主流气相法聚丙烯工艺对比

姜建军，李忠才

1 聚丙烯工艺专利商技术简介

当今全球主流气相法聚丙烯生产工艺主要有巴塞尔、英力士、JPP、格雷斯、鲁姆斯四家，其中英力士出于市场考虑，从2016年9月开始停止专利技术的转让授权。其余四家专利商的先进技术

方案分别为巴塞尔的Spherizone工艺，JPP的Horizone工艺，格雷斯的Unipol工艺及鲁姆斯的Novolen工艺，四家聚丙烯生产工艺各有自己的特色，以下从多个方面简单比较四家主流工艺的技术方案。

1.1 技术概况

表1 四家主流工艺技术概况

巴塞尔的Spherizone工艺是在原先的SpheripolI工艺上改进，于2002年Brindisi一套20 t/h装置投入工业运用，反应器的设计新颖独特，借鉴了催化裂化使用的提升管反应器的设计。JPP的Horizone工艺是在阿莫科气相法聚丙烯技术上经过多次改进优化而来的，于2003年正式投入工业化运行，与英力士的Innovene工艺师出同门，两工艺在反应器布置形式上有所差异，其余差异不多。格雷斯的Unipol工艺在20世纪80年代投用，工艺不断改进并且催化剂更新换代，现有约40条以上生产线在运行，在国内因煤化工的崛起而占据了不少市场份额。鲁姆斯的Novolen工艺在20世纪60年代投用，经过不断的工艺改进和催化剂更新换代，生产灵活多变，且转让授权费较其它几家便宜很多，因此在投资预算不是很多的时候大受追捧。四家工艺技术对比详情见表1。

1.2 产品特点及应用范围

1.2.1 产品主要特点

Spherizone工艺可生产均聚、无规共聚、抗冲共聚和三元共聚，及均聚-无规共聚物、无规-抗冲共聚物，共计约185个牌号产品。该工艺在多区反应器内即可生产双峰分布产品，产品结晶度高，刚性良好，力学和加工性能均优异[1]。无规共聚产品在光学、力学，以及热力学方面性能突出；抗冲共聚产品将冲击与刚性性能两者进行了平衡。该工艺可生产双子无规聚丙烯，使共聚单体分子量双峰分布；无规物和抗冲物组合的聚丙烯包含了无规物的光学特性和抗冲共聚物的韧性；均聚与无规组合聚丙烯综合了无规和均聚产品的特性，使产品加工和力学性能两者优异结合。此工艺产品颗粒度均一，熔指范围宽，可生产出高刚性与高结晶度，以及热封温度很低的产品。

Horizone工艺可生产均聚、无规共聚、抗冲共聚，共计90个牌号产品，可适应英力士Innovene工艺系列产品的生产。该工艺可生产EPR含量超高的、直接在反应器中生成的新型聚丙烯[2]，改善了产品的抗冲击性能，即反应器合成热塑性弹性体RTP-O。NEWCON系列聚丙烯是使用专有催化剂技术相结合而生产出的新R-TPO产品，这个系列产品分为H型和A型。A型产品超软，低温冲击强度高，具有透明度高、尺寸稳定、低变色性等优点；H型产品为高刚性和高抗冲击聚丙烯，产品的EPR与HPP相容性好，刚韧平衡性优异，冲击实验时不会断层。NEWCON系列聚丙烯不单可以用于注塑成型，且适用于吹塑薄膜与挤出板材。JHC型、JHN型催化剂生产的Newcon抗冲击聚丙烯，具有高含量橡胶成分，高柔软，高透明，高抗冲击性。

Unipol工艺可生产均聚、无规共聚、抗冲共聚、三元共聚，共计约200个牌号。该工艺的产品在大多数领域应用，目前国内以生产均聚产品为主，部分装置在生产抗冲产品，该工艺操作弹性大是一特点。该工艺使用超高活性SHAC主催化剂加外给电子体技术，设备简易，前期投资很少。使用先进控制后，产品稳定性好。产品熔指分布宽，等规度高；乙烯含量最高达12%（摩尔分数）或丁烯含量达21%（摩尔分数），具有高熔指的无规共聚物以及具有好的刚性和抗冲击平衡性能的各种抗冲共聚物。

Novolen工艺可生产均聚、无规共聚、抗冲共聚、三元共聚，约150个牌号产品。该工艺的产品在大多数领域应用，目前国内以生产均聚产品为主，使用的是立式搅拌床气相聚合反应器，无液体，造粒脱气工艺。该工艺的特别之处是将第一聚合反应器与第二共聚合反应器串联的方法生产均聚物，使均聚产品产量提高大约30%，同样，也可以将反应器串联用来生产无规共聚物[3]。该工艺具有茂金属催化剂系列产品，可生产高结晶PP，高透明PP；可控流变法生产高熔指PP；高刚性、高韧性综合平衡性TPO产品；以及适用于高速纺丝的PP产品。

1.2.2 产品主要应用范围

四家工艺产品在各行业都广泛使用，每家产品在市场上都能够满足需求，市场占有率、以及客户接受程度不一样，高端产品主要集中在巴塞尔一家，JPP产品也有一些份额。具体应用范围见表2，由此表可见，每家工艺产品应用差不多。

1.3 主要工艺流程

四家气相法工艺在主要流程方面差异很大，具体表现见表3，但在造粒加工以及粉、粒料输送部分基本一样，下面从主要流程部分具体阐述。

1.3.1 Spherizone工艺流程简介

从预聚合反应器出来的主催化剂、助催化剂浆料和加入的丙烯、乙烯在多区反应器内反应，多区反应器分为上升段 （类似于流化床反应器）和下降段（类似于液相本体反应器），反应器类似于全混流式反应器。上升段的气固两相物料进入顶部旋风器分离，气相丙烯经压缩机压缩冷却后返回反应器循环利用，在反应器下降段顶部设有液体阻隔段，从而保证两段反应器内组分含量不同。反应后产品及气体连续排到下游分离系统。从多区反应器排出的物料经中压袋式过滤器分离，中压袋式过滤器底部加入新鲜丙烯置换出粉料夹带的未反应单体，粉料在压力差下进入气相流化床反应器。抗冲反应器是气相流化床反应器，从中压分离器来的均聚PP，在反应器内和乙烯、丙烯继续反应，流化气采用离心压缩机循环，反应热通过循环气冷却器撤出。从反应器出来的气固两相分别经中压和低压袋式过滤器，中压分离后的气体经压缩后返回到多区反应器，低压分离的气体经压缩后回到中压压缩机入口，这样分离效果更好，能耗低，但是此工艺总体投资稍高。从低压过滤器分离后粉料进入汽蒸和干燥两个单元，粉料产品烃含量低，有利于生产食品级及医药级产品。

表2 产品应用概况表

1.3.2 Horizone工艺流程简介

主催化剂和助催化剂及丙烯、乙烯分别加入到反应器，反应器设有T型搅拌器，液相丙烯从反应器顶部喷入，气化后从反应器顶部排出，气体经冷凝后用泵循环回反应器，不凝气经压缩后返回反应器底部。反应器内物料在料位的控制下间歇排到下游气锁系统。反应器内物料流动形式是类似于活塞流式反应器。从均聚反应器排出的物料经气锁系统用新鲜的丙烯充分置换出未反应丙烯单体后，压入抗冲反应器系统。反应器采用密相输送，直接采用低压分离。从低压过滤器分离后粉料进入粉料净化仓，在净化仓底部注入低压氮气和少量低压蒸汽，置换出未反应单体，以及失活催化剂和TEAL。从净化仓排出的氮气和丙烯尾气经膜回收系统回收，降低装置单耗。

1.3.3 Unipol工艺流程简介

主催化剂和助催化剂及丙烯、乙烯分别加入到反应器，反应器是流化床反应器，反应器内物料呈流化状态，反应热靠循环气冷却器撤出，反应器内物料在料位的控制下依靠PDS系统间歇排到下游系统，反应器为全混式反应器。此工艺循环气压缩机带有事故透平，用来减少事故状态下的排放。从均聚反应器排出的物料经过物料传输系统进入第二反应器，没有设置气体置换系统。与均聚反应器一样，反应器内物料呈流化态，反应热靠循环气冷却器撤出，反应器内物料在料位控制下依靠PDS系统间歇排到下游系统。从反应器排出的气体进入低压净化仓进行低压分离。经过低压过滤器分离后粉料进入净化料仓，净化料仓底部注入低压氮气和少量水蒸汽，置换出未反应丙烯单体、失活催化剂和TEAL。一部分通过回收气压缩机冷却器冷凝后直接返回聚合系统，另一部分精馏后经高速泵提压返回聚合系统，余下的通过塔底排至界区外处理。

表3 四家工艺关键设备及工艺对比

1.3.4 Novolen工艺流程简介

主催化剂和助催化剂及丙烯、乙烯分别加入到反应器，反应器设有搅拌器，液体丙烯从反应器顶部喷入，气化后从反应器顶部排出，气相丙烯冷凝后用泵循环回反应器顶部，不凝气压缩后返回反应器底部。反应器内物料在料位控制下间歇排到下游系统。反应器内物料流动类似于全混流。均聚反应器排出的物料直接进入到第二反应器系统，没有设置传输系统和气体置换系统。抗冲反应器与均聚反应器基本一样，流程配置与均聚基本一致。反应器采用密相输送，粉料分离直接采用低压分离。从低压过滤器分离后粉料进入净化仓，在净化仓底部注入氮气，置换出未反应单体。催化剂和三乙基铝的失活在挤压机内进行，在挤压机料头内加有脱盐水，挤压机中间段设有一真空抽吸系统。从净化仓排出的氮气和富含丙烯的尾气经膜回收系统回收利用，降低了装置单耗。

1.4 设备情况

四家气相法工艺主要设备台数见表4，由表4可以看出，工艺流程复杂的工艺设备种类和数量较多，如巴塞尔的Spherizone工艺，而格雷斯的U-nipol工艺设备简单，流程短小简练，因此设备数量少很多。

表4 四家工艺关键设备台数对比

2 技术附件方案对比

2.1 能耗、物耗及生产成本

2.1.1 均聚产品

由表5可见，通过对巴塞尔、JPP、格雷斯以及鲁姆斯熔指在9～15范围内的均聚产品的对比，得出结论：总成本格雷斯＞鲁姆斯＞巴塞尔＞JPP，数值相差90元/t左右。单位能耗对比可看出JPP＞格雷斯＞巴塞尔＞鲁姆斯。

表5 均聚产品对比

表6 无规产品对比

2.1.2 无规产品

由表6可见，通过对巴塞尔、JPP、格雷斯以及鲁姆斯熔指在0～2.2范围内的无规共聚产品的对比，得出结论：总成本，鲁姆斯＞格雷斯＞JPP＞巴塞尔，数值相差190元/t左右。单位能耗对比可看出，JPP＞格雷斯＞鲁姆斯＞巴塞尔。因JPP工艺选取的牌号熔指最低，所以在挤压机消耗大量电能导致能耗最高。

表7 抗冲产品对比

2.1.3 抗冲产品

由表7可见，通过对巴塞尔、JPP、格雷斯以及鲁姆斯熔指在7～11范围内的抗冲共聚产品的对比，得出结论：总成本，格雷斯＞巴塞尔＞鲁姆斯＞JPP，数值相差130元/t左右。单位能耗成本可以看出，鲁姆斯＞格雷斯＞JPP＞巴塞尔。

2.2 进口及长周期设备

由表8可见，造粒机的订货周期最长，因此确定使用哪家的造粒机是关系到聚丙烯项目顺利按时进行的首要任务，必须统筹优先考虑。

3 结论

四家气相法工艺各有自己的优缺点，简单对比后，便于厂家根据自己的需求选择不同的工艺包。巴塞尔、JPP工艺有催化剂预处理，能够减少粉料细粉的产生，有利于包粉料时的计量，同时很少的细粉也是安全环保的有利因素。从国内已投放市场的产品来看，巴塞尔和JPP有较多的高端专用料业绩，如汽车保险杠、洗衣机专用料、PPR等。格雷斯和鲁姆斯高端专用料在国内工厂仅有短时间的试生产，无长期市场占有率的产品。从相同熔融指数产品的生产成本来看，可以看出几种工艺的投资和生产成本相差不大，JPP与巴塞尔工艺成本控制略胜一筹。能耗对比可看出，巴塞尔工艺在各牌号能耗控制方面优于其他三家。

表8 设备一览表

[1] 牛欣宇.Spherizone工艺技术研究现状[J].工业催化，2014，22（2）：92-94.

[2] 姜立良，李元凯.Innovene工艺与Horizone工艺的比较[J].合成树脂及塑料，2015，32（3）：77-81.

[3] 付义，王冠，高堂铃，等.气相法聚丙烯生产工艺技术及其产品应用进展[J].化学与黏合，2015，37（5）：375-379.