（工商管理专业论文）神华煤制烯烃项目聚乙烯产品开发探析.pdf

摘要 我国是石油资源匮乏而煤炭资源丰富的国家自1 9 9 3 年我国成为石 油净进口国后石油进口量逐年加大，到2 0 0 3 年净进口量已超过9 0 0 0 万吨，进口依存度超过了3 0 ，随着国民经济的稳步发展，这一态势还 将进一步扩大，国际油价的波动已对我国国民经济的影响越来越大 充分利用我国煤炭资源优势，以煤为原料，建设大型的生产出以往只 能大部分依靠进口轻质油作为原料的烯烃项目，也是保障能源安全的一项 必要的和可行的措施 神华集团公司拟采用世界先进的洁净煤技术，利用内蒙古丰富的煤炭 资源，在包头市建设大型现代化煤化工基地以生产等石化产品为主，完 全符合国家的产业政策。有利于缓解我国石化资源短缺的局面神华集团 公司在包头市建设的煤化工基地，是实施西部大开发战略的具体举措，对 于充分发挥包头市的区位优势，经济优势，拉动包头市乃至内蒙古自治区 的经济发展，促进包头市产业结构的调整，以及带动地区经济的可持续发 展都有重要意义 关键词：烯烃项目。神华集团公司，洁净煤技术 a b s t r a c t c h i n a su n i q u ee n e r g yr e s o u r c es i t u a t i o no fa b u n d a n tc o a la n d s c a r c eo i l ，c h i n ai so i le n t r a n c ec o u n t r yf r o m1 9 9 3 o i l se n t r a n c e q u a n t i t yi si n c r e a s ey e a rb yy e a r b y2 0 0 3 ，o i l se n t r a n c eq u a n t i t yh a v e e x c e e d9 0 0 0 t e nt h o u s a n dt o n ，e n t r a n c ed e p e n d e n c ee x c e e d3 0 ，a s c h i n e s ee c o n o m y sd e v e l o p ，t h ec o n d i t i o ni sm o r ee x p e n d ，i n t e r n a t i o n o i l sr a t ei sm o r ea n dm o r ea f f e c tc h i n e s ee c o n o m y c h i n a su n i q u ee n e r g yr e s o u r c es i t u a t i o no fa b u n d a n tc o a l ，t os e t u pc o a lt oo l e f i np l a n tw i t hc o a la sf e e d s t o c ka n dt h ec o n c l u s i o ni st h a t t h ep r o j e e li sn e c e s s a r ya n dt h ec o n s t r u c t i o nc o n d i t i o nm a t c h e di s c o m p l e t ea n dt h ep r o f i t so fp r o j e c ti sg o o d c o n v e r s i o na n dc o a lt oc h e m i c a ld e v e l o p m e n ts t r a t e g yt os e tu pa c o a lt oo l e f i np l a n ti nb a o t o uc i t yo fi n n e rm o n g o l i a ，b yt a k i n gl o c a l a b u n d a n tc o a lr e s o u r c e sa n dc o n s t r u c t i o nd o n d i t i o n sa ss u p p o r t t h e p r o j e c ti si nl i n ew i t hc h i n e s ei n d u s t r i a ls t r a t e g yp r o d u c t i v i t y p o s i t i o n ，i m p r o v i n go fc l e a nc o a lu t i l i z a t i o na n dt h ed e b e i o p m e n to f c o a lc h e m i c a lb a s e m e n t i ti so fi m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et oe f f e c t i v e l y r e s o l v et h ec o n s t r a i n so fe t h y l e n ep l a n tw h i c hi st h eb o t t l en e c ko f n a t i o nc h e m i c a li n d u s t r ya n ds t a r tan e ww a yo fl i g h to l e f i n s s h e n h u a g r o u p sp f o i e e li sn e c e s s a r ya n da ni m p o r t a n ti nt h eb a o t o ua n di n n e r m o n g o l i ae c o n o m y k e yw o r d s ：o i l f i np r o j e c t ，s h e n h u ac o a ll i q u e f a c t i o nc o r p ，c l e a n c o a lt e c h n o l o g y u 绪论 绪论 聚乙烯( p e ) 是通用合成树脂中产量最大的品种，主要包括低密度聚 乙烯( l d p e ) 、线形低密度聚乙烯( l l i ) p e ) 高密度聚乙烯( h d p e ) 及一 些具有特殊性能的产品其特点是价格便宜，性能较好，可广泛应用于工 业，农业及日常生活中，在塑料工业中占有举足轻重的地位 本论文介绍了聚乙烯产业分析概况，世界聚乙烯供需现状，我国聚乙 烯市场供需现状分析对聚乙烯产业价格，国内外的聚乙烯市场，聚乙烯 行业生产工艺与技术，聚乙烯下游产品市场，聚乙烯最新市场动态进行了 深入的讨论和分析并对投资的风险进行了相应的评估 我国是石油资源匮乏而煤炭资源丰富的国家，自1 9 9 3 年我国成为石 油净进口国后，石油进口量逐年加大，到2 0 0 3 年净进口量已超过9 0 0 0 万吨，进口依存度超过了3 0 ，随着国民经济的稳步发展，这一态势还 将进一步扩大，国际油价的波动己对我国国民经济的影响越来越大充分利 用我国煤炭资源优势，以煤为原料，建设大型的生产出以往只能大部分依 靠进口轻质油作为原料的烯烃项目。也是保障能源安全的一项必要的和可 行的措旌。 神华集团公司拟采用世界先进的洁净煤技术，利用内蒙古丰富的煤炭 资源，在包头市建设大型现代化煤化工基地，以生产聚烯烃等石化产品为 主，完全符合国家的产业政策，有利于缓解我国石化资源短缺的局面神 华集团公司在包头市建设的煤化工基地，是实施西部大开发战略的具体举 措，对于充分发挥包头市的区位优势经济优势，拉动包头市乃至内蒙古 自治区的经济发展，促进包头市产业结构的调整，以及带动地区经济的可 持续发展都有重要意义 以中外合资方式建设的神华煤制烯烃项目由煤气化，甲醇合成、甲醇 制烯烃聚乙烯和聚丙烯等主要部分组成本项目建设规模为用3 4 5 万 吨年煤为原料生产1 8 0 万吨年甲酵，通过m t o 装置转化为3 0 万吨 年乙烯，3 0 万吨年丙烯，生产出3 l 万吨年聚丙烯。3 0 万吨年聚乙 烯 项目用地选定在内蒙古自治区包头市九原区工业歼发区内在包钢尾 矿坝南侧，一电厂储灰池西侧，项目总占地面积为4 5 0 公顷该厂址符 合包头市发展规划要求 项目动态投资1 1 5 6 4 0 6 万元人民币( 含外汇4 3 3 l4 万美元) 项目定员1 4 0 0 人，以向社会公开招聘方式录用 绪论 本项目在2 0 0 9 年建成投产 2 第一章研究背景、意义和方法 1 1 项目建设的必要性 石油是保障国家经济命脉和政治安全的重要战略物资我国是一个能源 消费大国，也是石油消费大国，2 0 0 3 年我国己超过日本成为仅次于美国的 世界第二大石油消费国但我国石油资源却较为贫乏，人均石油资源量只有 世界人均水平的五分之一目前，我国剩余石油可采储量仅占世界的2 3 ，石油产量一直在1 6 亿吨左右徘徊，远远不能满足国内消费需求，只 能依赖进口解决。自1 9 9 3 年我国成为石油净进口国后进口量加大，2 0 0 3 年我国石油净进1 ：3 量已超过9 1 0 0 万吨，2 0 0 4 年预计将达1 3 亿吨。占当 年国内总消费量的4 5 有关方面预测。2 0 2 0 年我国石油需求将有6 0 以上依靠进口解决如此大量的石油进口。世界石油市场稍有“风吹草 动”，出现暂时和局部的供应短缺以及油价的异常波动，都将对我国石油供 给和国民经济的持续发展产生重大的影响，将直接威胁到我国的经济安全乃 至政治安全和社会稳定石油供应安全问题已成为我国不可忽视和回避的重 要问题 相对而言，我国煤炭资源十分丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消 费国，煤炭保有储量高达l 万亿吨以上煤制烯烃技术是以煤炭为原 料，通过化学加工过程生产过去只能以石油为原料的烯烃及下游产品的技 术因此。充分利用我国丰富的煤炭资源优势，加快煤制烯烃产业化的发 展步伐，可以有效减少国民经济发展对石油资源的需求，是保障我国石油 安全的一条重要途径，符合国家的能源发展战略和产业政策 同时，神华煤制烯烃项目建在西部地区。是贯彻落实中央和国务院提 出的西部大开发战略、加快西部经济发展的重大举措本项目作为资源转 化型项目，可以把西部的发展潜力转化为现实生产力，把资源优势转换为 经济优势为西部大开发做出贡献。对于充分发挥包头市的区位优势，经 济优势。拉动包头市乃至内蒙古自治区的经济发展，促进包头市产业结构 的调整，以及带动地区经济的可持续发展都有重要意义 因此，建设神华煤制烯烃项目是十分必要的 1 2 项目的背景 神华集团有限责任公司是国务院直管的5 3 户国有重要骨干企业之 一，集煤矿，电厂，铁路，港口和航运为一体。以能源为主业，实施跨地 3 第一章研究背景、意义和方法 区、跨行业、多元化经营神华集团是我国最大的煤炭企业，在国民经济 中占重要地位神华集团作为国家能源领域的大型企业之一，孥决贯彻党 中央、国务院的一系列方针政策急国家之所急，想国家之所想。站在国 家发展战略和保障国家石油安全乃至国家经济安全战略的高度，率先提出 了采用世界先进技术发展煤炭液化产业和现代煤化工产业的设想，并把煤 炭液化和现代煤化工产业作为神华集团“二次创业、再造辉煌”的战略重 点来抓，得到了党中央和国务院的大力支持鉴于我国煤炭资源十分丰 富，原油资源短缺的特点，神华集团计划 进行煤化工转化和煤化学发展战略中国神华集团煤制油有限公司决定在 内蒙自治区包头市建设煤制烯烃项目该项目是利用万利煤为原料的化工 联合企业( 1 8 0 万吨年) ，项目主要产品为年产3 0 万吨聚乙烯和3 0 万吨 聚丙烯该项目的建设对于包头市建设经济强市和调整产业结构具有重大 意义在内蒙古包头建立煤制烯烃项目( 以下简称项目) ，以当地丰富的 煤资源和建筑物条件为依托本项目的主要产品是以万利煤矿的烟煤作原 料制甲醇，甲醇进一步通过m t o 转化成烯烃然后通过聚合生成聚乙烯 和聚丙烯以及副产品硫磺，丁烯，丙烷乙烷和c 5 以上产品。主要装置 包括煤气化，1 8 0 万吨年甲醇装置。6 0 万吨年m t o 装置，3 0 万吨年 p p 装置3 0 万吨年p e 装置和一座容量为1 2 3 0 t h 蒸汽的热电站本 项且是与我国的产业化政策相一致的有效的促进煤的深加工， 提高煤 的清洁利用和发展煤基化学品深加工基地它在有效解决乙烯装置在我国 化工产业的瓶颈问题具有重要的意义，并且开辟了一条制轻质烯烃的新途 径；本项目将利用廉价的煤资源和采用世界上最先进的技术，建立世界上 最大的装置来生产聚合物。 本项目具有很强的市场竞争力我国国际工程咨询公司已经组织专 家对本项目进行了评估，断定本项目是必要的。而且完全具备创建条件， 本项目的收益是好的 本项目是以神华万利煤矿的煤为原料。年产3 0 万吨聚丙烯、3 0 万吨 聚乙烯的化工联合装置，同时副产硫磺、丁烯，丙烷和乙烷以及c ；等副 产品该联合装置主要包括煤气化装置、甲醇装置、m t o 装置、聚丙烯装 置、聚乙烯装置本项目总投资为1 1 7 3 4 6 0 万元人民币( 含外汇4 3 3 1 4 万美元) 本项目的主要生产装置拟选择最先进的技术，使建成的主 要生产装置都能够接近或达到当今世界先进水平建设中充分贯彻清洁 生产的原则，整体工艺水平属世界先进水平本工程工艺废气经处理后高 第一章研究背景、意义和方法 空捧入大气；废渣或综合利用或排往自建的渣场填埋处理，危险废物 送往包头市危险废物处置中心掩埋或焚烧处理；废水经污水处理厂处 理达标后捧入昆河。 鉴于我国煤炭资源十分丰富，原油资源短缺的特点，神华集团计划进行 煤化工转化和煤化学发展战略中国神华集团煤制油有限公司决定在内蒙 自治区包头市建设煤制烯烃项目该项目的建设对于包头市建设经济强市 和调整产业结构具有重大意义在内蒙古包头建立煤制烯烃项目( 以下简 称项目) ，以当地丰富的煤资源和建筑物条件为依托本项目的主要产品 是以万利煤矿的烟煤作原料制甲醇，甲醇进一步通过m t o 转化成烯烃， 然后通过聚合生成聚乙烯和聚丙烯以及副产品硫磺，丁烯，丙烷，乙烷和 c 5 以上产品本项目是与我国的产业化政策相一致的，有效的促进煤的 深加工，提高煤的清洁利用和发展煤基化学品深加工基地它在有效解决 乙烯装置在我国化工产业的瓶颈问题具有重要的意义，并且开辟了一条制 轻质烯烃的新途径；本项目将利用廉价的煤资源和采用世界上最先进的技 术，建立世界上最大的装置来生产聚合物，产品市场前景非常好 1 3 项目建设规模 神华集团有限责任公司拟在内蒙古自治区包头市九原去哈林格尔镇东哈拉 布达建设煤制烯烃项目工程以神华万利原煤( 平均含硫量0 9 ，平均 灰分1 1 7 ) 为原料，采用德士古水煤浆气化，低温甲醇洗脱硫脱炭工 艺，c 1 i n s u l f 硫磺回收工艺、l u r g i 低温合成甲酵技术制取甲醇，再采 用u o p h y d r o m t 0t 艺技术转换烯烃，以及b a s e l l 的s p h e r i p o l 第二代 技术和美国p h i l l i p s3 - 艺生产聚丙烯和聚乙烯工程建设内容包括主体 工程、辅助工程、公用工程和环保工程等 主体工程包括1 8 0 万t a 煤制甲醇装置( 包括煤气化、变换，低温 甲醇洗、甲醇合成，甲醇精馏、灰水处理、空分、空压等) ，f i o t a m t o 装置( 包括甲醇转换单元、轻烯烃回收单元，中间产品和副产品灌等) ， 3 0 万t a 聚丙烯装置、3 0 万t a 聚乙烯装置、2 2 4 万n m 3 h 空分装置 ( 供氧能力为5 6 0 0 0 n m 3 h 的空分装置四套) ，年操作时间8 0 0 0 小时 辅助工程包括密闭煤堆场、全厂外管系统、仓库，1 5 0 m 高火炬等 公用工程包括热电站( 3 台4 1 0 t h 的高压循环流化床燃煤锅炉配套2 台 5 万k - 抽凝式高压汽轮发电机组) 、全厂给排水系统、变配电，铁路公 5 第一章研究背景意义和方法 路液体装卸设施等环保工程包括灰场和1 8 0 m 3 h 的污水处理厂，灰场 位于拟建厂址西侧的哈业色气村西北荒地 主要产品方案为甲醇( 中问产品) 1 8 0 万t a 、聚丙烯3 l 万t a 、 聚乙烯3 0 万t a ，丁烯9 3 7 6 万t a c 5 以上3 6 7 2 万t a ，乙烷和丙 烷i 4 1 6 万t a 、硫磺1 9 2 6 9 万t a 该工程项目总投资1 1 7 3 4 6 亿元，其中环保投资1 5 1 1 7 5 万元，环 保投资占总投资的i 3 i 1 4 市场和竞争能力分析 本项目具有很强的市场竞争力我国国际工程咨询公司已经组织专家 对本项目进行了评估，断定本项目是必要的，而且完全具备创建条件 本项目主要产品为聚乙烯和聚丙烯，均为国内市场长期短缺的产品， 国内产量远远不能满足需求。大量靠进口解决聚乙烯的国产满足率长期低 于5 0 ，聚丙烯的国产满足率也长期只有6 0 左右2 0 0 3 年，我国聚乙烯 产量4 1 3 万吨，进口量4 6 9 万吨，国产满足率为4 7 6 ；聚丙烯产量4 1 3 万吨，进口量2 7 3 万吨，国产满足率为6 0 3 因此。本项目的产品市场 容量大。市场广阔 目前，国内聚乙烯和聚丙烯产品几乎全部来自于原油。而本项目是以 煤为原料生产聚乙烯和聚丙烯产品。从1 9 9 4 - - 2 0 0 3 年1 0 年问原油价格波 动幅度较大，极差达1 2 4 美元吨，而煤炭的价格波动幅度较小极差仅8 7 元吨。因此。以煤为原料生产聚乙烯和聚丙烯，成本相对稳定 1 5 环境保护及工艺路线选择 i ) 本项目认真贯彻落实“三同时”的原则，采取切实措施，治理三 废，达到国家规定的捧放标准其中： 废水。包括含硫污水、含油污水、生活污水和生产废水等，将按清污 分流原则设置捧水系统，进行分类处理，达到控制指标后进入污水处理场统 一处理，达标后部分回用、部分 放废气，包括燃烧废气、工艺废气、含 煤尘气体和泄漏的烃类气体等，将通过使用脱硫燃料、提高烟窗高度、高效 袋式收尘器，密闭送火炬燃烧、硫磺回收等措施进行处理，达标后排放。 6 第一章研究背景、意义和方法 废弃物包括废煤矸石，废催化刺、废溶剂、废碱渣、废灰渣及污水 处理场的污泥废渣等，将根据废弃物的不同性质，分别采用回收，焚烧和填 埋等方法予以处理，达到环保要求其中危险废物送包头危险废物处置中心 进行集中处置 2 ) 本项目由煤气化，甲醇合成、甲醇制烯烃、聚乙烯和聚丙烯等主 要部分组成煤气化拟采用美国德士古公司的气流床气化技术和主要设 备甲醇合成拟采用德国鲁奇公司的合成技术和主要设备，甲醇制烯烃拟 采用u o p 公司的m t o - f 艺技术和主要设备，聚丙烯拟采用s p h e r i p o l 的 新工艺技术，聚乙烯拟采用p h i l l i p s 的工艺技术最终工艺技术的选取将 通过进一步的技术交流和商务谈判、经“货比三家”后确定引进范围也 将根据各个装置的不同特点和情况。分别采用引进专利技术和工艺包( 或 基础设计) 以及进口国内不能生产的关键设备和材料等不同的方式 本文的研究重点将是煤制烯烃项目的主要产品之一，聚乙烯产品： 包括聚乙烯产品的种类、国内外市场情况分析、产品的供需预测、目标市 场分析，根据产品市场调研情况得出本人的结论最终本项目是将产品定 位在生产高端产品还是生产通用产品 7 第二章聚乙烯产品的基本情况 第二章聚乙烯产品的基本情况 2 1 生产规模及产品方案 2 生产规模 本聚乙烯装置所需的原料：乙烯来自上游的i , f f o 装置，丁烯一l ( 或 己烯一1 ) 外购 生产规模；3 0 万吨年 设计能力：3 7 5 吨时 年操作时问：8 0 0 0 小时 2 1 2 产品方案 根据国内聚乙烯市场的供需情况，本装置拟安排生产薄膜、管材、 吹塑，注塑、电线电缆料、旋转成型等产品，年产量为2 9 8 5 万吨，具 体安捧如下： 表2 一l产品产量和用途表 应用领域生产量万吨年所1 1 i 比例 薄膜 4 7 81 6 吹塑 1 0 4 53 5 注塑6 5 72 2 管材 5 0 7 1 7 电线电缆料和片材 2 3 88 旋转成型 0 62 总计 2 9 8 5 1 0 0 高密度聚乙烯的主要牌号及规格见表2 2 8 第二章聚乙烯产晶的基本情况 表2 - 2产品规格表 项目单位规格指标 密度 g c m 3 o 9 4 一o 9 6 5 熔融指数m ig 1 0 m i n o 1 一1 8 抗伸强度 m p a2 2 4 5 断裂伸长率 2 0 0 - 9 0 0 弯曲强度 m p a2 5 0 4 0 0 抗剪切强度 m p a2 0 一3 6 抗冲击强度 k j m 2 1 0 4 0 邵氏硬度( d ) d6 2 7 2 2 1 3 主要原料的规格 本装置主要原料的供应规格如下； 9 第二章聚乙烯产品的基本情况 表2 - 3乙烯规格 规格名称数值 组分 乙烯9 9 9 5 v 0 1 _ ir 1 甲烷+ 乙烷 5 0 0 p p m v 0 1 - a x 丙烯和丙烯以上重组分 1 0p p mv 0 1 a x 乙炔 2p p mv 0 1 m a x 一氧化碳0 5p p mv 0 1 m a x 二氯化碳3p p mv 0 1 - a x 氢5p p = y 0 1 _ a x 总羰基( m e k )1p p = v 0 1 _ a x 氧lp p my 0 1 m a x 硫( s )1p p = w t _ a x 氯化物( c l ) 1 p p m - t m a x 水 3p p = y 0 1 m a x 甲醇lp p = v 0 1 母a x 总氰量( n )5p p mv 0 1 m a x 丙二烯5p p = v 0 1 m a x 氨0 2p p mv 0 1 _ a x 砷0 0 3 - tp p m m a x 氧化物5p p mv 0 1 _ a x c o s0 0 2p p _ v o ! m a x 1 0 第二章聚乙烯产品的基本情况 表z - 4丁烯一l 规格 规格名称数值 组分 丁烯一19 9 v 0 1 _ i n 异丁烯+ 丁= 烯+ 上e 丁烷+ 异丁烷 1 v o i m a x 丙二烯 2 0 0p p mv o ! - a x 丙炔 1 0p p mv 0 1 i b a x 一氧化碳 5p p mv 0 1 - a x = 氧化碳 1 0p p mv o ! - a x 总羰墓( - e k )5p p mv 0 1 m a x 氧lp p mv 0 1 i l a x 硫( s )1 p p m - t - a x 氯化物( c l )lp p m - t m a x 水 2 0p p mv o ! i l l a x 甲醇 l p p mv o i i l a x 乙烯 5 0 0p p mv 0 1 m a x 乙烷6 0 0p p mv 0 1 _ a x 2 )表2 - 5 己烯一1 规格 规格名称数值 组分 c 6 烯烃 9 9 ( 体积卣分数) - i n 怠值性物 4m l m b a x 过氧化物l _ l m 3 m a x 水 2 5 - l m 3 i l a x 颜色 + 3 0s a y b o l t _ i n 外观 纯净无明显杂质 2 2 土艺技术选择 高密度聚乙烯生产工艺于1 9 5 3 年由齐格勒教授发明，1 9 5 , 1 年丌始 工业化生产从7 0 年代丌始，随着高效催化剂的应用，实现了不需脱灰 日9 生产工艺目前商密度聚乙烯 占世界聚乙烯产量的4 2 高密度聚乙烯主要的生产方法有淤浆聚合工 艺、溶液聚合工艺和气相聚合工艺三种 第二章聚乙烯产品的基本情况 2 2 1 淤浆聚合工艺 淤浆法工艺是生产高密度聚乙烯的重要方法此法工业化时阃早， 工艺技术成熟。产品质量较好聚合中乙烯溶于脂肪烃稀释剂。生成的聚 乙烯悬浮于其中，反应压力、温度较温和，乙烯单程转化率为9 5 9 8 。可生产超高分子量的产品和双峰产品该工艺按反应器形式分有搅拌 釜式聚合和环管聚合两种 1 ) 搅拌釜式聚合工艺 该工艺的代表有德国h o e c h s t 工艺和日本三井油化工艺h o e c h s t 公司首创的搅拌釜式工艺使用两个反应器主催化剂为乙氧基镁为载体的 t i c l 。助催化荆为有机铝正己烷作为溶剂乙烯的转化率达到9 8 该工艺利用改变催化剂组分的方法调节产品的分子量，用共聚单体调节产 品密度，产品的熔体指数为0 2 - 8 0 9 1 0 e i l l ，密度范围在0 9 4 2 0 9 6 5 9 c m 3 ，其优势产品是管材专用料和超高分子量的m d p e 2 ) 环管聚合工艺 环管聚合工艺的典型代表是美国的p h i l l i p s 工艺该工艺采用铬系 催化剂，以异丁烷为稀释剂，乙烯在环管反应器内聚合，用轴流泵使 淤浆组分循环，用夹套冷却水撤除反应热，通过精确控制反应温度保 证产品质量该工艺具有建设费用少，操作成本低，反应物不易粘在 反应器壁上等优点，可生产分子量很高的产品，分子量分布可宽可 窄产品密度范围0 9 2 0 9 7g c m 3 2 2 2 溶液聚台工艺 溶液聚合工艺在聚合时单体和生成的聚合物都溶于溶剂，要求较 高的聚合温度和压力，可生产密度范围在0 9 1 8 0 9 6 0 9 c m 3 ，分子量 分布从宽到窄的各种聚乙烯产品。该工艺采用的反应器是一种小型搅拌 釜。乙烯和辛烯等共聚单体在环己烷溶剂中聚合，单体在反应器中的停留 时间很短，一般仅为2 分钟，因此牌号切换容易，过渡科少，操作灵 活由于产品要经过脱溶剂和脱共聚单体等后处理工序，所以产品质量非 常好，胶体和灰分含量极低但工艺流程相对较长。投资高此外，由于 采用辛烯等高碳烯烃作为共聚单体。产品的物理机械性能非常好。适用于 高端消费领域该工艺的主要代表是d o w 化学的d o w l e x 工艺和n o v a 化 1 2 第二章聚乙烯产品的基本情况 学公司的s c l a i r 工艺但目前d o w 化学的1 ) o w l e x 工艺已不再转让。 n o v a 化学公司的s c l a i rt 艺是否转让还需与专利商联络后才知 2 2 3 气相聚合工艺 气相聚合不使用溶剂，工艺简单，流程短投资少，生产成本低。 产品品种可在较宽范围内调节，因而具有较强的竞争力。但无法生产双蜂 管材，高分子量分布膜的高性能产品，因此本装置暂不考虑气相法工艺 商密度聚乙烯主要的淤浆法及溶剂法生产工艺比较见表1 本文暂以p h i l l i p s 技术为参考，最终技术选取还应通过进一步技术 交流和比较确定 裴 2 孽 i ；| n 】 癸 餐 嶙 上 蜗 o ，芷 采嚣 靶 兀j 昌 粥 辍 裴 。 r 6 髫 长苫 荽1 1 1 5 翠 骧 媸 a ： 供 餐墨 塔 田 腔 甲 ，翟 u 抽 上 霜 涮 n 酹 呼 。 幽 袅；5 鹈 2 颦 幡轴 鼗堪 曷 8口= 鞋 难酶 凡】卜 山 宁 胛 器二眯 o 6 苎 罱 鼍 。 一 嚣 壕 荆堡媸 。 谁 幡 靶 n 】兀】 生 2 一 撂i 目 山 上鞲 一 甘 骼 b j 荆 爱 笛 黛 扑 枯 悱 _ 。： 搴懈 靼 三 囊 88 搭 嶷 嬷 甲 室 蹙 瑷嚣昌麓 斌 兀】 昧 一。 燃 叵 上 疑 缝 ；|嘤 苗 鞋 鹱 斌 鼍8鼍 供 赣 嶙瓤 悱 摧 t宁 勰 曩墨 l li昧 一 占 凑 粥 帐 一 暴_2 鼍 轻君 。 震 埋 】 卜 基 掣 霹 冒 产 1 l i r r 燃 勺一 之 椒 r p 三匣 毒?三 e 檬掣毯嚣 钆 拦幅能 赣 三 一 划 蝌垃副 _蛙r毯星轻烬翻 求伯 世 幕熊椎* 出赡茁妲幂s丑釜 k篁翅倒谱幕毯翻 圈 蓬基 如牛 u 3 皤掣岖蟠崧缝怄怄垃鞭i 釜舔 求茸 辚丑树h傲斟霰心聪毯釉恨 玉薛 薅磐幡埔6l|呕散簧f2*拄 第二章聚乙烯产品的基本情况 2 3 聚之烯装置i 艺流程说明 环管法高密度聚乙烯装置由以下几个工段组成： a 催化剂配制 b 单体精制 c 聚合反应 d 氢气回收和净化 e 聚合物脱气 f 挤出造粒 h 包装和码垛 工艺描述： 本装置主要采用铬系催化剂，催化荆在使用前要进行活化固体催 化剂被送到类似于小型流化床的活化罐中，注入干燥的热空气，温度控制 在6 0 0 1 0 0 0 c 由于活化条件在很大程度上决定催化剂的活化程度和聚 合物的物理性能因此活化条件需要严格控制活化后，催化剂粉末在氮 气保护下与高纯度的异丁烷形成催化剂淤浆，然后进入环管反应器 为防止原料单体中的微量杂质使催化剂中毒导致聚合反应失败， 本工艺对原料要求非常严格需要高纯度的乙烯单体为保证聚合能顺利 进行，本装置设置原料的保护性精制首先除去原料中的一氧化碳、氧 气、水，砷、硫、磷等杂质精制后的原料再进入反应器 作为主要原料的乙烯单体，聚合反应稀释荆异丁烷、以及催化剂一 起按指定速度连续加至聚合反应器中作为分子量调节剂的氢气、调节密 度的共聚单体丁烯一l 或己烯一l 。连续地与乙烯进行预混合后注入环管反 应器乙烯在催化剂的作用下生成聚乙烯轴流泵保持反应器内物料的高 速流动和非常均匀地混合反应热由夹套冷却水均匀地撤出环管反应器 的压力，温度和淤浆的密度都要严格监控，以确保最终产品的质量。 聚合反应器由连续的环管构成，通常为四条、六条或八条腿的环管 式反应器，具有传热系数大、单位体积产率高、流速快、催化剂体系分布 均匀，反应条件较易控制等特点产品切换时间较快，一般熔融指数相近 的产品切换时间是2 4 小时，不同催化剂系列的产品切换时问小于1 0 小 时 含有一定浓度聚乙烯粉末的淤浆从聚合反应器连续排出经过在线 加热后，捧放到闪蒸罐，在此，气体和轻组分的烃类从罐顶分离出去，聚 合物粉末从闪蒸罐底部通过重力作用排入洗涤塔从罐顶分离出去的轻组 第二章聚乙烯产品的基本情况 分经过闪蒸气体压缩机和第一冷凝器后分成两股物流一股主要由乙烯和 异丁烷凝液组成的物流进入重组分分离塔另一股物流继续通过第二冷凝 器，残余的异丁烷再次被冷凝下来，进入循环异丁烷储罐，然后用泵输送 回反应系统 从重组分分离塔顶出来的物流进入轻组分分离塔从重组分分离塔 底出来的物流为不含烯烃组分的异丁烷。用泵将其打入催化荆系统，用于 催化剂淤浆的配制轻组分分离塔顶出来的物流主要由乙烯和乙烷构成， 可将其送回进行乙烯回收 离开闪蒸罐的聚乙烯粉料通过重力进入聚合物洗涤塔，在此通入氮 气，吹出残留的烃类杂质使用后的氮气与分离出的烃类杂质一起进入异 丁烷一氮气回收单元( i n r u ) ，通过变压吸附工艺( p s a ) 或膜分离工艺 回收氮气和异丁烷 从洗涤塔底出来的聚乙烯粉料通过风送系统送到挤出造粒单元。经 计量装置称量后。连续按比例排至混合器，各种固体或液体添加剂，根据 不同牌号的配方，连续地、按比例地加到混合器中，混合的聚乙烯粉料和 添加剂作为挤压机的进料 聚乙烯粉料和添加剂在挤出机e x 8 0 l 中被捏合，熔解、挤压和切 粒，切下的颗粒靠循环流动的切粒水( 脱盐水) 送入离一1 5 干燥机。在这里 颗粒从水中分离出来，送到粒料分级筛，不合尺寸要求的细小颗粒和粗大 颗粒被分离出来。合格的颗粒落入聚乙烯颗粒气流输送系统的受料斗，经 气流输送系统将颗粒送入产品的均化，掺混和贮存部分 产品料仓内设重力掺混管，使产品均化，此外一定量的产品用气流 输送设备进行外掺混，均化后的聚乙烯粒科产品用气流输送设备送往包装 工段的包装料斗等待包装。 包装料斗中的聚乙烯粒科进入包装码垛生产线经自动上袋、称量、 装袋、折边、封口、倒袋、金属检测、重量检测、批号打印。最后合格产 品经输送机运送入自动码垛机码垛成形由操作工用叉车将载有成品的托 盘运送成品仓库贮存并等待装火车或汽车 2 4 聚乙烯产品的种类 2 4 1 高压低密度聚乙烯( l d p e ) l d p e 第二章聚乙烯产品的基本情况 l d p e 是用高压工艺生产的，压力为1 2 2 3 0 3 m p a ，温度为1 3 0 3 5 0 ，聚合时间非常短，一般为1 5 s 到2 m i n 乙烯在气相聚合的反应热非 常高，大约为9 4 1 k j m o l ，每1 的乙烯转变为聚合物温升就可达 1 2 1 3 如果反应混合物温度超过3 5 0 ，乙烯就会发生爆炸性分解。 由于反应器壁传热面积小，又比较厚，因此只有一小部分反应热可以通过 反应器壁移出。实际上撤热主要是通过循环过量的冷单体实现的 有两种类型的高压聚合反应器一种是长径比为4 ：l 至1 8 ；l 的 带搅拌器的高压釜式反应器，容量可达3 m 该工艺最早是3 0 年代由 i c i 公司开发的另一种是长径比大于1 2 0 0 0 ：l 的管式反应器，其内 径为2 5 6 4 c m 。长o 5 1 5 k m 管式法工艺最早是由b a s f 公司开发 的，之后杜邦、道化学、u s i ，住友等公司都对工艺作了若干改进。 在管式反应器夹套中使用急冷水冷却，从理论上讲，可以迸一步提 高转化率，但有可能使温度降的过低，以至使反应终止。或由于长链支化 而生成材脂中的“鱼跟” 在高压管式法工艺中，会产生低分子量蜡，占树脂产量的0 2 管式法最适宜的产品是通用性薄膜树脂和电缆用树脂，用乙酸乙烯 做共聚单体，可以生产v 含量达2 8 的e v a 产品 l d p e 由于缺少规整的线型结构对称性较低链的紧密排列性较 差这一结构上的特点使之具有较低的密度和较低的结晶度工业产品的 结晶度约为5 0 2 4 2 线性低密度聚乙烯( l l d p e ) l l d p e l l d p e 是7 0 年代开发成功的乙烯与n 一烯烃的共聚物其分子呈线 型结构，密度为0 9 1 0 0 9 4 0 9 c m 3 。明显低于h d p e 的密度 ( 0 9 4 0 0 9 7 0g c m 3 ) 。而类似于高压法l d p e 的密度( 0 9 1 0 4 0 9 2 9 g c m 3 ) 按a s t md 1 2 4 8 - 8 4 分类0 9 2 6 0 9 4 0g c m 3 为中密度， 0 9 1 5 0 9 2 5g c m 为l l d p e ，低于0 9 1 5g c m 为极低密度聚乙烯或超 低密度聚乙烯 工业化生产l l d p e 使用的共聚单体有4 种，即卜丁烯、卜己烯，1 一 辛烯和4 一甲基一卜戊烯加入量一般为6 1 0 ( v l d p e 和u l d p e 加入量 则为1 0 3 0 ) 使用茂金属催化剂可生产强度高、透明性好、低温热 封性好，溶制可萃耿物少的m l l d p e 技术上领先的是美国e x x o n 化学公 1 7 第二章聚乙烯产品的基本情况 司、d o w 化学公司，其次是日本三井油化、三菱英国b p ，美国u c c 公 司等 目前工业化的l l d p e 工艺技术主要有以下几类 气相法：包括u c c 的u n i p o l 工艺，b p 公司的i n n o v e n e 工艺和 m o n t e l l o 公司的s h o r e l i n e 工艺 溶液法；包括o o w 化学公司的d o w e l 工艺，d u ep o n t 公司的 s c a l a r 工艺和d s m 公司的c o m p a c t 工艺 浆液法：p h i l l i p s 公司环管工艺 高压法：c i f 工艺 2 4 3 高密度聚乙烯( h d p e ) h d p e 高密度聚乙烯生产工艺于1 9 5 3 年由齐格勒教授发明，1 9 5 4 年乃始 工业化生产从7 0 年代歼始，随着高效催化剂的应用。实现了不需脱灰 的生产工艺目前高密度聚乙烯占世界聚乙烯产量的4 2 。高密度聚乙 烯主要的生产方法有淤浆聚合工艺、溶液聚合工艺和气相聚合工艺三种 淤浆聚合工艺 此法工业化时间早。工艺技术成熟，产品质量较好，聚合中乙烯溶 于脂肪烃稀释剂，生成的聚乙烯悬浮于其中。反应压力、温度较温和，乙 烯单程转化率为9 5 9 8 。可生产超高分子量的产品和双峰产品该 工艺按反应器形式分有搅拌釜式聚合和环管聚合两种 1 ) 搅拌釜式聚合工艺 该工艺的代表有德国h o e c h s t 工艺和日本三井油化工艺h o e c h s t 公司首创的搅拌釜式工艺使用两个反应器，主催化刺为乙氧基镁为载体的 t i c l 4 。助催化剂为有机铝正己烷作为溶剂乙烯的转化率达到9 8 。 该工艺利用改变催化剂组分的方法调节产品的分子量，用共聚单体调节产 品密度，产品的熔体指数为0 2 - 8 0 9 1 0 m i f l ，密度范围在0 9 4 2 0 9 6 5 9 c = 其优势产品是管材专用料和超高分子量的m o p e 。 2 ) 环管聚合工艺 环管聚合工艺的典型代表是美国的p h i l l i p s 工艺该工艺采用铬系 催化剂，以异丁烷为稀释剂，乙烯在环管反应器内聚合，用轴流泵使淤浆 1 8 第二章聚乙烯产品的基本情况 组分循环用失套冷却水撤除反应热，通过精确控制反应温度保证产品质 量该工艺具有建设费用少，操作成本低，反应物不易粘在反应器壁上等 优点，可生产分子量很高的产品，分子量分布可宽可窄，产品密度范围 0 9 2 - 0 9 7g c m 3 3 ) 溶液聚合工艺 溶液聚合工艺在聚合时。单体和生成的聚合物都溶于溶剂，要求较 高的聚合温度和压力可生产密度范围在0 9 1 8 o 9 6 0g l c m ，分子量 分布从宽到窄的各种聚乙烯产品该工艺采用的反应器是一种小型搅拌 釜，乙烯和辛烯等共聚单体在环己烷溶剂中聚合，单体在反应器中的停留 时间很短。一般仅为2 分钟，因此牌号切换容易，过渡料少，操作灵 活由于产品要经过脱溶剂和脱共聚单体等后处理工序所以产品质量非 常好，胶体和灰分含量极低，但工艺流程相对较长，投资高此外，由于 采用辛烯等高碳烯烃作为共聚单体。产品的物理机械性能非常好。适用于 高端消费领域该工艺的主要代表是d o w 化学的d o w e l 工艺和n o v a 化学 公司的s c a l a rt 艺但目前d o w 化学的d o w e l 工艺已不再转让。n o v a 化学公司的s c a l a r 工艺是否转让还需与专利商联络后才知 气相聚合工艺： 气相聚合不使用溶剂，工艺简单，流程短，投资少，生产成本低， 产品品种可在较宽范围内调节，因而具有较强的竞争力但无法生产双峰 管材，高分子量分布膜的高性能产品。因此本装置暂不考虑气相法工艺 神华煤化工聚乙烯装置工艺描述； 本装置主要采用铬系催化剂，催化剂在使用前要进行活化固体催 化剂被送到类似于小型流化床的活化罐中。注入干燥的热空气温度控制 在6 0 0 - 1 0 0 0 活化后，催化剂粉末在氮气保护下与高纯度的异丁烷形 成催化剂淤浆，然后进入环管反应器 为防止原料单体中的微量杂质使催化刺中毒，本装置设置原料的保 护性精制。除去原料中的一氧化碳、氧气、水、砷、硫、磷等杂质 乙烯，异丁烷、催化剂一起按指定速度连续加至聚合反应器中氢 气，丁烯一l 或己烯一l ，连续地与乙烯进行预混合后注入环管反应器乙 烯在催化剂的作用下生成聚乙烯。轴流泵保持反应器内物料的高速流动和 非常均匀地混合反应热由央套冷却水均匀地撤出 聚合反应器由连续的环管构成。产品切换时问较快，一般熔融指数 相近的产品切换时问是2 4 小时，不同催化剂系列的产品切换时日j 小于 1 0 小时 1 9 第二章聚乙烯产品的基本情况 淤浆从聚合反应器连续捧出，j 譬放到闪蒸罐，气体和轻组分的烃类 从罐项分离出去，聚合物粉末从闪蒸罐底部通过重力作用排入洗涤塔。从 罐顶分离出去的轻组分经过闪蒸气体压缩机和第一冷凝器后分成两股物 流一股主要由乙烯和异丁烷凝液组成的物流进入重组分分离塔。另一股 物流继续通过第二冷凝器，残余的异丁烷再次被冷凝下来，进入循环异丁 烷储罐，然后用泵输送回反应系统 从重组分分离塔顶出来的物流进入轻组分分离塔，从重组分分离塔 底出来的物流为不含烯烃组分的异丁烷，用泵将其打入催化剂系统，用于 催化剂淤浆的配制轻组分分离塔顶出来的物流主要由乙烯和乙烷构成一 可将其送回进行乙烯回收 离开闪蒸罐的聚乙烯粉料通过重力进入聚合物洗涤塔，在此通入氮 气，吹出残留的烃类杂质使用后的氮气与分离出的烃类杂质一起进入异 丁烷一氮气回收单元( i n r u ) ，通过变压吸附工艺( p s a ) 或膜分离工艺 回收氮气和异丁烷 从洗涤塔底出来的聚乙烯粉料通过风送系统送到挤出造粒单元 金属茂催化剂是由过渡金属锆( z r ) ( 也可是钛、铪) 与两个环戊 二烯基或环戊二烯取代基及两个氯原子( 也可是甲基) 形成的有机金属络 合物和助催化剂甲基铝氧烷组成的其中。具有环戊二烯基的有机金属络 合物亦称金属茂化合物，这是因为中文习惯称环戊二烯为茂而得名。在杂 环化合物系统命名法中中文称环戊二烯碳环母体为茂，因为环戊二烯是 五个碳的环，出现戊字( 甲，乙丙，丁，戊己分别表示碳数l 到 6 ) ，又因环戊二烯是芳香烃，故在戊字上加上代表芳香烃的草字头，这 就形成茂字故环戊二烯称茂，其杂环就称为某茂，如氧茂、金属茂等 最著名的金属茂化合物是双环戊二烯基二氯化锆( c p z z r c l ：)