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中国膜行业分析

中国膜行业分析报告

二○一二年六月

目录

一、概论1

二、膜技术及其应用2

2.1膜及膜分离技术的原理2

2.2膜分离技术的应用4

2.3膜分离技术应用领域综述10

三、膜行业的发展趋势及空间11

3.1行业发展推动力在增强，制约力在减弱11

3.2行业发展趋势与空间分析12

四、我国膜行业相关公司19

4.1产业链与竞争格局简介19

4.2中国膜行业盈利模式21

4.3膜行业公司简介21

一、概论

1.膜工业是一门崭新的工业，膜技术的发明只有50多年的历史，而膜技术的工业化应用也就20多年的历史，在我国实际商业化应用也仅十余年。

2.从行业前景看，水资源稀缺性产生的对污水资源化处理要求是推动行业发展的最大外部动力，而成本的逐渐下降则是行业超常规发展的内在推手。

a.从外部驱动因素看，地区性水资源短缺、政府关于城市污水处理和工业废水排放标准更加严格的立法、对污水回用的激励都在推动着污水向深度处理转变。

b.从内部推动力看，一方面是污水处理费和水价的不断提升，另一方面是膜材料、组件价格的逐渐下降，膜分离水处理技术经济性在持续提升。

3.在内外驱动因素的推动下，膜行业应用的几个主要方向，如污水处理及回用、海水淡化和工业应用在未来都处于快速增长的需求背景中；其中最看好膜技术在污水处理及回用中的发展前景和空间。

据国家环保总局环境规划院预测，我国“十二五”和“十三五”时期废水治理投入（含治理投资和运行费用）分别达10,583亿元和13,922亿元，其中工业和城镇生活污水的治理投资将分别达4355亿元和4590亿元。

4.对膜行业相关公司，在已上市的国内企业中，有新加坡上市公司厦门三达和国内上市公司碧水源。

前者在经过“积累资源－延伸产业链－提供整体解决方案－不同细分市场复制”的发展历程后，不仅占据国内工业膜应用领域龙头，且已于2007年进入水处理领域；后者IPO募投项目指向产业链完善和跨区域复制水处理解决方案的方向，走在正确的成长道路上。

还有国内上市公司南方汇通和万邦达。

前者控股子公司时代沃顿是国内RO膜龙头；后者已在化工等大型工业项目水处理领域证明了自己整合资源提供一体化解决方案的能力。

二、膜技术及其应用

2.1膜及膜分离技术的原理

a．膜的物理学定义：

分离膜是分离两相和作为选择性传递物质的屏障，它可与一种或两种相邻的流体相之间构成不连续区间并影响流体中各组分的透过速度。

b.膜分离是以对组分具有选择性透过功能的膜为分离介质，通过在膜两侧施加（或存在）一种或多种推动力，使原料中的膜组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物分离，并实现产物的提取、浓缩、纯化等目的的一种新型分离过程。

c.膜分离过程的推动力有浓度差、压力差和电位差等，整个过程可概述为以下三种形式：

●渗析式膜分离：

料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进入接受液中，从而被分离出去；属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等。

●过滤式膜分离：

利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达到组分的分离；属于过滤式膜分离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等。

●液膜分离：

液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合；溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。

d.膜的分类

按膜机构可分为固膜、液膜，固膜又可以分成对称膜与非对称膜。

●液膜：

按制膜材料形态来分类的一种，即以液态物质为分离介质形成的膜，亦叫液相膜或液膜。

这种膜可以把两种气相，气液两相或两相不互溶的液体进行分隔和促进分离，如乳化液膜和支撑液膜。

●固膜：

按制膜材料形态来分类的一种以固态物质为分离介质制成的膜，亦叫固相膜或固体膜。

◆对称膜：

一般指膜的各部分具有相同的特性，其孔结构不随深度而变化的膜。

膜的厚度范围为10～200um。

◆非对称膜：

由同种材料制成的，一层为致密分离层，其厚度通常为0.1～0.5um另一层或多层（如无机膜）为支撑层（其厚度为5～10um）。

2.2膜分离技术的应用

2.2.1反渗透技术

反渗透技术是继电渗析技术之后发展起来的一项膜技术，其应用范围已从最初的脱盐扩展到电子、化工、医药、食品、饮料、冶金和环保等领域的纯水超纯水制备、废水处理及物料的预浓缩等。

目前，反渗透海水淡化的耗电已降到3kWh/m³，总造水量达1.0×107m3/d；苦咸水淡化耗电已降到0.5～3kWh/m3，总造水量达5.0×107m3、d。

反渗透技术将成为21世纪解决缺水地区用水的重要手段之一。

反渗透技术的主要应用参见表1。

表1反渗透技术的主要应用

应用领域

主要应用

脱盐

已广泛应用于靛永的生产、海水淡化、苦成水淡化。

超纯水制备

已广泛应用于电子工业用水、药物生产用水、医药用水等。

工业用水处理

锅炉补给水、化工用水、冷凝塔泄料再循环等工业水处理。

废水处理

市政废水、工业废水和有害废水处理、废水资源化等。

化工物质分离

废液处理和水再利用，水，有机液体的分离，有机液体混合物的分离，电镀漂洗水再利用和金属回收等。

食品加工

奶品加工、糖液浓缩，果汁和乳品加工、废液处理，生产低度酒和啤酒等。

2.2.2超滤技术

超滤技术是在反渗透基础上发展起来的新型技术，主要用于料液澄清，截留溶质的浓缩和溶质的分馏等，能去除的物质主要是生物分子、高分子聚合物、胶体物质等。

超滤是用途最广的技术之一，乳清处理和牛奶深加工是超滤的最大市场之一，废水处理前景看好。

超滤的技术主要应用参见表2。

表2超滤技术的主要应用

应用领域

主要应用

工业废水的处理

成熟的应用有：

电泳漆废水中涂料的回收，从废水中回收胺乳化液，纺织上浆材料PVA的回收和重复利用，污泥脱水前的浓缩，金属加工和罐头听生产工业的含油废水处理等。

正在兴起的应用有：

造纸废液处理，漂白废渡处理，酸性矿物排出液，铜、硒、铝冶炼．黄铜生产废液的废水处理再利用和有用物质回收等。

城市污水处理

城市污水处理、中水回用等。

超纯水制备

生产、生活用超纯水生产等。

成熟的应用有：

回收乳清中的蛋白质，果汁澄清，植物蛋白的回收，医药产品的除苗，牛奶深加工等。

食品加工及药业应用

正在兴起的应用：

从发酵液中分离和浓缩具有生物活性的组分，酶的提取，激素的提取，屠宰动物血液的回收，血液中提取血清白蛋白，明胶的回收等，前景广阔。

2.2.3微滤技术

微滤技术主要用于流体中分离微米的物质，是所有膜过程中应用最普遍、市场最大的一项技术。

微滤技术的主要应用参见表3。

表3微滤技术的主要应用

应用领域

主要应用

医药工业

主要用于气体除菌；中药提取液精制。

食品工业

明胶和葡萄糖的澄清；果汁的澄清；回收啤酒渣和生啤除菌；调味品、饮料精制。

高纯水的制备

目前微滤应用的第二大市场

城市污水处理

用于除去病毒

工业废水处理

用于从颜料中分离溶剂；从含油废水中去除难处理的颗粒；从电镀废水中除去有毒的重金属如镉、汞、铬等都有着较好的前景。

燃料工业

用于油品的除蜡和沥青质。

生物技术工业

浓缩和分离发酵液中的生物产品。

2.2.4纳滤技术

纳滤膜早期称之为松散反渗透膜，是80年初继典型的反渗透复合膜之后开发出来的新型技术，只有十余年历史，反渗透膜几乎对所有溶质都有很高的脱盐率。

纳滤膜只对限定的溶质具有较高脱盐率。

纳滤技术在水软化、百量级分子量物质（如抗生素、多糖、染料等）的纯化、分离和浓缩等领域得到了较好的应用，可替代或部分替代沉淀、蒸发和pH调节等工艺，成为生物制药和精细化工的重要高效节能单元操件。

纳滤技术可用于去除水中三卤甲烷（THM）的前驱物，以防止水中THM的生成；用于乳清浓缩，将除盐、除乳糖和蛋白质浓缩同时进行；用于蔗糖和NaCl分离，蔗糖的截留率可达90％，而NaCl的截留只有20％；用于食品脱色，氨基酸分离，多肽的纯化及浓缩；用于木材制浆碱萃取阶段所形成的废液脱色，脱色率达98％以上；用于酸性溶液中分离金属硫酸盐和硝酸，其中对硫酸镍的截留率可达95％;用于饮用纯净水生产，可保留对人体健康有益的矿物质和微量元素。

2.2.5渗析、膜电解和电渗析技术

渗析也称透析，主要用于脱除溶液中的低分子量组分，渗析技

术一度被超滤技术所取代，但近年来随着人工肾的开发而得到重用，成为医疗的重要手段之一，近年来，其销售额居各种膜过程之首。

电渗析技术早在20世纪50年代就广泛用于苦咸水脱盐。

随着新型离子交换膜的出现和交换树脂填充床电渗析技术的推出，电渗析技术将再次呈现出广阔的应用前景，主要用于电子工业用高纯水制备，锅炉补给水及工业用初级纯水制各，乳清脱盐，氯碱工业，电镀工业漂洗水循环处理及其金属回收，电泳涂漆漂洗水处理，造纸工业废水处理等，日本还用于海水浓缩制盐。

2.2.6气体膜分离技术

气体膜分离技术从20世纪70年代就开始进入工业应用阶段，而且发展迅速。

气体膜分离技术可广泛用于膜法提氢、膜法富氧、富氯，工业气体脱湿，天然气脱湿、提氦以及脱除有机蒸汽、二氧化碳和硫化氢等。

气体膜分离技术的主要应用参见表4。

表4膜法气体分离的主要应用

工业应用领域

主要应用

膜法提氢

已成功用于合成氨弛放气中H2的回收，炼油厂尾气中H2的回收，合成气比例的调节等。

膜法富氮

N2的富集，工业中可富集95％N2。

膜注富氧

家庭医用O2的富集，作为燃烧用的O2富集，超纯氧制造（>90%）等。

酸性气体/碳氢化合物

已成功用于生物气中回收CO2，天然气中脱除酸性气体，EOR伴生气中回收CO2，从酸性气体中脱除H2S正处于开发阶段。

H2O/碳氢化合物分离

用于天然气的干燥，H2O/空气分离

碳氢化合物/空气

用于环境污染控制，溶剂的回收.

碳氢化合物（CH4）/N2分离

提高低热量气体的热值。

He/碳氢化合物分离

从气井中回收He，从空气中回收He。

2.2.7渗透汽化技术

渗透汽化技术将对传统的蒸馏技术产生新的变革，它以溶解扩散的机理进行组分的传递，不受共沸体系影响，对共沸物的分离特别有效，主要用于有机溶剂脱水，水中少量溶剂的脱除和有机混合物的分离。

20世纪80年代。

国外最先实现工业化，德国GFT公司的交联聚乙

烯醇（PVA）膜，率先用于乙醇脱水生产无水乙醇和异丙醇脱水等，现已建成100多个工厂，最大规模为150m3/d；甲醇与MTBE的分离也接近工业化应用。

随着渗透汽化技术的发展，其他应用也将快速增长，特别是利用有机液优先透过膜实现的渗透汽化过程，可除去溶液中的少量酚、胺、醚等有机物，在环保方面具有特殊的价值，有机混合液的选择性分离涉及石油化工的许多关键性操作过程，这一领域的任何一项突破都会带来产业技术的变革，它也将成为2l世纪膜工业新的增长点。

2.2.8无机膜的主要应用

无机膜适台在高压、高温、高粘度、高固体含量、高氯化物含量和苛刻pH条件下使用。

因此，它在化工、石油化工、食品工业、冶金工业、环境工程、生物工程等领域前景广阔。

无机膜分离技术在国外已初步产业化，尤其是陶瓷膜，可用于生产中气态或液态工艺物料的净化分离，腐蚀性气体，过滤、脱湿，生物发酵液过滤，生物物性物质的分离，结晶母液过滤，超细微粒回收，油田回注水处理，强酸或强碱性金属清洗净化，高色度、高浊度的有机废水处理等。

2.3膜分离技术应用领域综述

●膜工业是一门崭新的工业，膜技术的发明只有50多年的历史，而膜技术的工业化应用也就20多年的历史。

●短短20多年，膜作为一种新兴高效的分离技术广泛应用在电力、纺织、化工、电子、冶金、石油、食品、饮用水净化、工业水处理、生物制药、发酵等各个领域；在我国因为水的问题比较严峻，因而膜技术在水处理领域应用发展的比较快，尤其在废水处理，特别是水资源再利用方面有广阔的前景。

三、膜行业的发展趋势及空间

3.1行业发展推动力在增强，制约力在减弱

a.推动力：

水资源的稀缺性，以及由此产生的政府对城市生活污水、工业废水更严格的排放标准，社会对污水资源化的重视，水价与污水处理费的提高等。

从推动力角度看，最大的推动莫过于政府对水处理的法规，从政策层面推水处理运营商采用更高出水质的膜分离工艺；而政府的鼓励反过来又促进了膜行业的发展成熟。

这一论断从过去的欧洲经验数据可以得到证实。

（kubota和zenon为两家膜公司）

b.制约力：

法律滞后、经济现状、市场的成熟程度和用户趋向于最廉价的选择等。

从制约力角度看，最大的进步来自膜工艺成本的下降。

过去的10-15年间，受益于膜工艺设计的改进、运行维护方案的优化和膜寿命的延长，膜产品及其工艺以指数形式下降，整个生命周期成本从1992年400美元/m2降低至2005年不足50美元/m2。

图1欧盟于90年代强化了系列水法规图2kubota与zenon的容量增长单位m3/d

图3不同时期微滤膜更换费用

3.2行业发展趋势与空间分析

3.2.1废水处理与再利用：

膜分离大有用武之地。

a.无论是从全球、还是从中国的角度去观察淡水资源，都已面临着巨大的淡水供应压力；为了解决水危机，开源节流是必选途径，而废水治理和回用是其中的重要内容。

b.城市污水（含生活污水与工业废水）量大且相对成分稳定、没有季节性且易于收集，因此将城市污水作为第二水源，实现深度处理与回用，达到污水资源化的目的是各国废水处理业的发展趋势。

●国外水环境恢复与再生的实践经验证明，仅仅做到污水处理后排放是远远不够的，只有污水深度处理及回用，才能实现健康的水循环。

●日本、欧洲和美国等国早在90年代就已开展了污水深度处理与回用的普及，相当数量的污水处理厂改造为水再生利用厂。

图4发达国家在90年代就已经开始污水深度处理进程

图5日本再生水主要用途结构

c.膜分离技术是废水处理和再利用的关键技术保证

●膜分离技术主要用于污水的深度处理和二级处理。

◆深度处理中，反渗透（RO）可有效脱除溶盐和部分有机物，对悬浮物的脱除更彻底，出水水质可达饮用水标准。

◆二级处理中，MF、UF多与活性污泥相结合，以MBR工艺出现,其出水可用于农业灌溉、绿化、市政工业用水和生活杂用水。

d.之所以说膜分离技术是废水处理和再利用的关键技术保证，是因为：

●城市废水的深度处理要求对二级排放液进行最后的脱盐、软化以及COD、BOD、微量有机物、重金属离子的最后脱除；而从目前技术看，RO膜对脱盐、NF膜对软化有良好的处理效果。

●RO膜在工业废水处理中同样极具吸引力，因为经处理的水和截留浓缩的组分可就地回用，无需或减少向城市废水处理厂排送废水；只是由于RO对进水水质有严格要求，料液必须经过一定的预处理。

3.2.2我国正处于向废水处理和再利用发展的起点，行业空间巨大

定性分析：

●严峻的水资源现状要求我国污水处理向污水再利用转变。

2030年中国人口预测将达16亿，届时人均水资源量仅有1750立方米，预计用水总量为7000-8000亿立方米，要求供水能力比现在增长1300-2300亿立方米，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限。

◆中国设立668个城市中，缺水城市约400个，严重缺水的城市约108个。

这些城市日缺水量为1600万m3，全年缺水量为200亿m3。

◆中国每年工业、生活污水排放量已达约600亿m3，90%的城市水域受到不同程度的污染，尤其南方城市由于采用地表水做水源而地面水又受到不同程度的污染，又导致水质性缺水。

●现有污水处理厂深度处理改造空间巨大。

从数量上看，经过“十一五”期间的建设，我国污水处理比例已经大大提高，污水处理厂数量大大增加；但目前大多数污水处理厂并未达到深度处理要求。

◆根据2006年国家对《城镇污水处理厂污染物排放标准》的修订，凡排入国家或省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域，地表水Ⅲ类功能水域，海水二类功能水域的污水，必须执行一级A标准。

◆截至2008年3月，我国已投产污水处理设施1321座，在建污水处理设施889个；但运营污水处理厂中超过一半达到一级B排放标准，达到一级A标准的仅占7%，有31%污水处理厂仍处在二级排放标准。

●工业废水回用市场刚刚启动。

◆根据《十一五建设节水型社会的目标》和《中国节水技术政策大纲》，要建立节水型工业，提高工业用水的重复利用率，实现“增产不增水”的可持续发展目标。

◆产业转移和中西部能化工业的崛起刚刚开始，而西部缺水的现状使得工业废水回用成为企业合理的经济性选择。

◆水价在2009年经历一轮全国的普涨，随着水资源价值的回归，水价上涨是大势所趋，另一方面污水深度处理成本则呈下降趋势，这也增加了工业废水回用的经济性。

定量分析：

●污水处理及再利用空间测算。

◆目前国内城市生活污水的处理率还较低，2008年生活污水排放量达到300亿吨，但处理率仅有57.4%。

◆近年，国内平均每年新增城市污水处理能力约800万吨/天，假设已建成的污水处理能力（2008年底为11,173万吨/天）每年有6%左右更新改造，则合计每年城市污水处理能力有1500万吨/天的市场空间。

●未来政府投资规模巨大。

◆据国家环保总局环境规划院等机构的预测，在处理水平正常提高的情况下，我国“十二五”和“十三五”时期的废水治理投入（含治理投资和运行费用）将分别达到10,583亿元和13,922亿元，其中用于工业和城镇生活污水的治理投资将分别达到4355亿元和4590亿元。

◆在采取更有力措施情况下，“十二五”和“十三五”时期我国废水治理投入将分别达到12,781亿元和15,603亿元，其中用于工业和城镇生活污水的治理投资将分别达到5753亿元和5578亿元。

◆“十一五”后的未来十年，用于污水处理的投资仍将有所增长。

●回用水经济性在逐渐提高。

一方面是不断提价的污水处理费和水价，一方面则是继续降低的膜处理成本，随着时间的推移，回用水的经济性在不断提高。

◆国务院2007年明确了制定支持再生水的价格政策，全面开征城市污水处理费并提高收费标准，吨水平均收费标准原则上不低于0.8元。

◆目前国内华北和西部的一些城市，考虑污水处理费的综合水价，居民用水接近4元/吨，工业和经营服务用水在4元以上，再生水价格也达到1元/吨。

◆中国水网报告显示，2002-2009年间，中国36个重点城市的居民生活用水的自来水价格年均增长率为4.7%，污水处理费年均增长率为11.9%。

图6国内部门城市水价（含污水处理费）单位元/吨

3.2.3海水淡化：

低基数有高成长

a.RO膜是海水淡化的主流技术

●海水淡化是指将35000mg/L的海水淡化至500mg/L以下的饮用水；目前，世界上装机应用的海水淡化方法主要有多级闪蒸（MSF）、多效蒸发（MED）和反渗透法（RO）。

图7海水淡化主流技术对比

图8全球海水淡化中RO与MSF占主要份额图9中国海水淡化RO与MED占主要份额

b.成本已具大规模推广的基础，行业基数低、但增长空间大。

●根据天津海水淡化与综合利用研究所的分析，目前国内大部分海水淡化工艺已实现4-5元的综合成本，具备大规模推广的初步基础。

图10青岛黄海电厂06年各种海水淡化工艺成本测算

●截至2008年底，我国海水淡化产能约30万吨，目前约在40-50万吨；而根据国家发改委《海水利用专项规划》，2010年海水淡化产能达80-100万立方米/日，2010年达250-300万立方米/日，增长空间巨大。

图11我国部分已建海水淡化项目

图12我国海水利用发展目标

四、我国膜行业相关公司

4.1产业链与竞争格局简介

膜工业及水处理产业链分别以水处理项目和膜组件为核心。

●污水处理及再利用产业链中，膜企业主要涉足工程总包、设备供应、技术服务等环节。

●在膜工业产业链中，国外巨头如GE等已经具备提供全产业链一体化服务的能力，但国内龙头企业如碧水源、膜天膜等仍只能涉足产业链的部分环节、部分品种。

图13污水处理及再利用产业链

图14膜工业产业链

●目前国内膜市场呈现出外资巨头和内资企业同台竞技的局面，根据2009年中国水工业网膜及组件调查结果显示，无论从哪个群体视角，外资膜仍占据上风。

图15供排水公司、污水处理厂用户品牌提及率图16工程公司用户品牌提及率

4.2中国膜行业盈利模式

●目前国内涉及到膜分离和水处理的企业，一种以膜天膜为代表，侧重于膜的研发和发展，相对忽视了对市场的开拓；一种以碧水源为代表，在膜产品的基础上去开拓下游市场；另一种以万邦达为代表，完全侧重于水处理工程，工程所需膜组件依靠外购。

●过去几年的经营看，上述三种企业都获得了较快的增长。

◆膜天膜：

近5年来，公司销售额年均增长率超过80%，在污水资源化方面累计已完成项目的处理规模达150万吨/天。

◆碧水源与万邦达：

增速丝毫不逊色于膜天膜。

图172005-2009年碧水源收入和净利润图182006-2009年万邦达收入和净利润

4.3膜行业公司简介

a.碧水源

●碧水源是国内最大的MBR污水处理领域的开发应用企业；公司所处的行业具有很好的成长空间，公司激励机制和技术优势明显，通过募集资金投资项目完善产业链和区域布局，前景良好。

●MBR污水处理市场的成长性是最大的亮点，公司作为国内起步较早、技术实力领先、承建项目最多的企业，将充分享有这一发展机遇。

◆国内MBR市场集中度较高，公司在大中型项目上的市场份额达到60%，主要的竞争对手是GE、西门子等跨国企业集团。

公司作为本土企业，产品和服务成本较低、贴近市场，同时又掌握核心技术，与这些国外企业相比有明显优势。

●公司募投项目投向已具备完善产业链、跨区域批量复制的雏形，公司正走在正确的道路上；一旦公司未来膜材料一环得到完善，且地区运营中心模式复制成功，则公司有望获得远超于行业平均水平的成长。

◆公司IPO发行募集资金主要投资于膜组器和膜材料产能扩建，并形成6个以上地区运营中心，这将改变公司目前的产能瓶颈和原材料外购制约，以及公司集中于北京地区的风险，将会产生良好的效益。

◆公司本身技术主要集中在膜组器制造领域，并在此建立起定的技术壁垒；此次膜材料产能扩建将有助于降低成本，提高为下游客户提供解决方案的性价比。

◆公司之前项目主要集中于北京地区，建立地区运营中心，以北京项目为示范，开展跨区域批量复制过程。

b.南方汇通：

国内最大的RO膜企业，海水淡化最大受益者。

●南方汇通原本主营业务为铁路货车制造及铁路车配件修理，近年开始停滞不前；但其投资的三个节能减排项目销售额和毛利却持续增长，2010年有望超过铁路设备业务。

图19南方汇通主营业务毛利图20南方汇通主营业务毛利率

●公司最大看点是控股42%的子公司“北京时代沃顿科技有限公司”。

◆时代沃顿成立于2000年12月，通过引进美国技术、消化、吸收和创新，研发制造出工业通用膜元件、海水淡化膜元件、抗污染膜元件、抗氧化膜元件和家用膜元件等，其质量和技术水平目前位居全球前列。

◆时代沃顿主要从事反渗透膜元件的研发、制造和服务，拥有膜片制造的核心技术和规模化生产能力，是国内最大的复合反渗透膜专业化生产企业，也是拥有强大技术15支持的系统设计与应用服务的提供商。

◆时代沃顿作为中国最大产能及产量的复