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1、附件1“十二五”炼油化工重大科技项目顶层框架设计报告（2011年-2013年）项目名称：高附加值合成树脂生产技术及新产品研究开发与工业应用课题名称：聚乙烯催化剂及工艺研究开发与应用研究周期：2011年-2013年牵头单位：石化研究院辽阳石化参加单位：大庆石化兰州石化吉林石化 独山子石化编制负责人：王刚、王健审 核 人：王健科技管理部2011年3月18 日目录淤浆法聚乙烯部分:4一、立项的必要性和重大意义4二、主要技术需求和国内外研发进展5（一）主要技术需求5（二）国内外研发进展7三、“十二五”课题研究目标、主要研究内容和专题设置9（一）研究目标9（二）主要技术经济考核指标17五、课题组织管理和
2、经费预算19（一）组织管理19（二）进度安排20（三）经费预算24气相法聚乙烯部分:35一、立项的必要性和重大意义35二、主要技术需求和国内外研发进展36（一）主要技术需求36（二）国内外研发进展36三、“十二五”课题研究目标、主要研究内容和专题设置38（一）研究目标38（二）主要研究内容、关键技术与研究路线39（三）专题设置39四、课题预期成果和主要考核指标39（一）预期成果及应用前景39（二）主要技术经济考核指标40专题四：新型铬系催化剂研究40附表：“十二五”炼油化工技术领域课题框架设计情况表淤浆法聚乙烯部分:一、立项的必要性和重大意义聚乙烯（PE）是通用合成树脂中产量最大的品种，主要包
3、括低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）、高密度聚乙烯(HDPE)及一些具有特殊性能的产品。其特点是价格便宜，性能较好，可广泛应用于工业、农业及日常生活中，在塑料工业中占有举足轻重的地位。在HDPE、LDPE 和LLDPE 中, HDPE 的结构最简单、对称,只含有极少数的支链,因而其结晶度最高、密度最高、晶粒也最大。在分子量分布上,HDPE 的Mw/Mn为210。HDPE的这种结构决定了其熔点最高、强度和硬度最大。它的主要特点如下: (1)与LDPE相比它的拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量和硬度优于LDPE。但冲击强度要比LDPE 差,因为非结晶区有利于冲击能的吸收。(2)在聚
4、乙烯中HDPE热性能最好(熔点最高)。(3)HDPE 抗化学性能也最好。(4)由于密度高,HDPE的抗渗透性能也最好。在加工方面,不同指数的HDPE用途有些区别。一般使用指数(MI)为0.11.0 的HDPE制中空容器,其用量最大;指数为6100的HDPE可用注塑法生产各种食品容器、家用器皿、和桶等；挤塑时使用指数在0.11.0的HDPE ,主要制品有薄膜、板材、电线电缆、波纹管、燃气管等。在高密度聚乙烯生产工艺中一般采用Unipol气相法、BP气相法、三井淤浆法、赫斯特淤浆法及飞利浦环管工艺，而在淤浆法工艺中，就中国石油而言以巴塞尔Hostalen工艺和日本三井CX工艺为主。2010年，中国
5、石油所属企业的淤浆法聚乙烯总生产能力达157万吨，其中，大庆石化公司60万吨，吉林石化公司30万吨，兰州石化公司30万吨，独山子石化公司30万吨，辽阳石化公司7万吨。在建淤浆法聚乙烯生产企业有：抚顺石化公司30万吨，四川乙烯30万吨。淤浆法聚乙烯生产能力占聚乙烯总生产能力的50%。淤浆法聚乙烯生产装置运行水平高低，专用树脂产品比例高低，催化剂研发水平，对于提高中国石油聚乙烯整体竞争力尤为重要。未来几年，中国石油要在进一步提高产品生产规模的同时，应大力提高改进聚乙烯催化剂及工艺生产技术，开发高附加值的聚乙烯新产品，进一步开发出具有自主知识产权的成套技术，从根本上为聚乙烯产品结构调整和新品开发提供
6、保障。本课题将开展在此领域催化剂的开发和聚合工艺的优化及调整，不断开发高品质专用料产品是重要的研究方向，对中国石油淤浆法工艺所采用催化剂、优化聚合工艺、开发新产品、提高产品档次和水平具有十分重要的意义。二、主要技术需求和国内外研发进展（一）主要技术需求2010年，我国聚乙烯（PE）产能1025万吨，中国石油聚乙烯产能近320万吨。聚乙烯是合成树脂中产量最大的品种，聚乙烯产品盈利与否关系到整个化工业务的盈利能力。相比国外，我国PE产能、产量、产品质量和工艺技术与国外相比存有较大差距，主要表现在：通用料多，专用料少；中低档产品多，高档产品少；技术含量低、附加值低的产品多，利润高、附加值高的产品少；
7、生产技术相对落后，企业建设重点滞留在扩大规模上，尤其是管材料和高强度膜料大部分还依靠进口。尤其在催化剂方面，尽管在淤浆法工艺中，80%采用国产催化剂，20%采用进口催化剂，但是催化剂的开发仍然表现出明显的不足，特别是中国石油远远落后于国内先进水平。在产品方面，高品质、高附加值品种少，质量不高，距国外同类装置相比存在较大差距。在催化剂方面近几年，在催化剂研发方面中国石油仅开发出JK-1、JM-1和PSE-01三种较为成型的催化剂。JM-1催化剂是辽化公司研究院经过多年研制开发的一种用于淤浆法HDPE工艺的聚乙烯催化剂，该催化剂在保持辽化公司烯烃厂THB型催化剂原有的颗粒形态好、反应平稳、易于控制
8、的基础上，具有活性更高（是原有THB型催化剂活性的10倍）、氢调敏感性好、共聚性能好等特点，该催化剂已进行工业化应用试验，生产出氯化聚乙烯（L0555P）优级品数千吨，产品在保持原有优异性能基础上，产品颜色及灰分指标大幅度改善。从催化剂性能上看，比较适合串联生产工艺，生产双峰薄膜级树脂。JK-1型聚乙烯高效催化剂是辽化公司研究院与北京金鼎科化工科技有限公司共同开发的用于淤浆法HDPE工艺的聚乙烯催化剂，该催化剂具有活性高（50KgPE/gCat）、氢调敏感、共聚性能好、寿命长等特点，该催化剂已完成了百公斤级试验，2008年在大庆石化公司塑料厂HDPE装置（日本三井CX聚合工艺）上进行了工业化应
9、用实验，生产出了PE5000S优级品。采用该催化剂在辽化公司研究院聚烯烃中试装置上进行了PE100树脂研制，所生产的PE100树脂产品在力学性能、分子量分布、聚合物形态、产品加工性能的诸多方面均达到了市场上PE100树脂水平。PSE-01催化剂是中国石油石油化工研究院自主开发的新型高效聚乙烯催化剂，该催化剂具有活性高，氢调敏感、共聚性能好、聚合物颗粒形态好等特点。目前，该催化剂已具备公斤级生产能力，用该催化剂在辽化公司研究院聚烯烃中试装置上进行了PE100树脂研制，已经完成产品管材加工试验，正在进行管材综合性能测试。另外，石油化工研究院兰州中心已成功开发出茂金属催化剂、载体硅胶、MAO等制备技
10、术，大庆研究中心拥有中试气相乙烯聚合装置。因此，在中国石油实现茂金属聚乙烯催化剂的气相中试研究（乙烯与己烯-1共聚）具有现实性和可行性，但尚未进行中试聚合试验研究。产品开发方面我国先后引进了Basell公司的Hostalen工艺、三井工艺和Phillips环管浆液工艺等多套乙烯淤浆聚合生产装置，具备生产PE100管材专用树脂的装置条件，但由于催化剂开发落后和国外技术封锁等原因，这些装置生产的PE80、PE100等管材专用树脂的加工性能和力学性能与国外相比尚存在明显差距。高档专用管材原料大量进口，在燃气管方面，国内管材加工企业多用美国Philips公司的TR418，英国BP公司的PC2040，比
11、利时Solvay公司的TUB101和北欧化工公司的3470等。在催化剂方面，大多采用进口催化剂。中国石化的上海石化、广州石化、扬子石化的PE100催化剂原采用日本三井公司的RZ200催化剂，之后采用北京化工研究院开发的BCH催化剂，然而，BCH催化剂制得的聚合物颗粒形态较差，细粉较多、粒径分布宽及形态较差。目前大多采用北京化工研究院化院后期开发的BCE型催化剂，制得的聚合物的堆积密度有所提高，但催化剂活性偏低，并且催化剂的氢调敏感性和共聚性能还不理想。中国石油目前只有吉林石化和独山子石化生产PE100管材专用树脂，其中吉林石化采用巴塞尔Hostalen工艺（30万吨/年,BasellZ-501
12、催化剂），而独山子石化采用欧洲Innovene S公司双环管淤浆法聚合工艺（30万吨/年，MT2110催化剂)。由于这两套装置工艺控制和装置运行水平等原因，使得生产的PE100产品与国际先进水平相比存在一定差距。作为淤浆法高密度聚乙烯工艺的特色产品，高强薄膜在加工方法相似、产品性能相近的情况下，薄膜厚度比低密度聚乙烯减少50%，比线性低密度聚乙烯减少20%-30%。但同样由于催化剂和聚合工艺等原因，造成产品品质不高，与国外同类产品存在明显差距。（二）国内外研发进展聚乙烯技术的快速发展在很大程度上得益于催化剂性能的不断改进和提高，催化剂对聚合物的微观和宏观结构都有重要的影响，直接决定了产品的性质
13、和应用。PE催化剂发展至今，已经形成Ziegler-Natta催化剂 (简称Z-N催化剂)、铬系催化剂、茂金属催化剂等多种催化剂共同发展的格局。Z-N催化剂经过几代的发展，性能已得到很大提高，主要代表有：美国Univation公司的UCAT-A和UCAT-J系列，总部在荷兰的德国Basell公司开发的Avant Z，加拿大Nova公司和英国BP公司开发的Novacat系列和日本三井化学公司的RZ催化剂；铬系催化剂有Basell公司的Avant C和Univation公司的UCAT-B和UCAT-G系列；茂金属催化剂的催化特性优异，主要有美国Exxon公司的Exxpol催化剂，美国Dow化学公司
14、的CGC催化剂和Univation公司的XCAT系列。生产双峰或宽相对分子质量分布 PE的复合催化剂是近年研究开发热点，主要代表有 Univation公司的Prodigy双峰催化剂BMC-100和BMC-200，美国 Phillips公司的双功能催化剂和美国Du Pont公司的铁系非茂催化剂茂金属催化剂。 我国从 20世纪 60年代初开始聚乙烯催化剂的研究和开发，在 Z-N催化剂的国产化方面取得了很大的进步。中国石油化工股份有限公司(简称中国石化)北京化工研究院和上海化工研究院(分别简称北化院和上化院)分别开发了适用于气相法PE生产工艺的固体催化剂BCG、SLC-G系列和淤浆进料催化剂 BCS
15、、SLC-S系列，并先后在多套PE装置上得到应用。国产淤浆进料催化剂具有优良的共聚、流动和分散性能，可以适应干态和冷凝态操作，生产的PE树脂性能优 良，灰分少，质量稳定，产品各项性能指标均达到优级品水平。2007年，北化院推出新一代高活性乙烯淤浆聚合BCE催化剂，制备中密度聚乙烯和高密度聚乙烯(HDPE)树脂，适用于三井化学公司CX淤浆聚合工艺，催化剂具有活性高、氢调性能好、共聚性能好、催化剂粒径分布窄以及低聚物含量少等特点。中国石油辽阳石化公司(简称辽阳石化)开发的JM-l催化剂。在辽阳石化HDPE生产装置上进行了工业应用试验结果表明，催化剂具有活性高、工艺参数平稳、树脂产品的熔体流动速率(
16、MFR)调整较快等特点。我国茂金属催化剂的开发始于20世纪 90年代初，石科院和北化院共同研究制备的APE-1茂金属催化剂已经进行了釜式淤浆法工艺、环管淤浆法工艺及气相流化床工艺中试试验，并进行了气相流化床工艺装置的工业应用试验。中国石油兰州石油化工研究院(简称兰化院)经过多年研究，先后合成出二氯二茂锆、茚基环戊二烯基二氯化锆等7种茂金属主催化剂和甲基氯氧烷(MAO)催化剂及含硼阳离子引发剂 。该院还成功开发出LSG-1型硅胶载体，并应用于茂金属负载化工艺，性能达到国外同类产品水平。2007年10月，中国石油大庆石化公司首次采用Univation技术生产出茂金属线型低密度聚乙烯(LLDPE)，实现了茂金属聚乙烯的国产化生产。铬系催化剂、非茂金属催化剂和复合催化剂领域的研究和开发工作也取得
