主流氣相法聚丙烯工藝對比

姜建軍，李忠才

1 聚丙烯工藝專利商技術簡介

當今全球主流氣相法聚丙烯生產工藝主要有巴塞爾、英力士、JPP、格雷斯、魯姆斯四家，其中英力士出于市場考慮，從2016年9月開始停止專利技術的轉讓授權。其余四家專利商的先進技術

方案分別為巴塞爾的Spherizone工藝，JPP的Horizone工藝，格雷斯的Unipol工藝及魯姆斯的Novolen工藝，四家聚丙烯生產工藝各有自己的特色，以下從多個方面簡單比較四家主流工藝的技術方案。

1.1 技術概況

表1 四家主流工藝技術概況

巴塞爾的Spherizone工藝是在原先的SpheripolI工藝上改進，于2002年Brindisi一套20 t/h裝置投入工業運用，反應器的設計新穎獨特，借鑒了催化裂化使用的提升管反應器的設計。JPP的Horizone工藝是在阿莫科氣相法聚丙烯技術上經過多次改進優化而來的，于2003年正式投入工業化運行，與英力士的Innovene工藝師出同門，兩工藝在反應器布置形式上有所差異，其余差異不多。格雷斯的Unipol工藝在20世紀80年代投用，工藝不斷改進并且催化劑更新換代，現有約40條以上生產線在運行，在國內因煤化工的崛起而占據了不少市場份額。魯姆斯的Novolen工藝在20世紀60年代投用，經過不斷的工藝改進和催化劑更新換代，生產靈活多變，且轉讓授權費較其它幾家便宜很多，因此在投資預算不是很多的時候大受追捧。四家工藝技術對比詳情見表1。

1.2 產品特點及應用范圍

1.2.1 產品主要特點

Spherizone工藝可生產均聚、無規共聚、抗沖共聚和三元共聚，及均聚-無規共聚物、無規-抗沖共聚物，共計約185個牌號產品。該工藝在多區反應器內即可生產雙峰分布產品，產品結晶度高，剛性良好，力學和加工性能均優異[1]。無規共聚產品在光學、力學，以及熱力學方面性能突出；抗沖共聚產品將沖擊與剛性性能兩者進行了平衡。該工藝可生產雙子無規聚丙烯，使共聚單體分子量雙峰分布；無規物和抗沖物組合的聚丙烯包含了無規物的光學特性和抗沖共聚物的韌性；均聚與無規組合聚丙烯綜合了無規和均聚產品的特性，使產品加工和力學性能兩者優異結合。此工藝產品顆粒度均一，熔指范圍寬，可生產出高剛性與高結晶度，以及熱封溫度很低的產品。

Horizone工藝可生產均聚、無規共聚、抗沖共聚，共計90個牌號產品，可適應英力士Innovene工藝系列產品的生產。該工藝可生產EPR含量超高的、直接在反應器中生成的新型聚丙烯[2]，改善了產品的抗沖擊性能，即反應器合成熱塑性彈性體RTP-O。NEWCON系列聚丙烯是使用專有催化劑技術相結合而生產出的新R-TPO產品，這個系列產品分為H型和A型。A型產品超軟，低溫沖擊強度高，具有透明度高、尺寸穩定、低變色性等優點；H型產品為高剛性和高抗沖擊聚丙烯，產品的EPR與HPP相容性好，剛韌平衡性優異，沖擊實驗時不會斷層。NEWCON系列聚丙烯不單可以用于注塑成型，且適用于吹塑薄膜與擠出板材。JHC型、JHN型催化劑生產的Newcon抗沖擊聚丙烯，具有高含量橡膠成分，高柔軟，高透明，高抗沖擊性。

Unipol工藝可生產均聚、無規共聚、抗沖共聚、三元共聚，共計約200個牌號。該工藝的產品在大多數領域應用，目前國內以生產均聚產品為主，部分裝置在生產抗沖產品，該工藝操作彈性大是一特點。該工藝使用超高活性SHAC主催化劑加外給電子體技術，設備簡易，前期投資很少。使用先進控制后，產品穩定性好。產品熔指分布寬，等規度高；乙烯含量最高達12%（摩爾分數）或丁烯含量達21%（摩爾分數），具有高熔指的無規共聚物以及具有好的剛性和抗沖擊平衡性能的各種抗沖共聚物。

Novolen工藝可生產均聚、無規共聚、抗沖共聚、三元共聚，約150個牌號產品。該工藝的產品在大多數領域應用，目前國內以生產均聚產品為主，使用的是立式攪拌床氣相聚合反應器，無液體，造粒脫氣工藝。該工藝的特別之處是將第一聚合反應器與第二共聚合反應器串聯的方法生產均聚物，使均聚產品產量提高大約30%，同樣，也可以將反應器串聯用來生產無規共聚物[3]。該工藝具有茂金屬催化劑系列產品，可生產高結晶PP，高透明PP；可控流變法生產高熔指PP；高剛性、高韌性綜合平衡性TPO產品；以及適用于高速紡絲的PP產品。

1.2.2 產品主要應用范圍

四家工藝產品在各行業都廣泛使用，每家產品在市場上都能夠滿足需求，市場占有率、以及客戶接受程度不一樣，高端產品主要集中在巴塞爾一家，JPP產品也有一些份額。具體應用范圍見表2，由此表可見，每家工藝產品應用差不多。

1.3 主要工藝流程

四家氣相法工藝在主要流程方面差異很大，具體表現見表3，但在造粒加工以及粉、粒料輸送部分基本一樣，下面從主要流程部分具體闡述。

1.3.1 Spherizone工藝流程簡介

從預聚合反應器出來的主催化劑、助催化劑漿料和加入的丙烯、乙烯在多區反應器內反應，多區反應器分為上升段 （類似于流化床反應器）和下降段（類似于液相本體反應器），反應器類似于全混流式反應器。上升段的氣固兩相物料進入頂部旋風器分離，氣相丙烯經壓縮機壓縮冷卻后返回反應器循環利用，在反應器下降段頂部設有液體阻隔段，從而保證兩段反應器內組分含量不同。反應后產品及氣體連續排到下游分離系統。從多區反應器排出的物料經中壓袋式過濾器分離，中壓袋式過濾器底部加入新鮮丙烯置換出粉料夾帶的未反應單體，粉料在壓力差下進入氣相流化床反應器。抗沖反應器是氣相流化床反應器，從中壓分離器來的均聚PP，在反應器內和乙烯、丙烯繼續反應，流化氣采用離心壓縮機循環，反應熱通過循環氣冷卻器撤出。從反應器出來的氣固兩相分別經中壓和低壓袋式過濾器，中壓分離后的氣體經壓縮后返回到多區反應器，低壓分離的氣體經壓縮后回到中壓壓縮機入口，這樣分離效果更好，能耗低，但是此工藝總體投資稍高。從低壓過濾器分離后粉料進入汽蒸和干燥兩個單元，粉料產品烴含量低，有利于生產食品級及醫藥級產品。

表2 產品應用概況表

1.3.2 Horizone工藝流程簡介

主催化劑和助催化劑及丙烯、乙烯分別加入到反應器，反應器設有T型攪拌器，液相丙烯從反應器頂部噴入，氣化后從反應器頂部排出，氣體經冷凝后用泵循環回反應器，不凝氣經壓縮后返回反應器底部。反應器內物料在料位的控制下間歇排到下游氣鎖系統。反應器內物料流動形式是類似于活塞流式反應器。從均聚反應器排出的物料經氣鎖系統用新鮮的丙烯充分置換出未反應丙烯單體后，壓入抗沖反應器系統。反應器采用密相輸送，直接采用低壓分離。從低壓過濾器分離后粉料進入粉料凈化倉，在凈化倉底部注入低壓氮氣和少量低壓蒸汽，置換出未反應單體，以及失活催化劑和TEAL。從凈化倉排出的氮氣和丙烯尾氣經膜回收系統回收，降低裝置單耗。

1.3.3 Unipol工藝流程簡介

主催化劑和助催化劑及丙烯、乙烯分別加入到反應器，反應器是流化床反應器，反應器內物料呈流化狀態，反應熱靠循環氣冷卻器撤出，反應器內物料在料位的控制下依靠PDS系統間歇排到下游系統，反應器為全混式反應器。此工藝循環氣壓縮機帶有事故透平，用來減少事故狀態下的排放。從均聚反應器排出的物料經過物料傳輸系統進入第二反應器，沒有設置氣體置換系統。與均聚反應器一樣，反應器內物料呈流化態，反應熱靠循環氣冷卻器撤出，反應器內物料在料位控制下依靠PDS系統間歇排到下游系統。從反應器排出的氣體進入低壓凈化倉進行低壓分離。經過低壓過濾器分離后粉料進入凈化料倉，凈化料倉底部注入低壓氮氣和少量水蒸汽，置換出未反應丙烯單體、失活催化劑和TEAL。一部分通過回收氣壓縮機冷卻器冷凝后直接返回聚合系統，另一部分精餾后經高速泵提壓返回聚合系統，余下的通過塔底排至界區外處理。

表3 四家工藝關鍵設備及工藝對比

1.3.4 Novolen工藝流程簡介

主催化劑和助催化劑及丙烯、乙烯分別加入到反應器，反應器設有攪拌器，液體丙烯從反應器頂部噴入，氣化后從反應器頂部排出，氣相丙烯冷凝后用泵循環回反應器頂部，不凝氣壓縮后返回反應器底部。反應器內物料在料位控制下間歇排到下游系統。反應器內物料流動類似于全混流。均聚反應器排出的物料直接進入到第二反應器系統，沒有設置傳輸系統和氣體置換系統。抗沖反應器與均聚反應器基本一樣，流程配置與均聚基本一致。反應器采用密相輸送，粉料分離直接采用低壓分離。從低壓過濾器分離后粉料進入凈化倉，在凈化倉底部注入氮氣，置換出未反應單體。催化劑和三乙基鋁的失活在擠壓機內進行，在擠壓機料頭內加有脫鹽水，擠壓機中間段設有一真空抽吸系統。從凈化倉排出的氮氣和富含丙烯的尾氣經膜回收系統回收利用，降低了裝置單耗。

1.4 設備情況

四家氣相法工藝主要設備臺數見表4，由表4可以看出，工藝流程復雜的工藝設備種類和數量較多，如巴塞爾的Spherizone工藝，而格雷斯的U-nipol工藝設備簡單，流程短小簡練，因此設備數量少很多。

表4 四家工藝關鍵設備臺數對比

2 技術附件方案對比

2.1 能耗、物耗及生產成本

2.1.1 均聚產品

由表5可見，通過對巴塞爾、JPP、格雷斯以及魯姆斯熔指在9～15范圍內的均聚產品的對比，得出結論：總成本格雷斯＞魯姆斯＞巴塞爾＞JPP，數值相差90元/t左右。單位能耗對比可看出JPP＞格雷斯＞巴塞爾＞魯姆斯。

表5 均聚產品對比

表6 無規產品對比

2.1.2 無規產品

由表6可見，通過對巴塞爾、JPP、格雷斯以及魯姆斯熔指在0～2.2范圍內的無規共聚產品的對比，得出結論：總成本，魯姆斯＞格雷斯＞JPP＞巴塞爾，數值相差190元/t左右。單位能耗對比可看出，JPP＞格雷斯＞魯姆斯＞巴塞爾。因JPP工藝選取的牌號熔指最低，所以在擠壓機消耗大量電能導致能耗最高。

表7 抗沖產品對比

2.1.3 抗沖產品

由表7可見，通過對巴塞爾、JPP、格雷斯以及魯姆斯熔指在7～11范圍內的抗沖共聚產品的對比，得出結論：總成本，格雷斯＞巴塞爾＞魯姆斯＞JPP，數值相差130元/t左右。單位能耗成本可以看出，魯姆斯＞格雷斯＞JPP＞巴塞爾。

2.2 進口及長周期設備

由表8可見，造粒機的訂貨周期最長，因此確定使用哪家的造粒機是關系到聚丙烯項目順利按時進行的首要任務，必須統籌優先考慮。

3 結論

四家氣相法工藝各有自己的優缺點，簡單對比后，便于廠家根據自己的需求選擇不同的工藝包。巴塞爾、JPP工藝有催化劑預處理，能夠減少粉料細粉的產生，有利于包粉料時的計量，同時很少的細粉也是安全環保的有利因素。從國內已投放市場的產品來看，巴塞爾和JPP有較多的高端專用料業績，如汽車保險杠、洗衣機專用料、PPR等。格雷斯和魯姆斯高端專用料在國內工廠僅有短時間的試生產，無長期市場占有率的產品。從相同熔融指數產品的生產成本來看，可以看出幾種工藝的投資和生產成本相差不大，JPP與巴塞爾工藝成本控制略勝一籌。能耗對比可看出，巴塞爾工藝在各牌號能耗控制方面優于其他三家。

表8 設備一覽表

[1] 牛欣宇.Spherizone工藝技術研究現狀[J].工業催化，2014，22（2）：92-94.

[2] 姜立良，李元凱.Innovene工藝與Horizone工藝的比較[J].合成樹脂及塑料，2015，32（3）：77-81.

[3] 付義，王冠，高堂鈴，等.氣相法聚丙烯生產工藝技術及其產品應用進展[J].化學與黏合，2015，37（5）：375-379.