聚异丁烯(PIB)是异丁烯均聚物的总称,为无色、无味、无毒的粘稠或半固体状物质。按分子量大小计,可分为低分子量(分子量350~3500)、中分子量(分子量5000~10万)和高分子量(10万以上)聚异丁烯;按末端乙烯基摩尔分数高低不同,又可分为高活性聚异丁烯(简称HRPIB)和低活性聚异丁烯。
聚异丁烯及其衍生物性能优异,分子量分布窄、分散指数小、剪切性能稳定,且与绝大多数有机物相溶性极好、润滑性能优良、憎水性强、抗氧化性好、粘合性高等。基于这些特性,聚异丁烯广泛应用于油品添加剂、润滑油、合成油组分、二冲程油、粘合剂,以及密封材料、印染材料、造纸、增塑剂、脱模剂、农业、军事、食品及化妆等行业。
不同分子量的聚异丁烯,其性能和用途也不尽相同。在产品市场应用方面,主要是低分子量聚异丁烯和中分子量聚异丁烯。其中尤以低分子量聚异丁烯用途广,用量大。在低分子量聚异丁烯中,又以分子量为1000的低分子量聚异丁烯用量居多。高活性聚异丁烯主要用于生产无灰分散剂,其分散性能和低温性能俱佳且不含卤素,几乎渗透到低分子量聚异丁烯所有领域。
生产技术简述
目前,聚异丁烯生产原料路线有炼厂催化碳四(丁烷、丁烯、异丁烯、少量二烯烃等)、异丁烷脱氢后得到的混合碳四(异丁烷、异丁烯、丁烯、少量二烯烃),以及纯异丁烯原料路线(MTBE裂解或异丁烷脱氢产品)。
聚异丁烯合成催化剂体系包括无水三氯化铝和三氟化硼两种。无水三氯化铝催化剂有两种添加方式,一种是无水三氯化铝粉末通过专有设备直接连续加入到反应体系,但该法对催化剂添加设备要求高,容易形成催化剂污染;另一种是与其他组分合成无水三氯化铝络合物,该络合物为液态均相体系,可以通过计量泵输送到反应体系中,该种添加方法是目前的主流工艺。三氟化硼催化剂体系是近年来发展最快的工艺技术,催化剂体系包括三氟化硼、烷基铝、含氧化合物等。三氟化硼催化剂工艺包括催化剂配制和添加工艺,催化剂配制是把催化剂溶于适合的溶剂当中,再通过计量泵输送到反应体系中。
聚异丁烯合成工艺主要有:直接以炼厂催化碳四为原料,以无水三氯化铝为催化剂合成聚异丁烯技术,主要有Cosden工艺和Standard工艺;以纯异丁烯为原料,以三氟化硼为主催化剂合成聚异丁烯技术,使用者主要有德国巴斯夫、韩国大林以及中国吉林石化公司等。
聚异丁烯合成工序一般包括原料预处理、聚合、聚合物脱溶剂及溶剂精制、产品后处理、产品调配等。不同的催化剂体系、原料路线以及产品指标对其生产原料有不同的要求,包括原料中硫、水、二烯烃、丁烯等含量要求。对于炼厂催化碳四原料,原料预处理一般包括脱硫、脱水、脱二烯烃等。而对于纯异丁烯来说,其硫、二烯烃含量一般可以达标,无需特殊处理,只需要进行蒸馏脱水即可。聚合工艺有连续单釜外循环换热工艺和多釜串级连续聚合工艺。聚合工艺为溶聚工艺,炼厂催化碳四非异丁烯组分可以看作溶剂,纯异丁烯聚合需要添加一定比例的溶剂。聚合反应压力以满足反应物系为液态为前提,而聚合反应温度波动大小决定了产物分子量的分布宽窄和产品质量,因此对于反应温度的控制是聚合反应要点。利用催化剂含量和反应停留时间控制产品分子量大小。凭借聚合产物与反应溶剂沸点差,采用闪蒸工艺即可实现聚合产物脱溶剂,脱去聚合物的溶剂通过精制重新返回到聚合工艺。产品后处理包括脱杂、脱水、产品调和等工序。聚异丁烯生产技术的关键点:一是要有先进可靠的催化剂体系;二是大型化、连续化、生产可控。
高质量的聚异丁烯产品具有如下特征:无色、无味、无毒,可广泛应用于润滑油、乳化剂、粘合剂、食品、化妆等领域;质量稳定,产品分子质量分布窄,热稳定性强;产品多样化,品种规格齐全。高活性聚异丁烯质量体现在它能够与其他物质反应生产油品添加剂。
国内外产能分析
目前全球聚异丁烯总加工能力约180万吨/年,产能主要集中在几家国际大型生聚异丁烯产商,包括BASF、Ineos、Infineum、韩国大林公司等。其中,德国BASF公司产能最大,达到29.5万吨/年。美国Lubrizol和Infineum 公司生产的聚异丁烯只供应特定用户。国内目前聚异丁烯加工能力近20万吨/年,实际产能7万吨/年,实际消费聚异丁烯接近20万吨,自给率不足35%,其余部分基本依赖进口,主要进口国际供应商有韩国大林和德国巴斯夫等。详见表1。
巴斯夫公司是世界上首家生产聚异丁烯的化工巨头,也是至今世界上最大的聚异丁烯生产商。其先进可靠的生产技术、规模化生产为其提供了低成本、高质量、品种齐全的聚异丁烯产品,加之完善的生产售后服务,巴斯夫公司聚异丁烯在全球占据主导地位。其中在欧洲的占有率达80%,在美国的占有率为50%;在亚洲巴斯夫具有10万吨/年聚异丁烯生产能力,其中一套5万吨/年的装置在马来西亚的彭亨关丹,一套5万吨/年装置在我国扬子巴斯夫公司。韩国大林公司是聚异丁烯生产的后起之秀,其技术和生产规模在亚洲领先。得益于优越的地理位置、完善的售后服务体系、高质量品种齐全的产品,韩国大林公司深得中国用户的认可。据统计,韩国大林公司聚异丁烯产品在我国占有率达70%。尽管我国部分聚异丁烯产品质量达到了国际水平,但品牌不全、生产规模小、产品成本高、售后服务体系不完善等制约了我国聚异丁烯产品生产,与国外主要聚异丁烯生产商相比,国内聚异丁烯生产商居于弱势。
高活性聚异丁烯(HRPIB)是近年来国内外聚异丁烯行业最主要的发展方向。目前HRPIB全球总生产能力约达43万吨/年,主要生产商有韩国大林公司、德国巴斯夫、美国德州石油化学、美国德福龙菲利普公司、日本石油化学公司、扬子-巴斯夫公司以及中国石油吉林石化公司等。
国内外需求分析
近年来,欧美聚异丁烯消费增速有所放缓。但随着亚洲经济的快速发展,特别是汽车工业快速发展,亚洲地区聚异丁烯终端市场需求正以每年8%~10%的速度增长。目前我国聚异丁烯产品需求也由快速发展到稳定和高质量产品应用发展过渡。聚异丁烯的三大应用领域油品添加剂、增粘剂和乳化剂需求均有不同程度的增长。我国家庭汽车的快速增长以及环境保护对油品质量提高需求,带动了油品添加剂、润滑剂需求增长;作为复合地板粘合材料的粘结剂,其主要成分是聚异丁烯,随着我国房地产产业不断扩大,聚异丁烯在增粘剂方面需求增幅显著;聚异丁烯作为乳化炸药的乳化剂,随着我国基建投资不断增加,其需求也不断增加。因此,预计我国聚异丁烯需求将以每年10%的速度增长,未来几年的需求将逐渐向品牌化、高端化发展。
综上所述,建议国内具有实力的聚异丁烯生产企业,譬如中国石油、中国石化等把聚异丁烯产品作为国际化品牌进行顶层设计,在立足国内技术基础上,进行技术攻关,完善国内产品牌号、降低产品生产成本、提高产品质量,并完善售后服务网络、提高产品知名度,进而提高国内聚异丁烯产品市场的占有率,提高企业经济效益。