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    專題論述

    從工藝技術到發展現狀,一文看懂聚乙烯行業

    發布時間:2024/1/15 10:30:41 來源:聚烯烴人

    摘要:聚乙烯是通用合成樹脂中產量最大的品種,廣泛應用于各種行業,在工業上起著重要的作用,同時聚乙烯生產工藝技術也不斷進步發展。文章結合某大型石化項目中聚乙烯產品生產工藝技術路線選擇研究,介紹了聚乙烯生產原料、產品種類及特性、主要生產工藝技術概況和特點、生產工藝方法分析比較,分析了聚乙烯的國內產能產量、行業發展現狀等。

    引言

    聚乙烯 (PE) 是乙烯經化學聚合反應制得的一種 熱塑性樹脂,是五大合成樹脂之一。聚乙烯產品是國 內合成樹脂中產能最大、進口量最多的品種。聚乙烯 用途十分廣泛,主要用來制造薄膜、容器、管道、電線 電纜、日用品等,并可作為高頻絕緣材料。文章介紹 了聚乙烯生產原料、產品分類及特性、生產所采用的 工藝技術及其特點、生產工藝方法分析比較,分析了 聚乙烯的國內產能產量、行業發展現狀等。

    1. 聚乙烯產品概述

    1.1 生產原料乙烯是聚乙烯的生產原料,乙烯耗量的 45% 用 于生產聚乙烯產品。聚乙烯生產路線主要分為傳統路 線和新興路線;傳統路線主要是通過蒸汽裂解和催 化裂解技術生產乙烯,再制取聚乙烯產品,新興路線 主要是通過輕烴裂解、乙炔加氫制乙烯等技術生產乙 烯,再制取聚乙烯產品。

    1.2 聚乙烯產品的分類和特性聚乙烯產品根據聚合方法、分子量大小和鏈結構 的不同,可以分為高密度聚乙烯 (HDPE)、低密度聚乙 烯 (LDPE) 和線性低密度聚乙烯 (LLDPE) 產品。高密度聚乙烯產品機械強度高、加工性能好、耐 滲透性好,廣泛應用于生產生活中;低密度聚乙烯產 品的應用范圍也比較廣泛,主要應用于塑料產品、模 制產品等;與低密度聚乙烯產品相比,線性低密度聚 乙烯具有優異的耐環境應力開裂性能和電絕緣性,較 高的耐熱性能、抗沖和耐穿刺性能等。

    2. 聚乙烯生產工藝技術概況

    目前世界上聚乙烯生產工藝按壓力分類,主要有 高壓法和低壓法,擁有低密度聚乙烯技術的有 7 家, 高密度聚乙烯技術的企業有 12 家,線性低密度聚乙 烯和全密度技術的企業有 10 家。聚乙烯生產工藝技 術主要包括共聚技術、不造粒技術、冷凝和超冷凝技 術、反應器新配置技術、雙峰技術以及原位法技術等6 種技術。

    高壓法聚乙烯生產工藝可分為高壓管式法工藝 和高壓釜式法工藝兩種。高壓管式法工藝技術代表有 LyondellBasell 公司的 Lupotech T 工藝、SABIC 公司 的 CTR 工藝和??松梨?nbsp;(Exxon Mobil) 公司工藝 (國內應用企業有燕山石化公司);高壓釜式法工藝技 術代表有 Enichem 工藝、??松梨?nbsp;(Exxon Mobil) 公司工藝和 ICI 工藝。低壓法工藝主要有氣相法工藝、淤漿法工藝和溶液法工藝。

    氣相法工藝技術代表有美國 Univation 技術公司的 Unipol 工藝 (國內應用企業有茂名、吉 化、揚子、天津、中原、廣州、大慶、齊魯石化公司)、英 國 BP 公司的 Innovene 工藝 (國內應用企業有獨山 子石化公司)、Basell 公司的 Spherilene 工藝和北歐化工公司的北星 (Bastar) 工藝 (國內應用企業有上海 石化公司);淤漿法分為環管聚合工藝和攪拌釜式聚合工藝,環管聚合工藝技術代表有雪佛龍-菲利浦斯 (Chevron Phillips) 公司工藝 (國內應用企業有上海金 菲公司、茂名石化公司)、Borealis 公司的 Borstar 工藝 和 Innovene S 工藝,攪拌釜式聚合工藝技術代表有日 本三井化學 /Prime 聚合物公司的 CX 工藝 (國內應用 企業有大慶、揚子、燕山、蘭州石化公司) 和巴塞爾聚 烯烴公司 Hostalen 工藝 (國內應用企業有遼化公司);溶液法工藝技術代表有 Dow 化學公司的 Dowlex 工藝和 SABIC(原DSM) 公司的 Compact 工藝。

    2.1 國外工藝技術概況2.1.1 InnoveneTM G 工藝BP 公司氣相法 InnoveneTM G 工 藝,可 生 產 LLDPE 和 HDPE 產品,采用 Ziegler 催化劑、以及鉻 系和茂金屬催化劑。InnoveneTM G 的工藝流程與 Unipol 工藝相似,也采用單臺流化床反應器,采用超冷凝態操作技術,由原料精制、催化劑注入系統、聚 合、脫氣、排放氣回收、造粒和儲存等組成。反應壓力 約 2.5 MPa,反應溫度約為 75~110 ℃。乙烯單程轉化率 3%,停留時間為 3~4 h。該工藝技術存在催化 劑不易結塊、產品切換不需倒空反應器或停車、反應器循環回路不易結垢等特點。

    2.1.2 SABIC 工藝SABIC 氣相法工藝采用冷凝態技術,使用單臺 反應器生產 LLDPE/HDPE。SABIC 工藝裝置由單體 凈化、催化劑制備、聚合反應、樹脂脫氣和擠出造粒單元組成。操作溫度為 80~100 ℃,壓力約為 2.4 MPa。乙烯單程轉化率約 2%~3%,停留時間 3~4 h。該裝置將液化的共聚單體噴入粉料氣體流化床。

    該工藝樹 脂的性能通過催化劑、助催化劑、共聚單體和氫氣的 加入量來調節;該工藝簡單,投資較低。SABIC 的工藝技術基本上自用。SABIC 公司開發了基于淤漿法 CSTR 工藝的技 術 (HAO)。該技術基于淤漿法 CSTR 平臺,并對該平 臺進行了改進,以使該工藝能夠生產除丁烯 (C4) 基聚合物外的己烯 (C6) 基雙峰 HDPE 共聚合物。C6 雙峰 HDPE 樹脂可用于生產高質量抗裂管材。乙烯為單體,1-丁烯 /1-己烯為共單體。在 SABIC 的 HAO 技術中,稀釋劑是庚烷異構體的混合物,允許使用 1-己烯和 1-丁烯作為共聚單體。

    2.1.3 Spherilene 工藝LondellBasell 的 Spherilene 工藝單峰產品構架 的單反應器 Spherilene C 工藝和用于所有級別 PE 的 雙反應器構架的 Spherilene S 工藝。Spherilene C 使 用鈦系的 Z-N 催化劑生產窄分子量分布的聚乙烯產品,使用鉻系的催化劑可以生產雙 / 寬峰的聚乙烯產 品。在 Spherilene S 工藝中使用鈦系的 Z-N 催化劑 可以生產密度為 0.915~0.962 g/cm3 的全部產品。Spherilene 工藝存在工藝架構靈活、預聚合技術、反應停留時間短、產品切換無需停車、不需要種子樹脂、產品可直接出售等特點。

    2.1.4 Hostalen ACP 工藝Basell 的 Hostalen ACP 低壓淤漿工藝用于生產 具有優異聚合物性能的多峰高密度聚乙烯產品。該工藝技術由三個串聯的聚合反應器組成,反應器型式為 連續攪拌釜式 (CSTR),其中己烷作為溶劑。催化劑僅注入到第一個反應器中,而單體和共聚單體在獨立的 控制系統下進料到所有反應器中。反應后,將聚合物 從漿料中分離并干燥,然后將聚合物粉末輸送到擠出 造粒單元。Hostalen ACP 工藝開發的催化劑,能夠在 聚合反應器中生產具有優異均一性的高分子量 PE,這也是 HDPE 樹脂生產膜、吹塑和管道材料的必備性能。該技術最大經濟規模為 50 萬噸 / 年。

    2.2 國內工藝技術概況聚乙烯催化劑技術的國內研發和生產帶動了 PE 裝置的國產化進程,同時,我國自主設計和建造了一些大型的 PE 裝置。2021 年 4 月石油化工研究院自主 研發的鈦系 PLE-01 催化劑在撫順石化高密度聚乙烯 生產裝置上,首次試產大中空容器聚乙烯專用料,實 現了自主催化劑工業試驗和高端產品開發雙豐收。此 項技術填補了國內空白。

    2.3 生產工藝方法分析比較高壓法用來生產低密度聚乙烯,因工藝和催化劑技術的研發應用,低壓法生產技術所占份額逐漸增 加。淤漿法主要用于生產高密度聚乙烯,而溶液法和 氣相法不僅可以生產高密度聚乙烯,還可通過加共聚單體,生產線型低密度聚乙烯。氣相法、淤漿法和溶液法的簡介及優缺點如表 1 所示。

    3. 行業發展現狀

    2020 年國內實際新投產 10 套聚乙烯裝置,新增供應能力 380 萬噸 / 年,截至 2020 年末,我國聚乙烯 生產能力已經達到 2 298 萬噸 / 年,產量達到 1 999 萬噸, 進口量 1 853.39 萬噸,出口量 25.21 萬噸,表觀消費 量 3 827 萬噸,自給率 52%。我國聚乙烯的主要進口國家有:沙特、伊朗、阿聯酋、韓國、新加坡、泰國、印度、 卡塔爾、美國、日本、俄羅斯。2020 年 HDPE 進口量 為 910 萬噸,LLDPE 670 萬噸,LDPE340 萬噸,EVA 100 萬噸。2021 年國內新投產 13 套聚乙烯裝置,新增 產能 430 萬噸 / 年。

    2021 年,國內聚乙烯專用料新產品企業有 19 家, 包括中科煉化 HDPE 裝置生產 PE100 等級雙峰管材料 XS10N,該材料具有優異的低溫抗沖擊性能和耐應 力開裂性能以及超強的抗慢速開裂能力;產出鉻系催 化劑小中空產品 HHM5502。中化泉州石化 HDPE 裝置生產出鉻系小中空吹塑料 HHM5502,具有較高的熔融強度、剛度和較強的抗環境應力斷裂能力,具有氣味小、強度高、成型簡便等優點。鎮海煉化聚乙烯裝 置成功生產出新型低壓電纜絕緣專用料 PE-L J182, 可用于低壓電纜的絕緣層,對密度、低溫脆性、拉伸強 度等指標有嚴格的要求;生產食品及醫藥領域耐高溫、 高開工膜料專用料 ZF4523ZC。

    撫順石化 35 萬噸 / 年高密度聚乙烯裝置成功試產出鈦系催化劑大中空容器聚乙烯專用料 FHM8255A,主要用于 200 升環桶等大型容器的生產,具有高潔凈的性能,亦可用于電子級產品包裝領域,產品附加值較高。遼陽石化自主研發出超高分子量聚乙烯 FIUH4000,成功銷往國內干法紡絲代表企業;生產超高分子量聚乙烯高端牌號產品 PZUH5500 向產品附加值高的白色棒材領域拓展。大慶石化生產出高檔寬幅棚膜專用樹脂 2820D,助力農業生產,市場上主要應用于高端重包裝膜、農膜、重 包裝袋、購物袋、收縮膜等產品的生產加工;還生產氯化聚乙烯樹脂 B 型料 QL565P;薄膜料 19G;等等。

    4. 結語

    催化劑是聚合技術的核心,為能夠降低產品生產成本及節能降耗,需不斷研究開發生產聚乙烯新型催化劑,提高裝置的生產能力、穩定性、產品高附加值和降低 裝置能耗,從而能夠提高我國聚乙烯產品的競爭力




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