甲醇制烯烃项目初步说明书

重庆XXXX化工设计团队 60 万吨 年甲醇制 20 万吨 年烯烃项目可 行 性 研 究 报 告 9 万吨 年聚乙烯装置 组长 杨昆霖 组员 黎晓娟 黎雪松 温春燕 赖小蓉 杨成宏 向明华 2011 年5 月 编制单位 重庆三峡学院化学与环境工程学院2008级化工班 项目总负责 赖庆柯 工艺流程 杨昆霖 黎晓娟 给排水 温春燕 设备 黎晓娟 机泵 杨成宏 总图 向明华 结构 杨昆霖 建筑 杨昆霖 电气 杨成宏 仪表 向明华 暖通 赖小蓉 环保 赖小蓉 市场经济 温春燕 经济核算 黎雪松 过程计算 黎晓娟 赖小蓉 黎雪松 目 录 1 概述 1 1 1 编制原则 1 1 2 装置规模及开工时数 1 1 3 工艺路线 1 1 4 装置范围 1 1 5 主要技术经济指标 2 2 原料及产品性质 4 2 1 原料规格 4 2 2 辅助原材料 6 2 3 产品规格 7 3 市场分析 9 3 1 我国聚乙烯供需分析及预测 9 3 1 1 供需概述 9 3 1 2 国内生产状况分析 10 3 1 3 国内进口状况分析 11 3 1 4 高密度聚乙烯国内消费市场分析 12 3 1 5 国内市场供需预测 13 3 2 聚乙烯价格分析及趋势预测 15 3 2 1 我国市场价格走势分析 15 3 2 2 价格变化趋势测 16 4 工艺技术路线选择 17 4 1 HDPE 工艺技术简介 17 4 2 各种工艺技术特点 18 4 3 工艺选择结论 23 4 4 工艺流程 23 4 4 1 催化剂配制及加料 23 4 4 2 聚合部分 23 4 4 3 分离和干燥 24 4 4 4 造粒 24 4 4 5 粒料掺混 包装与码垛 24 4 4 6 己烷蒸馏 24 4 5 主要操作条件 24 5 物料平衡及产品流向 25 6 主要设备选择 26 6 1 设备概况 26 6 2 主要设备特点及主要设备表 26 6 2 1 主要设备特点 26 6 2 2 主要工艺设备表 28 6 2 3 超限设备表 33 7 总平面布置及土建 34 7 1 总图布置 34 7 1 1 总图布置原则 34 7 1 2 平面布置 34 7 1 3 竖向布置 34 7 1 4 装置区道路及绿化 34 7 1 5 主要工程量 34 7 2 装置平面布置 35 7 2 1 装置工艺特点 35 7 2 2 装置布置说明 35 7 2 3 装置布置设计一般原则 35 7 2 4 标准规范 36 7 3 土建 36 7 3 1 建筑 36 7 3 2 结构 40 7 3 3 采暖通风空调 43 8 自动控制 48 8 1 概述 48 8 1 1 设计原则 48 8 1 2 采用的标准 规范 48 8 2 自动控制水平及方案 48 8 2 1 自动控制水平 48 8 2 2 自动控制规模 50 8 2 3 自动控制方案 50 8 2 4 主要安全技术措施 51 8 3 控制室 51 8 4 仪表选型 52 8 4 1 温度仪表 52 8 4 2 压力 压差仪表 52 8 4 3 流量仪表 52 8 4 4 液位仪表 53 8 4 5 执行器 控制阀 53 8 4 6 分析仪表 53 8 5 消耗指标 55 9 电气 56 9 1 概述 56 9 1 1 设计范围及分工 56 9 1 2 用电负荷及负荷等级 56 9 2 供 配电系统设计 57 9 2 1 电源情况 57 9 2 2 供电电源电气参数 配电电压等级 57 9 2 3 供电方案 57 9 2 4 继电保护和测量仪表的配置 58 9 2 5 功率因数补偿原则和方式 58 9 2 6 配电设计规定 58 9 2 7 照明设计 59 9 2 8 防雷 接地 59 9 3 节能措施 59 9 4 采用的主要标准规范 59 9 4 1 电气设备材料 60 9 4 2 选型原则 60 9 4 3 电气设备材料选型表 60 10 消耗指标及节能 62 10 1 装置能源计量器具的配备原则 62 10 2 公用工程消耗及能耗指标 62 10 3 节能措施 62 11 环境保护 64 11 1 主要污染源 主要污染物和处理方法 64 11 1 1 主要污染源 主要污染物 64 11 1 2 废水 废气 废渣及噪声处理措施 66 11 2 环境管理与监测 68 11 3 环境保护投资估算 68 12 安全卫生 69 12 1 概述 69 12 2 生产过程中主要物料的危险 危害分析 69 12 2 1 危险物料 69 12 2 2 噪声危害 70 12 3 主要安全卫生措施 71 12 4 安全机构设置及人员配备 72 12 5 安全卫生专用投资估算 72 13 装置定员 73 14 概算 74 14 1 投资估算范围 74 14 2 编制依据 74 14 3 需要说明的问题 74 14 4 投资估算 74 附图 工艺流程图 平面布置图 供电系统图 78 1 概述 1 1 编制原则 本可行性研究报告是对华能满州里煤化工有限公司60 万吨 年甲醇制20 万吨 年烯烃项目中一套9 万吨 年高密度聚乙烯装置进行可行性研究 本项目针对国内聚乙烯市场 产品应用以及生产现状进行充分的调查及研究 并对Ineos 的淤浆双环管工艺 Univation 的气相流化床工艺 Borealis 的淤浆环管 气相流化床工艺以及中石化科技开发公司CX 淤浆搅拌釜聚乙烯技术进行了深入的 探讨 在充分了解各家技术的先进性 业绩及操作经验 产品特点的基础上编制了可 行性研究报告 该项目充分贯彻国产化原则 在保证装置安全稳定运转的基础上 尽量减少引 进 降低投资 按照 三同时 的原则进行设计 搞好环境保护和职业安全卫生 尽量减轻操作员 工的劳动强度 项目的实施执行国家相关的法律和法规 在获得经济效益的同时产生 良好的社会效益 1 2 装置规模及开工时数 装置规模 年产9 万吨聚乙烯粒料 开工时数 年操作8000 小时 1 3 工艺路线 采用国产化 淤浆法HDPE 工艺 1 4 装置范围 本项目研究范围包括 HDPE 装置的主要生产单元及其辅助生产设施 装置的主要生产单元包括催化剂配制 聚合 分离干燥 挤压造粒 掺混风送 低聚物处理 溶剂回收 公用工程及辅助生产设施共八个工段 各工段编号如表1 4 1 示 设计界面与分工 1 本装置所需循环水 消防水 生活水 生产给水 蒸汽 仪表空气 装置 空气 氮气 冷冻水等由全厂公用工程系统供给 2 装置所用催化剂 添加剂主要贮存在PE 和PP 设置统一的化学品库房内 3 装置排放的可燃性气体送往火炬系统 2 4 分析化验室及仪器由总体统一考虑 表1 4 1 项目主项表及设计内容 工段号 工段名称 100 催化剂配制 200 聚合工段 300 分离干燥工段 400 造粒工段 500 掺混风送工段 600 低聚物处理工段 700 溶剂回收工段 800 公用工程及辅助生产设施包括 分子筛再 生气 密封油 蒸汽凝液回收 火炬气凝 液罐等系统 1 5 主要技术经济指标 表1 5 1 主要技术经济指标表 序号 指 标 名 称 单 位数 量 备 注 一 原料量 1 乙烯 万吨 年9 4 2 丁烯 1 万吨 年0 0513 3 丙烯 万吨 年0 04225 4 氢气 吨 年 67 二 化学品及催化剂 1 三乙基铝 吨 年 18 2 2 BCE 催化剂 吨 年 10 1 3 稳定剂 吨 年 270 4 己烷 吨 年 2137 三 产品及副产品 1 高密度聚乙烯 万吨 年9 1235 2 低聚物 万吨 年0 25 四 公用工程 1 循环冷却水 吨 时 3000 4000 最大 2 脱盐水 吨 时 1 2 最大 3 序号 指 标 名 称 单 位数 量 备 注 3 电 kWh h 9000 4 高压蒸汽 3 8MPa 吨 时 2 3 2 最大 5 中压蒸汽 1 0MPa 吨 时 4 6 4 最大 6 低压蒸汽 0 35MPa 吨 时 6 9 最大 7 氮气 Nm3 h 800 1500 最大 8 仪表空气 Nm3 h 1200 2000 最大 9 装置用空气 Nm3 h 0 1600 最大 10 高压消防水 吨 时 0 1000 最大 五 定员 人 40 注1 六 占地 万平方米1 908 七 运输量 1 产品 万吨 年9 1235 八 三废排放物 1 废气 Nm3 h 5950 5975 2 火炬气 吨 年 1200 3 废水 m3 h 2 2 75 最大 4 废渣 吨 年 0 26 5 最大 九 建设投资 万元 48842 其中外汇 万美元934 注1 仅为操作人员 注2 火炬系统最大排放量 4 2 原料及产品性质 2 1 原料规格 1 乙烯 表 2 1 1 乙烯规格表 组 成 规 格 备注 乙烯 99 9 vol 最小 甲烷 乙烷 0 1 vol 最大 丙烯和重组分 50ppm vol 最大 乙炔 5ppm vol 最大 一氧化碳 1ppm vol 最大 二氧化碳 5ppm vol 最大 氧 5ppm vol 最大 氢 10ppm vol 最大 水 5ppm vol 最大 含氧有机化合物 5ppm vol 最大 总硫 1ppm wt 最大 供应条件 来源 上游MTO 装置 状态 气体 温度 环境温度 压力 最小3 0MPa 正常 3 2 MPa 最大 3 5 MPa 2 丙烯 表 2 1 2 丙烯的规格表 组 成 规 格 备注 丙烯 99 6 vol 最小 甲烷 乙烷 丙烷 氮 0 4 vol 最大 乙烯 50ppm vol 最大 丁二烯 10ppm vol 最大 丁烯类 15ppm vol 最大 乙炔类 3ppm vol 最大 5 丙二烯 10ppm vol 最大 一氧化碳 1ppm vol 最大 二氧化碳 3ppm vol 最大 氧 1ppm vol 最大 氢 10ppm vol 最大 水 5ppm vol 最大 总硫 1ppm wt 最大 醇 以甲醇计 1ppm wt 最大 氯 以HCl 计 1ppm wt 最大 供应条件 来源 上游MTO 装置 状态 液体 温度 环境温度 压力 最小 2 5MPa 正常 2 6MPa 最大 2 7MPa 3 丁烯 1 表2 1 3 丁烯 1 规格表 组 成 规 格 备注 丁烯 1 99 0 wt 最小 水 25ppm wt 最大 总硫 10pp wt 最大 正丁烷 0 3 wt 最大 异丁烯 0 5 wt 最大 异丁烷 0 1 wt 最大 1 3 丁二烯 200ppm wt 最大 供应条件 来源 外购 状态 液体 温度 环境温度 压力 最小 0 4MPa 正常 0 5MPa 最大 0 6MPa 6 4 氢气 表 2 1 4 氢气规格表 组 成 规 格 备注 氢气 99 9 wt vol 最小 甲烷和比甲烷重的烷烃 0 1 vol 最大 氧 10PPM vol 最大 水 5PPM vol 最大 一氧化碳 5PPM vol 最大 二氧化碳 10PPM vol 最大 总硫量 1PPM wt 最大 供应条件 来源 总体管网 状态 气体 温度 环境温度 压力 最小 4 4MPaG 正常 4 5MPaG 最大4 6MPaG 2 2 辅助原材料 1 己烷 表2 2 1 己烷规格表 组 成 规 格 备注 外观 无色透明 比重 15 4 0 673 0 01 铜片腐蚀试验 无颜色变化 反应 中性 蒸馏试验 5 95 的馏出物需在 66 70 之间蒸馏出 并 且最好的温度范围是2 溴指数 100mg Br 100g 最大 苯 100ppm vol 最大 水 200ppm vol 最大 供应条件 压力 最小 0 35MPa 正常 0 45MPa 最大 0 50MPa 7 温度 环境温度 2 其它 其它辅助原材料有分子筛等 2 3 产品规格 1 各种牌号产品的主要规格见表2 3 1 表2 3 1 产品规格表 牌号 熔融指数 g 10min 密度 g cm3 分子量 分布指 数NNI 粉料中灰 份 wt 屈服强 度 kg cm2 1300J 12 17 0 963 0 967 20 32 0 04 最大 240 最小 2100J 5 5 7 5 0 955 0 959 20 32 0 04 最大 200 最小 2200J 4 4 6 5 0 966 0 970 20 32 0 05 最大 250 最小 2208J 4 4 6 5 0 966 0 970 20 32 0 05 最大 250 最小 5306J 15 20 0 951 0 955 20 30 0 04 200 5200B 0 25 0 45 0 961 0 965 30 50 0 04 最大 230 最小 5301B 0 5 0 8 0 958 0 962 50 0 03 250 最小 6003T 0 15 0 35 0 956 0 960 70 0 04 230 6200B 0 30 0 50 0 957 0 961 60 0 04 220 最小 8200B 0 020 0 04 0 953 0 958 70 0 04 3300F 0 90 1 3 0 952 0 956 20 30 0 02 190 最小 5000S 0 80 1 1 0 952 0 956 20 30 0 03 190 最小 5200S 0 25 0 45 0 961 0 965 30 50 0 04 最大 230 最小 6100M 0 10 0 17 0 952 0 956 70 0 05 最大 180 最小 7000F 0 03 0 055 0 949 0 953 90 0 04 230 4803T 0 02 0 04 0 948 0 952 70 0 04 230 注 每个项目的分析方法如下 熔融指数 GB T 3682 2000 密度 GB T 1033 86 粉料中灰份 GB T 9345 88 屈服强度 GB T 1040 92 NNI Q SH 039 03 01 1998 8 2 副产品规格 低聚物规格 形态 片状固体 熔点 60 115 粘度 厘泊 150 30 3000 200 20 900 灰份 wt 0 005 0 03 分子量 1000 10000 含硫量 ppm 1 燃烧热 kJ kg 41868 46055 9 3 市场分析 聚乙烯是一种通用的聚合物产品 目前最大的聚乙烯单体装置已达到48 万吨 年 平均装置规模也达到了18 6 万吨 年 到2007 年底 全球聚乙烯生产能力已达到7812 万吨 年 产量6736 万吨 消 费量6597 万吨 是五大合成树脂中消费增长较快的品种之一 线型聚乙烯是用低压液相法工艺或气相法工艺生产的 低压液相法有两种工艺 浆液法和溶液法 其中溶液法工艺可交替生产HDPE 和LLDPE 工业上称为可转换 装置 浆液法工艺主要用来生产HDPE 华能满洲里项目拟采用淤浆法国产化专有技术 通过催化剂配制 聚合 分离干 燥 造粒 掺混分送 低聚物处理 溶剂回收等过程生产HDPE 可生产牌号为 注塑成型 1300J 2100J 2200J 2208J 5306J 吹塑成型 5200B 6200B 8200B 5301B 6003T 挤塑成型 3300F 5000S 5200S 6100M 7000F 4803T 3 1 我国聚乙烯供需分析及预测 3 1 1 供需概述 2002 2007 年 国内乙烯生产能力从365 8 万吨 年增长至709 6 万吨 年 年均 增长率达14 4 其产量从355 2 万吨增至715 3 万吨 年均增长率达15 0 由于近年我国聚乙烯需求旺盛 聚乙烯表观消费量的年均增长率达到7 5 近 年随着新建聚乙烯项目增多 产量逐年上升 自给率明显回升 从2002 年42 8 上 升至2007 年的71 7 也导致进口增幅有所下降 到2007 年进口量已开始减少 进口量低于2006 年约36 万吨 10 表3 1 1 近年我国聚乙烯供需状况 万吨 年 万吨 年份 能力 产量 进口量 出口量 表观消费量 自给率 2002 365 8 355 2 455 9 1 1 810 1 43 8 2003 389 8 413 0 469 0 1 5 880 5 46 9 2004 400 3 432 3 479 7 2 0 910 0 47 5 2005 552 1 503 5 526 0 5 73 1023 8 49 2 2006 684 6 607 8 489 2 3 96 1093 0 55 6 2007 709 6 715 3 453 4 6 04 1162 7 71 7 年均增长率 14 4 15 0 0 1 40 6 7 5 10 4 3 1 2 国内生产状况分析 截止2007 年底 全国共有聚乙烯装置41 套 能力合计709 6 万吨 年 其中高 密度聚乙烯装置14 套 生产能力合计248 5 万吨 年 2007 年 全国聚乙烯新增能 力25 万吨 年 2007 年国内聚乙烯产量为715 3 万吨 较2006 年增加了17 7 除新建装置 外 其它绝大部分装置产量都突破了其设计能力 11 表3 1 2 2007年我国聚乙烯装置 HDPE 生产情况一览表 万吨 年 万吨 产品 生产企业 生产能力 产量 中石油辽阳石化分公司 7 0 5 0 中石油大庆石化分公司 22 0 20 3 中石油吉林石化分公司 30 0 28 7 中石油独山子石化分公司 8 3 盘锦乙烯工业公司 6 3 中石油抚顺石化分公司 4 9 中石化茂名分公司 35 0 34 6 中石化齐鲁股份公司 14 0 17 5 中石化扬子石化有限公司 22 0 26 3 中石化燕山分公司 14 0 16 9 北京助剂二厂 2 0 1 3 中石油兰州石化分公司 14 0 21 6 上海赛科石化有限公司 30 0 33 4 中石化上海公司 25 0 35 6 上海金菲 13 5 0 0 中海壳牌有限公司 20 0 21 3 HDPE 小计 248 5 282 0 合计 HDPE 497 564 2007 年聚乙烯产品中 最明显的变化是专用料比例提高 其中双峰牌号聚乙烯 产量有很大的增加 总量近45 万吨 主要来自上海石化公司 吉林石化公司 少量 来自燕山石化 扬子石化 大庆石化 上海石化25 万吨 年全密度双峰聚乙烯装置采用北欧化工的北欧双星技术 吉 林石化30 万吨 年高密度聚乙烯装置采用巴塞尔的Hostalen 技术 燕山石化 扬子 石化 大庆石化高密度聚乙烯装置则采用日本三井淤浆法工艺 3 1 3 国内进口状况分析 根据表3 1 1 我国聚乙烯2002 2007 年的进口状况看 进口量呈现先升后降的 趋势 由于近年我国新增聚乙烯生产能力较多 2006 年聚乙烯进口首次出现下降 12 2007 年继续维持下降趋势 2007 年我国进口聚乙烯约453 万吨 同比降低7 3 出口仍较少 约6 万吨 综合分析我国2007 年进口聚乙烯品种和市场情况 中高档次聚乙烯的进口量约 为总进口量的20 如LDPE 涂覆料 HDPE 管材料 如本工艺的6100M 4803T 和大中空吹塑料 8200B 6003T 等 主要来源于美国 日本 德国 韩国等 通用 料的进口量接近总进口量的80 主要来源于周边国家及中东地区 这些国家与中 国地域接近 尤其是中东地区 其产品的生产成本低 性能良好 对我国聚乙烯产品 构成的威胁将不断提升 2007 年 我国聚乙烯进口省份主要集中在广东 上海 山东 江苏 浙江及福 建 其进口量占总进口量的84 2 由于近两年 山东省和上海的经济发展较快 带 动了该地区塑料加工业的发展 因此山东和上海2007 年聚乙烯进口比例均较2002 年有所提高 尤其是山东省 提高了近五个百分点 一般贸易方式及来进料加工贸易方式是我国聚乙烯的主要进口贸易方式 3 1 4 高密度聚乙烯国内消费市场分析 2007 年 我国高密度表观需求为487 万吨 比2006 年增加了74 5 万吨 同比 增长18 0 HDPE 的主要应用领域是中空吹塑 注塑制品 薄膜制品和管材等 2007 年分别占高密度聚乙烯消费结构的19 9 18 8 18 6 及15 5 其中由 于建材行业的需求和双峰聚乙技术的应用 管材的消费比例较往年有所提高 中空吹塑产品 本工艺牌号6200B 5200B 8200B 5301B 6003T 在农 药 液体化学品 双氧水 各种酸 环氧丙烷 各种涂料 洗涤用品 洗发水 浴液 饮料 鲜奶 果汁等 家庭日用品 食品包装以及中空箱包等方面都得到了广泛的应 用 2007 年HDPE 用于生产各类中空容器的量约97 万吨 今后 随着人们生活水 平的不断提高和外出旅行的需要 对方便 快捷食品的需求将会不断增加 另外 用 塑料中空容器替代传统的玻璃和金属包装也已成为目前市场发展的方向 今后市场空 间很大 注塑材料 本工艺牌号1300J 2100J 2200J 2208J 5306J 可大量替代 钢材和木材 被广泛应用于各个领域 如铁路 港口 远洋运输 工厂包装生产线 啤酒箱 饮料箱 食品箱等 规格型号逐渐系列化 应用领域有逐渐扩大的趋势 2007 年消耗在注塑制品上的HDPE 约91 6 万吨 随着节能 环保的意识不断增强 大容 13 量 HDPE 注塑容器在我国将有更广泛的消费需求 薄膜制品中的消费领域以高强度薄膜 本工艺牌号7000F 为主 包括背心袋 购 物袋 垃圾袋 杂货袋 多层衬里膜 耐候膜等 2007 年 约90 6 万吨HDPE 消 费于薄膜制品领域 但随着限制使用超薄薄膜政策的出台 超薄包装膜的消费将有所 降低 从而影响到聚乙烯的消费量 预计2008 年用于包装膜的HDPE 消费下降约5 万吨 由于HDPE 塑料管材 本工艺牌号4803T 6100M 具有耐腐蚀 管材连接方 便 安装迅速 受地震影响小等优点而被广泛地用于给水 供气 排污等方面 取代 传统的铸铁管和水泥管 HDPE 管材可分为压力管和非压力管 近年来 双峰聚乙烯 技术的日渐成熟 促进了HDPE 压力管的快速发展 2007 年我国管材消耗HDPE 约 79 4 万吨 占HDPE 总消费量的16 3 在HDPE 细分市场中 从增长速度方面分析 年均增长率最高的是薄膜 为 7 4 其次是中空和管材领域 年均增长率分别为7 1 和5 1 年均增长率最低 的为板片材 从市场容量方面分析 注塑和中空料是市场容量较大的两个领域 分别 接近70 和60 万吨 薄膜和管材的容量也较大 且增长较高 3 1 5 国内市场供需预测 1 供应预测 今后几年中 随着我国新一轮乙烯改扩建和合资乙烯项目的完成 聚乙烯产能 将有较大提高 预计到2010 年 我国聚乙烯生产能力将达到1039 万吨 年 其中 HDPE 能力约为369 万吨 年 预计到2015 年 我国聚乙烯生产能力将达到1379 万 吨 年 其中HDPE 能力约为589 万吨 年 2020 年我国聚乙烯生产能力将达到1469 万吨 年 其中HDPE 能力约为619 万吨 年 由于国内聚乙烯供需缺口较大 2005 2010 年间国内主要乙烯生产企业及新建 乙烯项目纷纷将聚乙烯作为主要配套装置 分析聚乙烯各品种未来需求变化情况 HDPE 及LLDPE 的需求增长要远快于 LDPE 因此2007 2020 年新建聚乙烯装置中 HDPE 新增产能375 万吨 年 占聚 乙烯新增产能的49 1 LLDPE 新增产能370 万吨 年 占聚乙烯新增产能的48 4 LDPE 新增能力20 万吨 年 占聚乙烯新增产能的2 5 14 表3 1 3 2008 2020年我国聚乙烯 HDPE 主要新建及扩建计划 万吨 年 产品品种 生产企业 新增能力 投产时间 中石油独山子石化公司 30 0 2009年 中石化天津分公司 30 0 2009年 中石油抚顺石化公司 30 0 2009年 中石化福建炼化分公司 30 0 2009年 盘锦乙烯工业公司 30 0 2011年 神化乙烯项目 30 0 2011年 武汉乙烯项目 30 0 2011年 中石油成都乙烯项目 30 0 2011年 中石油大庆石化公司 25 0 2012年 上海石化股份有限公司 20 0 2012年 上海金菲石化有限公司 20 0 2012年 中石化扬子石化有限公司 35 0 2013年 青岛炼油化工有限责任公司 35 0 2017年 HDPE 小计 375 2 需求预测 由于中国作为主要的塑料加工基地 对聚乙烯的需求增长较快 预计未来十年 我国聚乙烯需求的年均增长率将维持在5 左右 到2015 年 我国聚乙烯的需求量 将达到1700 万吨 其中HDPE 的需求量将达770 万吨 国内聚乙烯的自给率将维 持在81 左右 预计到2015 年 HDPE 依然主要应用于中空 薄膜 注塑和管材 分别占HDPE 总消费的21 6 19 0 17 5 和16 4 薄膜用HDPE 将达到146 万吨 占HDPE 总消费的19 0 中空用HDPE 将达到166 万吨 注塑达到135 万吨 3 供需平衡预测 由于中国作为主要的塑料加工基地 对聚乙烯的消费需求增长十分迅速 预计 到2010 年 我国聚乙烯的需求量将达到1310 万吨 其中HDPE 的需求量将达560 15 万吨 供需缺口约为 169 万吨 届时国内聚乙烯总缺口约在248 万吨 国内聚乙烯 的自给率将超过80 预计2015 年 我国聚乙烯的需求量将达到1700 万吨 其中HDPE 的需求量将 达770 万吨 缺口约为121 万吨 届时国内聚乙烯总缺口在237 万吨 国内聚乙烯 的自给率将维持在85 左右 3 2 聚乙烯价格分析及趋势预测 3 2 1 我国市场价格走势分析 2003 年由于世界经济复苏加快 尽管亚洲地区经历了SARS 疫情的影响 但整 个2003 年聚乙烯价格大幅上扬 进入2004 年 世界经济增长加速 市场对聚乙烯需求增加 同时由于前期市场 对乙烯装置投资不足 使得能力增长低于需求增长 造成世界范围聚乙烯供应紧张 聚乙烯价格大幅上涨 尽管聚乙烯价格在9 月和11 月份两次出现大幅回调 但整个 2004 年全年价格仍是近10 年来的最高价位 特别是7 8 月份出现的价格超过了1995 年景气周期高峰时的最高位 从整个2004 年情况看 全年LDPE 平均价格为11469 元 吨 HDPE 平均价格为9718 元 吨 LLDPE 平均价格为9810 元 吨 较2003 年上涨40 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 Jan 02 Apr 02 Jul 02 Oct 02 Jan 03 Apr 03 Jul 03 Oct 03 Jan 04 Apr 04 Jul 04 Oct 04 Jan 05 Apr 05 Jul 05 Oct 05 Jan 06 Apr 06 Jul 06 Oct 06 Jan 07 Apr 07 Jul 07 Oct 07 元 吨 LDPE LLDPE HDPE 注 LDPE 以农膜料为代表 HDPE 以拉丝料为代表 LLDPE 以通用薄膜料为代表 图3 2 1 2002 2007 年国内聚乙烯市场价格走势 2005 年 尽管建成的乙烯装置不断增加 但由于世界市场对聚乙烯需求的不断 增加 生产装置仍保持了较高的开工率 因此供应偏紧 仍使得聚乙烯价格保持在较 高的水平 2006 年聚乙烯价格继续保持上扬态势 直到2007 年初才开始略有回落 16 之后是再次的上涨 直至价格超过 2006 年最高点 从2007 年国内聚乙烯价格看 LDPE 平均价格为12862 元 吨 上涨了5 LLDPE 平均价格为12542 元 吨 上涨 了4 HDPE 平均价格为12618 元 吨 与2006 年持平 3 2 2 价格变化趋势预测 据相关机构的预测 2007 年前 全球聚乙烯装置开工率还将保持在85 左右 市场供应相对偏紧 这将支持今后几年聚乙烯价格保持在较高水平 由于2008 年金 融危机影响 这种供应略微紧张的局面将在2009 2011 年有所改善 届时有新建乙 烯装置集中投产 其配套的聚乙烯装置较多 全球装置平均开工率将有所回落 但 2013 年后 聚乙烯装置开工率又将略有回升 根据上述分析 聚乙烯价格将在2009 2011 年间有一明显回落过程 17 4 工艺技术路线选择 目前 聚乙烯产品主要分为低密度聚乙烯 LDPE 线性低密度聚乙烯 LLDPE 和高密度聚乙烯 HDPE 三大类 1 低密度聚乙烯 低密度聚乙烯生产工艺多采用管式法 其反应压力高达250 310 MPa 反应速 度快 不易控制 开停车较为频繁 低密度聚乙烯产品主要是薄膜 而最主要应用是 农膜 包装膜等 电线电缆也是其主要用途 2 线性低密度聚乙烯 线性低密度聚乙烯是七十年代发展起来的新型聚乙烯生产技术 分子结构介于 高密度聚乙烯和低密度聚乙烯之间 是乙烯和 烯烃的共聚物 用途与低密度聚乙烯 类似 由于产品密度范围宽 其用途有一定的扩展 3 高密度聚乙烯 高密度聚乙烯的主要消费领域是注塑 中空容器 薄膜制品 其次是管材 扁 丝及纤维等 用途广泛 在聚乙烯树脂中所占比例历来是首位 因此本可研以高密度 聚乙烯产品为生产目标 4 1 HDPE 工艺技术简介 高密度聚乙烯的生产方法主要有气相聚合 淤浆聚合 溶液聚合和淤浆 气相组 合聚合四种方法 1 气相聚合工艺 气相法聚合工艺最有代表性的是美国Univation 公司的气相流化床工艺 还有 英国BP 公司的气相流化床工艺 2 浆液聚合法 浆液聚合法是生产高密度聚乙烯的主要方法 该方法分为环管反应器聚合工艺 和带搅拌的釜式浆液聚合 环管反应器聚合工艺典型的代表是INEOS 公司和美国Phillips 公司 搅拌釜式浆液聚合工艺主要有 LyondellBasell 公司的Hostalen 工艺技术 以 及日本三井油化公司的CX 工艺技术 3 溶液聚合法 溶液聚合法主要有加拿大杜邦工艺 美国DOW化学工艺和SABIC 原荷兰DSM 18 的 Stamicabon 工艺 这些工艺很少对外转让 4 淤浆 气相组合新工艺 液相 气相组合新工艺是近年来开发的新工艺 主要有LyondellBasell 公司的 Sphrilene 工艺和芬兰Borealis 公司的Borstar 工艺技术 4 2 各种工艺技术特点 1 气相聚合工艺 最有代表性的是 美国 Univation 气相流化床技术 工艺特点 采用气相流化床反应器工艺技术 可生产密度0 915 0 96 g cm3 的产品 操作压力 2 4 MPag 左右 操作弹性大 催化剂对原料杂质要求高 所有原料均需精制 开发了茂金属复合型催化剂可生产双峰产品 可采用冷凝态和超冷凝态操作 可迅速带走反应热 可大幅度提高气相 反应器产量 扩能改造容易 缺点 与其他工艺相比 切换牌号困难 过渡料多 2 环管反应器聚合工艺 最有代表性的是 INEOS 公司环管淤浆法工艺技术 工艺特点 环管式反应器 采用轴流泵进行循环 稀释剂采用异丁烷 采用夹套冷却水撤热 产品密度范围宽 0 920 0 970 g cm3 操作压力居中 2 5 4 0 MPag 左右 反应器不粘壁 不需要定期清洗 建设费用较少 操作成本偏低 二个环管反应器串联 可生产双峰产品 3 浆液聚合工艺 19 最有代表性的是 LyondellBasell 公司的Hostalen 工艺和日本三井油化公司的CX 工艺技术 工艺特点 双聚合釜并联操作可生产单峰产品 串联操作可生产双峰产品 反应条件平和 操作压力 1 MPag 操作温度78 86 C 产品密度范围 0 943 0 965 g cm3 催化剂对原料杂质要求低 原料不需精制 聚合反应采用已烷作为溶剂 反应器清洗简单 单釜容积大 撤热方式多 效果好 采用高活性催化剂 催化剂消耗量少 丁烯 1 已烷 蜡均可回收 以减少单耗 可生产高质量及特殊性能的产品 产品牌号转换快 过渡料少 与其他工艺相比 产品性能好 但单耗较高 4 淤浆 气相组合新工艺 该工艺最有代表性的是芬兰Borealis 公司的 Barstar 工艺 工艺特点 环管反应器和气相反应器串联结合 可生产单峰及双峰产品 采用一种催化剂即能满足各种产品生产要求 采用丁烯 1 作为共聚单体 产品性能与其他工艺己烯 1 共聚产品相媲 美 环管反应器稀释剂采用超临界状态的丙烷 可生产分子量分布较宽产品 可生产全密度聚乙烯产品 单线生产能力达32 万吨 年 与其他工艺相比 产品性能好 但流程较长 能耗较高 20 表4 2 1 HDPE工艺技术方案对比表 浆液法 气相法 液相一气相组合新法 序号 项 目 CX 搅拌釜式 Ineos双环管反应器技术Univation Borealis 1 操作条件 压力 Mpa 温度 1 0 78 85 3 0 80 100 2 4 100 6 5 80 100 2 反应器形式 撤热形式上 搅拌式双釜 可灵活变换形式 生产 分子量分布窄 宽及双峰产品 反应热由己烷蒸发 反应器夹套盘管 通过夹套水系统及浆液外循环冷却 器撤出 双环管反应器相结合 生产 双峰产品 也可生产单峰产 品 反应器本身是套管式换热 器 内管走反应物料 通过 外管的夹套冷却水移走反应 热 气相流化床反应器 采用冷凝态技术 由循环气 迅速带走反应热 并通过外 部的调温水系统撤出反应 热 气相流化床反应器和环 管反应器相结合 生产双 峰产品 也可生产单峰产 品 反应热采用夹套通冷却 水撤热 3 产品特性 双峰产品 PE 100 PE 80 能生产双峰产品等特殊牌号产品 产品质量好 在世界市场上占有较大 份额 具有很好的声誉 能生产双峰 产品性能优良 是最早能生产双峰产品的生 产商 产品通用料多 据介绍采用 新型催化剂后能生产双峰 产品 尚未商业化 能生产双峰产品 已进入国际市场 产品性 能优良 4 单线生产能力 可达40 万吨 年 可达55 万吨 年 48万吨 年 30万吨 年 5 年操作时间 8400以上 大于8500 小时 8400以上 8000以上 6 聚合转化率 C2H4 总转化率可达98 99 反应器C2H4 单程转化率为 97 C2H4 总转化率98 99 C2H4 总转化率98 99 7 采用的共聚单体 丙烯 丁烯 1 己烯 1 丁烯 1 只能用于齐 格勒催化剂产品 丁烯 1 己烯 1 丁烯 1 己烯 1 21 浆液法 气相法 液相一气相组合新法 序号 项 目 CX 搅拌釜式 Ineos双环管反应器技术Univation Borealis 8 采用的溶剂的种类 己烷 异丁烷 异戊烷 诱导冷凝剂ICA 丙烷 9 反应终止系统 不会产生爆聚 不需终止系统 为防止爆聚用水做终止剂 将反应器内物料排入卸料 罐 以防止反应器堵塞 将终止剂CO 加入反应系 统 防止爆聚 将终止剂CO 加入反应 系统 防止爆聚 10 抗静电系统 不产生静电 不需抗静电系统 反应器易产生静电 当静电 高时 加抗静电剂 控制反 应器内静电剂的浓度 以防 止催化剂和PE 粉料粘壁 反应器易产生静电 当静电 高时 启动抗静电系统加入 水或乙醇 11 原料是否要精制 精制方法 对原料要求不高 乙烯装置出来的乙 烯 氢气可直接利用 无需精制 对乙烯和轻稀释剂不需要精 制 对氢气和共聚单体需要 精制 对原料要求高 除氢气外均 需精制 对原料要求高 除氢气外 均需精制 12 采用催化剂种类 活性及其特点 催化剂为钛系 催化剂活性高 单一 催化剂能用于所有高密度产品 此工艺国内引进较早 催化剂已完全 实现国产化 北京化工研究院研制的 BCE 催化剂已经达到国际领先水 平 Zr 系催化剂 铬系催化剂 用 同一种催化剂可生产单峰和 双峰产品 Zr 系催化剂的活 性在10000 20000 重复使 用性好 铬系催化剂需要用 活化炉活化后才能使用 钛系催化剂 铬系 F S 催化剂 双峰催化剂 BMC 100 BMC 200 催化剂活性保证值为钛系 淤浆 10425 11550 S 催 化剂活性为2100 2250 F 催化剂活性为2030 5790 13 生产历史及业绩 是较早的HDPE 生产技术 目前全 球共有42 套CX 工艺装置 总生产 是最早开发的HDPE生产技 术 始于20 世纪50 年代 是 1968 年建成Unipol 气相流 化床生产装置 80 年代后不 最新开发的技术1995 年 在芬兰建厂投产 规模 22 浆液法 气相法 液相一气相组合新法 序号 项 目 CX 搅拌釜式 Ineos双环管反应器技术Univation Borealis 能力达502 3 万吨 在国内共有扬 子 大庆 燕山 兰州5 套装置 其 中大庆2 套 近年主要业绩有 1 伊朗 30 万吨 年 2004 年 2 伊 朗 30 万吨 年 2005 年 3 印度 32 万吨 年 2006 年 世界上第二大HDPE的生产 商 自1960 年开始 使用淤 浆法生产高密度聚乙烯产量 为1879 万吨 生产线为20 条 断改进 有35 年转让的历 史 曾转让过51 套装置 涉及到28 个国家 12 万吨 年 目前扩建到 18 万吨 年 1998 年重 组 成立Borealis 公司 2001 年阿布扎比建成一 套45 万吨 年 二条生产 线 2002 年中国上海石 化公司建成投产一套25 万吨 年 23 4 3 工艺选择结论 上述几种技术都是成熟可靠的 均有生产装置在运行 每种技术都有自己的特点 和优势 最终选择哪种技术需要多方面比较 由于CX 淤浆法工艺独特的串并联工艺可 以生产多种牌号的HDPE 产品 特别是一些性能优良的特殊牌号产品以及双峰产品 另 外采用己烷作为溶剂溶解了大部分低聚物 产品性能优良 能满足用户对HDPE 各种产 品的使用要求 因此产品很有市场潜力和竞争力 同时 该技术也是国内最早引进的技 术 现已有20 多年的操作经验 工艺可靠 目前 此工艺国内经过多年开发 已经形 成具有自主知识产权的工艺包 工艺使用费用远低于引进工艺 还有中国石化集团上海 工程有限公司和中国石化股份有限公司扬子石化公司拥有的此工艺的外循环取热技术 有利于装置扩能改造 另外 此工艺除挤出机外 设备基本实现国产化 装置投资较低 因此 本可研报告推荐的聚乙烯工艺技术是成熟可靠的 而且产品有竞争力 4 4 工艺流程 本装置工艺流程简图见附图1 4 4 1 催化剂配制及加料 本装置主要使用二种催化剂 BCE 主催化剂和AT 三乙基铝 助催化剂 1 BCE 催化剂 将BCE 催化剂在BCE 稀释罐用己烷稀释到规定的浓度后 经BCE 计量泵加至每 个聚合反应器 2 AT 催化剂 将AT 催化剂在AT 稀释罐用己烷稀释到规定的Al 浓度 用AT 计量泵加入每个聚 合反应器 4 4 2 聚合部分 乙烯 丙烯 丁烯 1 氢气和己烷分别按规定量加入到反应釜内 加入的原料气由 搅拌器彻底分散于己烷中 乙烯气体则在催化剂的存在下聚合 并形成具有规定浓度的 淤浆 淤浆通过聚合釜溢流管流至淤浆稀释罐分离为液相和气相 气相送回至聚合反应 器 聚合物淤浆通过LC 减压后送入闪蒸罐进行闪蒸 闪蒸气体冷却后可返回聚合釜或 送至乙烯装置 闪蒸罐内的淤浆根据串联或并联操作送至第二聚合釜或和第二闪蒸罐内 的淤浆混合送入离心机 24 4 4 3 分离和干燥 产品淤浆通过淤浆输送泵连续地加至高速旋转的卧式离心机 聚合物在此被离心分 离为聚合物湿饼和己烷母液 己烷母液溢流至母液罐 由母液输送一部分至聚合反应工 段 其余部分送至己烷回收工段 聚合物湿饼被送至干燥机内 用干燥氮气干燥 4 4 4 造粒 按照每种产品类型规定的稳定剂配方 将稳定剂加到PE 粉料中 通过造粒机时 被熔融混合 并被水下切粒设备切成粒料 形成的颗粒树脂是利用循环颗粒冷却水输送 到粒料分离器过滤 干燥脱水 4 4 5 粒料掺混 包装与码垛 从造粒单元来的粒料经粒料掺混系统掺混 使全部批量均匀后 送至包装系统 4 4 6 己烷蒸馏 含有低分子量聚合物的己烷母液 送往己烷汽提塔汽提和闪蒸罐闪蒸 闪蒸的己烷 蒸汽进入脱水塔脱水后循环利用 低聚物由低聚物泵送到低聚物脱活器脱活后外送 4 5 主要操作条件 表4 5 1 主要工艺控制参数表 序号 工段 工序 控制参数 控制指标 l 催化剂 配制 系统压力 温度 0 0l 0 03MPa 常温 2 聚 合 聚合压力 聚合温度 母液直接复用率 0 8MPaG 85 50 80 离心分离 液固比 3 1 蒸汽回 转干燥器 干燥温度 系统压力 100 4kPa 3 分 离 干 燥 干燥气循环 操作温度 60 己烷汽提 塔底温度 塔底压力 120 0 3MPa 操作温度 90 4 溶 剂 回 收 己烷脱水 系统操作压力 0 08MPa 25 5 物料平衡及产品流向 进出装置总物料平衡如下 BCE 10 1t a 乙烯 94000t a 丁烯 1 513t a 氢气 67 t a 高密度聚乙烯 91235t a 聚合物废渣 26 5t a 颗粒产品低聚物 2500t a 火炬气 1200t a 丙烯 422 5t a AT 18 2t a 稳定剂 270t a 9 万吨 年 HDPE 装置 26 6 主要设备选择 6 1 设备概况 本装置将采用国产化 淤浆法HDPE 工艺 设备的设计工作将严格遵循国家现行的 法规 标准 规范以及相关文件 除部分机械设备外 其它设备的设计 制造在充分考 虑技术的安全性 可靠性与经济性的基础上 均立足于国内采购 按照本装置的工艺条件及介质的特性 环境条件等 除部分非标设备采用0Cr18Ni9 或0Cr18Ni9 Q345R复合板外 其余非标设备材料主要为16MnDR Q345R Q235 B 20 等 与粉料颗粒接触的料斗 料仓采用铝合金材料 除非有特殊的要求 水冷器的水侧应进行防腐处理 6 2 主要设备特点及主要设备表 6 2 1 主要设备特点 1 第一反应器和第二反应器 第一反应器 第二反应器为本装置的核心关键设备 为釜式反应器 内壁需抛光处 理 材料选用SA516 Gr70N 反应器设计压力 1 0 MPag 设计温度 120 C 2 挤压造粒机组 本装置有一台挤压造粒机组 属长周期制造的关键设备 设备主要包括 挤压机 混 炼机 熔融齿轮泵 换向阀 造粒切粒系统 润滑油及热油系统等 主机电机可采用 固定转速电机结合机械调速装置 齿轮泵与切粒机采用变频电机控制 挤压工艺段采用 双螺杆 筒体带冷却夹套 初次启动阶段采用蒸汽或热油加热 正常运转夹套水冷却控 制温度 模头采用热油作为热媒 切粒刀转速可调 切粒机构采用可移动小车机构与模 头联接 动力液压装置提供动力 熔融齿轮泵根据产品规格和产量的要求定制 3 添加剂加料系统 添加剂计量输送采用失重式加料器 上部为失重料斗 底部采用螺杆加料器 程序 控制 添加剂来自拆包站 经失重加料器精确计量后与母料一起混合后进入下游的挤出 机 4 淤浆冷却水泵 该泵用于供给反应器冷却水 可选用APIBB1型双吸离心泵 由于使用场合重要 27 需设置备台 5 淤浆泵 本装置中的浆料泵介质中含 PE粉料 为特殊叶轮和泵壳设计 密封结构需能保证 不受粉料的影响 需带外部冲洗 同时对机封进行冷却 需采用串联双密封 6