協同創新引領聚烯烴技術高速發展

王福安 陳永強 何 琨

材料作為人類發展的主要物質基礎，是文明社會發展的里程碑之一。聚烯烴作為重要的高分子材料，是現代化發展的重要標志。在國際形勢風云變幻大背景下，全球聚烯烴行業在新的挑戰和機遇面前，借助需求和供給、產業鏈和供應鏈，引領經濟市場發展和聚烯烴技術突圍。創新是發展和突圍的第一動力，其中自主創新是根本、技術創新是核心、協同創新是關鍵。協同創新是指創新資源和要素有效匯聚，通過突破創新主體間的壁壘，充分釋放彼此之間“人才、技術、信息、資本”等創新要素活力而實現的深度合作，是當今科技創新的新模式，也是以知識增值為核心，政府、企業、大專院校和科研院所等“產、學、研”機構為實現重大科技創新而開展的大跨度協同整合的低投入、高產出模式。中國石化聚烯烴技術從無到有、從小到大、從大到強，經歷了引進消化吸收、走出國門、百花齊放等幾個發展階段。

引進國外先進聚烯烴技術消化再吸收

從20世紀70年代起，中國石化開始引進整套聚烯烴工業生產裝置，此時聚烯烴技術專利技術工藝包、工程設計、設備供貨、材料供應等還依賴國外專利商和國外工程公司。1971年，蘭州石化公司投產的低密度聚乙烯（LDPE）生產裝置采用的英國ICI釜式專利技術是最早引進的整套聚烯烴技術之一，此后大量國外先進聚烯烴技術陸續被引進。引進聚乙烯工藝技術主要包括Innovene氣相工藝、Borstar淤漿氣相組合工藝、Spherilene氣相工藝等，生產HDPE、LDPE、LLDPE等寬峰、窄峰、雙峰聚乙烯產品。引進聚丙烯工藝技術主要包括Spheripol淤漿工藝、Spherizone氣相工藝等，生產均聚、雙峰、抗沖、三元、雙無規、無規抗沖等聚丙烯產品。

面對世界一流技術，中國石化科研人員、工程技術人員通過“產、學、研”協同創新，不斷對引進技術進行深入細致的消化吸收，首先在工程設計、物資采購、施工建設等方面取得長足進步。如在工程詳細設計過程中，采用PDS三維模型可快速可靠地實現：管道材料及時準確抽取、模型智能立體碰撞檢查、便捷界面菜單設計修改、設計成品圖紙智能提取等功能，提高了設計質量，縮短了設計時間。從而使引進聚烯烴專利技術能夠完全適用于中國本土，為我國石化企業聚烯烴裝置創造出了良好的經濟效益。

走出國門參與海外聚烯烴項目的國際競爭

進入21世紀，我國石油化工行業發展進入了新的時代，“一帶一路”倡議下的油氣企業依托亞太及中東地區豐富的資源儲備，以及各國金融市場活躍資本、世界先進技術推動能源管網及油氣全產業鏈一體化建設，通過商貿、技術、金融等路徑推進合作，構建起陸上和海上合作圈。

中國石化利用國內聚烯烴建設項目中工程設計、物資采購、施工建設等方面的技術優勢，通過與國外專利商協同創新，走出國門參與海外聚烯烴項目的國際競爭。2005年中石化上海工程有限公司（SSEC）與國際AKER KVAERNER公司發揮各自技術優勢，開展背對背合作，以EPC總承包的方式承接沙特阿拉伯聚烯烴工廠項目，包括線性低密度聚乙烯（LLDPE）裝置、聚丙烯（PP）裝置、粒料處理PHU裝置等三項工業裝置；其中PHU裝置采用中國石化自有技術，由摻混、包裝、物流三部分組成。在工程設計階段，將PDS三維模型應用到項目中，大大提高了設計質量。

2009年SSEC與AKER KVAERNER進行高度緊密地協同創新后，提升了LLDPE裝置和PP裝置的生產規模，并實現機械竣工。2010年，沙特阿拉伯業主頒發了聚烯烴工廠最終接受證書。聚烯烴工廠EPC總承包項目取得了進度、質量、費用三豐收，LLDPE裝置、PP裝置、粒料處理PHU裝置提前兩個月建成，投料開車一次成功，而且項目建成投產至今從未發生由于質量問題導致的非正常停車。

百花齊放聚烯烴技術實現高速發展

近年來，中國石化科研人員、工程技術人員為提升石油化工企業綜合效益，繼成功開展工程設計、物資采購、施工建設之后，向聚烯烴技術最后的“堡壘”—專利技術工藝包的研究開發進軍，引領聚烯烴技術高速發展，呈現出百花齊放的大好局面。

據不完全統計，大宗聚烯烴產品已開發成功的工藝包有：中國石化STPE淤漿法高密度聚乙烯（HDPE）技術、SGPE氣相法聚乙烯（PE）技術、SPG氣相液相組合法PP技術、STPP環管法PP技術等，通過標準化、系列化、模塊化、屬地化方式大規模應用在中國石化行業內外數十套聚烯烴工業生產裝置中，技術經濟指標與國外專利商不相上下。

PP裝置反應工段PDS三維模型圖。 王福安/供圖

催化劑開發方面：中國石化成功開發具有自主知識產權的聚乙烯鈦/鎂BSG型、SLC-S型催化劑并在鎮海煉化公司實現完全替代，還有北京化工研究院BCS、BCG型催化劑，上海化工研究院SCG-1催化劑等都成功應用于國內聚乙烯裝置，生產出質量穩定的LLDPE或HDPE產品。

反應器研究方面：淤漿聚合反應釜制備高密度聚乙烯HDPE和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）過程中，中國石化“產、學、研”協同創新，開展組合攪拌槳核心關鍵技術研究。

工藝改造方面：中石化上海工程有限公司SSEC氣相液相組合法聚丙烯SPG工藝是近40年來我國唯一自主創新、自主開發，擁有自主知識產權并取得產業化成功應用的聚丙烯連續化聚合工藝，中國石化巴陵分公司采用SPG工藝將現有聚丙烯裝置進行改造，實現連續穩定生產，聚丙烯產品滿足優級品指標，丙烯單耗、裝置綜合能耗更優，生產成本更低。

工業應用方面：中國石化國內自主創新改進的SPG技術已應用于廣西鴻誼新材料有限公司聚丙烯裝置，正在如火如荼建設中。中國石化STPP環管法聚丙烯PP技術是在國外Spheripol工藝基礎上發展而來的第三代“氣相+液相”組合工藝，擁有全套工藝技術專利，采用第四代自主ZN高效催化劑，反應器由小環預聚、雙環管、氣相共聚釜組成，產品牌號高度可控。目前最大單線生產能力45萬噸/年，國內已建成32套工業裝置，總產能730萬噸/年，基本取代Spheripol工藝。

計算模擬軟件應用方面：利用Aspen Plus、Chem CAD、PRO/II、HYSYS、DESIGN Ⅱ等計算機模擬軟件平臺，根據不同模擬軟件的特點有針對性地進行聚烯烴工藝過程的計算與分析，優化工藝流程設計，精準控制操作運行系統，從而降低聚烯烴裝置生產成本、提高企業經濟效益。

在數字化工程設計方面：應用COMOS二維協同平臺進行工藝、電儀、自控等專業的聚烯烴工程設計可實現：自由設置圖層數量以方便多專業協同設計，上游專業方便地給下游專業提交和批量處理數據，自動更新后期修改設計內容，自動替換或批量替換設計信息，由此更易于變更管理，可大幅度節省工程設計時間。同時COMOS軟件模塊通過數字化交付，實現覆蓋聚烯烴裝置設計、采購、建設、運營、維護全生命周期過程。近年來，中國石化工程設計的相關專業人員協同創新、共享數據，采用COMOS二維協同設計平臺完成了數十個聚烯烴工程設計或EPC總承包項目。

經過幾代科研人員、工程技術人員的努力，從遙不可及地仰望聚烯烴技術到并駕齊驅參與國內外聚烯烴項目競爭，中國石化已在該領域研究開發、工程建設占得一席之地。以聚丙烯生產技術為例，中國石化SPG氣相液相組合PP工藝綜合能耗、工程投資均低于國外PP工藝，STPP環管工藝產品種類、產品牌號與國外PP工藝相當。

為了改變聚烯烴產品結構性過剩、聚烯烴廢棄物污染環境的問題，中國石化利用世界一流企業協同創新優勢，覆蓋幾乎全部高端聚烯烴和可降解材料產品的研究開發、工程建設領域。今后，中國石化將繼續從頂層設計出發，協同創新引領聚烯烴技術高速發展，不斷開發聚烯烴前沿核心技術，進入聚烯烴技術世界第一陣營。