新时代新担当，天华院与聚烯烃携手共进

张万尧 梁聚龙 梁元月 张晓阳 王建刚

摘 要：“十三五”期间，国内聚烯烃产能过剩将成为新常态，中国聚烯烃产业升级应走高端化、差异化、多元化产品开发的技术创新之路。本文根据当前聚烯烃各工艺的发展状况和方向，结合我院历年来对聚烯烃行业的研究、国产化及技术储备和革新经验。多方面，多角度的阐述了我院与当前发展形势下聚烯烃携手共进，创新求实之举，为聚烯烃各工艺技术突破，国产升级，节能安全，提质增效贡献力量。

关键词：产能;高端化;国产化;提质增效

新时代新担当，我院从事领域属于节能、环保和技术先进的生产装备，符合国家产业政策，服务石化工业，推动石化装置制造业发展和结构调整，从而加快了产品升级和技术革新。根据中国石化联合会《化工新材料行业“十三五”发展规划》要求，未来几年，中国先进高分子材料行業将取得进一步发展，特别是自给率将快速发展。未来我国聚烯烃行业将深入推进供给侧改革，以创新为动力，着力发展高端聚烯烃，搞好进口替代，提高自给率和国际竞争力。

1 聚烯烃发展形势

我国烯烃的发展过度依赖原油，制约了我国烯烃行业发展。过去我国乙烯生产几乎全部来自石脑油蒸汽裂解装置，原料结构中以石脑油、轻柴油、加氢尾油等液体为主，少量采用油田、炼厂轻烃等气体为原料。为缓解国内烯烃原料紧张，在国家产业政策的引导下，丙烷脱氢、煤/甲醇制烯烃技术迅速崛起，共同构成了烯烃来源多元化的新格局。

近年来聚烯烃多元化发展和调整（图1和图2），使得产能和产量迅速增长，自给率不断提高，但国内高端聚烯烃产品供应不足，严重依赖于进口。因此，聚烯烃产品高端化发展，实现进口替代，将是我国聚烯烃产业升级的重点方向。

2 天华院简介及发展

我院是中国化工集团公司下属的一家重点科技型企业，成立于1958年，位于甘肃兰州，资产总值15.16亿元，年产值7.4亿元。是原化工部十大重点科研院所之一和三个科技体制改革试点单位之一。主要从事化工机器、化学工程及设备、材料及腐蚀、生产过程自动控制、在线分析仪表、放射性检测仪表及环保技术与设备的研究开发、工程设计、产品制造和推广应用工作。持有国家统一颁发的设备监理（甲级）、中国工程咨询（乙级）、工程设计（乙级）、压力容器设计（三类）、压力容器制造（三类）、ASME”U”钢印制造许可证、建筑企业防腐保温工程专业承包（二级）、锅炉压力容器和压力管道及特殊设备检验许可证、国家级实验室认证证书、国家计量认证合格证、计量器具制造许可证、核辐射安全许可证等资格证书。

拥有有1个国家级工程技术研究中心和3个部省级工程技术研究中心、1个国家实验室、2个中石化联合研究所、1个国家级检验检测中心，且有占地322亩的南京大型生产基地。

我院主要服务石化工业，通用设备已能自行设计制造，部分接近先进水平的设备已实现了出口，大型石化重大装备研制和国产化，加快了我国石化装备的产品升级换代速度。未来几年内，我院仍将坚持工艺与装备结合、消化吸收与自主创新结合、自控与装备结合的原则。

我院主要业务领域涉及如下：橡塑机械、压缩机、干燥设备、电化学防腐蚀设备、防腐蚀设备、整体电解槽、电气控制、仪表、自动化系统工程、粉体工程及设备、机械密封、气阀技术、工业炉、废热锅炉、压力容器设计、缓蚀技术与化学清洗、压力管道检测、有机废气处理设备、烟气脱硝设备、MLM陶瓷填料、高温耐腐蚀树脂。

3 天华院在聚烯烃行业的业绩及方向

3.1 环管法（basell）

3.1.1 包内主要设备

我院参与环管法聚丙烯工艺包内设备（70余台）较多，有丰富的业绩和良好的运行反馈效果，从过滤器、搅拌器、汽蒸器、干燥器、旋风分离器、干燥塔、密封油罐、在线混合器、加热器到抽吸系统等均能保质保量的完成设计、计算、测试、供货、调试及质保。

3.1.2 环管反应器

环管工艺在我国发展较早，工艺成熟。我院在核心设备国产化研究及成套供货方面占据市场份额大，且随着工艺的不断革新，我院已经完全掌握环管反应器的设计，其制造能力也在稳步提升，在福建中景和辽宁华锦两家均有业绩。

3.1.3 共聚反应器

随着国内产能“过剩”，发展高端料已是新时代聚烯烃的发展方向，共聚反应器能在原有均聚或无规的基础之上，生产高性能的共聚产品，实现产品的高附加值。我院结合聚烯烃反应机理，合作和研发共聚反应器，实现了技术和设备国产化，2008年至今，已设计制造18台/套。

3.1.4 干燥器

干燥器属于环管法工艺的核心设备，其长久运行和高效直接决定着产品粒径的大小，产品性能的稳定和均一。我院在2002年至2020年期间，共参与供货46台/套，业绩丰富，安装及调试经验丰富，现场保障力量雄厚。

3.1.5 汽蒸器

汽蒸器为液相环管法聚丙烯工艺的核心工段。自2003年起，我院就开始与兰港石化合作设计与制造汽蒸器及搅拌设备。截止2020年，我院整套供货设备已超过27台/套，产能也从10万t/a增加到60万t/a不等，具备国内所有环管法汽蒸器的设计及制造能力。

3.1.6 旋风分离设备

从2002年独山子到2015年的惠州炼化，我院参与设计及制造的旋风分离器多达61台/套，多效率的旋风分离器在稳定工艺生产，减少换热器及防止机泵入口过滤器堵塞方面有着至关重要的作用。我院不断创新和突破，开发了高分离效率的旋风分离设备，受到了广大用户一致好评。

3.1.7 催化剂计量系统

催化剂计量系统是工艺精细控制的核心，计量系统的精准、稳定直接关系着产品性能的好坏，严重时影响装置平稳运行。我院经过合作和仔细研究，开始设计并制造福建中景2套60万t/a的聚丙烯催化剂计量系统。我院坚信，合作的起点也是技术的突破，也是全面携手共进聚烯烃的开端。

3.2 鲁姆斯工艺

3.2.1 聚合反应器

鲁姆斯工艺为中国引进的主流气相法工艺之一，因反应开停车方便，过段料少，产品性能佳等优点，被广大用户所青睐。但因进口设备生产成本高，供货周期长，造成企业投资大，成本效益没有最大化。近年来，我院与宁煤等大企业紧密合作，钻研技术和攻关，有信心将技术和生产国产化。2019年，我院已开始并设计制造宁波大榭项目的核心反应器。

3.2.2 袋滤器及脱气仓

此工艺粉料处理单元不同于其他气相法，内部含有搅拌设备，我院精心研究和突破，首次在宁波大榭项目中实现了鲁姆斯工艺的袋滤器及脱气仓国产化。为后续该工艺其他设备或系统国产化提供了有力依据和保障，坚信不久，中国国产化的速度和质量会取得更大的突破。

3.3 英力士及JPP工藝

3.3.1 包内设备

英力士与JPP工艺相似度大，包内设备多为普通碳钢和低温碳钢材质，换热器管束多为双相钢或不锈钢材质，我院具备设计及制造能力，且能保证运行性能。

3.3.2 反应器及搅拌设备

目前反应器供货主要依托于进口，进口设备制造周期长，成本高，安装调试周期长，会制约整套工艺的安装调试进度。我院真诚希望能与企业及科研机构共同合作，利用南京天华超大加工基地及港口运输便利条件优势，突破反应器及搅拌器的设计及制造能力，加速进口设备国产化，降低投资成本。

3.3.3 旋风及喷射器

该工艺对旋风分离及喷射器的要求颇高，防止穹顶携带的细粉堵塞喷射器，堵塞换热器，影响机泵长久运行。近年来，随着我院对旋风分离器及喷射器技术的不断创新和研究，有信息将该工艺核心设备国产化。

3.4 HDPE工艺

3.4.1 HDPE干燥包

沙特SABIC公司的HDPE干燥包由我院设计并成套设备供货。HDPE干燥包在工艺操作中非常重要，干燥效果的好坏直接影响着物料流动性能，前工段平稳运行以及物料己烷含量等重要参数，干燥包国产化会在降低成本的同时，为企业提质增效，效益最大化。

3.4.2 旋风分离

HDPE旋风设备在每一个工段中的作用至关重要，进口工艺设备国产化已是发展趋势，我院研究旋风多年，有成熟的加工技术和丰富的现场经验，沙特SABIC公司和惠州炼化均有我院供货设备。

3.4.3 输送机

HDPE工艺中的输送机SF2101是反应物料后处理的关键设备，我院参院的大连恒力和北京燕山输送机，在投入运行后，反应平稳，无卡料泄露等现场发生，客户反馈良好。

3.5 其他工段及供货

3.5.1 精制包

截止2019年，我院参与、设计并撬装供货的聚烯烃原料精制包已超过33台/套，产能从10～60万t/a不等。系统涵盖汽提塔、物理/化学吸附塔、开式/闭式再生系统等多规格，多组合的精制模式，能满足市场上所有聚烯烃工艺原料（丙烯、乙烯、丁烯、氢气等）精制处理需求。另我院自主研发的新式吸附塔，能在节约成本，减少泄漏点的基础之上，方便吸附剂的装填和卸剂，受到广大用户的一直好评和认可。

3.5.2 掺混料仓

聚烯烃重力掺混料仓也称重力均化料仓，是聚烯烃树脂生产工艺中普遍采用的均化设备，其作用是依靠重力掺混使产品性能均化，质量稳定。常见结构形式有多管式、中心管式和靠壁式三种，均属于全流流动，使物料以活塞流形式流动;另外一类为旋叶式，属于核流流动，物料会以沟流的形式流动。我院有各类掺混料仓的运行数据及改量方法，设计及制造技术成熟可靠，特别是旋叶式掺混料仓，能在最短的时间内完成掺混效果（如图3所示）。截止目前，我院在聚烯烃行业的掺混料仓供货业绩已超过145台/套。

3.5.3 风送系统

风送系统为聚烯烃粒料处理工段，输送稳定，系统操作平稳，粒形不受损，细粉及拉丝料最小化是风送系统设计的核心。我院依托各科研机构，企业院校，在风送系统的控制、输送设计及方案优化方面有了突破和创新，我院有信心完成整套设计、计算、供货，调试及质保。

3.5.4 工业色谱及在线分析

随着装置产能的不断扩大和高端料精准控制的需求，工业色谱分析和预处理、集成小屋已被客户广泛使用。我院可将过程分析仪表、取样单元、样品处理系统、分析小屋及其附属设备，进行系统设计、组合装配、调试投用，并成套供货，实现系统匹配和工程成套。

3.5.5 核辐射仪表

聚烯烃产品具有粒径小，自聚和易堵等特点，在工艺控制测试料位、重量、密度等时，大多采用核辐射仪表。我院拥有γ射线密度计、γ射线料位计、γ射线探测器等产品，能满足密闭容器中高温、高压、粘性、腐蚀性、毒性物料的测量。

3.5.6 RTO焚烧炉

聚烯烃产品进料、掺混和输送过程中，会产生微量VOC。现因环保要求，VOC需进行回收和处理，不得污染环境。我院一直开发节能环保技术，并拥有成熟的多床蓄热式热氧化器和两室蓄热式热氧化器技术，热效率高，节能效果明显，不产生二次污染，可实现全自动控制与检测，操作简单，安全可靠。

3.5.7 VOC脱除技术

VOC脱除技术及熔喷布产品开发。中国科学院上海有机所在其原有实验基础上，针对熔喷聚丙烯专用料的特点，优化工艺条件，建立评价方法，展开了脱除VOC的模试研究工作，为工业装置提供设计参数和操作依据。我院根据测试结果对原设计细节进行了优化，确保装置投产成功。2020年2月29日，联合攻关的口罩熔喷料聚丙烯深度脱除VOC装置，仅用9天在北京燕山石油化工有限公司建成，并成功投产生产出优质产品。产品经过评价，VOC含量小于100 ug/g，气味等级3.5～4，远高于国家标准（500 ug/g，气味等级6），甚至比进口原料（VOC含量也达到232 ug/g）更优，该项先进技术为提升医用防护用品国家标准和行业标准，提供了可靠的技术基础，目前我院VOC供货装置产能已突破28万t/a，且装置运行平稳。

3.5.8 粉料造粒设备

超高扭矩同向双螺杆挤压机是我院的主打产品，可用于聚合物共混、填充、增强、降解、着色、接枝、交联等多种用途。该机组拥有完全自清理螺杆技术，螺杆间隙均匀优化，混炼效果优良，可以满足各种物料的加工要求。我院生产的筒体采用等变形流道设计，可以保证筒体热变形均匀，防止在高温情况下产生异常变形。此外还有多流道设计，可以有效增强筒体换热能力，提高温度控制精度。燕山石化20萬t/a挤压机机组选用我院自主研发挤压设备，运行良好，大大节约了投资成本。

3.5.9 离心干燥器

聚烯烃后处理设有离心干燥器，进口设备价格昂贵，技术保密。我院与企业合作，开发了多款离心干燥器，可根据不同物料物性进行精密设计，保证离心干燥的效果，同时可防止物料发生堵塞。我院在聚烯烃行业的应用反馈良好，能与进口设备性能相媲美，受到了用户的一致好评和认可。

3.5.10 振动筛（动力分级器）

造粒后粒料因切刀、模孔、筒体温度、模板温度、切粒水温度等原因，会造成不合格粒料产生，如不进行动力分级，会造成产品输送堵塞，细粉增多，旋风卡停等危害。我院动力分级器技术成熟，供货业绩颇多，运行时间久，分离效果佳。

3.5.11 搅拌设备

搅拌设备在聚烯烃各工艺中的作用各不相同，结构大相径庭。如物料分散，反应撤热，流体输送，物料配制等。我院有专业搅拌设备研究团队及测试平台，聚烯烃成套供货已超过30余台/套，且均已投产运行。

3.5.12 连续混料器

聚烯烃粉料与添加剂在进入挤压机系统时，需要混合均匀，但不得影响添加剂性能。进口混合器成本高，供货周期长，维护费用高。我院混合器技术开发多年，聚烯烃供货4台/套，运行业绩良好，已完全具备替代进口的能力。

3.5.13 喷射器及混合器

聚烯烃行业对喷射器和混合器的要求较高，特别是抛光度及流通量。我院研发喷射器及混合器多年，有丰富的理论基础和实践运行调试经验，能保证每台设备高效平稳运行。目前我院供货已超过58台/套。

3.5.14 真空抽吸及清洁系统

聚烯烃造粒单元，微正压粉料下料过程中，因气流不断积聚，会造成粉料架桥，下料不畅，严重时造成系统停车。为此设计真空抽吸系统，消除积聚气体，回收细粉，保证造粒系统运行平稳。另考虑环保和安全，造粒单元设备及楼层间细粉需及时清理和处理，为此设计清洁系统。我院在不同聚烯烃工艺中的供货已超过6台/套，且运行效果良好。

4 总结

聚烯烃产能饱和将是一个新常态，高端化及多元化的发展形势已是迫在眉睫。引进新工艺，开发高端料，设备国产化，撬装供货已是当前化工企业建设和发展趋势，我院也将在“团结、奋进、求实、创新”的企业精神和奋斗理念下，坚持工艺与装备结合、消化吸收与自主创新结合、自控与装备结合、设计与撬装供货相结合的原则。真诚期待与各企业院校合作，共同研发和突破进口设备国产化，技术国有化，与聚烯烃产业携手共进，快速推动我国聚烯烃和装备业的升级换代，为实现技术强国之梦做出应有的贡献。

参考文献：

[1]梁晓刚.双螺杆塑料挤出机节能技术研究[J].橡塑技术与装备，2015.

[2]李善春.聚丙烯重力掺混料仓及其评价[J].化工机械，2005， 32（6）.

[3]聚烯烃产能分布[Z].www.chinabaogao.com，2020.