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文档简介
1、POE:兼具弹性与塑性的高性能聚烯烃POE是指乙烯与-烯烃1-丁烯1-己烯、-辛烯等)的无规共聚物弹性体,聚合物的微观结构决定其宏观性能由于POE分子链中共聚单体含量高密度低聚合物链由结晶性树脂相和无定型橡胶相组成因而该材料既具有橡胶的高弹性又具有热塑性树脂的可塑性易加工成型同时POE分子链由非极性的饱和单键组成无极性基且叔碳原子较故具有优良的耐水蒸气性耐老化性耐腐蚀性及耐热性可广泛应用汽车包装、电线电缆、医疗器械、家用电器、太阳能电池封装膜、光伏、热熔胶等领。图表:POE分子式 图表:POE兼具橡胶特性与塑料特性《聚烯烃封装剂 SHJ组件的湿热可靠性研究》, 《串级催化溶液聚合制备聚烯烃热塑性弹性体的研究》,POE的α-烯烃含量高于20,适用于多种材料改性或单一使用。根据聚合物中-烯烃含量可将聚烯烃材料分为聚烯烃塑性体(PO)和聚烯烃弹性体(POE)两类,其中POP中-烯烃含量在10-20密度范围在0.870-0.915g/cm3POE中-烯烃含量大于密度范围在0.865-0.895g/cm3POP适合作为吹膜挤出流延用热封应用于食品包装、卫生医疗、弹性薄膜、个人护理等领,POE更加适合改性领,例与PP/PE共混增加其韧性与透明度与EVA发泡材料共混增加压缩回弹性与PA/PT共混增加其冲击性能等此外POE作为单一采用主要应用于光伏胶膜领域可减缓光伏组件的电势诱导衰减PID),提高电池组件的使用寿命。主要应用性质材料图表:POE具有低弯曲模量和低密度的性质 图表:POE与POP性能应用主要应用性质材料POEPOP
优异的弹良好的韧低温延展热稳定性抗紫外线性等优异的密封增强的韧性优良的光学性高氧气传输速
汽车光伏胶发泡料电线电医疗用鞋材等食品包装工业品包热熔胶等Borealis官网, 中国化信,图表:POE改性材料的应用应用功能加工方式改性方向汽车PP改性注塑抗冲击性吹塑挤塑热密封性能,透明度PP附着力PE改包装PP改
吹塑,浇铸 粘结性能、透明度、伸长率挤塑 金属附着力浇铸 易剥离性浇铸 耐冲击、热密封性双轴延伸 热密封性能,透明双轴延伸、双轴取向 收缩性浇铸、吹塑 自粘性(保护膜)浇铸、吹塑 抗应力,美白(装饰膜)工业 PP改
挤塑(管材) 耐热性、透明度、柔韧注塑(容器) 抗冲击性,透明度电线电缆
EVA改性 电线涂层 柔韧性、伸长率、耐刮擦PP改性 电线涂层 柔性与耐磨的平衡工程、塑料模具 EP改性 注塑、挤塑 抗冲击性鞋材 EVA改性 压缩、注塑 减重,耐压缩性MitsuiChemicals官网,2、N型电池放量在即POE需求趋势确认P型电池逐渐以双面为主,双玻组件有望成为主流。目前伏P型电池即PERC电池,全称为钝化发射极及背局域接触电池P型电池的基本原理是用将V族杂(磷通过扩散或者离子注入等方式渗入P型硅衬上,从而形成PN结,再加上正面和背面电极,将产生的电流引出构成最原始的太阳能电池结构P型电池按照组件背面是否吸收太阳光可分为单面P型电池和双面P型电池,面P型电池需将将PERC电池背面的全铝背场改成印刷铝栅线结构双面电池的利用了电池片背面产生的光生载流子其背面可收集的太阳光较单面电池提升效率同时双面电池还可降低导电铝浆用量电池翘曲应力及隐裂破损率此外目前市场中双面电池组件大多采用双玻封装少数使用透明背板封装,因此近几年双双玻组件的市占率呈上升趋势。根据CPIA,2021年双玻组件市占率为37.4,同比增长7.7到2023,单双面组件市场占比基本相当“十四五”期间双组件有望成为新的市场主流。图表:单面PEC太阳电池结构示意图 图表:双面PEC太阳电池结构示意图《双面PERC单晶硅太阳电池工艺研究》, 《双面PERC单晶硅太阳电池工艺研究》,图表:单玻组件与双玻组件结构 图表:2021-030年单双面组件市场占比变化趋势福斯特, CPIA,N型电池以双面结构为主,未来渗透率将加速提升N型电池是在N型硅衬底上注入V族杂质(硼)形成P/N型结构的太阳电池,从技术上N型电池可细分为TOPCon、HJT、IBC等。由于N型硅采用磷P)作为施主杂体,从根本上杜绝了-O复合体的形成,有效抑制了晶体硅太阳能电池光至衰减并且N型硅较P型硅具有更高的少子寿命对过渡族金属杂质容忍度较高因此N型电池片的转换效率天然于P型据ISFH的数据PERC、HJT、TOPCon电池的理论极限效率分别为24.5、27.5、28.7。相较传统PERC电池型电池的双面率更高根据艾邦光伏网的数据HJT电池为双面对称结构双面率最高可达0而PEC和TOPCon在制备过程中均需要对硅片进行背面抛光双面率最高分别为75和85此外N型双面电池双面因子较高在后续发电过程中背面增益也会相对更多,因此N型电池以双面结构为主随着PERC电池换效率接近极限和N型电池自身工艺突破2022年起N型电池占比迅速提升根据国金电新的测2年-25年N型电池渗透率达到3、30、62、87。图表0:N型电池有更高的双面率和发电增益 图表1:2021-030年各种电池技术市场占比变化趋势晶科能源, CPIA,胶膜是光伏组件封装的核心材料。光组件结构上看自上而下依次为玻+胶膜+电池片+胶+背/玻璃光伏胶膜将电池“上盖下垫包封利用真空层压技术与上下层保护材料粘合为一体在构成晶体硅组件对脆弱的太阳能电池片起保作用使光伏组件在运行过程中不受外部环境影响延长使用寿命同时使阳光最大限度地透过胶膜照射电池片提升光伏组件的发电效率虽然光伏胶膜价值量不高约占组件成本的4-7但于组件封装具备不可逆性,并且运营寿命需达到25年以上等要求,一旦胶膜开始黄变、龟裂电池容易失效报废因此胶膜对于光伏组件的质量和寿命起着关键作用目前市场上封装材料主要有透明EVA胶膜白色EVA胶膜聚烯POE胶膜共挤型聚烯烃复合膜EP(EVA-POE-EVA胶膜此聚乙烯醇缩丁(PVB热塑性聚氨(TPU聚二甲基硅氧(PDMS、热塑性聚烯(TPO)等也是光伏胶膜的可选材,根据VDMA预,未光伏封装胶膜仍然以EVA和POE为主流。图表2:全球光伏封装材料份额 图表3:EVA和POE是光伏封装胶膜的优选VDMA, 晶科能源,图表4:不同光伏胶膜材料性能对比劣势劣势优势水汽透过率gm-day-1)体电阻率cm)材料EVA 10^14–105 5–34 使用广泛、低成本
易黄变、不耐腐蚀、易层POE 10^16–107 0.89–3.30 高热化学稳定性和体积电阻率 贵PVBPOE 10^16–107 0.89–3.30 高热化学稳定性和体积电阻率 贵易分层、贵易分层、贵更好的热稳定性、高机械强度、抗紫线、高透射率12.842.7*10^14TPU时间采用)定性、高性时间采用)定性、高性价比0.89–2.8510^14–108TPO高体电阻率、高机械强度、高热化学稳 光伏新材料(制造商需要
10^14–105 10–200 高热化学稳定性、高透射率,抗紫外线 贵lonomer 10^16 0.19–0.31
高体电阻率、抗紫外线、低扩散率、透射率
对玻璃附着力低、贵《ReviewofPotential-InducedDegradationinBifacialPhotovoltaicModules》,P型单玻组件以EVA胶膜为主EVA(乙-醋酸乙烯共聚物)是以乙烯E)和醋酸乙烯(V)为原料通过聚合反应生产的一种先进高分子材料,其性能主要取决于分子链上VA的含量一般光伏级EVA的A含量在8-33在加工为光伏胶膜的过程中还需将粒子与交联剂偶联剂紫外(UV)吸收剂光抗氧化剂和热抗氧化剂等添加剂混合EVA的主要优势在于成本低、透明度高、易加工、耐存储、交联速度快、与玻&背板粘结性能。EVA胶膜按颜色可分为透明EVA和白色VA,其中白色EVA胶膜的反射率高,并具备较强的抗湿热老化及紫外老化的能力,主要用于电池片下层,利于提升组件发电效率。经过多年的测试和实证数据EVA+EVA可满足P型单玻组件绝大部分场景需求。P型双玻和N型电池更易出现PID等问题,其中PID按形成机理可为三。PID效应(potentialinduceddegradation)又称电势衰减效应,是光伏电站晶硅组件在运行过程中的一种衰减现是近年来影响光伏组中长期运效率的重要问题根据当前文献梳理,PID效应主要被分:钠渗透型PID(包括分型PID,即PID-s。钠渗透型PID主要指光伏用钠钙玻璃中Na+离作为杂质粒子在电势诱穿过封装材料进入电池内部造成的重组现象,如果它导致了PN结的分流路径,则属于PID-。极化型ID(PIDp。极化型PID是指介电层中电荷积累导致表面钝化的退化引起的输出功率衰。腐蚀型PI(PID-c目前已明确的三种腐蚀型PID过程是HJT模的TCO层中的铟沉②在P型双玻背面Si/Alx界面处的Six形腐蚀③在N-PERT电池正的介电层的Na基圆顶状突处形成腐。图表5:PID-s:N+迁移 图表6:PID-p:电极极化 晶科能源, 晶科能源,P型双玻和N型电池的PID形成机理各不相同由于材料和电池结构的不,P型双玻和N型电会产生不同的PID现。1)P型双玻:正面易产生PID-s,背面易产生PID-p。对于P型双玻的正面Na+离子从玻璃出析出后由于P型电池上表面为P掺杂带负电因此Na+离子有趋进一步向电池片内部迁移,易出现ID-s,相反由于N型电池的上表面为B掺杂带正电,阻止了Na+离子的向内移动,因此N型电池正面不易形成ID-s;对于P型双玻的背面,它相较于P型单玻而言,背面由铝背场改为铝线外电场驱使正电更易破坏氧化铝的场钝化作,因此更易出现PID-p此外P型双玻的背面由于采了Ag/Al电极相较正面对水汽、酸更敏感。2)N型TOPCon:正面易发生PID-p,背面PID效应不明显TOPCon电池的正面结构与P型双玻的背面结构类似因此更易发生PID-p同时正面采用Ag/Al浆电极对水汽和酸更敏感。TOPCon电池的背面与P型双玻的正面类似,由于钝化效果较好,不易生PID-p。3)N型HJT双面易出现PID-c。HJT是双面对称结构,是在N晶硅片的上下镀本征非晶硅再镀非晶硅钝化层ITO掺杂层做发电薄膜从机理上没有PIDp的现象但由于ITO为参杂的氧化铟锡导电膜材,易产生因沉淀而出现PID-c;此外HJT电池的非晶硅层和TO对紫外光水汽更敏感并且由于表面结与晶硅电池片差别较大与常规封装胶膜粘结力较。图表7:P型双玻、OPCn、HJT电池正背面易出现的问题电池类型正反面结构性能特点正面钝化较好PID-p效应较弱(类比TOCon背面)双面PERC背面
AlOx负电场钝化层 高系统电压下易发生PI-p(类比TPCn正面)Ag/Al浆电极 对水汽、酸敏感(类比OPon正面)AlOx负电场钝化层 高系统电压下易发生PI-p正面TOPCon
Ag/Al浆电极
①铝和银的电极电位差异,在水和/碱下活泼;②正面主珊直接接触p+发射级,银浆成分不同,酸化敏感;背面 钝化较好 PID-p效应较弱HJT 双
TCO为参杂的氧化锡导电膜材料HJT电池使用非晶微晶硅
TCO层中的铟沉淀产生PI-对水汽非常敏感表面因S-H基团更容易遭受紫外辐照而被破坏产生缺陷导致组件功率刷衰减与晶硅电池片表面差别较大,与常规封装胶膜粘结力较弱晶科能源,中来股份,福斯特,除了上述PID现象外P型双玻和N型电池的正反面还易出现其他的PID类,根ReviewofPotential-InducedDegradationinBifacialPhotovoltaicModules》一文的总如下:电池类 电池正反负偏压下PD效应 正偏压下PD电池类 电池正反负偏压下PD效应 正偏压下PD效应型 面正面PID-sPID-p背面PIDp、PI-(iOx形成)、钠渗透型ID无影响正面PID-p、PIDc(钠凸起)、钠渗透型ID无影响背面无影响无影响正面PID-c(TCO层铟沉淀)Na渗透型PD无影响背面PID-c(TCO层铟沉淀)Na渗透型PD无影响正面钠渗透型PIDPID-p背面PID-sPIDp(N掺杂区)PERCTOPConHJTIBC《ReviewofPotential-InducedDegradationinBifacialPhotovoltaicModules》,POE性能优异,满足P型双玻和N型电池需。在室外EVA一方面会由紫外光能量高于EVA链的断裂而使组件出现加速老化和分层现象另一方面EVA中的醋酸根为极性基团在湿热环境中易水解产生乙酸导致组件PI黄变现象而EVA较低的体电阻率也是组件易形成ID的原因之一对比VA由于PE是极性材料不能和水分子形成氢键因此具备低水汽透过率和高电阻率的特点POE中无酸根基团保证了其在湿热环境下无酸解,因此可满足P型双玻N型电池对于抗PI、耐酸、耐水汽等需。当然,由于POE非极性等性能特点POE胶膜在加工时也存在助剂易析出胶膜易打滑层压时易使电池片偏移等问题参考晶科能上述问题可在材料配方设备层压工艺等多方面进行改良。图表9:EVA的性能问题和对组件的影响外外部环境性能 EVA化学变化 对应组件变化紫外线 EVA链断裂EVA降解过程中产生的乙
组件加速老化组件内部黏附力将减小,易分层乙酸与玻璃中的钠盐反应可引起钠子迁移,造成钠渗透型ID催化组件黄变湿热EVA降解过程中会产生较长共轭体系的烯酮结构的生色基
腐蚀硅晶电池的金属导线造成ID黄变,降低透明度较低的低体积电阻率 不易抑制电子极化效应,造成IDp《光伏组件封装材料进展》,图表0:POE的优劣势优优势 原因低水汽透过率 POE属于非极性材料,水汽透过率是EVA的高体积电阻率 POE属于非极性,体电阻率较EVA高2个数量级劣势 原因抗腐蚀 POE无酸性基团,湿劣势 原因助剂易析出 POE极性弱,分子量分布窄、结晶度低,晶区小,助剂易从无定形区迁移POE胶膜易打POE胶膜易使层电池片偏移
POE与玻璃的界面静摩擦系数μ较低,流水线上容易“打滑”,此外,有机助剂易从PE中析出,起到界面润滑剂的作用,减弱POE玻璃的界面静摩擦系数层压时,POE交联速率慢,OE流动性高,导致OE封装组件,电池容易发生层压偏移,组件外观不良率高晶科能源,成本与供给是POE在光伏中广泛应用的主要痛点EPE,EVA+丁基胶等也是可选方案相较于POE在胶膜加工方面的问题供给和成本才是POE在光伏胶膜中广泛应用的主要痛点,由于POE粒子目前主要由海外几家企业供应国内尚未实现POE粒子及上游关键材料的工业化生产且当前光伏级POE的价格较EA高几千元下游胶膜厂面对POE可得性和成本问题时也将EPE和EVA+丁基胶当做可选方案EPE结了POE抗PID性和EVA低成本的优点,对于P型双玻的背面和TOPCn电池的正(目前应用较)EPE或可为POE的替代方案,但EPE也存,对于HT电池,由于其不在PID-p,但对水汽、紫外线等外部条件敏感,也有企业尝试采用EVA+丁基胶(丁基胶用于封边,阻水性能远强于传统有机硅胶作为解决方案。图表1:Tie1组件厂高效电池封装方案汇总电池版型前盖板前膜后膜后盖板PERC双玻玻璃EVAEPE玻璃单玻玻璃玻璃EVAEVAEVA白色EVA背板背板TOPCon双玻玻玻玻璃POEEPEEPEPOEEPE白色EVA玻玻玻璃单玻玻璃POE白色EVA背板HJT双玻玻璃玻璃EPEEVAEPEEVA玻璃玻璃赛伍技术,3、N型趋势下25年光伏用POE粒子需预计在60万以上根据各家N型电池组件产能建设规划和不同N型电池技术发展进程我们采国电新团队对下游需求的预测数据预计23-25年全球光伏装机量分别为360468585GW对应组件需求450、590、737GW,其到25年TOPCon、HJ、IB(含HPBC)的渗透率分别为681212在此基础上我参考赛伍技术对Tie1组件厂高效电池封装方案汇,并假设HPBC采用EVA+EA方案单面TOPCn采用EPE+EA方案N型IBC电和HJT电池采用相同的封装方案给出下述几种方案假,参考方案2-,25年全球光伏级POE粒子的需预计在60100万吨。图表2:不同技术的电池采取的封装方案假设方案电池类型正面背面EVA面积占比POE面积占比单面PERC(非HPBC)EVAEVA单面PERC(HPBC)EVAEPE双面PERCEVAEPE方案1单面TOPConEPEEVA8317双面TOPConEPEEPEHJTEVAEVAIBCEVAEVA单面PERC(非HPBC)EVAEVA单面PERC(HPBC)EVAEPE双面PERCEVAEPE方案2单面TOPConEPEEVA7624双面TOPConPOEPOEHJTEVAEVAIBCEVAEVA单面PERC(非HPBC)EVAEVA单面PERC(HPBC)EVAEPE双面PERCEVAEPE方案3单面TOPConEPEEVA6931双面TOPConEPEEPEHJTEPEEPEIBCEPEEPE单面PERC(非HPBC)EVAEVA方案4单面PERC(HPBC)EVAEPE6535双面PERCEVAEPE单面TOPCon双面TOPConHJTIBCEPEPOEEPEEPEEVAEPEEPEEPE单面PERC(非HPBC)EVAEVA单面PERC(HPBC)EVAEPE双面PERCEVAEPE方案5 单面TOPConEPEEVA 62 38双面TOPConPOEPOEHJTEPEEPEIBCEPEEPE赛伍技术,图表3:光伏用OE粒子全球需求测算2022022E2023E2024E2025E全球光伏装机量GW) 240 360 468 585容配比 1.25 1.25 1.26 1.26全球组件需求GW) 300 450 590 737单面 165 180 265 332双面 135 270 324 405PERC电池 290 313 225 97单面 165 175 150 82其中:HPBC 20 33 35双面 125 138 74 15N型电池 10 137 365 640TOPCon电池 10 120 300 500其中:单面 90 200HJT 12 40 90IBC 5 25 50单GW组件胶膜用量亿/GW) 0.110 0.100 0.098 0.097胶膜需求胶膜单平克重(/平方案1方案2方案3方案4方案5INFOLINK,赛伍技术,
全球胶膜需求(亿平) 33 45 58 71EVA胶膜 480 440 420 410POE胶膜 420 400 380 370EVA 132 165 202 244POE 23 30 37 44EVA 121 151 185 223POE 33 43 52 63EVA 109 137 167 202POE 43 56 68 82EVA 104 130 159 192POE 48 62 76 91EVA 98 122 150 181POE 53 69 84 101图表4:海外POE供给情
1、POE目前主要由海外垄断全球光伏料供给趋紧海外POE产能约10万吨新增产能有限目前海外可生产PE的企业有六家分别为陶氏埃克森美、三井LG、SSNC(SK-SABICJV、北欧化工POE最早在1991年由埃克森美孚采用EXXPOL技术生产产品牌为EXACT1993年陶氏以乙烯辛烯或乙烯、丁烯为原料利用INSITE茂金属催化工艺生产了牌号为ENGAE的POE此后三井LG、SSNC(SK和SABIC的合资公司,各持股50)分别于003年、009年和2014年投产各自的POE产品2013年北欧化工收购了埃克森美孚位于欧洲乙烯-辛烯工厂也具备了POE的产线目前上述六家企业聚烯烃弹性体的产能合计约20万吨其中乙烯基弹性体产能约160万吨考虑到其中还包含了POPOBLLDPE等产品POE的实际产能更。陶氏是最大的OE生产商实际产约0万吨,排名第二的G化学目前有28万吨产能,公司预计23年增10万吨产,三井SSN、埃克森美孚、北欧化工目前POE产能估计分别为20万吨23万吨、8万吨和3万吨。可可产产品型技术路线投产时间商品名产能(吨)装置地点公司美国德州 20 Engage、Afint美国路易斯安那16 Engage、Inuse州陶氏
1993/20042003/2006
Insite+CGC POE/POPInsite+CGC POE/POPC丙烯基弹性西班牙塔拉戈纳 5.5 Versify等 2004 Insite+CGC体泰国马塔府 20 Engage、Afinty 2008 Insite+CGC POE/POP沙特萨达拉 20 Engage 2016 Insite+CGC POE埃克森美
美国路易斯安州美国路易斯安那
8 Exact/Exce
1991/2005
Exxpol POE丙烯基弹性35 Vistamax 2004 Exxpol州 体三井 新加坡裕廊岛 20 TafmerSK:Solumer;
2003/2010
专有茂金属催剂
POE/POPDMSSN(S-SAICV) 韩国蔚山 23
SABIC:Fortfy
2014 Nexlence POE/LLDPELG 韩国大山 28 Lucene
2009/2016
专有茂金属催剂专有茂金属催
POE北欧化工 荷兰赫仑 3 Queo 2013华经产业研究院,
POP/POP剂POE在传统领域以汽车应用为根据MaiaResearch的报告全球POE的主要应用领域包括TPO终、发泡鞋、电线电、包装材,汽车TO领域需求占比超过50,其应用如光伏、热熔胶等需求近年来也快速起。对于汽车应用领域POE主要用于PP改性以提升PP的耐冲击强度和拉伸性根据CNCC的统计汽车内部P组(如方向盘、座椅等)的POE的添加比例一般在10-15,汽车外部PP组件(如保险杠、挡泥等)的POE添加比例一般在17-25;对于鞋材领域OE可作为EVA的改性添加剂,加比例在10-20可提升发泡材料的强度弹性UV稳定性并降低重量及收缩率线电缆工业领域的POE产品主要应用于对耐热性耐环境性要求较高的绝缘层和护套可添加于电缆被覆材料LDPE,也可替代EVA或PDM用于PVC电线电缆。图表5:POE在汽车中的应用CNCIC,23-25年全球光伏用OE将趋紧根据华经产业研究院数据017年-2021年,全球POE需求量从104万吨增至16年吨,四年CAGR7,其中,201年全球用于TO终端的POE需约为69万吨而在光伏领域如果参上文POE需求测算中景2的假设则2022年全光伏级POE需求量约为3万吨23-25年需求量预计分别为435263万吨虑到未来海外160-170万吨的PE产能和POE在汽车鞋材和电线电缆领域的较刚性需求,在不考虑国内供给的前提下,全球光伏用POE在23-25年将逐年趋。图表6:全球POE需求量(万吨) 图表7:2021年全球OE需求结构10101010806040200
217 218 219 220 22POE消费量(万吨) yoy
18%18%17%17%16%16%
电线电缆, ,其10%其10%性,29%
TPO终端51%华经产业研究院, 华经产业研究院,2、我国POE目前全部依赖进口,国产即将启程国内POE完全依赖进口陶氏是国内最大供应。目前国内尚未具备大规模工业化生产POE的能力需求完全依赖进2022年国内E进口量达到711万吨同比增长分国别看,陶氏是国内最大供应商根据华经产业研究院数据,美国企业(主要是陶氏)占比常年在50以上韩国企业的进口占比从2017年的20.8增长至2022年上半年的1998年陶氏以ENGAGE品的POE率先进入中国市场最早推向TO改性领域取代原先用于PP改性的EPDM,2003年,井TAFMER牌号的PE也进入中国市场,以EVA鞋材改性为切入点通过低价策略迅速占据鞋材市场2009年LG的POE投产后也通过低价策略打入中国市,后通过不断改进被国内企业接受。图表8:国内POE进口量(万吨) 图表9:POE分国别进口结构80706050403020100217 218 219 220 221 22POE进口量(万吨) yoy
10%10%10%10%8%6%4%2%0%
10%8%6%4%2%0%
217 218 219 220 221 221陶氏&Exxon 韩国三家 三井 不明确华经产业研究院,百川盈孚, 华经产业研究院,国内工业化OE装置最早2024年投产2021年,国内POE需求量达到64万吨,其中用于光伏的需求已达25.6万吨超过汽车的166万吨成为国内最大的需求来源面对这一新兴的需求机遇国多家在石化产业有布局的企经过多年研发逐步突破POE及上游原料制备壁垒预计明年以后国内落地工业化装置2021年9月万华化学完成POE千吨级中试2*20万吨装置预计24-25年投;2022年8月,荣盛石对外公告将新建2*20万吨POE装置2022年9月,东方虹800吨PE中试线投,规划产能50万吨;2022年12月,鼎际得宣布0万吨E项目规划2023年3月,卫星化学1000吨α-烯烃工业试验装置开车成此外京博石化茂名石诚志股惠生新等企业均有POE中试线或投产规产能合计230万预计2024年以后内POE供应将逐步起量。图表0:国内POE生产企业规划企企业 产(万吨) 详情万华化学 2×20 21年中试线完成,预计24年一期20万吨量产卫星石化 10 23年3月年产1,00吨-烯烃工业试验装置开车成功22年8月公告称拟建2×20万吨PE,35万吨α烯烃,建设期2年东方盛虹建设期2年东方盛虹5022年9月00吨OE中试线开车成功POE总体规划年产能50万(分期建设22年11月公告拟建30万吨OE、诚志股份2020万吨α-烯烃,建设期2年22年8月公告称拟建0万吨PO,建设期3年茂名石化 5京博石化 5惠生新材10一期惠生新材10一期20万吨POE、30万吨α烯烃已完成中试,规划10万吨装置中石化天津南港102021年5月启动10万吨OE合计230
21年8月开建千吨中试线,现已建成5万吨PE计划23年3月开工,5年3月建成20年5月5万吨OE项目环评获批初步计划025年投产22年12月公告建设40万吨PO、30万吨α-烯烃其中来源:各公司公告,政府网站,图表1:中国POE需求量(万吨) 图表2:2021年中国OE需求结构706050403020100217 218 219 220 22中国POE消费量(万吨) yoy
5%4%4%3%3%2%2%1%1%5%0%
家电,4% 其他,装,4% 12%,6%发,8%
汽,26%光伏,40%华经产业研究院, 华经产业研究院,3、POE国产化面临三大壁垒:茂金属催化剂、-烯烃、溶液聚合工艺POE的生产采用茂金属催化剂对乙烯和-烯烃的聚合反应进行催化,聚合技术陶氏开发的溶液法聚合工艺埃克森美开发的高压聚合技术为主,其中高α-烯烃、茂金属催化剂和高温溶液聚合技术是POE生产的主要壁垒。茂金属催化:POE生产破的关键茂金属催化剂POE聚合的核心材茂金属催化剂一般指由过渡金属元(如IVB族元素钛锆等或稀土金属元素和至少一个环戊二烯或环戊二烯衍生物配体组成的茂金属配合物茂金属催化剂有着单活性中心产物相对分子质量分布窄活性高的特点其活性是传统的Ziegler-Natta催化剂的10倍以上并且其共聚能力强,共单体插入率高,很适合POE的聚合体系另外后茂金属催化(分为前过渡金属催化剂和后过渡金属催化剂因具有单活性中心高活性的特点很多可用于乙烯与烯烃共聚在烯烃聚合领域也发挥了越来越重要的用。图表3:烯烃聚合金属催化剂的发展《烯烃聚合催化剂的研究进展》,POE商业化催化剂桥联茂金属为主海外企业均主研发茂金属催化剂根据配体结构的不同可分为非桥联双茂金属桥联双茂金属桥联半茂金(含限定几何构型茂金属CGC非桥联半茂金属桥联茂金属和非桥联半茂金属催化剂的耐热性能和共聚性能一般要优于非桥联双茂金属目前商业化POE主要是桥联二茂催化剂和限制几何构CGC)催化剂1988年埃克森美孚的专利首公开一种应用于乙/1-辛烯共聚烯烃的工业化生产的茂金属催化,1993年,陶氏将其CGC催化剂注册商标为Insite,并利用该技术率先开发出具有窄分子量分布的POE产品继此以后三井LG化学SK等公司相继开发出各自的耐高温茂金属催化,2011年,陶又开发出了一种后茂单中心催化,制得共聚物的分子量是由钛系CGC制备所得聚合物分子量的20倍以。图表4:海外POE生产企业催化剂情况海外企海外企业 茂金属催化剂情况陶氏 CGC催化剂埃克森美孚 自研Exxpol催化剂三井 自,专利公开一种基于芳氧亚胺配体的催化剂SSNC 自研,技术来自SK公司技术研发中心LG 自研,催化剂结构与陶氏的CGC极其相似北欧化工 收购Exxpol取得《聚烯烃弹性体技术研究与应用进展》、《乙烯 /辛烯溶液共聚及其聚合物链结构的调控》,国内茂金属催化剂只能走自研道路国企民企科研院所共同发力陶氏使用的CGC催化剂(初代专利已到期)与除中国的世界聚烯烃大公司分享专利使用权,对国内实行垄,其余海外企业的茂金属催化剂也都受专利保护且对国内封锁目前我国茂金属催化剂及其催化产品的研发主要依靠中石化中石油中科院化学所浙江大学华东理工大学等单位以及万华化学等民营企进研例如中石化北院研制出烯烃高温溶液聚合用桥连双茂金属催化,催化性能陶的CGC相,万华化在该领域也已有多项专利申请。图表5:万华化学茂金属催化剂相关的部分专利专利名专利名称 申请时间一种双核茂金属催化剂及其制备方法和应用 18年12月一种烯烃聚合催化剂、烯烃聚合催化剂组合物及制备聚烯烃的方法 20年4月一类芳氧基醚骨架的双金属配合物、制备方法及应用 20年8月一种茂金属负载催化剂及其制备方法、乙烯和α烯烃共聚弹性 21年1月一种茂金属催化剂和制备方法及其催化烯烃聚合的用途 22年1月国家知识产权局,α-烯:高碳烯烃以乙烯齐聚法为主1辛烯有待国产化突破线性α-烯烃(linearalphaolefin,LAO)是指双键位于分子链端部的直链单烯烃,在工业生产中通常指代C4+的高碳直链端烯C4~C8的LO中的1-丁烯1-己烯和1-辛烯常作为高密度聚乙烯HDPE、线性低密度聚乙烯LLDPE)和聚烯烃弹性体POE)的共聚单体C6~C30的LAO用于制备直链高碳醇,用作增塑剂、合成洗涤剂、表面活性剂等化工产品的重要原料C8~C12的LAO,如1-辛烯1-癸烯和-十二烯,可以用于合成高级合成润滑油聚-烯PAO以及烷基苯等C12~C16的LAO多用于洗涤剂香料的生产或三次采油。高碳α-烯烃以乙烯齐聚法为主选择性齐聚是发展方向对于1-己烯1-辛烯两类高碳α烯烃海外主流工艺是乙烯齐聚根据产出特定烯烃的选择性大小可分为选择性齐聚和非选择性齐聚非选择性齐聚种类较多主要有美国ChevronPhillip公司的Ziegler一步法英国BPAmoco公司的Ziegler二步法荷兰Shel公司的SHP工艺该类工艺都存在1-辛烯选择性不高的问题,又或操作条件苛刻或流程长的问。选择性齐主要包括高选择性的乙烯二聚三聚和四聚分别得到丁烯己烯和辛烯等烯烃的加氢甲酰化反应生成-烯烃丁二烯二聚生成1-辛烯目前海外已实现成熟的1-己烯选择性齐聚工艺,即乙烯三聚工艺,工艺包来自Chevron-Phillips,传入国内由中国石化于2007年实现工业化已成为国内1-己烯产品的主要生产工目前工业上生产1-辛烯主要是乙烯齐聚法利用该法生产的-烯烃占整个-烯烃生产总量的94掌握乙齐聚技术的公司主要有Chevron-Phillips(CPChem、Shell、BPAmoco、Sasol、IFP、Idemitsu等公,2011年,Sasol开发的乙烯四聚工较先进1–辛烯的选择在左,目前仅Sasol实现生产,是未来1-辛烯聚合工艺的发展方向。国α-烯烃以C4为主C6、C8尚待大规模工业化2021年国内1-丁烯产能约93.5万吨预计23年将到105.4万产能充足技术完备于POE更适用的高碳-烯烃(主要是1-辛烯我国工业化进程尚在途对于1己烯中石化在07年实现1-己烯工业化目前主要在产企业有大庆石化独山子石化燕山石化各有0.525万吨产能–辛烯的生产工艺主要有乙齐聚乙烯四聚和费托合成法国内尚无工业化装置,中石油和中石化在对乙烯四聚工艺进行研究开发万华学20万吨POE规划中包含了9.2万吨辛己烯OHE)装置,23年3月,卫星化学1000吨α-烯烃工业试验装置开车成,包括700吨1-辛烯和300吨1-己。图表6:国内POE生产企业α烯烃规划情况国内企业POE产(万吨)α-烯烃配套万华化学40一期20万吨POE配套9.2万吨辛己烯装置京博石化5一期650吨使用1-辛烯,二期2万吨规使用1-丁烯卫星石化101000吨α烯烃中试线中1-辛烯700吨、1-己烯300吨荣盛石化4040万吨POE配套35万吨α-烯烃东方盛虹 50
800吨中试线采用1-辛烯,一期30万吨POE配套0万吨α-烯烃鼎际得 40 一期20万吨POE配套30万吨-烯烃项目计划引进技术公司独立研发出催化剂,结合成熟的诚志股份 20
聚丁烯技术,开发出自己的技术并对外转让茂名石化 5 规划3万吨1-辛烯弹性体2万吨1-丁烯弹性体惠生新材 10 3吨POE中试线使用1-丁烯公司公告,环评报告,溶液聚:POE聚合的主流工艺由于1-辛烯的沸点高,乙/1-辛烯共聚产品主要采用溶液聚合工艺进行生产,生产技术以陶开发的Insite溶液法聚合工艺以埃克森美开发的Exxpol高压聚合技术为主。此外加拿大NOVA公司也拥有的Sclairteh中溶液聚合工并向世界许多公司进行了转让该工艺既可以生产窄分子量分布的LLDPE也可以生产出宽分布或双峰分布的聚乙烯,其中压溶液工艺也采用-辛烯,可能具备生产POE的潜力。国内的溶液法装置较少只有抚顺乙烯采用加拿大NOVA公司Sclairtech工生产LLDPE,因此使用1-辛烯作为共聚单体的产品少2020年5月,天津石化首次使用1–辛烯作为共聚单体在其气相法装置上成功生产了薄膜专用料PE–LF2318,开创了气相法LLDPE装置生产1-辛烯共聚PE的先专门用于生产POE的溶液聚合工艺也属于海外垄断的技术,国内企业在工业化过程中也需突破催化剂不耐高温等瓶颈,具备很高的壁垒。1、产业链一体化的POE生产成本约1.1万/吨POE价格高企,产业链一体化是降本关。根据卓创资讯,当前各厂家POE报价普遍在2.42.5万/吨左右处于2018年以来的高,未来OE的价格下降无疑需要仰赖供给尤其是国产供给的释放而在成本端POE产业链一体化带来的降本空间也将刺激POE需求进一步增长。我们参考京博石化5万吨项目的环评报进行POE成本测,其中1-辛烯的生产成本按照乙*0.66+7500元的理论值计算茂金属催化剂、助催化剂等原材料成本假设为800元/吨经测算2023年POE的生产成本为.1万元/吨其中1-辛烯的成本约为600元/吨如果企业按照当前5万元吨的价格外采1-辛烯则POE的生产成本将因此上升3773元/吨增幅达34因此产业链一体化对于POE的降本至关要也是国内企业可以对海外形成成本优势的关键此外作为重资产投入的行业规模优势在成本中也可得到较明显的体现。图表7:POE成本测算序号项目单耗2018201920202021202220231价格(/吨)1521516188162482146
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