国内外聚丙烯工业现状及工艺进展

1 国内外聚丙烯工业现状及工艺进展 聚丙烯(Polypropylene , PP)是以丙烯单体为主聚合而成的一种 合成树脂， 是聚烯烃家族中的重要成员之一。 根据高分子链立体结构 的不同，聚丙烯可分为三个品种：等规聚丙烯(IPP)、间规聚丙烯(SPP) 和无规聚丙烯 (APP)[41 。聚丙烯生产属于石化工业， 其主要原料来自 石油炼厂气。聚丙

烯的力学性能、耐腐蚀性、耐热性、注塑性能均比 较良好，逐渐在较广泛的领域中取代钢铁、木材、纸、聚碳酸酯、尼 龙等材料。其用途包括医疗器械、机械零件、器具、水和多种酸碱的 输送管道、电缆绝缘层、纤维和薄膜等。 一、 国内外聚丙烯工业现状 自1957年聚丙烯在意大利首次实现工业化以来，其发展速度一直居 于各种塑料之首，是热塑性塑料中的后起之秀。 1978年聚丙烯世界 年产量超过400万吨，仅次于聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙 烯(PS)，居世界第四位；1995年聚丙烯的世界年产量达1910万吨， 超过聚苯乙烯位居第三； 2000年聚丙烯的世界年产量达 2820万吨， 超过了聚氯乙烯位居第二位；到 2002年聚丙烯的世界产量达到 3383 万吨。根据美国化学品市场协会(CMAI)统计，2003年全球聚丙烯需 求量已达3540万吨。据巴塞尔公司预计，到2010年PP需求年均增长 率约为8. O%，生产能力将达到约5400万吨。亚洲(除了日本)将是 增长速度最快的地区，其年均增长率将达到约 9．5％，其次是南美， 年均增长率约 8．4％，再次分别是中东 7．9％，东欧6．9％，非洲 6．5％， 北美5． 8％，西欧 5．4％，日2

本 2．4％。中国将是需求增长最快的 国家，年均增长率将达到10 % t5 一 ol。

在我国， 聚丙烯是合成树脂中发展最快的品种之一， 特别是近几 年发展尤其迅速。截止目前，已建成的生产装置总产能达 470万吨／ 年。其中，大中型连续式生产装置共 31 套，生产能力约 354 万吨／年， 采用国产间歇式液相本体法生产装置约 50套，产能约 150万吨／年。 从市场需求分析， 尽管我国的聚丙烯生产工业取得了迅猛发展， 生产 能力和产量大幅度增长， 但在数量、 质量以及品种方面仍不能满足国 民经济的高速发展。 中国将是需求增长最快的国家， 年均增长率将达 到约10%。预计中国需求增长将从 2004年的710万吨增长至 U2010 年的约1080万吨。而同时国内产量将从约 470万吨增长到约 750万吨， 从而必然成为较大的进口国家，也是世界上最重要的 PP消费国家。 目前我国PP生产企业有70多家。2001年产量超过10万吨的企业有8 家，全国的总产量为 322．5万吨。上海石化公司 2001年产量达24．73 万吨，占全国总产量的 7．7%：燕山石化公司是我国

2001 年生产能 力最大的企业， 为35．5万吨，当年产量为 22．84万吨，

占全国 7．1%； 扬子石化公司 2001年产量为 20．32万吨，占全国 6．3%。 2002年产 量超过10万吨的企业达到 10家，全国的总产量为

374．17万吨。 2003 年产量超过 10万吨的企业为 10家，全国的总产量为

426．8万吨。 2004 年我国主要生产企业按生产能力大小排列已变为： 扬子

石化公司、 燕 山石化公司、上海石化公司、茂名石化公司、广州石化公司、大连石 化公司、金陵石化公司、九江石化总厂，其中扬子石化公司的生产能 力达到 40万吨／年，燕山石化公司的生产能力达到 38万吨／年，而 九江石3

化总厂的生产能力也已达 N11万吨/年。近年来我国的PP工 业虽然发展很快， 但还是要从许多国家或地区进口产品， 这些国家或 地区主要是韩国、美国、新加坡、泰国、日本、印度、沙特阿拉伯、 马来西亚、俄罗斯、挪威、南非、芬兰、奥地利以及中国台湾省。需 要指出的是，我国对PP的需求将和世界需求趋势一样呈现高速增长， 世界平均年增幅为5. 3%,但PP的生产将受到丙烯原料来源的制约， 因此PP的消费前景将会是供不应求。 二、聚丙烯生产工艺进展 自丙烯聚合实现工业化以来, 聚丙烯的工艺技术发展很快, 目前 已有几十种技术路线。 按聚合类型分类, 聚丙烯的生产工艺技术主要 有四种：溶液聚合法、溶剂聚合法、液相本体聚合法和气相本体聚合 法；按聚合后处理工序分类,可分为三类,即最原始的聚丙烯生产工 艺,称为第一代工艺；第二代工艺省去了脱灰工序；第三代工艺革除 了脱灰和脱无规物工艺。 就整个聚丙烯生产工艺来说, 溶剂聚合法和 溶液聚合法都是较早实现工业化的方法。 但溶剂法生产过程长, 需要 进行溶剂回收,操作复杂,能耗、物耗较高,而且产品牌号也有一定 限制,故该方法已逐步淘汰。溶液聚合法工艺复杂,生产成本较溶剂 法高，所以只在个别装置上运行，在 PP生产中所占的份额很小。随 着人们对丙烯聚合过程研究的不断深入, 液相本体法和气相本体法以 其物耗和能耗低、产品牌号新等特点，在 PP生产工艺中逐渐占据主 导地位。目前PP主要用气相和本体工艺生产，全球 PP生产工艺中， Himont 公司的 Sphefipol 环管／气相工艺占主导地位，目前该工艺占 全球

PP生产的50%。近年来，气相和本体工艺的比例逐年增加，世 界各地在建和

新建的PP装置将基本上采用气相工艺和本体工艺。全 球有40多个国家的 4

100多家公司生产聚丙烯，所采用的工艺技术主要 有：Himont公司液相、气

相组合式聚丙烯工艺； Amoco公司气相聚 丙烯工艺；三井油化公司的Hypol工艺；BASF公司Novolen气相工艺; UCC /Shell公司的Unipol气相工艺；Phillips公司液相法聚丙烯工艺。 以

下简要介绍其中几种典型的生产工艺。 1. Himont 公司的 Sphefipol 工艺

Himont公司是世界上生产PP树脂的最大公司，其开发fl勺

SpheripolI艺是当今PP行业中比较先进、可靠的方法之一，全世界采 用此

技术的生产装置 43套，总生产能力为 600万吨／年以上，包括在 建装置总生产能力超过 1000万吨／年。我国齐鲁石化、上海石化、 无顺乙烯、茂名石化、天津联化、华北油田、大庆炼化等单位都采用 该工艺，生产能力达 200万吨／年。

2. Amoco 气相聚丙烯工艺

1979年12月，Amoco公司在美国得克萨斯州建立了第一套气相 均聚反

应装置。Chisso公司随后对此工艺进行了改进，增加了抗冲共 聚物的生产。1990年，缸P_OCO公司与Chisso公司联合申报了这项技 术的专利，命名为

Amoco/Chisso工艺。flUTIOCO气相工艺采用卧 式搅拌

床气相反应器，反应器容积可达 79m3 。桨式搅拌使物料以活塞流形 式流动，产品切换快，聚合反应热靠丙烯蒸发除去，使用超高活性载 体钛系球形催化剂，催化剂活性达40kg聚丙烯儋催化剂，pp等规度 达99％，生产过程不脱灰、 不脱无规物， 可生产均聚物、无规共聚物， 亦能生产高刚性和高抗冲强度的共聚物，产品质量好，生产成本低。 由于采用浆式搅拌，物料以5

活塞流形式流动，不需要大的循环，因此 耗电量少，不需蒸汽，操作可靠。到 1999 年世界采用此技术的生产 能力已达 200万吨／年，最大单线生产能力 20万吨／年。 3．三井油化的 HypolI 艺 三井油化公司的液相、气相组合式PPI艺简称HypolT艺。该工艺 是多级聚合工艺， 它把溶剂法丙烯聚合工艺的优点同气相法聚合工艺 的优点融为一体， 是一种不脱灰、 不脱无规物能生产多种牌号聚丙烯 的工艺。Hypol聚丙烯工艺于1984年在千叶工厂的两条4万吨/年的 生产线上首次投产。 世界采用此工艺的生产装置及在建装置 23套，总 生产能力为 200万吨／年。该工艺生产的聚丙烯产品品种多、 牌号全、 白度高、光学性能好、挥发性和灰分含量低、产品质量优异，不需进 一步处理就能达到全部质量要求。我国扬子石化、盘锦乙烯、洛阳石 化、广州石化都有该工艺装置，生产能力约为 46万吨／年。

4. BASF公司的Novolen气相工艺

BASF公司于1962年开发成功Novolen气相法聚合工艺，1967 年实现

了工业化。 Novolen 工艺的反应器是一台装有双螺带式搅拌器 的釜式反应器。 这种特殊的搅拌器可把催化剂很均匀地分散在粉末床 中，并使粉末床搅拌得很均匀，但是床层的密度比较大，因此动力消 耗比液相搅拌大得多。 由于它采用搅拌混合形式， 物料在聚合釜中的 停留时间难以控制均匀，使产品分子量分布宽，产品中 Ti、Cl离子和 灰分增高，这也是它的产品必须经过脱氯脱臭的原因。 该工艺流程短， 投资少，但催化剂活性低，为 8kg 聚丙烯儋催化剂。单反应器用于生 产均聚物或无规共聚物，采用双反应器串联可用于生产抗冲共聚物。 该工艺的生产流程6

简单， 无闪蒸干燥和溶剂回收等工序， 因此设备台 数相应减少，基建投资和生产成本较低。从 1990 年改用高活性催化 剂后省去了脱氯处理， 增加了生产能力， 最大单线生产能力 25 万吨／ 年，世界用此技术的总生产能力已达 380 万吨／年。 5. UCC/Shell公司的Unipol气相工艺

UnipolT艺是UCC公司和Shell公司合作开发的一种气相流化床 聚丙烯

工艺。 该工艺采用两台带扩径的气相流化床反应器， 第一反应 器生产均聚产品，第二反应器生产共聚产品。催化剂活性高，不需预 聚合，无脱灰、脱氯工序。生产流程短，设备少，能耗低，产品质量 均匀。全世界采用此技术的生产装置及在建装置总生产能力已增 NsOO万吨/年，仅次于SpheripolT艺，最大单线生产能力可达32万 吨／年。

气相工艺的优势是不用溶剂， 省去了液相本体法的丙烯回收工序， 无 大量丙烯液体储存，使工艺更安全。同时，氢气调节分子量是在气相 中进行， 没有相间传质问题， 可直接在反应器内生产出超高熔体流动 速率牌号的产品。 本体法工艺的特点是在液相丙烯中聚合， 聚合速度 快，催化剂活性高，催化剂在反应器中分布均匀，产品质量好，颗粒 本身的热交换性好，撤热容易；且溶液粘度低，机械搅拌简单，耗能 小。主要缺点是反应气体需气化后才能循环；反应器内物料容量大。 因此，现在聚丙烯工艺的发展趋势是结合气、 液相聚丙烯工艺特点进 一步开发，使聚合工艺更简化、更节能。