聚乙烯生产工艺技术及行业发展现状

李晓莲

(漳州市九龙江集团有限公司，福建 漳州 363000)

0 引言

聚乙烯(PE)是乙烯经化学聚合反应制得的一种热塑性树脂，是五大合成树脂之一。聚乙烯产品是国内合成树脂中产能最大、进口量最多的品种。聚乙烯用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、电线电缆、日用品等，并可作为高频绝缘材料[1]。文章介绍了聚乙烯生产原料、产品分类及特性、生产所采用的工艺技术及其特点、生产工艺方法分析比较，分析了聚乙烯的国内产能产量、行业发展现状等。

1 聚乙烯产品概述

1.1 生产原料

乙烯是聚乙烯的生产原料，乙烯耗量的45%用于生产聚乙烯产品。聚乙烯生产路线主要分为传统路线和新兴路线；传统路线主要是通过蒸汽裂解和催化裂解技术生产乙烯，再制取聚乙烯产品，新兴路线主要是通过轻烃裂解、乙炔加氢制乙烯等技术生产乙烯，再制取聚乙烯产品。

1.2 聚乙烯产品的分类和特性

聚乙烯产品根据聚合方法、分子量大小和链结构的不同，可以分为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)产品[2]。

高密度聚乙烯产品机械强度高、加工性能好、耐渗透性好，广泛应用于生产生活中；低密度聚乙烯产品的应用范围也比较广泛，主要应用于塑料产品、模制产品等；与低密度聚乙烯产品相比，线性低密度聚乙烯具有优异的耐环境应力开裂性能和电绝缘性，较高的耐热性能、抗冲和耐穿刺性能等[3]。

2 聚乙烯生产工艺技术概况

目前世界上聚乙烯生产工艺按压力分类，主要有高压法和低压法，拥有低密度聚乙烯技术的有7家，高密度聚乙烯技术的企业有12家，线性低密度聚乙烯和全密度技术的企业有10家。聚乙烯生产工艺技术主要包括共聚技术、不造粒技术、冷凝和超冷凝技术、反应器新配置技术、双峰技术以及原位法技术等6种技术[4]。

高压法聚乙烯生产工艺可分为高压管式法工艺和高压釜式法工艺两种。高压管式法工艺技术代表有LyondellBasell公司的Lupotech T工艺、SABIC公司的CTR工艺和埃克森美孚(Exxon Mobil)公司工艺(国内应用企业有燕山石化公司)；高压釜式法工艺技术代表有Enichem工艺、埃克森美孚(Exxon Mobil)公司工艺和ICI工艺[5]。

低压法工艺主要有气相法工艺、淤浆法工艺和溶液法工艺。气相法工艺技术代表有美国Univation技术公司的Unipol工艺(国内应用企业有茂名、吉化、扬子、天津、中原、广州、大庆、齐鲁石化公司)、英国BP公司的Innovene工艺(国内应用企业有独山子石化公司)、Basell公司的Spherilene工艺和北欧化工公司的北星(Bastar)工艺(国内应用企业有上海石化公司)；淤浆法分为环管聚合工艺和搅拌釜式聚合工艺，环管聚合工艺技术代表有雪佛龙-菲利浦斯(Chevron Phillips)公司工艺(国内应用企业有上海金菲公司、茂名石化公司)、Borealis公司的Borstar工艺和Innovene S 工艺，搅拌釜式聚合工艺技术代表有日本三井化学/Prime聚合物公司的CX工艺(国内应用企业有大庆、扬子、燕山、兰州石化公司)和巴塞尔聚烯烃公司Hostalen工艺(国内应用企业有辽化公司)；溶液法工艺技术代表有Dow化学公司的Dowlex工艺和SABIC(原DSM)公司的Compact工艺。

2.1 国外工艺技术概况

2.1.1 InnoveneTM G 工艺

BP公司气相法InnoveneTM G 工艺，可生产LLDPE和HDPE产品，采用 Ziegler 催化剂、以及铬系和茂金属催化剂。InnoveneTM G 的工艺流程与 Unipol 工艺相似，也采用单台流化床反应器，采用超冷凝态操作技术，由原料精制、催化剂注入系统、聚合、脱气、排放气回收、造粒和储存等组成。反应压力约2.5 MPa，反应温度约为 75～110 ℃。乙烯单程转化率3%，停留时间为3～4 h。该工艺技术存在催化剂不易结块、产品切换不需倒空反应器或停车、反应器循环回路不易结垢等特点。

2.1.2 SABIC工艺

SABIC气相法工艺采用冷凝态技术，使用单台反应器生产 LLDPE/HDPE。SABIC工艺装置由单体净化、催化剂制备、聚合反应、树脂脱气和挤出造粒单元组成。操作温度为 80～100 ℃，压力约为 2.4 MPa。乙烯单程转化率约 2%～3%，停留时间3～4 h。该装置将液化的共聚单体喷入粉料气体流化床。该工艺树脂的性能通过催化剂、助催化剂、共聚单体和氢气的加入量来调节；该工艺简单，投资较低。SABIC的工艺技术基本上自用。

SABIC公司开发了基于淤浆法CSTR工艺的技术(HAO)。该技术基于淤浆法CSTR 平台，并对该平台进行了改进，以使该工艺能够生产除丁烯(C4)基聚合物外的己烯(C6)基双峰HDPE共聚合物。C6双峰HDPE树脂可用于生产高质量抗裂管材。乙烯为单体，1-丁烯/1-己烯为共单体。在SABIC的HAO技术中，稀释剂是庚烷异构体的混合物，允许使用1-己烯和1-丁烯作为共聚单体。

2.1.3 Spherilene工艺

LondellBasell 的Spherilene 工艺单峰产品构架的单反应器Spherilene C 工艺和用于所有级别PE 的双反应器构架的Spherilene S 工艺。Spherilene C 使用钛系的Z-N催化剂生产窄分子量分布的聚乙烯产品，使用铬系的催化剂可以生产双/宽峰的聚乙烯产品。在Spherilene S 工艺中使用钛系的Z-N催化剂可以生产密度为0.915～0.962 g/cm3的全部产品。Spherilene 工艺存在工艺架构灵活、预聚合技术、反应停留时间短、产品切换无需停车、不需要种子树脂、产品可直接出售等特点。

2.1.4 Hostalen ACP工艺

Basell 的Hostalen ACP低压淤浆工艺用于生产具有优异聚合物性能的多峰高密度聚乙烯产品。该工艺技术由三个串联的聚合反应器组成，反应器型式为连续搅拌釜式(CSTR)，其中己烷作为溶剂。催化剂仅注入到第一个反应器中，而单体和共聚单体在独立的控制系统下进料到所有反应器中。反应后，将聚合物从浆料中分离并干燥，然后将聚合物粉末输送到挤出造粒单元。Hostalen ACP 工艺开发的催化剂，能够在聚合反应器中生产具有优异均一性的高分子量PE，这也是HDPE树脂生产膜、吹塑和管道材料的必备性能。该技术最大经济规模为50万吨/年。

2.2 国内工艺技术概况

聚乙烯催化剂技术的国内研发和生产带动了 PE 装置的国产化进程，同时，我国自主设计和建造了一些大型的PE装置。2021年4月石油化工研究院自主研发的钛系PLE-01催化剂在抚顺石化高密度聚乙烯生产装置上，首次试产大中空容器聚乙烯专用料，实现了自主催化剂工业试验和高端产品开发双丰收。此项技术填补了国内空白。

2.3 生产工艺方法分析比较

高压法用来生产低密度聚乙烯，因工艺和催化剂技术的研发应用，低压法生产技术所占份额逐渐增加。淤浆法主要用于生产高密度聚乙烯，而溶液法和气相法不仅可以生产高密度聚乙烯，还可通过加共聚单体，生产线型低密度聚乙烯。气相法、淤浆法和溶液法的简介及优缺点如表1所示。

3 行业发展现状

2020年国内实际新投产10套聚乙烯装置，新增供应能力380万吨/年，截至2020年末，我国聚乙烯生产能力已经达到2298万吨/年，产量达到1999万吨， 进口量1853.39万吨，出口量25.21万吨，表观消费量3827万吨，自给率52%。我国聚乙烯的主要进口国家有：沙特、伊朗、阿联酋、韩国、新加坡、泰国、印度、卡塔尔、美国、日本、俄罗斯。2020年HDPE进口量为910万吨，LLDPE 670万吨，LDPE340万吨，EVA 100万吨。2021年国内新投产13套聚乙烯装置，新增产能430万吨/年。

2021年，国内聚乙烯专用料新产品企业有19家，包括中科炼化HDPE装置生产PE100等级双峰管材料XS10N，该材料具有优异的低温抗冲击性能和耐应力开裂性能以及超强的抗慢速开裂能力；产出铬系催化剂小中空产品HHM5502。中化泉州石化HDPE装置生产出铬系小中空吹塑料HHM5502，具有较高的熔融强度、刚度和较强的抗环境应力断裂能力，具有气味小、强度高、成型简便等优点。镇海炼化聚乙烯装置成功生产出新型低压电缆绝缘专用料PE-L J182，可用于低压电缆的绝缘层，对密度、低温脆性、拉伸强度等指标有严格的要求；生产食品及医药领域耐高温、高开工膜料专用料ZF4523ZC。抚顺石化35万吨/年高密度聚乙烯装置成功试产出钛系催化剂大中空容器聚乙烯专用料FHM8255A，主要用于200升环桶等大型容器的生产，具有高洁净的性能，亦可用于电子级产品包装领域，产品附加值较高。辽阳石化自主研发出超高分子量聚乙烯FIUH4000，成功销往国内干法纺丝代表企业；生产超高分子量聚乙烯高端牌号产品PZUH5500向产品附加值高的白色棒材领域拓展。大庆石化生产出高档宽幅棚膜专用树脂2820D，助力农业生产，市场上主要应用于高端重包装膜、农膜、重包装袋、购物袋、收缩膜等产品的生产加工；还生产氯化聚乙烯树脂B型料QL565P；薄膜料19G；等等。

4 结语

催化剂是聚合技术的核心，为能够降低产品生产成本及节能降耗，需不断研究开发生产聚乙烯新型催化剂，提高装置的生产能力、稳定性、产品高附加值和降低装置能耗，从而能够提高我国聚乙烯产品的竞争力。