新材料专题研究：LAO，国产化加速突破，高端化空间广阔
（报告出品：国泰君安证券）
1. 投资分析
LAO 作为烯烃关键材料可用于提高烯烃共聚物性能，也是生产 POE/POP， PAO，洗涤剂醇，油田化学品等关键原料。国内 LAO 供给集中于 C4 以 下中低端产能，高碳 LAO 供给长期存在缺口。随着下游聚乙烯树脂性 能要求提升，光伏，风电对 POE、PAO 需求的拉动，国内厂商在乙烯齐 聚工艺突破，国产化高碳 LAO 产能有望自 2024 起陆续落地。国内高端 烯烃聚合物市场为蓝海市场，产品附加值高，空间广阔。产业链相关公 司有望受益。
2. LAO：线性 α-烯烃，下游应用广泛
2.1. 定义：高碳直链烯烃， 同频发展聚乙烯
LAO（α-烯烃，α-olefins）指 C4 及以上高碳直链端烯烃，是最近 30 年 来发展最迅速的一种重要化工原料。LAO 的分子式是 R-CH=CH2，其中 R 为烷基。若 R 为直链烷基，即分子链内部仅有一个双键并且位于分子 链端部的烯烃称之为线性 α-烯烃（linear alpha olefin，LAO）。目前商业 化的 LAO 主要为 C4 到 C6，包括 1-丁烯，1-己烯和 1-辛烯。LAO 因其 碳链长度不同而具有多种下游应用，目前主要用作合成线性低密度聚乙 烯（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE），LAO 作为共聚体结合 LLDPE 比例在 8%-10%，结合 HDPE 比例在 1%-2%，LAO 的衍生物 POE 中含 量在 20%-30%。此外 lAO 还可用作生产合成洗涤剂醇类、高级润滑油、 聚 α-烯烃(PAO)等精细专用化学品等，作为有机原料领域发展迅速。
LAO 在 1950 年后得到迅速发展：20 世纪初科学家就发现聚烯烃材料。经过近半个世纪的发展，1953 年，德国人 K. Ziegler 以四氯化钛-三乙基 铝[TiCl4-Al(C2H5)3]作引发剂获得了高密度聚乙烯(0.94～0.96g/cm3)。1954 年意大利人 G. Natta 进一步以 TiCl3-Al(C2H5)3 作引发剂，得到等 规聚丙烯（熔点 175 ℃)，随后广泛应用于食品包装、家用物品、汽车、 光纤等领域。1963 年，Ziegler 和 Natta 由于在烯烃聚合领域的贡献而获 得诺奖，配位聚合开始蓬勃发展。随后催化剂的发展，甲基铝氧烷（MAO） 提搞了乙烯聚合活性以及负载策略，、限定几何构型（CGC）催化剂则 使 α-烯烃获得更强的共聚能力的限定几何构型，大幅度推动聚合机理的 研究。
2.2. 工艺集中于少数企业，乙烯齐聚为主流
乙烯齐聚法占据全球 LAO 产能 95%以上。LAO 商业化生产工艺包括乙 烯齐聚法、费拖合成法、蜡裂解法、混合 C4 分离法、植物油法。不同 工艺在原料选择，分离方式，产物纯度，催化剂选择上具有较大差异。乙烯齐聚法原料来源广发，分离费用低，且直链产物多，便于控制产物 分布，目前全球 95%以上的 LAO 采用乙烯齐聚法，其次为费托合成法。
LAO 成熟的生产工艺集中于欧美化工巨头。LAO 的生产过程中异构体 多，组分复杂，分离难度高，以商业化最为成熟的乙烯齐聚法为例，代 表性企业主要包括 CP Chem、UOP、BP、Shell 以及日本出光等。
乙烯齐聚法生产占 LAO 总产能 95%
乙烯齐聚法是以精制乙烯为原料，在聚合催化剂的作用下进行有规立构 共聚，生成目的产物是 C4～C30+的偶数碳 LAO。该方法具有分离费用 低、产品纯度高、碳数分布窄等优点，目前已成为工业界生产线性 α-烯烃的最主要工艺，利用该工艺生产的 LAO 占整个 LAO 生产总量的 95% 以上。
乙烯齐聚工艺又可分为非选择性齐聚和选择性齐聚。其中非选择性齐聚 是生产 1-辛烯的传统工艺，该方法可分为金属络合物催化法、烷基铝催 化法和 SHOP 法。拥有乙烯四聚工艺的公司包括美国 Chevron Phillip 公 司、英国 BP Amoco 公司，荷兰 Shell 公司、日本出光 Idemitsu 公司等。
Ziegler 一步法：Chevron Phillip 公司的 Ziegler 一步法是在三乙基铝 的催化作用下，在反应器内同时进行链增长和链置换 2 个反应，一 步完成齐聚，其产品中 C4～C8 的直链 α-烯烃质量分数高于 96%。
Ziegler 二步法：BP Amoco 的两步法则将链增长和置换反应分两步 进行，产品分布通过循环乙烯控制，操作相对复杂，产品 C6～C10 的直链 α-烯烃质量分数高于 96%。
SHOP 工艺：Shell的 SHOP 法是迄今为止最先进的 LAO 生产技术， 保护齐聚、烯烃异构化和烯烃歧化 3 个基本反应。该工艺路线最长， 但操作条件相对温和，产品的分布可灵活选择，产品纯度高，线性 率可达 99%，其中 α-烯烃质量分数高于 98%，产品碳数范围较宽， 可满足不同的市场需求。
Idemitsu 工艺：日本出光石化公司的 Idemitsu 工艺采用锆络合物催 化剂，先均相反应生成 C4～C20 的线性 α-烯烃，然后经分离获得不 同碳数组分的产品，特点是催化剂活性高、反应条件较温和、产品 杂质少、C10 以下 α-烯烃质量分数可以达到 85.9%。
CP Chemical 的工艺最为简单，但灵活性低，BP Amoco 工艺灵活性高， 且易于进行 1-辛烯的生产，但过程复杂。SHOP 工艺最为复杂，但灵活 性高，且产品范围宽，经济性强，且所用催化剂更为安全。
乙烯选择性齐聚包括乙烯二聚制 1-丁烯，乙烯三聚制 1-己烯和乙烯四聚 制 1-辛烯。选择性齐聚工艺为生产特定碳数的 LAO 提供可能。
乙烯三聚：CP Chemical 公司采用独特的铬基催化剂用作聚乙烯单体的 1-己烯的生产，己烯的选择性可达 90%～95%，己烯中 1-己烯约占 99%。另外，此工艺还可生产 9%～15%的 C10 α-烯烃。这种新工艺的特点是碳 数分布相对较窄，生产灵活性增大，操作条件有所缓和，但仍存在单程 转化率较低及催化剂需分离回收等问题。此外，出光公司、BP Amoco 公司等也分别开发出各自的选择性三聚工艺。
乙烯四聚：利用成熟的选择性三聚工艺和设备加以特定的催化剂体系 （PNP 结构等）实现，但目前仍存在高温稳定性差且选择性低，有效的 助催化剂甲基铝氧烷价格昂贵，副产物可能引起反应釜壁以及管道堵塞等问题。目前背广泛接受的基于PNP 配体结构的铬基催化剂体系选择性 催化乙烯四聚反应机理是金属环化催化反应和双金属催化反应机理。
费托合成法：高温费托合成法对烯烃选择性较高
费托合成法由南非 Sasol 公司开发的，是从煤制油中利用费托技术生产 富含 α-烯烃的中间产品后，利用选择加氢、水洗、醚化、甲醇回收、超 精馏萃取蒸馏、干燥和精炼等步骤分离出优质的 α-烯烃，主要产品包括 1-己烯、1-丁烯等。费托合成法分为低温法（190-230℃）、中温法（260-280℃）和高温法 （310-350℃）三种工艺路线。低温法产品以汽油、柴油、蜡等烃类为主。高温法产品除油品外还副产大量含氧有机物和烯烃，α-烯烃等高附加值 产品含量高，高温费托合成法在产品多元化与高值化上相比低温法具有 明显优势。
蜡裂解法：最早实现 LAO 工业化生产的工艺
蜡裂解法是由 Chevron 公司于 1965 年开始实现工业化生产。该工艺以馏 程为 350℃～480℃的精蜡为原料，最终能够生成目的产物是 C12、C14、 C16 等高碳数 α-烯烃，该路线工艺成熟，成本较低。α-烯烃收率主要与反应条件和原料蜡的品质有关。因混合烯烃成分较为 复杂，常常含有较多的内烯烃、双烯烃、芳烃和环烯烃等杂质，这使得 用其聚合得到的 PAO，粘度指数低，氧化稳定性差。目前国外因原料辣 资源稀缺多数转向乙烯齐聚法的工艺路线。我国曾在 20 世纪 70 年代建 成石蜡裂解装置用于合成润滑油与烷基苯生产，但高质量的下游产品仍 然值得探究。
混合 C4 分离法：分离 1-丁烯传统工艺
混合 C4 来自热裂解装置及流化催化裂化装置，工业上采用热裂解馏分 作原料生产高纯 1-丁烯。工艺首先用萃取法脱除丁二烯得到抽余液，用 化学法脱除异丁烯，最后用精密精馏或催化萃取法制得高纯 1-丁烯；也 可用物理方法直接从含异丁烯的混合馏分中吸附分离出纯 1-丁烯。用催 化裂化 C4 馏分作原料，先经甲基叔丁基醚装置脱除丁二烯，然后脱硫、 脱水、加氢脱除二烯烃和炔后，再经二聚脱除残余的异丁烯，最后精馏 得到高纯 1-丁烯。
植物油法：C12~C18 高碳 LAO 的生产工艺
该方法由植物油加氢制得脂肪醇，经脱水生成 α-烯烃，反应具有高转化 率和易分离的特点。其生产最终产品的碳数取决于原料植物油的碳数， 一般为 C12-C18。
3. 供给端：全球产能约 800 万吨，高碳 LAO 集中度 高
3.1. 北美产能占比超过 40%，高碳 LAO 被少数企业掌握
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