國內(nèi)Hostalen淤漿聚乙烯發(fā)展概述

李連鵬，池 亮，郭興田，王 碩，陳光巖 ，周志宇

(1.中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021；2.中國石油吉林石化公司 乙烯廠，吉林 吉林 132022；3.中國石油吉林石化公司 乙二醇廠，吉林 吉林 132022)

聚乙烯具有優(yōu)良的加工性能、耐低溫性、耐化學(xué)腐蝕性以及化學(xué)穩(wěn)定好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、石化行業(yè)和漁業(yè)等領(lǐng)域。聚乙烯是合成樹脂中應(yīng)用最廣泛的品種，其生產(chǎn)能力長期居各塑料品種的第一位，在我國聚乙烯的消費(fèi)結(jié)構(gòu)主要包括薄膜、注塑制品、中空制品以及管材等。2017年我國聚乙烯的產(chǎn)能達(dá)到1 830.8萬t，是世界上最大的聚乙烯生產(chǎn)國，產(chǎn)能約占世界總產(chǎn)能的16.86%。未來幾年國內(nèi)聚乙烯產(chǎn)能和需求將同步增長，預(yù)計(jì)到2020年國內(nèi)PE產(chǎn)能將達(dá)到2 197萬t/a，表觀消費(fèi)量達(dá)到2 850萬t/a。

從分類角度來講，聚乙烯樹脂主要包括高密度聚乙烯(HDPE)、線型低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和一些特殊性能的產(chǎn)品。從聚合工藝來講，聚乙烯的主要生產(chǎn)工藝有氣相法的Unipol工藝、Innovene G工藝、Spherilene工藝和Borealis工藝等，溶液法的Sclairtech工藝和Dowlex工藝；淤漿法的Hostalen工藝、Chevron Phillips環(huán)管工藝、CX工藝以及Innovene S工藝等[1-5]。其中Hostalen淤漿工藝主要用來生產(chǎn)HDPE產(chǎn)品，由于其生產(chǎn)的產(chǎn)品具有優(yōu)異的機(jī)械性能和加工性能，在國內(nèi)市場上的認(rèn)可度相對較高。因此，越來越多的石化企業(yè)引進(jìn)了Hostalen淤漿生產(chǎn)裝置，以滿足國內(nèi)用戶需求。

1 Hostalen淤漿聚合工藝

20世紀(jì)60年代中期，德國Hoechst公司開發(fā)了Hostalen聚乙烯工藝，目前該工藝為利安德巴塞爾工業(yè)公司(LyondellBasell)所有。Hostalen淤漿聚合工藝采用兩臺攪拌釜式反應(yīng)器進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)聚合，其工藝流程如圖1所示。

圖1 Hostalen聚合工藝流程

Hostalen技術(shù)最突出特點(diǎn)是把最終產(chǎn)品的性能與聚合工藝過程完美地結(jié)合，該工藝可制備具有雙峰相對分子質(zhì)量分布并且在高相對分子質(zhì)量聚乙烯鏈上具有高含量共聚單體的HDPE產(chǎn)品，如圖2所示。

lg M 圖2 雙峰聚乙烯相對分子質(zhì)量及其分布情況

2 Hostalen ACP聚合工藝

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)商已經(jīng)趨向于用1-己烯作為共聚單體，生產(chǎn)出的聚乙烯產(chǎn)品性能優(yōu)異，是1-丁烯共聚生產(chǎn)的聚乙烯難以比擬的。而LyondellBasell公司Hostalen工藝采用的共聚單體為1-丁烯，為了提高該工藝產(chǎn)品的質(zhì)量，該公司開發(fā)出先進(jìn)的三釜串聯(lián)聚合工藝——Hostalen ACP聚合工藝，如圖3所示，該工藝由3個(gè)聚合反應(yīng)器以串聯(lián)形式構(gòu)成聚合單元，可以用來生產(chǎn)具有優(yōu)異性能的多峰HDPE產(chǎn)品。

圖3 Hostalen ACP工藝流程

該工藝最大的優(yōu)勢在于其靈活性，可以通過反應(yīng)器設(shè)計(jì)進(jìn)行多峰聚乙烯分子設(shè)計(jì)(相對分子質(zhì)量分布和共聚單體分布)，以生產(chǎn)滿足不同需要的高性能聚乙烯樹脂，如圖4所示，在反應(yīng)器1中生產(chǎn)低相對分子質(zhì)量均聚物，在反應(yīng)器2中生產(chǎn)高相對分子質(zhì)量共聚物，在反應(yīng)器3中生產(chǎn)超高相對分子質(zhì)量共聚物，其中典型的產(chǎn)品有耐熱聚乙烯和耐開裂聚乙烯等[6-7]。該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品具有韌性/剛性平衡更好、抗應(yīng)力開裂性能優(yōu)異、抗化學(xué)品性能以及加工更容易等優(yōu)點(diǎn)。

圖4 Hostalen ACP產(chǎn)品相對分子質(zhì)量及其分布趨勢

3 國內(nèi)Hostalen裝置生產(chǎn)情況

國內(nèi)Hostalen淤漿生產(chǎn)裝置主要集中在中國石油天然氣股份有限公司，其各自產(chǎn)能和2017年主要生產(chǎn)牌號如表1所示。

表1 2017年國內(nèi)Hostalen淤漿裝置生產(chǎn)情況

國內(nèi)廠家在引進(jìn)Hostalen裝置的基礎(chǔ)上，通過對引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和自主創(chuàng)新，成功開發(fā)了一些高附加值產(chǎn)品。遼陽石化公司采用自主開發(fā)的超高相對分子質(zhì)量聚乙烯催化劑，在裝置上成功生產(chǎn)出平均相對分子質(zhì)量為240萬和350萬兩種超高相對分子質(zhì)量聚乙烯新產(chǎn)品。吉林石化公司成功開發(fā)了低熔垂大口徑聚乙烯管材料JHMGC100SLS[8-9]。撫順石化公司開發(fā)了瓶蓋專用料FHP5050，成功地替代了進(jìn)口料，打破了該產(chǎn)品市場的國際壟斷。此外，在高端管材催化劑的開發(fā)方面，中國石油石油研究院開發(fā)的PSE-100催化劑以及中國石化北京化工研究院開發(fā)的BCE-100催化劑分別在吉林石化公司和四川石化公司Hostalen淤漿裝置上完成了工業(yè)化生產(chǎn)，成功生產(chǎn)出PE100管材料[10]。

2018年9月，陜西延長石油延安能源化工公司45萬t/a的Hostalen ACP裝置順利投產(chǎn)，先后生產(chǎn)了注塑料HSGC7260和管材料23050natural,其中23050natural屬于三峰HDPE樹脂，填補(bǔ)了國內(nèi)該工藝三峰管材產(chǎn)品空白。

4 國內(nèi)Hostalen新生產(chǎn)裝置情況

近些年來，隨著我國煉化一體化項(xiàng)目建設(shè)高峰期的到來，下游配套的聚乙烯裝置迅速增加，規(guī)模都在30萬t/a以上，使得在市場競爭中的能力大大增強(qiáng)。由于Hostalen ACP生產(chǎn)工藝靈活，可以通過多峰聚乙烯分子設(shè)計(jì)生產(chǎn)高性能聚乙烯樹脂，越來越多的石化企業(yè)計(jì)劃引進(jìn)該工藝，目前擬建的Hostalen ACP裝置如表2所示。

表2 擬建的Hostalen ACP裝置

5 發(fā)展建議

隨著國內(nèi)外Hostalen聚乙烯裝置大規(guī)模的擴(kuò)建，在給各石化企業(yè)帶來挑戰(zhàn)的同時(shí)，又為企業(yè)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。若想在競爭激烈的市場中突圍出來，建議在以下幾個(gè)方面開展工作。

(1) 加大科技研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)高端催化劑國產(chǎn)化。對于聚乙烯工藝來說，催化劑的性能直接影響著最終產(chǎn)品的性能，也是聚合過程的核心技術(shù)。目前，國內(nèi)Hostalen裝置生產(chǎn)管材時(shí)使用的Avant Z501催化劑大部分來自國外進(jìn)口，價(jià)格相對昂貴。因此開發(fā)出高端催化劑，對提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，都具有極其重要的意義。

(2) 充分發(fā)揮裝置特點(diǎn)，生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。管材產(chǎn)品是Hostalen工藝的優(yōu)勢產(chǎn)品，而且隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速推進(jìn)以及國家加大對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入，為聚乙烯管道的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。國內(nèi)各企業(yè)需要加大創(chuàng)新力度，開發(fā)燃?xì)夤懿膶Ｓ昧?黑色和橙色)、耐開裂聚乙烯管材料以及耐熱聚乙烯管材料等，實(shí)現(xiàn)管材產(chǎn)品的系列化和差別化，提高企業(yè)的市場競爭力。

(3) 保持裝置平穩(wěn)運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。各石化企業(yè)應(yīng)針對影響裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的因素開展攻關(guān)，降低生產(chǎn)能耗；嚴(yán)格控制操作工藝參數(shù)，減少生產(chǎn)波動，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，為用戶提供產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。

(4) 健全技術(shù)服務(wù)體系，提高技術(shù)服務(wù)水平。面對國內(nèi)聚乙烯產(chǎn)品激烈的市場競爭，如何為用戶提供高水平的技術(shù)服務(wù)顯得格外重要。國內(nèi)各石化企業(yè)應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮分析測試和加工應(yīng)用方面的技術(shù)優(yōu)勢，成立一支產(chǎn)銷研一體化的技術(shù)服務(wù)隊(duì)伍，為用戶提供強(qiáng)大的技術(shù)支持，提升企業(yè)的市場知名度。