庞艳勇

(中国石化长城能源化工(贵州)有限公司，贵州 贵阳 550081)

聚乙烯(PE)是由乙烯单体共聚或者与高级α-烯烃在不同聚合工艺和催化剂下聚合得到的产品，由于熔融指数、密度、分子量大小、分子量分布的不同，从而得到不同链结构的聚乙烯，加入助剂后，经过进一步改性加工，使得不同树脂产品在光泽度、拉伸强度、冲击强度、耐穿刺性、耐高低温、耐磨等性能方面有着优异的表现，可用于制作薄膜制品、塑料管材料、吹注塑制品、电缆、设备零件、纤维制品等。现有聚乙烯主流的合成技术有低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)，另外茂金属聚乙烯(mPE)、超高分子量聚乙烯(UHmWPE)、聚乙烯弹性体(POE)在国内属于较为前沿的聚乙烯合成技术[1]。针对以上不同技术挑选出一到两个工艺路线，介绍不同聚乙烯合成技术的现存装置情况、工艺流程、产品用途、装置投资、产品价格、生产成本等方面内容，并对其分析比选。

1 LDPE

高压法生产LDPE是在高温高压(100～300 MPa，200～300 ℃)下，经引发剂作用，乙烯发生自由基聚合反应得到LDPE产品，如与醋酸乙烯聚合，即可生产EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)产品。依据反应器的不同，分为釜式法和管式法，管式法比釜式法产能大，目前国内高压聚乙烯20余套，燕山、茂名、齐鲁、扬巴、中天合创、山东联泓、斯尔邦、台塑、神华等，规模均在10～30万吨，新上项目有中科、古雷、中化泉州等[2]。目前国内神华榆林高压聚乙烯装置规模为32万吨/年，为国内高压规模较大装置之一，采用BasellLupotech T工艺技术，据了解该工艺最大设计能力为45万吨LDPE，生产低密度树脂和EVA等产品。

因设备几乎都为国外进口，高温高压，投资约14～24亿，调节剂和引发剂用量较高，三剂成本高，但其流程相对较短，装置需要大量蒸汽进行保温，能耗高，单程转化率低，一般为20%左右，总体加工成本稍高些，约在900元/t左右。此外，高压聚乙烯反应条件高温高压，安全风险大。目前产品价格在9500～11000元/t，VA含量达到20%以上，价格13000元/t左右。LDPE产品主要用于涂覆料、注塑膜料、复合膜和粉料涂料等。EVA视VA含量的不同，应用领域也不同。

以榆林32万吨/年高压聚乙烯为例，装置以乙烯为原料，经一次压缩机和二次压缩机压缩到反应所需压力，送入反应器内，以有机过氧化合物作为引发剂，在高温高压(100～300 MPa，200～300 ℃)条件下进行聚合。从反应器出来的物料进入高压分离器，未反应的乙烯和聚合物进行第一次分离，分离出来的气体经高压循环系统返回二次压缩机入口，分离出来的混合物进入低压分离器，使未反应的乙烯和聚合物进行第二次分离。聚合物进入挤压机挤出造粒后，进行计量净化即可包装出厂。装置由压缩、聚合、高/低压分离、造粒、脱气和风送、包装等部分组成，占地面积约3.5×106m2左右[2]。

2 HDPE

目前比较热门的HDPE路线为BasellHostalenACP工艺，采用钛系配位聚合催化剂，通过两个或三个反应釜的串并联实现不同分子量分布的产品，可生产三峰聚乙烯产品；粉料经粉料、干燥、净化后，再进行造粒；反应以己烷为溶液，同时配有己烷存储回收系统。现存装置吉林石化、抚顺石化、四川石化，目前国内新上项目宝莱、卫星、恒力、镇海、海南新上项目均采用Basell工艺，占新上HDPE工艺的70%以上，最大规模可达35万吨/年。

动设备较多，流程长，以35万吨/年装置规模为例，投资约10亿，占地面积4×106平方米左右，催化剂使用Z-N系列，单耗为1.009，需使用己烷溶剂，共聚单体为丁烯，加工成本略高于中石化SGPE工艺，其中三剂成本较低，变动成本高，己烷消耗大，加工成本在700～1000元/t之间。产品价格高于LLDPE产品，高出500～1000元/t之间，目前价格为8000～9000元/t之间，主要市场为东南沿海地区。高密度聚乙烯可用于滚塑、吹塑、注塑、管材等。由于转动设备多、易堵塞、外取热系统易结垢等原因，装置实现长周期连续生产较困难，不利于单套运行。

3 LLDPE

LLDPE聚乙烯装置生产工艺分为气相法、淤浆法和溶液法，目前以气相法为主，采用气相法的全密度聚乙烯装置产能在LLDPE聚乙烯总产能中的占比接近80%。气相法聚乙烯技术可以生产密度916～965 kg/m3即全密度聚乙烯树脂，聚合反应在流化床反应器(中进行，其正常反应压力为 2300 kPa，反应温度在88 ℃左右。生产的聚乙烯产品牌号不同，其反应温度不同。反应循环气由反应器底部进入。反应所需的乙烯、共聚单体、冷凝剂、氢气、氮气以及助催化剂TEAL分别注入到返回反应器的循环气管线中，催化剂从反应器的底部注入，可生产916～965 kg/m3全密度范围的产品，产品覆盖薄膜、中空吹塑、注塑、单丝、管材及电缆料等应用范围。

气相法聚乙烯工艺特点是流程简单、操作灵活、安全可靠、投资少、生产成本低。以30万吨/年规模为例，投资约8亿，占地面积在4×106m3左右，转化率也较高，能耗和三剂成本低。由于气相聚乙烯属于入门级聚乙烯生产技术，聚乙烯产能逐渐扩大，许多新企业都选择该生产工艺，尤其是西北地区煤制烯烃和东部沿海地区炼化一体化项目的不断扩张，使聚乙烯产品竞争日趋激烈，十三五期间投产的LLDPE装置约为560万吨，华中地区是受西北煤化工聚乙烯冲击的主要市场，华南和华东地区受东部沿海炼化一体化聚乙烯冲击的主要市场。产品同质化趋势在不断加重，导致常规LLDPE产品价格不断下滑，目前常规膜料产品已降至7500元/吨，而且有可能长期处于该价格。总体来讲，气相法聚乙烯装置处于饱和状态，其竞争优势不明显。

4 mPE

茂金属聚乙烯技术是利用目前聚乙烯工艺使用茂金属催化剂或非茂金属催化剂生产分子量分布窄的聚乙烯产品，国外生产企业有陶氏、埃克森、LG、三井，国内装置有齐鲁、大庆、独山子，目前广州石化、扬子石化、茂名石化也都在积极开展茂金属产品的开发工作。以气相聚乙烯技术为例，投资、占地面积、转化率、装置能耗等均与气相聚乙烯工艺一样，茂金属产品目前国内市场在200万吨/年左右，国内生产在20万吨/年左右，其价格高于普通产品价格1200～1600元/t。茂金属聚乙烯产品光学性能优，高透；刚性/韧性平衡，利于减薄和树脂简化，耐穿刺性和抗拉强度优，在低温和收缩膜、管材料上有很大优势[4]。

如果长期生产茂金属产品，己烯需求量大；产品分子量分布窄，下游加工困难；原料精制要求高；生产容易波动，操作水平要求高。基于投资、效益、安全、环保等因素考虑，可以考虑继续利用中石化SGPE工艺，稍作工艺改动，使产品覆盖“钛系+茂金属+铬系”的多产品路线，实现产品差异化、多样化和高附加值，实现一器多用。茂金属催化剂成本会增加800元/吨，随着茂金属催化剂国产化，未来3～5年茂金属催化剂成本会有大幅下降，总之，气相HDPE+mPE工艺从投资，能耗及安全环保等面均优于其他聚乙烯工艺技术。

5 UHmWPE

高分子量聚乙烯(UHMWPE)是指分子量100万以上聚乙烯的统称，主要用于塑料改性、管材、高强度板、纤维等高端领域。超高分子量聚乙烯是由乙烯聚合而成，生产过程与普通淤浆高密度聚乙烯的生产过程相类似，都是采用齐格勒催化剂在一定条件下使乙烯聚合，即乙烯聚合、分离、干燥，超高分子量聚乙烯熔融指数几户为零，流动性极差，无造粒。国外生产企业有美国塞拉尼斯、日本三井、巴西BRASKEM等，其中塞拉尼斯在南京有一套2万吨装置。国内装置有上海化工研究院旗下的上海联乐和河南沃森、无锡富坤、九江鑫星，其均采用间歇小本体搅拌釜生产，规模均在万吨以下。燕山石化2013年由原低压装置转型生产超高，规模1万吨。巴西BRASKEM采用低压连续法，规模为4.5万吨/年[5]。2019年，中石化上海工程有限公司、扬子石化公司共同承担的科技开发项目“淤浆连续法生产超高分子量聚乙烯工艺包开发”通过中国石化科技部组织的审查，目前开发了4万吨/年淤浆搅拌釜连续法生产超高分子量聚乙烯工艺包，扬子石化计划新建万吨级示范装置项目[6]。上海化工研究院也计划在河南沃森上3万吨/年淤浆环管连续法装置。

截止2019年，全球产量在20万吨/年，国内产量8万吨/年，其价格高出普通聚乙烯2000～5000元/t，分子量越高，纯度越高，价格更高，高端的纤维料，价格达到50000元/t，分子量在700万以上。单耗略高，催化剂独家供应，成本较高，核心技术是催化剂，操作和转产难度均不大，以3万吨淤浆环管连续法装置为例，占地面积不到50亩，投资约3亿。超高分子量聚乙烯市场容量有限，国内需求增长幅度约为10%，如果大规模生产，一旦供大于求，市场价格将会下跌，进一步挤压常规材料市场。

6 POE

聚烯烃弹性体(POE)以茂金属为催化剂的具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布的热塑性弹性体，介于橡胶和树脂之间的一种新型材料，既有橡胶的韧性，又有聚乙烯树脂的塑料性能和加工性能。主要用于聚烯烃产品的改性和回收料增韧改性，在注塑、流延膜、电缆料、胶粘剂等方面具有优势。生产工艺大部分采用在茂金属催化剂作用下高温溶液法聚合，反应器可以是环管或釜式。国外生产企业有陶氏、埃克森、LG、SK、三井，最大规模在20万吨/年。国内没有装置生产，全部依赖进口，烟台万华2015年开始攻关研发，现在已经开始中试，计划2025年形成20万吨/年的产能。目前国内市场在40万吨/年左右，普通产品价格在15000元/t左右，一些高端乙烯/辛烯的产品价格会更高。

7 结 语

LDPE投资较高，产品价格也较高，LLDPE和HDPE投资较少，单位产品加工成本也较低，但是由于市场供大于求，产品价格一直处于低位，单位产品的经济增加值低。UHMWPE和POE市场前景较好，但是市场容量有限，不适于大规模生产，mPE产品各方面表现优异，随着茂金属催化剂国产化，未来3～5年茂金属催化剂成本会有大幅下降，总之，气相HDPE+mPE工艺从投资回报率、能耗及安全环保等面均优于其他聚乙烯工艺技术。