聚乙烯(PE) 是五大合成树脂之一, 是塑料工业中产量最高的品种。依据聚合方法和分子量的不同, 聚乙烯分为低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。高密度聚乙烯通常采用Ziegler-Natta( 简称ZN) 催化剂在低温低压下合成, 分子链上没有支链, 因此具有较高的密度, 相对密度为0.92 ～0.97。高密度聚乙烯主要用于制造中空硬制品, 并可以制造高强度超薄薄膜用于食品、农副产品和纺织品等包装材料, 近年来在国内发展较快, 多家企业正在建设或规划建设高密度聚乙烯生产装置。

一、生产工艺简述

高密度聚乙烯主要有三种生产工艺: 溶液法、淤浆法和气相法。其中, 淤浆法是将脂肪烃溶剂和乙烯融合, 在催化剂作用下生成聚合物, 聚合物悬浮在溶剂中。与淤浆法相比, 溶液法生成的聚合物溶解于溶剂中, 整个反应体系为均相溶液。气相法是乙烯和共聚单体在流化床反应器或搅拌床反应器中,在催化剂作用下直接聚合生成固体聚乙烯。

专利商

- 溶液法：DOW、DSM、NOVA

- 淤浆法：Basell、Chevron Phillips 、Univation

- 气相法：Univation、Ineos

二、工艺技术对比

Basell 的Hostalen 技术采用连续搅拌釜淤浆聚合工艺,反应系统由两到三个搅拌釜反应器及相应淤浆外循环系统组成, 可以生产多峰HDPE。

Chevron Phillips 的MarTech 技术采用环管淤浆聚合工艺, 反应系统由单或双环管反应器及相应的淤浆循环系统组成。

Univation 的Unipol PE 工艺采用单台流化床反应器, 并采用冷凝技术, 可以生产高、中、低的全密度产品, 其产品灵活全面, 流程短, 且不需要溶剂脱除, 投资相对较低。

上述三家技术最大的差别在于Univation 采用的是气相法, 而Basell 与Chevron Phillips 采用的是淤浆法, 其中,Basell采用的是釜式反应器, 而Chevron Phillips 采用的是环管反应器。由于工艺技术类型的不同, 反应条件、消耗指标等都会有所差别。

1、技术特点对比

Basell 技术采用釜式淤浆法技术, 反应温度和压力略低,但单体只能采用1- 丁烯, 催化剂只采用ZN 催化剂。相比而言,同样是淤浆法的Chevron Phillips 技术除了反应器类型不同之外, 单体使用的是碳数更高的1- 己烯, 且可使用的催化剂覆盖了铬系、ZN 催化剂和茂金属催化剂三大类, 反应温度与压力与Basell 技术接近。Univation 技术既可使用1- 丁烯, 又可使用1- 己烯作为单体, 但两种单体不能同时使用, 可使用的催化剂种类同Chevron Phillips 技术, 但由于是气相法, 所以反应压力明显高于另外两家技术, 反应温度也略高。

上述三家技术单条生产线都可以实现50万吨/ 年以上聚乙烯树脂的产能。

2、消耗对比

经过对比分析,Basell 的工艺技术由于在反应过程中会产生蜡, 反应釜需要周期性的清理和开停工, 因此其单耗和能耗最高。Chevron Phillips 的工艺采用环管工艺, 反应器体积较小, 开停工消耗时间短, 转产及产品调节迅速, 产生过渡料少,因此其单耗较小, 然而后续进行产品分离和溶剂回收时, 需要采用闪蒸、精馏等分离过程, 因此与Univation 工艺相比, 能耗要略高。而Univation 工艺在精制单元省去了较多的用能设备, 因此能耗最低, 单耗与Chevron Phillips 工艺相差不多。

3、占地对比

Basell 技术占地面积最大, 其次为ChevronPhillips, 最小为Univation。综合而言, 气相法工艺占地要小于淤浆法工艺。

三、产品对比

高密度聚乙烯有5 大应用: 膜料、管材料、吹塑料( 大中空和小中空)、注塑料和单丝料。

Basell 的工艺技术由于采用多釜串联工艺, 其生产的产品具备多峰的分子量分布特性, 覆盖上述5 大应用范围, 尤其在管材料应用上颇具优势。由于产品同时具备良好的韧性和刚性, 且抗应力开裂, 抗快速开裂性能好, 蠕变断裂强度高, 可以用于制备PE100 级及以上压力管道,PERT II 型管道和大直径管道( 直径超过1600mm) 等。产品在吹塑上的应用主要为瓶料( 小中空) 和油桶、L 环塑料桶( 大中空) 的生产, 同样由于分子量分布很宽, 加工得到的产品具有刚性高, 耐环境应力开裂及抗冲击性能好的特点, 并且可以用于危险介质的包装。

Chevron Phillips 的技术产品可以分为单峰产品和双峰产品。其中, 双峰产品主要应用在吹塑、膜料和管材料, 产品具备优异的抗应力开裂性能, 低温抗冲性能, 易加工, 且能很好地平衡抗环境应力开裂性能和刚性, 可以用于制备PE100级及以上压力管道,PERT II 型管道和大直径管道( 直径超过1600mm) 等。并且, 小中空产品可以得到食品级产品认证, 大中空产品易减薄, 从而降低原材料消耗, 即降低了产品成本。单峰产品主要应用在吹塑、注塑、膜料、波纹管、土工膜、片材、旋转注塑、电线电缆和单丝料。

Univation 的工艺技术近年来较为重视高密度聚乙烯产品的开发, 目前产品也可覆盖上述5 大应用范围, 其中膜料产品具备拉伸强度高、落镖冲击强度高等特点, 主要应用于食品杂货带、购物袋、食品包装等生产, 吹塑料具备易挤出、抗环境应力开裂性能好、硬度高等特点, 主要应用于瓶、玩具、油箱、工业桶和化学品容器等。过去, 国内采用Univation 技术的厂家大部分生产线性低密度聚乙烯, 主要应用于工业包装袋的承重膜、拉伸缠绕膜和农业大棚膜, 产品具备良好的韧性、刚度与韧性之间的平衡、热密封和热粘性能、流延性和拉伸性。

需要注意的是,Chevron Phillips 与Univation 的技术可以生产全密度范围产品(0.918g/cm3～0.962g/cm3), 这一点也可从产品牌号数量上看出。

4、结论

目前, 高密度聚乙烯的生产方法以淤浆法和气相法为主,而淤浆法中根据反应器形式的不同还可分为管式淤浆法和釜式淤浆法。Basell、Chevron Phillips 和Univation 三种工艺各有优势:Basell 技术产品在管材料应用上颇具优势, 但单耗、能耗较高;Chevron Phillips 技术产品牌号全面, 装置在线率高且牌号切换简单, 单耗、能耗较小;Univation 技术流程短、投资低, 产品应用于膜料较多。企业在进行技术比选时应根据目标产品,结合各专利技术特点进行综合分析, 最终合理选取相应技术。

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