线性低密度聚乙烯LLDPE现货市场研究报告

　　聚乙烯(PE)是五大合成树脂之一，是我国合成树脂中产能最大、进口量最多的品种。目前，我国已是世界上最大的聚乙烯进口国和第二大消费国。聚乙烯主要分为线性低密度聚乙烯(LLDPE )、低密度聚乙烯(LDPE )、高密度聚乙烯(HDPE )三大类。

　　一、LLDPE简介

　　线性低密度聚乙烯(LLDPE)，是乙烯与少量高级α-烯烃(如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等)在催化剂作用下，经高压或低压聚合而成的一种共聚物，密度处于0.915～0.940克/立方厘米之间。但按ASTM 的D-1248-84规定，0.926～0.940克/立方厘米的密度范围属中密度聚乙烯(MDPE)。新一代LLDPE将其密度扩大至塑性体(0.890～0.915克/立方厘米)和弹性体(<0.890克/立方厘米)。但美国塑料工业协会(SPI)和美国塑料工业委员会(APC)只将LLDPE的范围扩大至塑性体，不包括弹性体。上世纪80年代，Union Carbide和Dow Chemical公司将其早期销售的塑性体和弹性体称之为非常低密度的聚乙烯(VLDPE)和超低密度聚乙烯(ULDPE)树脂。

　　常规LLDPE的分子结构以其线性主链为特征，只有少量或没有长支链，但包含一些短支链。没有长支链使聚合物的结晶性较高。

　　通常，LLDPE树脂用密度和熔体指数来表征。密度由聚合物链中共聚单体的浓度决定。共聚单体的浓度决定了聚合物中的短支链量。短支链的长度则取决于共聚单体的类型。共聚单体浓度越高，树脂的密度越低。此外，熔体指数是树脂平均分子量的反映，主要由反应温度(溶液法)和加入链转移剂(气相法)来决定。平均分子量与分子量分布无关，后者主要受催化剂类型影响。

　　LLDPE在20世纪70年代由Union Carbide公司工业化，它代表了聚乙烯催化剂和工艺技术的重大变革，使聚乙烯的产品范围显著扩大。LLDPE用配位催化剂代替自由基引发剂，以及用较低成本的低压气相聚合取代成本较高的高压反应器，在比较短的时间内，便以其优异的性能和较低的成本，在许多领域已替代了LDPE。目前LLDPE几乎渗透到所有的传统聚乙烯市场，包括薄膜、模塑、管材和电线电缆。

　　LLDPE产品无毒、无味、无臭，呈乳白色颗粒。与LDPE相比具有强度高、韧性好、刚性强、耐热、耐寒等优点，还具有良好的耐环境应力开裂、耐撕裂强度等性能，并可耐酸、碱、有机溶剂等。

　　2005年，我国LLDPE产量为188万吨，约占PE总产量的35.5%；消费量355万吨，约占PE总消费量的33.8%。预计未来2～3年内，LLDPE消费量将保持8%左右的速度继续增长。按照当前市场价格12000元/吨计算，我国LLDPE的市场规模已经超过了400亿元。

　　(一)、LLDPE的应用领域

　　LLDPE的主要应用领域是农膜、包装膜、电线电缆、管材、涂层制品等。

　　线形低密度聚乙烯由于较高的抗张强度、较好的抗穿刺和抗撕裂性能，主要用于制造薄膜。2005年世界LLDPE消费量为1617万吨，同比增长6.4%。在消费结构中，薄膜制品仍占最大比例，消费量为1190万吨，占总消费量的73.6%，其次为注塑，消费量为114.8万吨，约占LLDPE总消费量的7.1%。

　　2005年，我国LLDPE和LDPE消费总量为598万吨，其中LLDPE消费量为355万吨，同比增长25.4%，占LLDPE/LDPE消费总量的59.4%；LDPE消费量为243万吨，同比增加0.7%，占LLDPE/LDPE消费总量的40.6%。

　　从LLDPE/LDPE消费结构看，薄膜仍是消费的最大品种，消费量为485万吨，占LLDPE/LDPE总消费量的77.5%，其中包装膜313万吨，占总消费量的50%；农膜134.5万吨，占消费总量的22.5%；特殊包装膜37.6万吨，占消费总量的6%。其次为注塑制品，消费量为55.7万吨，占消费总量的8.9%。其后依次为涂层制品、管材和电线电缆，消费量分别为31.3万吨、18.8万吨和15.7万吨，分别占总消费量的5%、3%和2.5%；其它消费量为18.8万吨，占总消费量的3%。

　　从2003～2005年LLDPE/LDPE的消费情况看，薄膜的消费比例一直保持在77%左右，第二大品种注塑制品的消费比例也一直在9%上下徘徊。预计未来2～3年内，虽然各项品种的绝对消费量将继续增长，但其消费比例会基本维持目前态势；由于包装膜的需求相对增长较快，农膜的消费比例将会降至20%左右。由于LLDPE的性能不断改善，其应用领域也不断扩大，未来市场对LLDPE的需求增速将大大高于LDPE和HDPE。

　　(二)、LLDPE的分类

　　按共聚单体类型，LLDPE主要划分为3种共聚物：C4(丁烯-1)、C6(己烯-1)和C8(辛烯-1)。其中，丁烯共聚物是全球生产量最大的LLDPE树脂，而己烯共聚物则是目前增长最快的LLDPE品种。在LLDPE树脂中，共聚单体的典型用量为5%～10%重量分数，平均用量大约为7%。茂金属基的LLDPE塑性体(mLLDPE)具有传统LLDPE 3倍多的平均共聚单体含量。图表1显示的是引用自外刊的10年间世界3种共聚单体LLDPE的产量。

　　图表1：1997～2007年10年间世界3种共聚单体LLDPE的产量

　　(图表说明：Butene：丁烯；Hexene：己烯；Octene：辛烯)

　　在1984年末，当时的联碳公司引入了己烯共聚LLDPE的生产，紧随其后的是Exxon、Mobil等公司。Dow Chemical(陶氏化学公司)在其低压溶液工艺中几乎全部采用辛烯作为共聚单体，加拿大NOVA(诺瓦化工)也在其中压溶液工艺中大部分采用辛烯。辛烯共聚LLDPE树脂具有略好的强度、抗撕裂性能和加工性能，而己烯共聚和辛烯共聚树脂的性能差别不大。目前己烯LLDPE树脂的生产商主要有ExxonMobil Chemical(埃克森美孚化工公司)、Eastman Chemical(伊士曼化学公司)、Equistar(等星公司)和Chevron Phillips(雪佛龙菲利普斯化学公司)等。此外，Dow Chemical(陶氏化学公司)、Basell(巴塞尔公司)、Innovene(亿诺公司)、Samsung Total(三星道达尔公司)等也生产己烯LLDPE。

　　与通常使用的丁烯共聚单体相比，以己烯和辛烯作为共聚单体生产的LLDPE具有更为优良的性能。LLDPE树脂的最大用途在于薄膜的生产，以长链α-烯烃(如己烯、辛烯)作为共聚单体生产的LLDPE树脂制成的薄膜及制品在拉伸强度、冲击强度、撕裂强度、耐穿刺性、耐环境应力开裂性等许多方面均优于用丁烯作为共聚单体生产的LLDPE树脂。自20世纪90年代以来，国外的PE生产厂商及用户均趋向于用己烯及辛烯替代丁烯。据悉，用辛烯作共聚单体，树脂性能不一定能比己烯共聚有更进一步的改善，且价格反而贵些，因此目前国外主要LLDPE生产商使用己烯来替代丁烯的趋势更为明显。

　　目前，由于国内尚无大规模生产己烯、辛烯，且进口价格较贵，因此，现今国内生产的LLDPE树脂主要用丁烯作为共聚单体。国内有些企业在引进LLDPE生产装置时虽有用己烯作共聚单体的牌号，但终因国内无己烯生产而不得不放弃，仅在开车考核时进口少量己烯。我国进口的高档LLDPE多为此类产品。预计今后对以1-己烯为单体的LLDPE需求将有较大增长。

　　(三)、LLDPE的生产工艺概况

　　1、LLDPE的工艺种类

　　聚乙烯的生产方法主要有4种：高压法、气相法、溶液法和淤浆法。但目前，世界上生产LLDPE树脂通常采用气相法和溶液法工艺。

　　在溶液法工艺中，美国Dow Chemical的冷却低压法和加拿大NOVA Chemicals Corporation的中压法占绝对优势。这两种工艺均可切换生产LLDPE和HDPE。

　　Dow公司的低压溶剂法工艺已用于世界上许多工厂，但这些工厂均属Dow的自有工厂。在此工艺中，乙烯、辛烯-1和C8～C9异构链烷烃溶剂与改性的Ziegler催化剂溶液一起送入两台串联的搅拌反应器。反应在395磅/平方英寸和160℃的条件下进行。第二台反应器溶液中，聚合物的含量为10%。总停留时间为30分钟。反应器的流出物在35磅/平方英寸的绝压下闪蒸，除去溶液中的乙烯。继之，用加热/闪蒸步骤除去溶剂。聚合物则进行挤压造粒。

　　加拿大NOVA公司的中压SclairTM溶液法工艺系由DuPont Canada开发，在1994年中期，NOVA Chemicals购买了SclairTM技术及其世界技术转让业务，并采用新一代的非茂金属催化剂，开发出了SclairⅡTM技术。

　　在气相法工艺中，Univation的低压气相流化床工艺，亦即UnipolTM工艺是生产LLDPE的最普通工业化工艺。在此工艺中，乙烯和共聚单体(丁烯-1或己烯-1)在流化床反应器中聚合，生成颗粒状聚合物。其特点是将一种载体型钛或钛-铬催化剂粉末连续送入流化床反应器，并连续地由反应器取出聚合物产品颗粒。在流化床中，增长的聚合物颗粒被循环的乙烯/共聚单体物流流态化。循环物流通过外部冷却器冷却，除去反应热。反应器压力约为300磅/平方英寸，反应温度约为88℃。UnipolTM工艺也可用于生产聚丙烯，采用Shell的超高活性催化剂(SHAC)。

　　此外，BP的低压气相流化床工艺与UnipolTM工艺非常相似。仅冷凝液送入流化床的方式稍有不同。BP的方法是先将冷凝液与循环物流分离，然后用置于流化床内的喷咀雾化，将其送入流态化床层。UnipolTM则不进行分离，冷凝液随循环物流一起送入流化床反应器。

　　2、工艺流程

　　生产LLDPE的工艺流程有多种，现主要介绍气相法和溶液法中两种主要的工艺流程。

　　1.美国联碳公司(UCC)的Unipol气相法工艺。该工艺与BP气相法工艺大同小异，但UCC产品范围较广，品种较多，采用4种不同的催化剂生产全密度范围分子量分布由窄到宽、熔体指数由0.91g/10min～125g/10min的各种树脂。在各种工艺中，UCC气相法产品范围最广。BP工艺采用一种催化剂生产全密度聚乙烯，熔体指数由0.35/10min～30g/10min，分子量分布窄，当生产宽分子量分布的牌号时，要在挤压造粒时加助剂，但牌号较少。

　　Unipol PE工艺的装置一般由4部分组成：单体净化、聚合反应、树脂脱气和树脂造粒。工艺流程如图表2 所示。

　　图表2：Unipol聚乙烯工艺流程图

　　(1)单体净化 凡进入聚合反应器的单体(包括乙烯和共聚单体)都必须脱除氧、一氧化碳、二氧化碳、水、硫化物、甲醇、炔烃等对催化剂有毒的杂质。常用脱氧及氧化物的催化剂床和分子筛来脱出杂质。

　　(2)聚合反应 聚合反应在流化床反应器中进行，该反应器下部为圆筒形，上部由一倒锥体和一半球组成。反应器底部有一气体分布板，板上是由粉状树脂形成的流化床层。

　　催化剂和助催化剂直接从分布板通入反应床层，鼓风机送入循环气使床层保持流化状态，并使反应单体与催化剂均匀混合，同时带走反应热。反应热在循环气冷却器中移出系统。

　　通过床层的气体质量速度应为3～6倍的Gmf(流化所需最低气流速度)。

　　分子量调节剂——氢气也和单体一起从反应器底部通入系统。树脂的性能通过催化剂、助催化剂、共聚单体和氢气的加入量来调节。反应停留时间约3小时左右。

　　(3)树脂脱气 树脂从反应器出来经过特殊的卸料系统脱除未反应的单体；回收了单体的树脂循环到反应器，进入脱气仓，在此仓内进一步脱去树脂中吸附的烃类，从脱气仓下部通入一股吹扫气，与树脂逆流接触，将烃类吹出带走，同时也通入小股脱活剂，将聚合物上残余的活性中心杀死。

　　(4)造粒 脱气后的树脂经过振动筛等设备除去大块，在进入造粒系统前，先与固、液态添加剂混合。Unipol的造粒系统是由混炼器、熔融泵和造粒机紧密组合成三位一体，与其它工艺的相同系统相比，大约可节省能耗1／3。

　　用循环软水带走粒状切片，经过干燥分离水，送入料斗，再用空气送到掺混、储运和包装工序。

　　2.加拿大杜邦中压溶液法(Sclairtech)工艺流程。该工艺是溶液法中生产能力最大、发展最快的一种。1960年杜邦公司在加拿大沙尼亚建立第一套11kt/a的装置，至1990年后，采用该工艺的生产能力已达到720kt/a～780kt/a，其中最大的反应器生产能力为300kt/a。

　　杜邦中压溶液法(Sclairtech)工艺流程如图表3所示。

　　图表3：加拿大杜邦中压溶液法(Sclairtech)工艺流程简图

　　(1)聚合 乙烯升压后与净化过的循环共聚单体及溶剂(环己烷)一起进入冷却吸收器，在降温的同时充分混合溶解，用进料泵加压达到反应压力10.79～16.67Mpa(110～170kgf/cm2)，经温度控制系统达到反应温度(100～300℃)，用加入的齐格勒型催化剂的量来控制乙烯转化率达95%左右，用氢来调节熔体指数。用共聚单体量调节聚乙烯密度。采用2个(或更多)反应器，在不同温度和不同氢加入点条件下操作调节产品分子量分布。

　　在反应器出口加入脱活剂以终止反应，然后使反应物流升温到300℃，通过Al2O3吸附剂吸附脱除催化剂残渣；如采用改进后的新催化剂体系(ACS)则可免去脱催化剂的设施。然后，反应物料进入中压闪蒸器脱除反应乙烯、共聚单体和大部分溶剂。

　　(2)后处理 熔体脱除单体、溶剂等易挥发物后与固体添加剂混合，进入挤压机和切料机，粒料被循环水带出，脱水后再用热水配成浆液，进一步洗出树脂中的溶剂，然后树脂进入汽提机，经蒸汽逆流汽提后，残留溶剂量小于500mg/L，再进一步干燥，并用热空气送到掺混料仓和包装工序。

　　(3)溶剂回收 从中压和低压闪蒸器顶部脱出的乙烯、共聚单体和环己烷分别经一、二段冷凝器进入低沸塔，低沸塔顶物料再依次经过乙烯塔和共聚单体塔回收乙烯和共聚单体，低沸塔底物料送到高沸塔和树脂汽提塔处理，从高沸塔顶回收环己烷，从树脂汽提塔底排出油脂状低聚合】物。补充的共聚单体键入共聚单体塔，从该塔侧线还排出异构物2-丁烯。

　　3、生产LLDPE的成本投入

　　生产聚乙烯的各种工艺方法，因其反应机理和工艺技术不同，导致生产流程和工艺条件各异，因而在原料和公用工程的消耗上，以及设备台数和材质的要求上均不相同，所以各种装置的投资和成本也有较大的差异。聚乙烯生产工艺的技术经济比较见下列各表。

　　图表4：各种聚乙烯装置的投资比较(100kt／a)，单位：百万美元

　　注：表中投资为1984年中期美国海湾价格。

　　图表5：几种典型聚乙烯工艺的消耗指标

　　图表6：不同工艺方法各生产一种代表性牌号的成本比较

　　根据投资和消耗指标，再以一种有代表性的产品牌号为例，对各种工艺的生产成本进行比较，其结果列表于上。从表中可以气相法和中压溶液法的成本最低，淤浆法和低压溶液法次之，高压法成本最高。

　　在实际的生产经营中，一个生产装置不可能始终生产一个牌号，总要根据市场需求而切换牌号。但切换牌号时，反应器越大、停留时间越长、更换催化剂越多，则不同牌号的过渡料就多，为切换而损失的操作时间也越长，由此而造成产品成本上升的幅度就越大。在这种情况下，气相法料粒的成本升高幅度较大，溶液法和Philips环管法及气相法粉料的成本升高幅度较小，而高压法的产品成本仍居高不下。