我国聚烯烃产业技术的现状与发展建议

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中国石油化工股份有限公司北京化工研究院院长吴长江在《科学通报》第17期发表观点文章，总结了目前国内外聚烯烃产业的发展趋势, 分析了中国聚烯烃产业发展中遇到的瓶颈与挑战, 并从技术创新和机制创新两方面提出了建议.

图片来自Pixabay

聚烯烃材料是指由乙烯、丙烯、丁烯或α-烯烃等聚合而成的热塑性高分子材料. 经过100多年的发展, 聚烯烃已经形成原料-聚合物-专用料-制品-回收的整体性产业链, 聚烯烃的产业技术涉及到聚烯烃产业链中的原料、催化剂、聚合工艺、加工、产品应用和资源化利用等各环节的技术.

我国是全球聚烯烃生产和消费的第一大国, 2020年总产能已达到0.53亿吨/年, 总消费量已经超过0.66亿吨/年. 然而, 当前我国聚烯烃产业存在明显的结构性过剩问题, 通用产品难以打开国际市场, 高端产品进口依赖度高, 亟需通过科技创新和制度创新两个层面, 攻克关键核心技术、打破垄断, 实现高质量发展.

通过强化基础研究和应用基础研究, 从材料结构、单体、催化剂、聚合工艺、加工工艺及助剂、应用及标准等多个方面, 全面提升原始创新能力；

通过强化“产销研用”合作、深化“产学研”融合, 加快科研成果转化, 对于聚烯烃材料的高性能化、绿色化、功能化、智能化的发展.

对于我国聚烯烃产业实现技术引领, 构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局具有重要意义.

1 我国聚烯烃产业技术现状与挑战研究概述

1.1

产业基础已具备国际竞争力

目前我国的聚烯烃产业已经形成了三方面的优势:

一是已经建成世界上规模最大、工艺最全、原料种类最多的聚烯烃产业;

二是已经形成原料-聚合物-专用料-制品-回收的产业链和创新链;

三是已经建成运行良好的“产学研用”联合创新平台.

目前, 我国已经形成多元化烯烃单体技术, 石脑油、煤、丙烷、炼厂干气、轻质原油等都已经成为重要的原料资源, 同时生物质、天然气等制烯烃原料也有相关的前瞻性探索.

我国不同制备方法的乙烯和丙烯所占产能比例. 数据来源: 中国石油化工集团公司经济技术研究院

聚烯烃工艺技术方面也呈现多样化, 除了溶液聚合等个别工艺, 我国建设有全世界大多数的聚烯烃工艺装置.

我国不同生产工艺的聚乙烯和聚丙烯的产能. 数据来源: 中国合成树脂协会聚烯烃分会2018年统计数据

近些年, 科研院所、高等院校、树脂和制品生产企业等已经形成良好的“产学研用”攻关模式, 不断强化从原料到制品的产业链和创新链融合, 形成了一系列原始创新或填补国内空白的新技术和新产品.

1.2

结构性过剩问题已经显现

一方面, 通用产品同质化严重, 竞争激烈, 产能过剩; 另一方面, 高端领域应用产品偏少, 具备国际竞争力的产品不多, 部分产品依赖进口或者完全进口.

结构性过剩的主要原因来自于3个方面的劣势:

一是基础研究还不能满足市场需求, 高端化原创能力不足;

二是原料成本偏高, 中低端产品竞争力不强;

三是受原料组成不稳定、单一装置牌号切换频繁等因素影响, 我国聚烯烃产品质量稳定性与国际巨头存在差距.

近年虽然新增了不少产能, 但是新装置仍以生产大宗产品为主, 仍然无法解决高端牌号匮乏的问题, 使得结构性问题过剩更加严重.

预计2025年, 我国聚乙烯进口量约为1800万吨, 进口依存度为38%, 聚丙烯进口量约为586万吨, 进口依存度为14%.

中国聚烯烃供需情况预测

1.3

全产业链的基础研究及应用基础研究不足

尽管我国是世界上聚烯烃产业发展最快的国家, 但是由于我国的聚烯烃产业是从20世纪80年代引进一系列装置起步的, 相当长的一段时间内, 都是以消化吸收为主.

但总体上, 距离发达国家还存在差距, 主要表现在两个方面:

一方面是从论文和专利数量等方面分析, 当前聚烯烃仍是各国重点关注的材料之一, 催化剂、聚合方法、材料结构与性能、加工应用等是主要研究热点.

全球高端聚烯烃专利TOP10专利权人分析(1981~2020年). 数据来源: 2021年高端聚烯烃行业研发技术情报调研

另一方面是从成套技术进行分析, 随着国际形势日趋紧张, 很多技术国外已经不对我国许可, 我国的自有工艺技术还较少, 难以全面替代进口, 这也暴露了在整个产业链条中, 围绕反应工艺、反应器结构、模拟计算等工程开发技术的薄弱.

1.4

产业技术发展面临重大挑战

尽管国内聚烯烃领域开展了多年的研究工作, 但是在基础研究、中试技术、工程装备等平台建设方面, 仍与国际存在较大差距, 具体体现如下.

(1) 原创性技术亟须突破.

(2) 中试研究平台严重缺乏.

(3) 工程装备技术亟须提升.

(4) 原料成本需要持续降低.

2 加快我国聚烯烃发展的建议

根据我国聚烯烃产业技术的现状, 建议重点围绕以下7个方面进行攻关.

2.1

加快低成本和关键单体技术的开发

2.2

加快高性能催化剂技术的开发

2.3

加快先进聚合及工程技术的开发

2.4

加快高端化产品的开发

2.5

加快创新性加工应用技术的开发

建议重点攻关以下三类加工技术.

(1) 取向加工技术.

(2) 连续纤维增强复合加工技术.

(3) 辐照加工技术.

2.6

加快废旧聚烯烃资源化利用技术的开发

2.7

进一步强化顶层设计

3 总结与展望

近年来, 我国聚烯烃产业已经取得了长足的进步, 为国家相关产业的发展提供了坚实基础. 但我国当前的结构性过剩问题和未来面临的重大挑战也是必须解决的瓶颈. 我们提出通过机制创新, 聚焦市场需求, 重点发展原油直接制烯烃等单体技术、单活性中心催化剂等催化剂技术、溶液聚合等工艺技术、POE、COP/COC、PMP等高端聚烯烃产品技术、固相拉伸等加工应用技术和废旧聚烯烃资源化利用技术等, 这些技术将对产业发展产生重大影响, 甚至会形成颠覆性影响, 对攻关关键核心技术, 实现高质量发展具有重要意义.

展望未来, 高性能化、绿色化、功能化和智能化是聚烯烃材料的必然趋势. 我国已经形成坚实的产业基础、技术基础和人才基础, 部分技术已经达到国际领先, 未来通过强化基础研究和应用基础研究, 借助“产学研用”大兵团联合攻关模式, 解决聚烯烃材料产业链中的关键技术点, 不仅有望突破一系列关键核心技术, 还有望将聚烯烃发展成支撑我国创新型国家建设的重要驱动力, 使整个产业链在研发平台、生产技术、产品质量、产能产量全面引领全球.