一、聚乙烯醇的基本信息
聚乙烯醇(简称PVA)外观为白色粉末,是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物,性能介于塑料和橡胶之间,它的用途可分为纤维和非纤维两大用途。
由于PVA具有独特的强力粘结性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂型、保护胶体性、气相阻绝性、耐磨性以及经特殊处理的具有的耐水性,因此除了作纤维原料外,还被大量用于生产涂料、粘合剂、纸品加工剂、乳化剂、分散剂、薄膜等产品,应用范围遍及纺织、食品、医药、建筑、木料加工、造纸、印刷、农业、钢铁、高分子化工等行业。
二、 聚乙烯醇的生产方法
(1)乙烯直接化法
石油裂解乙烯直接合成法,由于日本可乐丽公司首次开发成功并用于工业化生产。目前,国际上生产PVA的工艺路线以乙烯法占主导地位,其数量为总生产能力的72%。美国已完成了乙炔法向乙烯法的转变,日本的乙烯法也占70%以上,而中国的生产企业只有两家为乙烯法。
其工艺流程包括:乙烯的获取及醋酸乙烯合成、精馏、聚合、聚醋酸乙烯醇解、醋酸和甲醇回收五个程序。
石油乙烯法的工艺特点:生产规模较乙炔法大、产品质量好、设备易于维护、管理和清洗、热利用率高、能量节约明显、生产成本较乙炔法低30%以上。
(2)天然气裂解乙炔直接合成法
乙炔合成法依其原料的来源不同可分为电石乙炔合成法和天然气裂解乙炔合成法。
2.1 电石乙炔合成法
电石乙炔法工艺特点:操作比较简单、产率高、副产物易于分离,因而国内至今仍有10家工厂沿用此法生产,且大部分应用高碱法生产。但由于此种工艺路线产品能耗高、质量低、成本高,生产过程产生的杂质污染的环境也较为严重,成本高于其他二法生产的PVA800-1000元/t,缺乏市场竞争力,属于逐渐淘汰工艺。
2.2 天然气裂解乙炔
乙炔直接合成法在天然气、煤和电力丰富的地区,天然气乙炔法仍具有生命力。天然气乙炔为原料的Borden法,不但技术成熟,而且生产的乙炔有利于综合利用,聚氯乙烯的生产成本较电石乙炔法低50-70%。但天然气乙炔投资和技术难度都较大。
乙烯法、天然气法和乙炔法各有优缺点,其工艺方法及特点比较见表 1,主要技术指标见表2。
原料路线 | 石油乙烯 | 天然气乙炔 | 电石乙炔 |
反应方式 | 固定床气相法 | 固定床气相法 | 沸腾床气相法 |
工艺条件 | |||
温度 /℃ | 150~200 | 170~210 | 170~210 |
压力 /MPa | 0.49~0.98 | 常压 | 常压 |
空速 /L·h-1 | 2040~2100 | 250~280 | 110~150 |
原料配比(摩尔比) | 乙烯:醋酸:氧 =9:4:1.5 | C2H2:HAc=1:7±1 | C2H2:Hac=1:3±1 |
催化剂组成 | 钯、金贵金属 | Zn(Ac)2/活性炭 | Zn(Ac)2/活性炭 |
催化剂寿命 | 5~6个月 | 3个月 | 5~6个月 |
技术效果 | |||
单程转化率, % | 15~20 | 60~70 | 30~35 |
空时收率 /t·(m3·d)-1 | 6~8 | 2.0~2.5 | 1.0~1.3 |
优点 | 副产物少,设备腐蚀性小,催化剂活性高,产品质量好 | 热能利用好,催化剂价廉、易得,副反应少 | 技术成熟,投资少,催化剂易得 |
缺点 | 催化剂贵重 | 乙炔成本高 | 乙炔成本高 |
项目 | 乙烯法 | 天然气法 | 乙炔法 |
原料消耗 /kg·t-1 | |||
乙炔(乙烯) | 650 | 590 | 650 |
醋酸 | 60 | 122 | 80 |
甲醇 | 71 | 103 | 75 |
烧碱 | 14 | 13 | |
综合能耗(标煤) | 1.88 | 2.01 | 4.5 |
三废排放 | 低 | 低 | 高 |
产品成本, % | 低 | 高 | 高 |
三废治理占总投资, % | 低 | 低 | 高 |
设备维修占总投资, % | 低 | 低 | 高 |
目前,全球共有20多个国家和地区生产聚乙烯醇,装置的生产总能力已达1100kt/a,产量约为930kt/a,中国、日本、美国、西欧是世界上生产聚乙烯醇的主要国家和地区,其生产能力占世界聚乙烯醇总生产能力的85%-90%。
表 3全球PVA的生产能力分布kt/a
国家和地区 | 生产能力 | 比例, % |
美国 | 172.2 | 15. |
西欧 | 84 | 7.63 |
亚洲 | 820 | 74.50 |
其他 | 24.5 | 2.23 |
合计 | 1100.7 | 100.00 |
我国聚乙烯醇( PVA)生产自20世纪60年代就自行设计和建设1kt/aPVA,同时从日本引进10kt/aPVA生产装置(乙炔法工艺)至今已有40年的生产历史,到2001年,共有13家生产企业,生产能力已达到347kt/a。期间PVA的用途也发生了巨大的变化,20世纪70-80年代主要用于维纶的生产;90年代,PVA的非纤用量开始增加到57%以上,到2000年PVA的非纤用量已达到90%左右。国内PVA装置能力现状见表4。
表 4国内PVA装置能力现状kt/a
企业名称 | 工艺路线 | 生产方法 | 设计能力 | 2000年产量 |
中石化上海石化 | 石油乙烯 | 低碱法 | 38(46) | 43.9 |
中石化四川维尼纶厂 | 天然气乙炔 | 低碱法 | 45(50) | 45.7 |
北京有机化工厂 | 石油乙烯 | 低碱法 | 33(35) | 21.8 |
贵州水晶有机化工集团 | 电石乙炔 | 高碱法 | 10(16) | 16.5 |
福建纺织化纤集团公司 | 电石乙炔 | 高碱法 | 15*(25) | 22.7 |
湖南湘维有限公司 | 电石乙炔 | 高碱法 | 15*(25) | 27.0 |
江西化纤化工有限公司 | 电石乙炔 | 高碱法 | 15*(25) | 23.3 |
山西三维集团有限公司 | 电石乙炔 | 高碱法 | 15*(25) | 30.4 |
安徽皖维高新 | 电石乙炔 | 高碱法 | 15*(25) | 27.2 |
广西维尼纶厂 | 电石乙炔 | 高碱法 | 15*(25) | 25.3 |
云南维尼纶厂 | 电石乙炔 | 高碱法 | 10(16) | 15.2 |
兰州维尼纶厂 | 电石乙炔 | 高碱法 | 15*(25) | 16.6 |
石家庄化工化纤 | 电石乙炔 | 高碱法 | 5(8) | 10.2 |
合计 | 241(347) | 325.8 |
我国目前的现有产能至2009年,我国聚乙烯醇的总产能为61.9万吨,若生产差别化的聚乙烯醇,除去调整工艺、设备切换、清洗、维修及未形成实际生产能力等因素,我国目前满负荷生产聚乙烯醇的实物量约为50万吨。2009年我国聚乙烯醇表观消费量也在50万吨附近,产销基本平衡。
五 聚乙烯醇的消费市场预测
比较聚乙烯醇的消费市场情况,统计从1997年的22万吨到2007年的50万吨。每隔5年,我国聚乙烯醇的市场消费约增加14万吨左右。由于2008年、2009年受全球金融危机的影响,聚乙烯醇经销商及用户降低库存,使得这两年的表观消费量出现了短暂的停顿,但按趋势分析2010年预计我国聚乙烯醇的消费将回归到正常渠道,全年消费约为55万吨左右,到2015年国内聚乙烯醇消费总量预计约为70万吨,加上国际石油价格的回升及国际聚乙烯醇市场的复苏,在未来的5年内,我国将会成为聚乙烯醇净出口国,净出口量为5-8万吨,因此到2015年,我国聚乙烯醇的总产能约为100万吨,由于生产差别化聚乙烯醇对产量的影响,以及新加入本行业的生产厂家对工艺的理解、吸收有个较长的过程,实际能够生产各种聚乙烯醇实物量大约在80万吨上下,供需基本平衡。
六 聚乙烯醇业内生产企业在竞争中的对策
未来几年,随着非聚乙烯醇行业生产厂家的加入,聚乙烯醇业内企业原先的画地为牢、互不侵犯的行业联盟的格局将有所变化,与此相对应的统一产品最低销售价格,让业内所有企业均能安全度日的时代将成为过去,企业之间的市场竞争力将变得较为激烈,技术封锁更加突出,价格战、吞食地盘的现象将会增加,作为业内企业,如何在下轮竞争中掌握市场主动权,获得更多的机遇,将是各个企业现在就必须考虑的问题。
1. 降低生产成本
聚乙烯醇行业,在行情较好的时期,各企业之间都能赚得丰厚的利润,但在行情不好的时候各企业都在拼实力、拼内功,实力强、内功深的企业往往能够获取相应的利润,使企业实力进一步加强;实力弱的企业往往利润微薄,甚至出现短暂的亏损,企业勉强度日,使企业失去快速发展机遇。以2009年为例,随着国际金融风暴的蔓延,化工产品的价格暴跌,业内部分企业在相当困难的经营环境中仍然有一定的利润,但部分企业却出现了一定的亏损,分析影响企业经营业绩的关键因素,企业的产品生产成本是主要的。
1.1产品单耗对产品成本的影响
经过多年市场经济的洗礼,各聚乙烯醇生产企业都围绕着降低产品单耗或多或少的进行一系列的技术革新,用先进技术代替陈旧技术、用先进工艺替代过时的工艺,合理利用废、辅产品,发展循环经济,对企业产品单耗的降低起到了积极作用。但企业之间,由于重视程度的不同,投入技术改造的资金费用的差异,同种工艺的企业在产品单耗之间的差距较大,因此,业内企业需瞄准自身的薄弱环节,苦练内功,加大技术改造的投入,降低消耗,实行经济运行,努力提高企业自身的经济效益是重重=中之重。
1.2 原材料及动力价格对产品成本的影响
由于受地理位置的影响,分布全国各地的聚乙烯醇产业,同原材料及动力的采购成本、运输成本又较大的差异。总体而言,国内西、北部等地的原材料及动力的采购成本较低,东、中部的采购成本相对较高。随着国家经济的不断发展,东、中部与西、北部原材料及动力采购成本的差异还在不断地扩大,尤其是煤、焦、电,西、北部价格比东、中部要低得多。电石乙炔法聚乙烯醇行业对能源的依赖性较强,成本中能源的消耗是其主要部分,因此,对于中。东部的电石乙炔法企业,要以战略的眼光来规划企业的发展问题,合理布局企业的未来,避免因原材料及动力成本的上升,而使企业的发展陷入困境。
1.3企业的规模对成本的影响
企业规模大小对产品生产成本的影响是不言而喻的,无需多说,从另一方面说,聚乙烯醇行业规模的大小,直接关系着企业在行业的话语权,并影响着企业在竞争中所处的地位,由于历史原因,全国的聚乙烯醇生产的大部分厂家均为国家投资兴建,均为一套工艺、一套图纸,各厂家均处于同一起跑线上,这样的工业布局符合当时的计划经济,但在市场经济的今天,却为市场的激烈竞争埋下了伏笔,好在各企业在以前的发展过程中,步调并不一致,企业之间的强弱以初见端倪,行业内部的兼并、重组已经拉开了帷幕,否则,随着业外企业的进入、业内企业的扩展,势必会演变成企业之间的恶性竞争。
2.进行技术创新、延长产业链,减小市场压力
由于聚乙烯醇的特殊性能,在延长产品链上大有作为:首先是开发具有不同性能的差别化的聚乙烯醇以满足不同用户的需要,其次是利用聚乙烯醇分子结构的独特性,开发特种聚乙烯醇纤维,包括高强高模、水溶性纤维、纳米纤维、导电纤维、防紫外线纤维、远红外纤维、抗菌纤维和负离子纤维等。其三是利用聚乙烯醇优良的成模型,发展聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇淀粉可降解生物膜、聚乙烯醇缩丁醛膜片。其四是合理利用聚乙烯醇的中间产品,经行共聚、接枝等新技术,开发新型树脂,利用辅助产品生产醋酐等其他产品。
通过以上措施,可以消化吸收聚乙烯醇的市场压力,丰富企业的产品结构,提升企业的盈利水平,提高企业本身的抗击风险的能力,壮大企业的经济实力。
3. 积极拓展国内聚乙烯醇的应用市场
与国外相比,国内在聚乙烯醇及其衍生物的应用领域相对滞后,国外,聚乙烯醇纤维作为水泥增强剂已形成了一定的市场,但国内才刚刚起步;聚乙烯醇纤维作为替代石棉制品在西欧发达国家已全面推广,甚至东南亚发展中国家也已开始使用,但在国内由于价格和人们的使用习惯,仍然在大量使用石棉;国内高层建筑玻璃仍在大量使用平板玻璃,很少使用夹层玻璃;聚乙烯醇淀粉可降解膜的应用,国内仍然处于空白,塑料包装、塑料薄膜仍在大量使用,这些领域的市场有待进一步的发展。随着中国经济规模的扩大和质量的提升,聚乙烯醇及其衍生品在中国的市场竞争中将会大有作为。
六、结论
综上所述,聚乙烯醇行业的发展史是一部停滞、复苏、繁荣、扩张、再停滞、再复苏、再繁荣的历史。由于国内市场仍然有很多未开发的应用领域,聚乙烯醇及其衍生品在中国今后的市场中仍然前景灿烂,虽然在2015年前后市场将由集中扩张的影响,出现短时的产品饱和。只要业内企业不断创新,努力开拓市场、降低消耗、合理布局规划,避开不利因素的影响发挥自身的优势,共同克服暂时的困难,在不久的将来,一定会能迎来聚乙烯醇行业的又一个春天。