剂(000Pp/tct) 浆液工艺 1970s第2代ZN催化剂(10000tcat以上)除浆液法外开始开发本体和气相法工 提高立构规整性催化剂 艺,出现无脱灰、无脱无规物工艺 1980s第3代ZN催化剂(50 PP/t cat I以上)本体和气相法工艺 提高立构规整性催化剂 所有非浆液法装置通过与气相工艺串 生产高乙烯含量无规和抗冲共聚物催化剂联生产抗冲共聚物 生产三元共聚物 无脱灰、无脱无规物 199第4代ZN催化剂(6000p/tcat以上)简化本体和气相工艺,降低投资和操 改进形态,高结晶性聚合物 作费用,开发超临界聚合工艺 用茂金属催化剂生产等规和间规聚丙烯 开发超高抗冲共聚物(橡胶含量50%) 单线生产能力提高到350kta以上 20006茂金属催化剂继续发展 茂金属催化剂用于本体和气相工艺, 继续降低投资成本 开发非茂单活性中心催化剂 先进的控制,预测模型,生产装置与 业信息技术系统结 921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,ZN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 9.21.1ZN催化剂 传统的聚丙烯催化剂如ZN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。ZN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。 Chem Systems公司的 报告指出,目前ZN催化剂在PP领域的需求增长率为7%/a,ZN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
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 (1000 t PP / t cat ) 浆液工艺 1970s 第 2 代 Z-N 催化剂 (10 000 t PP / t cat 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 (15 000 t PP / t cat 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 (60 000 t PP / t cat 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。 9.2.1.1 Z-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。Chem Systems 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