我國鹵化丁基橡膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展建議

韓 琪

（中國石化集團(tuán)經(jīng)濟技術(shù)研究院有限公司，北京 100029）

丁基橡膠（IIR）是世界第四大合成橡膠膠種，是異丁烯（IB）和少量異戊二烯（IP）通過陽離子聚合得到的彈性體。IIR的氣密性能和水密性能突出，其最大的用途是制造輪胎內(nèi)襯及內(nèi)胎，也是優(yōu)質(zhì)子午線輪胎必備的材料。在發(fā)達(dá)國家，輪胎內(nèi)胎幾乎已全部由IIR制成，但由于其硫化速度慢、自黏性差，與其他膠種（如天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠等）的互黏性差，限制了IIR的進(jìn)一步發(fā)展。鹵化丁基橡膠（HIIR）是鹵素與普通IIR發(fā)生取代反應(yīng)，產(chǎn)生了額外的交聯(lián)位置，增加了雙鍵的反應(yīng)性。HIIR除具有普通IIR的特性外，還具有硫化速度快、互黏性改善、與其他橡膠相容性好、可單獨用氧化鋅硫化、耐熱性更好等特點[1]。因此，HIIR成為無內(nèi)胎輪胎和醫(yī)藥制品不可替代的原材料[2]。加之輪胎工業(yè)的迅速發(fā)展與輪胎子午化率的不斷提高[3]，HIIR的消費量及占比逐漸增大，成為未來的發(fā)展重點。

HIIR可分為氯化丁基橡膠（CIIR）和溴化丁基橡膠（BIIR）[4]。相比CIIR，BIIR有更多的活性硫化點，硫化速度快，與不飽和型橡膠能更好黏合，有更高的耐老化、較低的焦燒安全性[5]。在輪胎和藥品瓶塞制造方面，BIIR的應(yīng)用更加廣泛。

1 國內(nèi)外市場現(xiàn)狀及趨勢

1.1 全球IIR/HIIR產(chǎn)能總體過剩，需求增速約2.3%

近幾年，全球IIR/HIIR產(chǎn)能增速超過需求增速，整體產(chǎn)能嚴(yán)重過剩。2020年全球IIR產(chǎn)能約213.2萬噸/年，產(chǎn)量132.0萬噸，平均開工率降為61.9%。受疫情影響，全球IIR產(chǎn)能擴張預(yù)計延續(xù)至2023年完成，達(dá)225萬噸/年。預(yù)計2025年和2030年全球需求量分別為164萬噸和181萬噸，未來需求量以約2.3%的增速增長。世界IIR/HIIR供需情況如圖1所示。

圖1 世界IIR/HIIR供需情況

1.2 全球IIR/HIIR區(qū)域發(fā)展不均衡，供需增長和貿(mào)易流向轉(zhuǎn)向亞太地區(qū)

全球IIR產(chǎn)能不斷擴張主要是因為全球各地區(qū)IIR/HIIR行業(yè)發(fā)展不均衡，主要生產(chǎn)商跟隨需求中心的轉(zhuǎn)移，布局建設(shè)新產(chǎn)能。2016年前全球IIR/HIIR產(chǎn)能集中在北美地區(qū)，目前北美和西歐地區(qū)已處于供大于求的狀況，且需求量連年降低。歐美地區(qū)5年未新增產(chǎn)能，2020年總產(chǎn)能73.9萬噸/年，占全球總產(chǎn)能的34.7%；產(chǎn)量為46.7萬噸，占全球總產(chǎn)量35.4%；消費量為38.9萬噸，占全球總消費量29.5%。

近幾年，亞太地區(qū)拉動全球IIR/HIIR需求增長，成為主要的IIR/HIIR生產(chǎn)和消費地區(qū)，歐美的IIR/HIIR產(chǎn)品也主要出口到亞太地區(qū)。2020年亞太地區(qū)總產(chǎn)能達(dá)到81.3萬噸/年，占全球總產(chǎn)能38.1%；產(chǎn)量為52.6萬噸，占全球總產(chǎn)量39.8%；消費量為76.1萬噸，占全球總消費量57.7%。相比2019年，亞太地區(qū)的IIR/HIIR產(chǎn)量和消費量占比分別提高了10.7個和2.6個百分點。未來IIR/HIIR消費中心繼續(xù)向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移。

1.3 我國IIR/HIIR產(chǎn)能和消費量迅速增長，裝置平均開工率低，產(chǎn)品依賴進(jìn)口

我國自2012年以來，IIR/HIIR產(chǎn)能和消費量迅速增長，2016年成為世界最大的IIR生產(chǎn)國。由于生產(chǎn)技術(shù)落后，裝置開工率極低。2020年產(chǎn)能44.5萬噸/年，產(chǎn)量21.9萬噸，平均開工率雖有提升，但僅為49.2%；消費量46.0萬噸，進(jìn)口量28.4萬噸，創(chuàng)歷史新高，自給率僅47.8%，其中HIIR進(jìn)口量16.7萬噸，HIIR高端產(chǎn)品仍然依賴進(jìn)口。

近幾年，我國普通IIR需求基本穩(wěn)定在10萬噸/年左右[5]，HIIR占比超過60%。隨著我國輪胎正向子午化、扁平化、無內(nèi)胎化的方向發(fā)展，我國下游子午輪胎產(chǎn)量增速已高于國內(nèi)輪胎總產(chǎn)量增速[2]，預(yù)計未來國內(nèi)普通IIR需求穩(wěn)定，HIIR需求穩(wěn)步增長，HIIR占比將提高至70%～80%，到2025年和2030年我國HIIR的需求分別增至約38萬噸和48萬噸。根據(jù)公開的新增產(chǎn)能計劃，2025年我國IIR/HIIR產(chǎn)能達(dá)58.5萬噸/年，其中，HIIR產(chǎn)能將達(dá)49萬噸/年。

2 我國HIIR生產(chǎn)狀況及面臨挑戰(zhàn)

2.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

我國IIR/HIIR行業(yè)起步較晚，1999年建成第一套IIR裝置，2010年建成第一條HIIR生產(chǎn)線[6]。2012年以后，IIR/HIIR產(chǎn)能和消費量迅速增長，2016年成為世界最大的IIR生產(chǎn)國。為扼制中國企業(yè)的發(fā)展并繼續(xù)占有市場，ExxonMobil和ARLANXEO向中國低價傾銷HIIR產(chǎn)品，燕山石化、盤錦和運被迫減產(chǎn)甚至停產(chǎn)，浙江信匯雖然銷售收入和市場占有率上升，但利潤、投資收益率等財務(wù)狀況持續(xù)惡化，國內(nèi)IIR/HIIR產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)危機。

2018年對HIIR實施反傾銷為國內(nèi)HIIR發(fā)展帶來了機遇[8]。HIIR價格逐步回歸到正常水平，停產(chǎn)多年的企業(yè)也陸續(xù)恢復(fù)生產(chǎn)和經(jīng)營。IIR的自給率從2013年的28.6%提升至2020年的48.9%，但HIIR產(chǎn)能仍然不足。目前在運營的只有浙江信匯7.2萬噸/年HIIR裝置、山東京博5萬噸/年BIIR裝置和燕山石化的3萬噸/年BIIR裝置。

根據(jù)公開報道的消息，浙江信匯和山東京博已開始建設(shè)HIIR新產(chǎn)能，浙江信匯HIIR裝置擴能至20萬噸/年，山東京博新建7萬噸/年、8萬噸/年兩條BIIR生產(chǎn)線，均原計劃2021年投產(chǎn)運行。燕山石化停產(chǎn)的9萬噸/年IIR裝置也將改造升級為BIIR裝置。未來國內(nèi)HIIR產(chǎn)能將達(dá)到49萬噸/年。

2.2 我國發(fā)展HIIR面臨的挑戰(zhàn)

2.2.1 國外生產(chǎn)商針對中國市場增加新產(chǎn)能，國內(nèi)企業(yè)競爭壓力大

HIIR行業(yè)聚集度高，技術(shù)壟斷性強。ExxonMobil、ARLANXEO和NKNK三個公司控制了全球主要的HIIR產(chǎn)能，占比曾一度超過85%，如今依然超過60%，ExxonMobil和ARLANXEO在中國的市場占有率一度超過75%。為進(jìn)一步鞏固中國市場，ExxonMobil在新加坡布置了14萬噸/年的高性能HIIR裝置，并已于2018年投產(chǎn)；ARLANXEO于2016年4月成立后，積極布局亞太市場，在新加坡建設(shè)了10萬噸/年IIR/HIIR產(chǎn)能；俄羅斯Sibur公司與信誠工業(yè)公司在印度Jamnagar基地已建設(shè)了12萬噸/年IIR/HIIR工廠，6萬噸/年HIIR生產(chǎn)裝置預(yù)計2021年投產(chǎn)[9]。由圖2看出，雖然我國HIIR產(chǎn)能逐漸釋放，進(jìn)口產(chǎn)品比例逐年遞減，但進(jìn)口產(chǎn)品在國內(nèi)的市場占有率仍接近50%，國內(nèi)IIR/HIIR企業(yè)面臨的競爭壓力依然很大。

圖2 國內(nèi)HIIR市場情況

2.2.2 國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)水平和關(guān)鍵裝備落后，產(chǎn)能規(guī)模小，成本高

ExxonMobil、ARLANXEO的IIR/HIIR生產(chǎn)技術(shù)和新產(chǎn)品開發(fā)能力一直處于領(lǐng)先地位，因不轉(zhuǎn)讓技術(shù)而處于壟斷地位。我國IIR/HIIR裝置技術(shù)主要是在引進(jìn)中試技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)和提升，引進(jìn)的并非成熟的工業(yè)化技術(shù)[10]，總體水平一致，裝置規(guī)模較小，產(chǎn)品差異性較低，導(dǎo)致國內(nèi)IIR/HIIR產(chǎn)品只能在中低端應(yīng)用領(lǐng)域參與競爭。

為突破技術(shù)瓶頸，經(jīng)過不斷努力，國內(nèi)HIIR生產(chǎn)技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，但與國外相比仍存在差距。燕山石化開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無水溶膠新工藝，目前尚未工業(yè)應(yīng)用。浙江信匯與蘭州化工研究中心聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)和新產(chǎn)品研發(fā)，在星型支化IIR產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)上取得了新進(jìn)展，近期剛剛建成工業(yè)側(cè)線裝置[11]。

國內(nèi)外裝置的關(guān)鍵工藝參數(shù)對比如表1所示。與先進(jìn)技術(shù)相比，國內(nèi)HIIR生產(chǎn)工藝的聚合反應(yīng)溫度低，這是裝置能耗較高的主要原因；聚合過程的IP濃度是影響HIIR與其他橡膠黏合的關(guān)鍵因素，國內(nèi)HIIR工藝的聚合過程中僅約2%的異戊二烯成分參與反應(yīng)，而ARLANXEO已經(jīng)成功地將該比例提高至8%；3家企業(yè)裝置的運行單體濃度和溴化膠液濃度均低于國外水平，導(dǎo)致國內(nèi)HIIR生產(chǎn)工藝的物耗能耗大，生產(chǎn)成本高；聚合反應(yīng)器的分散和撤熱能力也不及先進(jìn)水平。

表1 關(guān)鍵工藝參數(shù)對比

表2展示了國內(nèi)外IIR/HIIR裝置產(chǎn)能情況。從產(chǎn)能規(guī)模來看，ExxonMobil和ARLANXEO的IIR裝置產(chǎn)能普遍在10萬噸/年以上，而國內(nèi)HIIR單裝置規(guī)模多在5萬噸/年左右[12]，規(guī)模效應(yīng)明顯落后，這也是導(dǎo)致國內(nèi)HIIR生產(chǎn)成本難以與國外企業(yè)競爭的主要原因。

表2 國內(nèi)外IIR/HIIR產(chǎn)能 萬噸/年

2.2.3 產(chǎn)品性能不足，應(yīng)用研究不充分

高分子量、寬分子量分布的IIR/HIIR產(chǎn)品具有足夠的生膠強度、在混煉機上不易碎裂、易與添加劑共混、加工成型之后不易變形等優(yōu)點，而備受用戶歡迎。ExxonMobil的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且分子量分布特點鮮明，基本可以歸納為[13]：低門尼黏度HIIR的分子量分布指數(shù)為（4.3±0.3），高門尼黏度HIIR和IIR為（3.5±0.3）。NKNK公司產(chǎn)品的分子量分布較窄，但質(zhì)量穩(wěn)定性好，其IIR/HIIR產(chǎn)品的分子量分布指數(shù)為2.5～2.7。國內(nèi)某BIIR產(chǎn)品的分子量分布指數(shù)為（3.0±0.3），產(chǎn)品的混煉加工性能較差。ExxonMobil、ARLANXEO的產(chǎn)品雖然市場價格最高，但憑借質(zhì)量和性能優(yōu)勢壟斷著我國HIIR高端應(yīng)用領(lǐng)域。

另外，國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品的應(yīng)用研究薄弱，下游客戶反映產(chǎn)品存在“合格但不好用”的問題。與此相比，國外公司在產(chǎn)品研發(fā)上充分注意與客戶和市場的需求緊密配合。ARLANXEO通過8個研發(fā)中心和4個應(yīng)用實驗室與各生產(chǎn)基地進(jìn)行密切的交流合作。在常州建立工廠和橡膠技術(shù)中心[14]，聯(lián)合維鼎化工深入挖掘下游汽車市場客戶需求，為客戶進(jìn)行需求產(chǎn)品的測試，提供強有力的技術(shù)支持，可為客戶量身定制所需配方。

3 主要應(yīng)對措施及建議

我國HIIR需求潛力巨大，市場還有很大發(fā)展空間。我國擁有較堅實的發(fā)展HIIR的基礎(chǔ)和實力，擁有基礎(chǔ)雄厚的研發(fā)機構(gòu)，為持續(xù)技術(shù)進(jìn)步提供有力的保障和支撐。北京化工研究院和蘭州化工研究中心攻關(guān)IIR技術(shù)多年，生產(chǎn)和研發(fā)經(jīng)驗豐富，先后完成了催化劑體系升級、聚合反應(yīng)工藝改進(jìn)、溴化丁基生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)、星型支化丁基橡膠專業(yè)化新牌號開發(fā)等工作，努力趕超國外先進(jìn)水平，擬在高端應(yīng)用領(lǐng)域替代進(jìn)口產(chǎn)品。

國內(nèi)HIIR市場的機遇與挑戰(zhàn)并行，結(jié)合HIIR行業(yè)發(fā)展趨勢和國內(nèi)HIIR的生產(chǎn)現(xiàn)狀，對我國發(fā)展鹵化丁基橡膠提出以下建議：

3.1 統(tǒng)籌優(yōu)化布局，適時適度增加產(chǎn)能

國內(nèi)HIIR需求量穩(wěn)定增長，目前還存在供應(yīng)缺口，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)對市場進(jìn)行深入調(diào)查研究，從原料、技術(shù)、市場、研發(fā)、售后服務(wù)等多角度充分論證項目的可行性。密切關(guān)注國外其他HIIR生產(chǎn)商的生產(chǎn)情況，尤其是印度、新加坡及沙特等裝置的生產(chǎn)情況，避免國外大公司產(chǎn)品對國內(nèi)市場造成的巨大沖擊。同時還應(yīng)避免盲目生產(chǎn)，杜絕低水平重復(fù)建設(shè)，適時適度新建或者擴建生產(chǎn)裝置。

3.2 圍繞改善性能、節(jié)能環(huán)保，不斷推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步

HIIR生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)的主要發(fā)展方向是聚合物反應(yīng)裝置及運行條件的改進(jìn)、鹵化工藝的優(yōu)化、節(jié)能環(huán)保水平的提高。

在催化劑體系相同的條件下，聚合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式和運行的工藝條件成為HIIR產(chǎn)品的分子量分布的決定性因素，因此，加強聚合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和運行工藝的研究是各生產(chǎn)企業(yè)和研究院所未來的研究方向之一。

針對鹵化過程溴利用率低、產(chǎn)品門尼黏度高、產(chǎn)品顏色深等問題影響裝置的長周期穩(wěn)定運行的問題，應(yīng)開發(fā)更高效、安全、穩(wěn)定的IIR鹵化工藝技術(shù)[8]。

在新技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，高性能化、環(huán)保化和低碳是丁基橡膠工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢。開發(fā)HIIR后處理技術(shù)，解決好中和反應(yīng)與產(chǎn)品洗滌問題，提升廢水的處理技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的清潔化；積極開發(fā)新型溶液法技術(shù)、茂金屬等新型催化劑、接枝和離子化化學(xué)改性等新技術(shù)，并盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，提升我國HIIR的生產(chǎn)技術(shù)水平。

3.3 加強與下游企業(yè)的溝通交流，積極開發(fā)新產(chǎn)品，推進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整

針對產(chǎn)品“合格不好用”的問題，各生產(chǎn)企業(yè)可聯(lián)合相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊及銷售團(tuán)隊，定期組織實地走訪。針對客戶的個性化需求和產(chǎn)品應(yīng)用存在的問題，定制化生產(chǎn)，改進(jìn)生產(chǎn)工藝。同時爭取下游客戶的信任，形成戰(zhàn)略伙伴，提升整體競爭力，對維護(hù)現(xiàn)有客戶，并拓展市場份額具有重要的戰(zhàn)略意義。

各生產(chǎn)企業(yè)充分重視產(chǎn)品的應(yīng)用加工性能，依托高校和研究院所，開發(fā)具有全新結(jié)構(gòu)和性能的合成橡膠新產(chǎn)品；瞄準(zhǔn)醫(yī)用瓶塞等應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)有競爭力的高端新產(chǎn)品；圍繞生產(chǎn)綠色輪胎的合成橡膠新牌號進(jìn)行創(chuàng)新開發(fā)，以期全面改善輪胎的抗?jié)窕?、滾動阻力和燃油經(jīng)濟性；圍繞原料綠色化，開發(fā)以生物質(zhì)為原料的HIIR產(chǎn)品。