乙丙橡胶生产工艺产品市场分析

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【摘 要】论述了乙丙橡胶国内外生产现状，市场供需情况。讨论了乙丙橡胶溶液聚合法、悬浮聚合法及气相聚合法3种生产工艺及产品特点，重点分析了3种工艺路线根据国内目前的供需现状，对我国乙丙橡胶生产、新产品开发及技术发展提出了建议。

【关键词】乙丙橡胶；生产；工艺；产品市场；发展趋势

一、前言

乙丙橡胶（EPR）是继Zieg1er一Natta催化剂的发明、聚乙烯和聚丙烯的出现后问世的一种以乙烯、丙烯为基本单体的共聚橡胶，分为二元乙丙橡胶（EPM）和三元乙丙橡胶（EPDM）两大类。前者是乙烯和丙烯的共聚物；后者是乙烯、丙烯和少量非共轭二烯烃的共聚物。EPR具有许多其它通用合成橡胶所不具备的优异性能，加之单体价廉易得，用途广泛，是20世纪80年代以来七大合成橡胶品种中发展最快的一种，其产量、生产能力和消费量仅次于丁苯橡胶、顺丁橡胶位居世界7大合成橡胶品种中的第3位。目前，我国的生产能力和产量却不能满足国内实际生产的需求，每年都有大量进口，开发利用前景广阔。

二、我国乙丙橡胶现状

（一）我国乙丙橡胶供需现状

中国是世界EPR需求增长最快的国家，年均需求增长率达到10%左右.随着我国产业结构的逐步调整，制品行业质量标准的提高，EPR需求将继续保持快速增长势头，预计2014年和2016年我国EPR需求量将分别达到238000t和258000t，这是一个市场巨大的缺口，国内仅45000t/a的生产能力显然不能满足快速增长的市场需求。预计未来几年的市场缺口140000-160000t/a。

（二）我国乙丙橡胶工艺技术发展

早在60年代初，北京化工研究院就着手开展钒系乙丙橡胶（EPR）合成技术的研究与开发。在其研究开发成果的基础上，兰化公司和金陵石化公司分别于70年代初期和后期建成2000吨/年和5000吨/年半工业生产装置。其中金陵石化公司装置因种种原因始终未投产，而兰化2000吨/年装置1986年又增建一套后处理装置，形成1000吨/年油品调粘剂的生产能力，虽然能生产EPM、EPDM共4个牌号和乙丙共聚物油品添加剂3个牌号的产品，但由于技术等因素和客观条件的限制，始终未达到设计生产能力，一直处于时开时停状态，年产量仅200～300吨，主要生产增粘剂产品。

三、生产工艺路线技术特点

目前ERP工业化生产路线主要有3种，即溶液聚合法、悬浮聚合法和气相聚合法三种：

（一）溶液聚合工艺

1.技术状况。上世纪60年代初实现工业化，经不断完善和改进，技术己成熟，为许多新建装置所使用，是工业生产的主导技术，约占FPR总生产能力的77.6%。该工艺是在既可以溶解产品、又可以溶解单体和催化剂体系的溶剂中进行的均相反应，通常以直链烷烃如正己烷为溶剂，采用V一A1催化剂体系，聚合温度为30～50C，聚合压力为0.4～0.8 MPa，反应产物中聚合物的质量分数一般为8%～10%。工艺过程基本上由原材料准备、化学品配制、聚合、催化剂脱除、单体和溶剂回收精制以及凝聚、干燥和包装等工序组成，但由于各公司在某部分或控制方面有自己的专利技术，因而各具独特的工艺实施方法。代表性的公司有DSM、 Exxon、uniroya1、DuPont、日本三井石化和JSR公司。

2.根据催化剂的不同，工业上可以分为以Ziegler-Natta钒一铝催化体系为代表的传统溶液聚合法和以茂金属催化体系为代表的茂金属溶液聚合法。传统溶液聚合法技术成熟，操作稳定，是目前工业生产EPR的主要方法，约占乙丙橡胶全部产能的60-70%，为EXXON、朗盛、三井、陶氏、吉林石化等现有绝大装置所采用。产品品种牌号较多，质量均匀，灰分含量较少，应用范围广泛；产品电绝缘性能好。

3.茂金属催化是近年来用于合成EPDM发展较快的技术，随着工业化的成功，标志着EPDM合成技术进入一个崭新的发展阶段，具有里程碑意义。采用茂金属催化剂合成的EPDM具有聚合活性高，催化剂用量小，残余物含量小，并且聚合产物不用脱除残留催化剂，产品颜色透亮，聚合物结构均匀，分子量分布窄，物理性能优异。

（二）浮聚合工艺

1.技术状况。EPR悬浮聚合工艺产品牌号不多，其用途有局限性，主要用作聚烯烃改性，目前只有意大利Polimeri即原Enichem公司和朗盛美国公司两套装置使用，约占乙丙橡胶总产能的10-15%。该工艺是根据丙烯在共聚反应中活性较低的原理，将乙烯溶解在液态丙烯中进行共聚合。丙烯既是单体又兼作反应介质，靠其本身的蒸发致冷作明控制反应温度，维持反应压力。聚合产物不溶于反应介质丙烯，体系粘度较低，提高了转化率，聚合物的质量分数高达30%～35%，因而其生产能力是溶液法的4～5倍；无溶剂回收精制和凝聚等工序，工艺流程简化，基建投资少；可生产很高分子量的品种；产品成本比溶液法低。而其不足之处是：由于不用溶剂，从聚合物中脱离残留催化剂比较困难；产品品种牌号少，质量均匀性差，灰分含量较高；聚合物是不溶于液态丙烯的悬浮粒子，使之保持悬浮状态较难，尤其当聚合物浓度较高和出现少量凝胶时，反应釜易于挂胶，甚至发生设备管道堵塞现象；产品的电绝缘性能较差。又可分为一般悬浮聚合工艺和简化悬浮聚合工艺。简化悬浮聚合工艺该工艺是在一般悬浮聚合工艺基础上开发成功的，主要是采用高效钛系催化体系，不必进行催化剂的脱除，未反应单体不需处理即可返回使用。通常用于生产EPM，这是因为闪蒸不易脱除未反应的第三单体。聚合物淤浆经闪蒸脱除未反应单体，不需精制处理，压缩和冷却后直接循环到反应釜使用。脱除单体的聚合物不必净化处理即可作为成品。

2. EPR悬浮聚合工艺的特点是：聚合产物不溶于反应介质丙烯，体系粘度较低，提高了转化率，聚合物的质量分数高达30%～35%，因而其生产能力是溶液法的4～5倍；无溶剂回收精制和凝聚等工序，工艺流程简化，基建投资少；可生产很高分子量的品种；产品成本比溶液法低。而其不足之处是：由于不用溶剂，从聚合物中脱离残留催化剂比较困难；产品品种牌号少，质量均匀性差，灰分含量较高；聚合物是不溶于液态丙烯的悬浮粒子，使之保持悬浮状态较难，尤其当聚合物浓度较高和出现少量凝胶时，反应釜易于挂胶，甚至发生设备管道堵塞现象；产品的电绝缘性能较差。

（三）气相聚合工艺

技术状况EPR的气相聚合工艺是由Himont公司率先于20世纪80年代后期实施工业化的。UCC公司则于90年代初宣布气相法EPR中试装置投入试生产，其9.1万吨/年的气相法EPR工业装置于1999年正式投产。UCC公司的EPR气相聚合工艺最具代表性，它分为聚合、分离净化和包装三个工序。

与前两种工艺相比，气相聚合工艺有其突出的优点：工艺流程简短，仅三道工序，而传统工艺有七道工序；不需要溶剂或稀释剂，毋需溶剂回收和精制工序；几乎无三废排放，有利于生态环境保护。但其产品通用性较差，所有的产品皆为黑色。这是由于为避免聚合物过粘，采用炭黑作为流态化助剂之故。由于该工艺本身的一些缺陷，尤其是产品牌号较少，无法更好地满足实际生产的需求。因此，在未来大规模发展的可能性较少，尤其是最近世界上唯一一套有美国陶氏化学公司（原UCC公司被陶氏收购）拥有的气相法乙丙橡胶生产装置关闭，有可能会延缓该技术的进一步推广[1]。

总之，在今后一个相当长的时期内，合成乙丙橡胶的另2种工艺即溶液聚合、悬浮聚合体系将会并行发展，其中传统催化剂体系的溶液聚合工艺技术成熟。产品质量好，品种牌号覆盖面广，仍将是近期合成乙丙橡胶的基础技术。

四、发展前景分析

（一）乙丙橡胶具有许多其他通用合成橡胶所不具备的优异性能

由于乙丙橡胶分子链具有高度的饱和性，使其具有优异的耐臭氧性、耐老化性、耐化学品腐蚀性、优异的电绝缘性、耐蒸汽性等，加之单体价廉易得，在汽车部件（轮胎侧、胶条和内胎）、建材用防水卷材、电线电缆护套、耐热胶管、胶带、汽车密封件、油添加剂以及聚烯烃改性等方面具有广泛的应用。

（二）其他单体进入乙丙弹性体

乙丙橡胶产品正在发生变化，传统的乙丙橡胶已受到其它廉价热塑性弹性体的冲击。如乙丙橡胶基TPO、TOV等在汽车、聚合物改性等方面将成为乙丙橡胶的主要替代品。以改善下游制品加工性能、降低下游加工成本等为目的的各种新结构乙丙橡胶（双峰、长链支化等）、改性乙丙橡胶、专用乙丙橡胶已成为重要的乙丙橡胶品种，向着特化性、功能性化、专用化方向发展，成为乙丙橡胶新产品的发展趋势。此外，低分子量、超低黏度乙丙橡胶和液体乙丙橡胶作为热塑性弹性体的拳头产品进入聚合物改性领域。各种化学改性乙丙橡胶以及各种乙丙橡胶专用料等越来越受到应用者的青睐。采用新型单体合成的新型乙丙橡胶成为新的市场需求。

总之，随着环保理念的进一步强化，环保化工工艺以及环保型乙丙橡胶生产和需求结构的重要变化[2]。

（三）新型应用材料不断得到发展

近年来，乙丙橡胶工业生产技术的发展已经进入一个相对稳定的完善时期。而应用开发成为乙丙橡胶的研发热点，也是乙丙橡胶今后发展方向。

五、产品市场分析及预测

（一）市场供应状况分析及预测

1.国际市场供应状况分析及预测（截止2012年底数据）

图3世界乙丙胶橡胶产能分布）

2.国际市场供应量预测。目前全球乙丙橡胶的总生产能力为139.9万吨，生产与应用主要集中在欧美发达地区和国家，总消费量约为133.5万吨，目前产量大于需求量。随着全球经济的复苏和2011年乙丙橡胶高利润的驱动，EPDM扩产和新增装置计划纷纷提到日程。

（二）市场需求状况分析及预测

1.国际市场需求状况分析及预测。近年来，世界乙丙橡胶年需求平均增长率为4%。从需求增长情况来年，需求增长较快的是亚洲（日本除外）占35%，北美和西欧分别占24%和28%。亚洲EPR需求增长很快，近年来需求年增长率为6.6%，高于同期世界年增长率4%，亚洲需求的增长主要来源是除日本以外的发展中国家和地区，特别是中国和东南亚地区。按世界需求4%的增长率，2015需求量将达到145万吨；预计2020年全球总生产能力达到180万吨，总需求量将达到175万吨。

（三）产品价格分析及预测

1.国际市场产品价格及变化情况。近年来国际市场乙丙胶价格随着原油价格的上涨呈稳步上升趋势，其中2004年以前产品价格上涨幅度较小，价格范围在1500-1630美元/吨；2005年以后，受国际市场供求关系的改变以及原油价格的上涨，产品价格上涨幅度猛增，2005年到2008年进口产品价格范围在2175-2704美元/吨之间。2009年，受国际市场经济危机影响，需求不振，乙丙橡胶市场需求减弱，与此同时，国际市场的生产能力大于市场需求，竞争加剧，也制约着市场价格的提升， 2009年进口产品平均价格与08年比下降14.12%。2010年，随着世界经济和汽车工业的逐步复苏，对乙丙橡胶的需求回暖，进口产品价格也呈上升趋势。同比上升21.51%。2011年3月日本地震、4月DSM装置电力故障因素影响，进口产品货源紧张，加上人为炒作，产品价格大幅度上涨至历史新高至33552元/吨（4104美元/吨），同比上涨了45.27%；2012年，进口产品虽继续保持高位在4121美元/吨，但受汇率因素影响，人民币价格仅为32135元/吨，同比下降4.22%。2013年价格继续理性回归。进口胶报价格一直处于下行趋势，从年初的3000美元/吨下降至9月份的2400-2500美元/吨。

2.国内市场产品价格情况。国内乙丙橡胶市场在1997年吉林石化公司乙丙橡胶装置建成之前，基本被国外产品所垄断，所需乙丙橡胶全部依赖进口，因此价格很高，粘度指数改进剂（OCP）所用乙丙橡胶价格为2000～3000美元/吨，其它橡胶制品方面价格约为2000美元/吨。

六、未来发展建议

目前我国乙丙橡胶的消费处于增长阶段，将有非常广阔的发展前景，但目前我国乙丙橡胶的生产能力小、国有产品市场占有率低，无法满足巨大的市场需求。另外，我国煤制烯烃（含外购甲醇制烯烃及煤制丙烯）预计2015年我国煤制烯烃总产能达1500万吨/年，2017年，我国煤制烯烃总产能将达到2000万吨/年。式国家比较认可的新型煤化工路径。根据世界乙丙橡胶未来的发展特点和趋势以及我国的实际情况，今后应该进行以下几个方面的研究和开发工作：（一）加快乙丙橡胶的扩能建设，增加装置能力，实现规模化经营。（二）我国在茂金属催化剂领域研究开发具有一定实力，建议在保证传统牌号的同时，可以采用茂金属催化剂，有效控制聚合物产品组成及结构，有目的地合成专用乙丙橡胶产品。 （三）加快新型单体助剂和催化剂的国产化。（四）在煤化工领域探索开展以煤制烯烃产品原料，开发乙丙橡胶的工艺路线。以提升我国煤化工产品的附加值。

参考文献：

[1]白东明.乙丙橡胶工艺进展[J].化学工程师，2010，（6）

[2]关颖.乙丙橡胶生产技术发展趋势[J].中国化工信息，2009，（48）