【干貨】HDPE生產工藝技術大PK
已有人閱讀此文 - -聚乙烯(PE) 是五大合成樹脂之一, 是塑料工業中產量最高的品種。依據聚合方法和分子量的不同, 聚乙烯分為低密度聚乙烯(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( 簡稱ZN) 催化劑在低溫低壓下合成, 分子鏈上沒有支鏈, 因此具有較高的密度, 相對密度為0.92 ～0.97。高密度聚乙烯主要用于制造中空硬制品, 并可以制造高強度超薄薄膜用于食品、農副產品和紡織品等包裝材料, 近年來在國內發展較快, 多家企業正在建設或規劃建設高密度聚乙烯生產裝置。
一、生產工藝簡述
高密度聚乙烯主要有三種生產工藝: 溶液法、淤漿法和氣相法。其中, 淤漿法是將脂肪烴溶劑和乙烯融合, 在催化劑作用下生成聚合物, 聚合物懸浮在溶劑中。與淤漿法相比, 溶液法生成的聚合物溶解于溶劑中, 整個反應體系為均相溶液。氣相法是乙烯和共聚單體在流化床反應器或攪拌床反應器中,在催化劑作用下直接聚合生成固體聚乙烯。
專利商
- 溶液法：DOW、DSM、NOVA
- 淤漿法：Basell、Chevron Phillips 、Univation
- 氣相法：Univation、Ineos
二、工藝技術對比
Basell 的Hostalen 技術采用連續攪拌釜淤漿聚合工藝,反應系統由兩到三個攪拌釜反應器及相應淤漿外循環系統組成, 可以生產多峰HDPE。
Chevron Phillips 的MarTech 技術采用環管淤漿聚合工藝, 反應系統由單或雙環管反應器及相應的淤漿循環系統組成。
Univation 的Unipol PE 工藝采用單臺流化床反應器, 并采用冷凝技術, 可以生產高、中、低的全密度產品, 其產品靈活全面, 流程短, 且不需要溶劑脫除, 投資相對較低。
上述三家技術最大的差別在于Univation 采用的是氣相法, 而Basell 與Chevron Phillips 采用的是淤漿法, 其中,Basell采用的是釜式反應器, 而Chevron Phillips 采用的是環管反應器。由于工藝技術類型的不同, 反應條件、消耗指標等都會有所差別。
1、技術特點對比
Basell 技術采用釜式淤漿法技術, 反應溫度和壓力略低,但單體只能采用1- 丁烯, 催化劑只采用ZN 催化劑。相比而言,同樣是淤漿法的Chevron Phillips 技術除了反應器類型不同之外, 單體使用的是碳數更高的1- 己烯, 且可使用的催化劑覆蓋了鉻系、ZN 催化劑和茂金屬催化劑三大類, 反應溫度與壓力與Basell 技術接近。Univation 技術既可使用1- 丁烯, 又可使用1- 己烯作為單體, 但兩種單體不能同時使用, 可使用的催化劑種類同Chevron Phillips 技術, 但由于是氣相法, 所以反應壓力明顯高于另外兩家技術, 反應溫度也略高。
上述三家技術單條生產線都可以實現50萬噸/ 年以上聚乙烯樹脂的產能。
2、消耗對比
經過對比分析,Basell 的工藝技術由于在反應過程中會產生蠟, 反應釜需要周期性的清理和開停工, 因此其單耗和能耗最高。Chevron Phillips 的工藝采用環管工藝, 反應器體積較小, 開停工消耗時間短, 轉產及產品調節迅速, 產生過渡料少,因此其單耗較小, 然而后續進行產品分離和溶劑回收時, 需要采用閃蒸、精餾等分離過程, 因此與Univation 工藝相比, 能耗要略高。而Univation 工藝在精制單元省去了較多的用能設備, 因此能耗最低, 單耗與Chevron Phillips 工藝相差不多。
3、占地對比
Basell 技術占地面積最大, 其次為ChevronPhillips, 最小為Univation。綜合而言, 氣相法工藝占地要小于淤漿法工藝。
三、產品對比
高密度聚乙烯有5 大應用: 膜料、管材料、吹塑料( 大中空和小中空)、注塑料和單絲料。
Basell 的工藝技術由于采用多釜串聯工藝, 其生產的產品具備多峰的分子量分布特性, 覆蓋上述5 大應用范圍, 尤其在管材料應用上頗具優勢。由于產品同時具備良好的韌性和剛性, 且抗應力開裂, 抗快速開裂性能好, 蠕變斷裂強度高, 可以用于制備PE100 級及以上壓力管道,PERT II 型管道和大直徑管道( 直徑超過1600mm) 等。產品在吹塑上的應用主要為瓶料( 小中空) 和油桶、L 環塑料桶( 大中空) 的生產, 同樣由于分子量分布很寬, 加工得到的產品具有剛性高, 耐環境應力開裂及抗沖擊性能好的特點, 并且可以用于危險介質的包裝。
Chevron Phillips 的技術產品可以分為單峰產品和雙峰產品。其中, 雙峰產品主要應用在吹塑、膜料和管材料, 產品具備優異的抗應力開裂性能, 低溫抗沖性能, 易加工, 且能很好地平衡抗環境應力開裂性能和剛性, 可以用于制備PE100級及以上壓力管道,PERT II 型管道和大直徑管道( 直徑超過1600mm) 等。并且, 小中空產品可以得到食品級產品認證, 大中空產品易減薄, 從而降低原材料消耗, 即降低了產品成本。單峰產品主要應用在吹塑、注塑、膜料、波紋管、土工膜、片材、旋轉注塑、電線電纜和單絲料。
Univation 的工藝技術近年來較為重視高密度聚乙烯產品的開發, 目前產品也可覆蓋上述5 大應用范圍, 其中膜料產品具備拉伸強度高、落鏢沖擊強度高等特點, 主要應用于食品雜貨帶、購物袋、食品包裝等生產, 吹塑料具備易擠出、抗環境應力開裂性能好、硬度高等特點, 主要應用于瓶、玩具、油箱、工業桶和化學品容器等。過去, 國內采用Univation 技術的廠家大部分生產線性低密度聚乙烯, 主要應用于工業包裝袋的承重膜、拉伸纏繞膜和農業大棚膜, 產品具備良好的韌性、剛度與韌性之間的平衡、熱密封和熱粘性能、流延性和拉伸性。
需要注意的是,Chevron Phillips 與Univation 的技術可以生產全密度范圍產品(0.918g/cm3～0.962g/cm3), 這一點也可從產品牌號數量上看出。
4、結論
目前, 高密度聚乙烯的生產方法以淤漿法和氣相法為主,而淤漿法中根據反應器形式的不同還可分為管式淤漿法和釜式淤漿法。Basell、Chevron Phillips 和Univation 三種工藝各有優勢:Basell 技術產品在管材料應用上頗具優勢, 但單耗、能耗較高;Chevron Phillips 技術產品牌號全面, 裝置在線率高且牌號切換簡單, 單耗、能耗較小;Univation 技術流程短、投資低, 產品應用于膜料較多。企業在進行技術比選時應根據目標產品,結合各專利技術特點進行綜合分析, 最終合理選取相應技術。
