协同创新引领聚烯烃技术高速发展

王福安 陈永强 何 琨

材料作为人类发展的主要物质基础，是文明社会发展的里程碑之一。聚烯烃作为重要的高分子材料，是现代化发展的重要标志。在国际形势风云变幻大背景下，全球聚烯烃行业在新的挑战和机遇面前，借助需求和供给、产业链和供应链，引领经济市场发展和聚烯烃技术突围。创新是发展和突围的第一动力，其中自主创新是根本、技术创新是核心、协同创新是关键。协同创新是指创新资源和要素有效汇聚，通过突破创新主体间的壁垒，充分释放彼此之间“人才、技术、信息、资本”等创新要素活力而实现的深度合作，是当今科技创新的新模式，也是以知识增值为核心，政府、企业、大专院校和科研院所等“产、学、研”机构为实现重大科技创新而开展的大跨度协同整合的低投入、高产出模式。中国石化聚烯烃技术从无到有、从小到大、从大到强，经历了引进消化吸收、走出国门、百花齐放等几个发展阶段。

引进国外先进聚烯烃技术消化再吸收

从20世纪70年代起，中国石化开始引进整套聚烯烃工业生产装置，此时聚烯烃技术专利技术工艺包、工程设计、设备供货、材料供应等还依赖国外专利商和国外工程公司。1971年，兰州石化公司投产的低密度聚乙烯（LDPE）生产装置采用的英国ICI釜式专利技术是最早引进的整套聚烯烃技术之一，此后大量国外先进聚烯烃技术陆续被引进。引进聚乙烯工艺技术主要包括Innovene气相工艺、Borstar淤浆气相组合工艺、Spherilene气相工艺等，生产HDPE、LDPE、LLDPE等宽峰、窄峰、双峰聚乙烯产品。引进聚丙烯工艺技术主要包括Spheripol淤浆工艺、Spherizone气相工艺等，生产均聚、双峰、抗冲、三元、双无规、无规抗冲等聚丙烯产品。

面对世界一流技术，中国石化科研人员、工程技术人员通过“产、学、研”协同创新，不断对引进技术进行深入细致的消化吸收，首先在工程设计、物资采购、施工建设等方面取得长足进步。如在工程详细设计过程中，采用PDS三维模型可快速可靠地实现：管道材料及时准确抽取、模型智能立体碰撞检查、便捷界面菜单设计修改、设计成品图纸智能提取等功能，提高了设计质量，缩短了设计时间。从而使引进聚烯烃专利技术能够完全适用于中国本土，为我国石化企业聚烯烃装置创造出了良好的经济效益。

走出国门参与海外聚烯烃项目的国际竞争

进入21世纪，我国石油化工行业发展进入了新的时代，“一带一路”倡议下的油气企业依托亚太及中东地区丰富的资源储备，以及各国金融市场活跃资本、世界先进技术推动能源管网及油气全产业链一体化建设，通过商贸、技术、金融等路径推进合作，构建起陆上和海上合作圈。

中国石化利用国内聚烯烃建设项目中工程设计、物资采购、施工建设等方面的技术优势，通过与国外专利商协同创新，走出国门参与海外聚烯烃项目的国际竞争。2005年中石化上海工程有限公司（SSEC）与国际AKER KVAERNER公司发挥各自技术优势，开展背对背合作，以EPC总承包的方式承接沙特阿拉伯聚烯烃工厂项目，包括线性低密度聚乙烯（LLDPE）装置、聚丙烯（PP）装置、粒料处理PHU装置等三项工业装置；其中PHU装置采用中国石化自有技术，由掺混、包装、物流三部分组成。在工程设计阶段，将PDS三维模型应用到项目中，大大提高了设计质量。

2009年SSEC与AKER KVAERNER进行高度紧密地协同创新后，提升了LLDPE装置和PP装置的生产规模，并实现机械竣工。2010年，沙特阿拉伯业主颁发了聚烯烃工厂最终接受证书。聚烯烃工厂EPC总承包项目取得了进度、质量、费用三丰收，LLDPE装置、PP装置、粒料处理PHU装置提前两个月建成，投料开车一次成功，而且项目建成投产至今从未发生由于质量问题导致的非正常停车。

百花齐放聚烯烃技术实现高速发展

近年来，中国石化科研人员、工程技术人员为提升石油化工企业综合效益，继成功开展工程设计、物资采购、施工建设之后，向聚烯烃技术最后的“堡垒”—专利技术工艺包的研究开发进军，引领聚烯烃技术高速发展，呈现出百花齐放的大好局面。

据不完全统计，大宗聚烯烃产品已开发成功的工艺包有：中国石化STPE淤浆法高密度聚乙烯（HDPE）技术、SGPE气相法聚乙烯（PE）技术、SPG气相液相组合法PP技术、STPP环管法PP技术等，通过标准化、系列化、模块化、属地化方式大规模应用在中国石化行业内外数十套聚烯烃工业生产装置中，技术经济指标与国外专利商不相上下。

PP装置反应工段PDS三维模型图。 王福安/供图

催化剂开发方面：中国石化成功开发具有自主知识产权的聚乙烯钛/镁BSG型、SLC-S型催化剂并在镇海炼化公司实现完全替代，还有北京化工研究院BCS、BCG型催化剂，上海化工研究院SCG-1催化剂等都成功应用于国内聚乙烯装置，生产出质量稳定的LLDPE或HDPE产品。

反应器研究方面：淤浆聚合反应釜制备高密度聚乙烯HDPE和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）过程中，中国石化“产、学、研”协同创新，开展组合搅拌桨核心关键技术研究。

工艺改造方面：中石化上海工程有限公司SSEC气相液相组合法聚丙烯SPG工艺是近40年来我国唯一自主创新、自主开发，拥有自主知识产权并取得产业化成功应用的聚丙烯连续化聚合工艺，中国石化巴陵分公司采用SPG工艺将现有聚丙烯装置进行改造，实现连续稳定生产，聚丙烯产品满足优级品指标，丙烯单耗、装置综合能耗更优，生产成本更低。

工业应用方面：中国石化国内自主创新改进的SPG技术已应用于广西鸿谊新材料有限公司聚丙烯装置，正在如火如荼建设中。中国石化STPP环管法聚丙烯PP技术是在国外Spheripol工艺基础上发展而来的第三代“气相+液相”组合工艺，拥有全套工艺技术专利，采用第四代自主ZN高效催化剂，反应器由小环预聚、双环管、气相共聚釜组成，产品牌号高度可控。目前最大单线生产能力45万吨/年，国内已建成32套工业装置，总产能730万吨/年，基本取代Spheripol工艺。

计算模拟软件应用方面：利用Aspen Plus、Chem CAD、PRO/II、HYSYS、DESIGN Ⅱ等计算机模拟软件平台，根据不同模拟软件的特点有针对性地进行聚烯烃工艺过程的计算与分析，优化工艺流程设计，精准控制操作运行系统，从而降低聚烯烃装置生产成本、提高企业经济效益。

在数字化工程设计方面：应用COMOS二维协同平台进行工艺、电仪、自控等专业的聚烯烃工程设计可实现：自由设置图层数量以方便多专业协同设计，上游专业方便地给下游专业提交和批量处理数据，自动更新后期修改设计内容，自动替换或批量替换设计信息，由此更易于变更管理，可大幅度节省工程设计时间。同时COMOS软件模块通过数字化交付，实现覆盖聚烯烃装置设计、采购、建设、运营、维护全生命周期过程。近年来，中国石化工程设计的相关专业人员协同创新、共享数据，采用COMOS二维协同设计平台完成了数十个聚烯烃工程设计或EPC总承包项目。

经过几代科研人员、工程技术人员的努力，从遥不可及地仰望聚烯烃技术到并驾齐驱参与国内外聚烯烃项目竞争，中国石化已在该领域研究开发、工程建设占得一席之地。以聚丙烯生产技术为例，中国石化SPG气相液相组合PP工艺综合能耗、工程投资均低于国外PP工艺，STPP环管工艺产品种类、产品牌号与国外PP工艺相当。

为了改变聚烯烃产品结构性过剩、聚烯烃废弃物污染环境的问题，中国石化利用世界一流企业协同创新优势，覆盖几乎全部高端聚烯烃和可降解材料产品的研究开发、工程建设领域。今后，中国石化将继续从顶层设计出发，协同创新引领聚烯烃技术高速发展，不断开发聚烯烃前沿核心技术，进入聚烯烃技术世界第一阵营。