編者按：

電容器是電力核心設(shè)備，廣泛應(yīng)用于家用電器、通信設(shè)備、高鐵、太陽能和風(fēng)能發(fā)電、高壓電力等領(lǐng)域。直流干式電容器作為柔性直流工程大量使用的核心設(shè)備，長期被國外企業(yè)壟斷，進(jìn)口價格昂貴且供應(yīng)不穩(wěn)定，給我國電力能源安全帶來隱患。

前不久，基于中國石化超純凈聚丙烯原料生產(chǎn)的國內(nèi)首批直流干式電容器，在南方電網(wǎng)世界首個±800千伏特高壓多端柔性直流工程龍門換流站投運(yùn)，標(biāo)志著直流干式電容器這一電力核心設(shè)備成功打破國外壟斷，對保障我國電力能源安全及電網(wǎng)設(shè)備供應(yīng)鏈安全有著重大意義。本版推出專題，展示中國石化在推動超純凈聚丙烯粒料、電工薄膜產(chǎn)銷研用替代進(jìn)口方面做出的努力。

本版文圖除署名外由 潘亞男 趙 瑾 張 良 王丹麗 丁超兵 孫福國 提供

電力核心設(shè)備用上國產(chǎn)“膜”

產(chǎn)品名片

超純凈聚丙烯有哪些性能優(yōu)勢？

超純凈低灰分、高等規(guī)度聚丙烯制成的聚丙烯（PP）電工薄膜，擁有良好的擊穿電壓、體積電阻、介電常數(shù)、介電損耗等電性能，能夠保證電容器的容量穩(wěn)定、耐壓優(yōu)異、絕緣電阻性能優(yōu)良、使用的安全性高及壽命周期長，是電容器薄膜的理想原材料。

超純凈聚丙烯應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？

超純凈聚丙烯可用作電容器膜、鋰電池隔膜，在電容器制造中是重要的基礎(chǔ)介質(zhì)材料，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于國防和電子工業(yè)，目前國內(nèi)外都大力發(fā)展聚丙烯薄膜電容器。

此外，其在醫(yī)藥、紡織等行業(yè)也展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，可用于醫(yī)療用品、人造短纖維、紡絲無紡布等。

聚丙烯（PP）電工薄膜有哪些特點(diǎn)？

聚丙烯（PP）電工薄膜是一種電性能優(yōu)異的高頻電介質(zhì)絕緣材料，是BOPP薄膜類的頂端產(chǎn)品。其主要特征：一是可實現(xiàn)微薄化，從而實現(xiàn)電容器的小型化、輕量化：二是可實現(xiàn)粗面化，制成高容量的浸油型電力電容器，這是現(xiàn)今電容器發(fā)展的一個方向；三是介電損耗小，這是能長效穩(wěn)定工作的主要因素；四是介電常數(shù)不隨頻率變化而變化，這是其在交頻電容器中占主要地位的主要因素；五是防潮性能優(yōu)良，不吸水。

市場情況

2020年中國薄膜電容器市場規(guī)模約為102億元，比上年增長13%。2021年中國薄膜電容器市場規(guī)模約為117億元，比上年增長15%，其中新能源汽車領(lǐng)域薄膜電容器市場規(guī)模增長超30%，光伏及風(fēng)電領(lǐng)域薄膜電容器市場規(guī)模增長超20%。

據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，未來幾年，隨著國家在新基建、物聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車、5G終端等方面加大投入，以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品持續(xù)升級，薄膜電容器的市場需求將進(jìn)一步呈現(xiàn)快速增長趨勢，有望產(chǎn)生100億元以上的增量市場規(guī)模，年復(fù)合增長率超過13%，這也將帶動薄膜電容器生產(chǎn)原料——超純凈聚丙烯需求的持續(xù)增長。

企業(yè)足音

北化院：打破超純凈聚丙烯樹脂技術(shù)壟斷

2008年初，國內(nèi)市場對超純凈聚丙烯樹脂提出了迫切需求，這種樹脂的灰分比常規(guī)樹脂低80%~90%，主要用于高檔鋰電池隔膜和電容器膜料。

進(jìn)口超純凈聚丙烯是采用聚合后洗滌脫灰得到的，生產(chǎn)工藝高能耗、高污染和高成本。北化院決定從催化劑入手，通過催化劑的創(chuàng)新來達(dá)到直接從反應(yīng)器中制備超純凈聚丙烯的目的。

北化院科研團(tuán)隊經(jīng)過最初的探索研究，制備出活性為現(xiàn)有主流催化劑兩倍的催化劑。在此基礎(chǔ)上，他們對配方及工藝進(jìn)行優(yōu)化，使催化劑的活性達(dá)到主流商業(yè)化催化劑活性的3倍以上，并且可以在活化劑使用量降低80%~90%的情況下保持活性。科研團(tuán)隊將這一催化劑命名為HA催化劑，這也是目前國際上活性最高的商業(yè)化催化劑。

HA催化劑開發(fā)成功后，北化院科研團(tuán)隊開發(fā)了與之配套的直接本體法生產(chǎn)高純凈聚丙烯技術(shù)。與現(xiàn)有生產(chǎn)超純凈聚丙烯技術(shù)相比，該技術(shù)從催化劑到工藝都進(jìn)行了創(chuàng)新，處于國際領(lǐng)先地位。這一技術(shù)的成功實施，打破了進(jìn)口樹脂的壟斷。

隨著應(yīng)用HA催化劑開發(fā)的超純凈聚丙烯在電工膜領(lǐng)域逐步推廣，科研團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)目前產(chǎn)品在滿足高純度的要求下，難以同時滿足高等規(guī)度的需求。他們再次聚焦催化劑開展深入研究，發(fā)現(xiàn)了提高立構(gòu)定向性的方法，進(jìn)一步開發(fā)了超高立構(gòu)定向性超高活性的HA-R催化劑，并基于該催化劑開發(fā)了配套的聚合工藝技術(shù)。

2021年，HA-R催化劑首次在中原石化工業(yè)裝置上成功應(yīng)用，并陸續(xù)攻克了薄膜擊穿電壓低、耐久性不足、析出物多等系列技術(shù)難題，生產(chǎn)出性能優(yōu)異的系列電工膜產(chǎn)品FC03、FC03R、FA02等。FC03成功用于我國自主生產(chǎn)的首批直流干式電容器。

中原石化：產(chǎn)品性能達(dá)到國際先進(jìn)水平

國內(nèi)首批直流干式電容器在南方電網(wǎng)龍門換流站投運(yùn)前，國內(nèi)所有柔直工程使用的直流干式電容器依賴整機(jī)進(jìn)口，正是因為生產(chǎn)這種電容器所需的關(guān)鍵原材料——超純凈聚丙烯粒料還停留在實驗階段，無法實現(xiàn)量產(chǎn)，同時國內(nèi)也沒有一套完整有效的可靠性論證技術(shù)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致我國直流干式電容器整個產(chǎn)業(yè)鏈長期存在嚴(yán)重短板。

中原石化聯(lián)合南方電網(wǎng)、科研院所、知名高校、下游企業(yè)十余家單位構(gòu)建全產(chǎn)業(yè)鏈融合創(chuàng)新的合作機(jī)制，形成“1+10+3”創(chuàng)新聯(lián)合體。通過5年艱難探索，共組織試生產(chǎn)26次，優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)14次，實施技術(shù)改造項目6個，最終生產(chǎn)出合格的電工用聚丙烯粗化膜料和電工用聚丙烯金屬化膜料，并分別通過權(quán)威部門新產(chǎn)品技術(shù)鑒定。

根據(jù)下游客戶應(yīng)用過程中反饋的問題，中原石化持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)方案、助劑體系，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升。工藝專家、技術(shù)專家、分析專家、信息專家組成創(chuàng)新攻關(guān)團(tuán)隊，從科研開發(fā)投入、市場調(diào)研、原料質(zhì)量管控、檢驗分析等方面保障電工膜料排產(chǎn)。

相較國外同類產(chǎn)品，中原石化生產(chǎn)的聚丙烯電工膜料采用“一步法”工藝，沒有洗滌脫灰工序，不僅環(huán)保，而且運(yùn)行成本、產(chǎn)品成本、運(yùn)輸成本低，價格優(yōu)勢明顯，影響供貨穩(wěn)定性的意外干擾因素少。2月18日，電工用聚丙烯粒料、電容器用聚丙烯薄膜、全國產(chǎn)化柔性直流輸電換流法用干式電容器等產(chǎn)品，順利通過了中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會組織的新產(chǎn)品技術(shù)鑒定，中原石化成為國內(nèi)首家完成該技術(shù)鑒定的企業(yè)。國內(nèi)多位行業(yè)專家一致認(rèn)為，產(chǎn)品性能指標(biāo)達(dá)到同類產(chǎn)品的國際先進(jìn)水平。

化銷華中：助南方電網(wǎng)解決“卡脖子”產(chǎn)品難題

化銷華中員工在走訪鋰電池隔膜料市場時了解到：直流干式電容器作為柔性直流工程大量使用的核心設(shè)備，長期以來被國外企業(yè)壟斷。生產(chǎn)這種電容器所需的關(guān)鍵原材料——超純凈低灰分、高等規(guī)度聚丙烯是我國的“卡脖子”產(chǎn)品之一。

化銷華中一方面積極幫助中原石化克服裝置困難，運(yùn)用北化院超高活性催化劑嘗試生產(chǎn)超純凈聚丙烯；另一方面，攜手南方電網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)鏈下游客戶，并借助高校科研力量，推動產(chǎn)銷研用協(xié)同攻關(guān)替代進(jìn)口原材料。

2018年，中原石化首次產(chǎn)出超純凈電容器膜料FC03，由于缺乏足夠的試用反饋，未收到預(yù)期效果。隨后的幾年時間，化銷華中發(fā)揮橋梁作用，密切產(chǎn)銷研用結(jié)合。經(jīng)過反復(fù)論證方案、多次試用反饋、調(diào)整工藝配方，化銷華中協(xié)助中原石化調(diào)整試產(chǎn)十余批次產(chǎn)品，不斷破解產(chǎn)品灰分超標(biāo)、薄膜擊穿電壓低、耐久性不足等技術(shù)難題，最終于2022年生產(chǎn)出性能優(yōu)異、具備量產(chǎn)條件的電容器薄膜產(chǎn)品。

2022年12月，應(yīng)用超純凈電容器膜料FC03生產(chǎn)的直流干式電容器通過型式試驗；2023年2月，通過中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會組織的新產(chǎn)品技術(shù)鑒定。電容器在南方電網(wǎng)的工業(yè)化示范應(yīng)用，為后續(xù)柔直工程大規(guī)模應(yīng)用國產(chǎn)電容器設(shè)備打下堅實基礎(chǔ)，也為中國石化超純凈聚丙烯粒料及國產(chǎn)電容器薄膜的全面推廣注入強(qiáng)勁動力。

用戶反饋

南方電網(wǎng)：  “產(chǎn)品在不同生產(chǎn)線均具適應(yīng)性”

早期超純凈電容器膜料試制電容器測試后，高溫下電容衰減較快、耐久性不足。經(jīng)過不斷改進(jìn)，我們反饋的灰分超標(biāo)、薄膜擊穿電壓低、電容衰減較快等一系列技術(shù)難題被陸續(xù)解決。通過試制數(shù)千個電容器元件及上百臺樣機(jī)、開展上千小時的摸底試驗，我們驗證了中國石化產(chǎn)品在不同生產(chǎn)線上的適應(yīng)性，目前已有多家電容器制造企業(yè)在同步應(yīng)用。

國產(chǎn)設(shè)備的大規(guī)模推廣應(yīng)用有效降低了直流干式電容器采購成本。以龍門站為例，電容器如果全部換成國產(chǎn)化設(shè)備，一個站就能夠節(jié)省成本5000萬元以上。

直流干式電容器從材料、設(shè)計、研發(fā)到生產(chǎn)實現(xiàn)全鏈條自主可控，對打破國外技術(shù)壟斷、擴(kuò)充關(guān)鍵電力技術(shù)裝備國產(chǎn)化序列、保障電網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全有著重大意義，必將促進(jìn)我國干式直流電容器制造行業(yè)的快速發(fā)展，進(jìn)一步帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)高端電工絕緣材料工業(yè)化制備水平，推動我國高端裝備制造業(yè)的國產(chǎn)化升級，具有廣闊的應(yīng)用前景。（南方電網(wǎng)科研院院長 蔡希鵬）

新聞會客廳

加快大規(guī)模應(yīng)用  滿足市場需求

集團(tuán)公司高級專家 夏先知

問：超高活性催化劑在生產(chǎn)超純凈聚丙烯方面發(fā)揮了怎樣的作用？在行業(yè)內(nèi)處于什么水平？

夏先知：電容器膜用超純凈聚丙烯樹脂，需要灰分含量低或者說超純凈，且聚丙烯的分子鏈結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)都要符合特定的要求。

中原石化采用連續(xù)本體聚合工藝不經(jīng)過溶劑洗滌，批量穩(wěn)定大規(guī)模生產(chǎn)電容器膜用超純凈聚丙烯樹脂的方法，是一種綠色低成本的生產(chǎn)方法。該方法對所使用的催化劑性能要求很高，需要催化劑在多種工藝條件下具有超高的活性，使所生產(chǎn)的聚丙烯灰分超低。同時，催化劑還要具有很高的定向能力等，使所生產(chǎn)的聚丙烯具有很高的等規(guī)度、合適的等規(guī)度分布及分子量分布等，一般的催化劑是達(dá)不到的。

北化院開發(fā)的HA及HA-R催化劑，具有優(yōu)異的性能，能滿足上述要求。北化院和中原石化充分合作，使用HA和HA-R催化劑，通過聚合中的操作過程、工藝參數(shù)等的調(diào)整及添加劑的調(diào)整等，經(jīng)過多次實驗，成功生產(chǎn)出各項指標(biāo)合格的電容器膜用超純聚丙烯樹脂?？梢哉f，催化劑在這種特殊樹脂的生產(chǎn)中起到關(guān)鍵核心作用。

超純凈聚丙烯樹脂的綠色低成本生產(chǎn)及其在電容器中的成功應(yīng)用，充分表明中國石化在超純凈聚丙烯的生產(chǎn)及應(yīng)用方面，已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平，同時表明中國石化的HA及HA-R催化劑是世界領(lǐng)先的聚烯烴催化劑。

中原石化首席技師 楊 雷

問：聚丙烯電工膜系列產(chǎn)品在研發(fā)生產(chǎn)過程中有哪些難點(diǎn)問題？

楊 雷：一是技術(shù)創(chuàng)新突破難度大。超純凈電工級聚丙烯樹脂不同于傳統(tǒng)的聚丙烯產(chǎn)品，對灰分指標(biāo)要求特別嚴(yán)（≤25ppm）。常規(guī)的聚丙烯產(chǎn)品一般在150ppm~200ppm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到指標(biāo)要求。國外公司大多采用“於漿聚合+洗滌脫灰”的“兩步法”進(jìn)行生產(chǎn)。中原石化利用北化院自主知識產(chǎn)權(quán)的超高活性催化劑，在中國石化ST-Ⅱ環(huán)管法聚丙烯裝置上采取“一步法”直接聚合生成低灰分、高等規(guī)的聚合物粉料，再輔以適配國產(chǎn)粉料分子結(jié)構(gòu)的助劑體系及全流程的潔凈化控制，最終得到符合要求的電工膜產(chǎn)品。

二是生產(chǎn)穩(wěn)定控制難度大。電工膜料對產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)及批次間質(zhì)量均一性要求較高，再加上高活性催化劑與傳統(tǒng)催化劑的特性區(qū)別較大，生產(chǎn)初期因沒有數(shù)據(jù)作參考、沒有經(jīng)驗可借鑒，裝置運(yùn)行穩(wěn)定性差，切換過程長，嚴(yán)重時導(dǎo)致裝置非計劃停工。中原石化通過優(yōu)化調(diào)整關(guān)鍵工藝參數(shù)，同時發(fā)揮APC（先進(jìn)過程控制）、隱屏智能等系統(tǒng)的作用，使裝置運(yùn)行穩(wěn)定性及產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升，較好地解決了生產(chǎn)難、控制難、穩(wěn)定難等問題。

化銷華中分公司代表、黨委書記 于士如

問：聚丙烯電工膜產(chǎn)品的市場前景怎樣？

于士如：目前國內(nèi)有十余家電容器膜主流廠家，生產(chǎn)電容器膜所用的聚丙烯原料基本為進(jìn)口產(chǎn)品，年進(jìn)口量超10萬噸。其中，北歐產(chǎn)品曾壟斷中國市場數(shù)十年，后來韓國、新加坡相關(guān)產(chǎn)品也相繼進(jìn)入中國市場。

隨著近年來國家特高壓電網(wǎng)的發(fā)展、高鐵的建設(shè)、新能源汽車的推廣、風(fēng)能和太陽能行業(yè)的快速發(fā)展，尤其是“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，未來我國還會持續(xù)加大對新能源的扶持力度，新能源汽車行業(yè)將迎來重要發(fā)展機(jī)遇，風(fēng)能和太陽能行業(yè)也會在政策支持和成本下降的雙重推動下，以超常規(guī)的速度發(fā)展。因此，未來市場對耐熱性好、耐壓能力強(qiáng)、安全防爆的薄膜電容器需求將快速增長，聚丙烯電工膜產(chǎn)品具有良好的市場前景和經(jīng)濟(jì)效益。

化銷華中立足化工產(chǎn)業(yè)鏈的“橋梁紐帶”定位，不斷深化與科研院所、生產(chǎn)企業(yè)、龍頭客戶的合作，凝聚“產(chǎn)銷研用”攻關(guān)合力，協(xié)同推進(jìn)高端化工材料開發(fā)、高附加值產(chǎn)品推廣。此次中國石化突破“卡脖子”技術(shù)研發(fā)的超純凈聚丙烯原料，成功應(yīng)用于我國自主生產(chǎn)的首批直流干式電容器，并在南方電網(wǎng)投運(yùn)，為后續(xù)柔直工程大規(guī)模應(yīng)用國產(chǎn)電容器設(shè)備打下堅實基礎(chǔ)。