PE生产技术新进展概述
晓铭
PE工业一直存在多种生产工艺并存、各展其长的局面。液相法工
艺有诺瓦的中压法工艺、陶氏化学的低压冷却法工艺和帝斯曼的低压
绝热工艺；浆液法工艺是科诺科菲利浦斯、索尔维公司的环管工艺和
赫斯特、日产化学、三井化学的搅拌釜工艺；气相法工艺主要有
Univation的Unipol工艺、BP的Innovene工艺和Basell的
Spherilene工艺。其中，气相法因流程短、投资低而发展较快，目前
气相法装置产能约占全球PE总产能的34%，新建LLDPE装置约70%采
用气相法技术。
近年，各种工艺间的竞争也带动了相关技术的发展，新兴技术不
断涌现。其中冷凝及超冷凝技术、不造粒技术、双峰技术、共聚技术、
激光法技术以及反应器新配置等新技术的开发，极大地促进了PE工业
的发展。
1. 冷凝及超冷凝技术
冷凝及超冷凝技术是指在一般的气相法PE流化床反应器工艺基
础上，使反应聚合热通过循环气体的温升和冷凝液体的蒸发带出反应
器，从而提高反应器的时空产率和循环气散热的技术。冷凝操作根据
生产需要在线切换，可以在不大幅增加装置投资的前提下大大提高装
置产能，操作弹性大。采用该技术不仅可以将单线最大产能从22.5
万t/a提高到45万t/a以上，而且可进一步降低单位产品的投资和操
作费用。国外已有大量采用冷凝和超冷凝技术对气相法PE装置扩能的
实例，最高扩能可至原产能的2.5倍以上。我国扬子石化、天津石化、
广州石化以及吉林石化、中原石化、新疆独山子石化等的PE装置也已
经采用该技术成功扩能。
UCC冷凝态技术的主要优点是除采用新型预分布器外，几乎不需
要对反应器进行任何改造，因此在Unipol生产装置中广为采用，由于
该技术允许的冷凝液含量较低，提高反应器产能的能力有限。
Exxon化学在UCC诱导冷凝技术基础上进一步开发了超冷凝技术。
Exxon化学的研究人员发现，反应器内流化状态稳定的必要条件是保
持流化床的密度与树脂堆积密度之比(FBD/SBD)大于0.59。根据这一
发现，Exxon化学通过监测FBD/SBD进一步将凝液量提高到35%，实现
了扩能1.5倍的目标(尚未达到极限)。
BP结合其流化床聚合工艺开发出不同于UCC的新冷凝技术，其特
征是直接向流化床喷射雾化冷凝液。1995年BP公司宣布“高产工艺”
(冷凝工艺)，即在PE气相工艺中引进液体循环，提高排热量、增加产
能。在该工艺中，循环气体经冷却器冷却后，冷凝液体和未冷凝气体
分离，分别进入流化床反应器，未凝气体按传统方式返回反应器。冷
凝液经过特殊设计的喷嘴雾化后，直接送人流化床进行蒸发换热。该
冷凝操作工艺需增加部分辅助设备和操作步骤，不过可获得较好的雾
化和换热效果，且工艺操作灵活性大。BP方面还称该冷凝工艺可与茂
金属催化剂结合使用。
诱导冷凝和超冷凝技术使用异戊烷或己烷等惰性冷凝剂，关键是
如何进入和退出冷凝状态。虽然冷凝有助于消除静电、改善操作，但
当循环气的凝液量达到2%左右时却易发生结块，因此需采用适当的技
术迅速进入和退出冷凝状态。采用诱导冷凝或超冷凝技术的最大优点
在于反应系统的主要设备均可保持不变，以节省设备投资并降低操作
费用。
2. 不造粒技术
随着催化剂技术的进步，现已出现直接在聚合釜中制备球形PE
树脂的技术，无需造粒工序，从而可以缩短加工周期、降低能耗。
Montell的Spherilene工艺采用MgCl2负载的钛系催化剂，在反
应器中直接生产出d＝0.890～0.970g/cm3的PE球形颗粒，产品涉及
LDPE、LLDPE和HDPE，甚至可在不降低装置产能的情况下生产VLDPE
和ULDPE。由于省去造粒工序，装置投资可减少20%。
该工艺的核心是催化剂技术。Montell使用的球形钛系催化剂在
物理和化学结构上显示出三维空间特征，可人为控制载体的物理化学
性能，并可控制活性中心在载体上的分布。
3. 双峰技术
双峰PE是指相对分子质量分布曲线呈现两个峰值的PE树脂，可
以在获得优越物理性能的同时改善其加工性能。目前，生产双峰树脂
的方法主要有熔融共混、反应器串联、在单一反应器中使用双金属催
化剂或混合催化剂等方法。目前生产商主要采用串联反应器方法，主
要代表有Univation的UnipolⅡ工艺、Basell反应器串联的气相
Spherilene工艺、Borealis的Borstar工艺、Phillips、Mitsui、
Basell、Solvay等开发的淤浆法串联反应器生产工艺等。
单反应器法是通过含多个活性中心的催化剂体系，在同一反应器
中合成双峰PE树脂，具有设备投资低等优点，不过催化剂开发难度大，
费用较高。Univation曾采用单反应器，成功试产了双峰HDPE。
Boreails公司开发出Borstar工艺，并于1995年在芬兰建成首
套20万t/a生产装置，可生产HDPE、LLDPE、MDPE等多种牌号产品。
该工艺的主要生产设备由淤浆环管反应器和特制的流化床气相反应器
串联而成，采用Z-N催化剂，产品密度范围为0.918～0.970kg/cm3，
MFR为0.02～100g/10 min，工艺过程高度灵活，PE分子量和分子量
分布易于控制。
采用Borstar工艺生产的产品，性能非常突出。双峰LLDPE膜材
料，具有优异的加工性、机械强度、撕裂强度及抗穿刺性；挤出覆膜
级产品，可代替LDPE用于钢管涂层和纸张覆膜；挤出级产品，具有优
异的耐环境应力开裂性和机械强度，特色产品为管材和电缆料。
Univation公司开发的Unipol-II生产工艺，增加了第二个聚合
反应器，生产LLDPE/HDPE双峰树脂，已建成30万t/a的2个反应器
串联的气相法生产装置。高分子质量的共聚物在第一个反应器中生成，
低相对分子质量共聚物在第二个反应器中生成，通过调节烯烃和氢的
数量获得所需产品。
近年来，Univation公司致力于单反应器“双峰”HDPE技术的开
发，已经开发出2种Prodigy“双峰”催化剂，并完成5次工业试验。
该技术采用单一流化催化反应器和“双峰”催化剂，投资和生产成本
较串联反应器低35%～40%。2002年10月，Univation采用该技术在1
套16万t/a装置进行了6天试验，产出3000t双峰HDPE薄膜树脂，
并于2004年实现工业化。这种树脂与目前串联反应器生产的高分子量
双峰树脂性能基本一致。由于该反应器生产双峰树脂主要依靠催化剂
技术，很容易在现有气相反应器中实施，因此有可能占据双峰树脂更
大的市场份额。
此外，北欧化工用其专有的Z-N催化剂，在12万t/a超临界浆液
法环管反应器和气相反应器相结合的双反应器工艺中，生产“双峰”
LLDPE和HDPE。
Equistar化工开发出“星（Star）”单中心催化剂，并成功地试
生产了HDPE、MDPE和LLDPE。双峰聚合物是在双反应系统生产，两反
应器均使用淤浆法工艺。Equistar化工正考虑使用“星”催化剂生产
滚塑牌号以及高韧性、高强度薄膜牌号产品。
4. 共聚技术
采用共聚技术对PE进行改性近年来得到长足发展。低压PE工艺
的明显进展之一就是HDPE和LLDPE的共聚单体从1-丁烯向高级α-烯
烃(1-己烯、1-辛烯和4-甲基-1-戊烯)转变。一般认为长链单体共聚
的LLDPE比短链单体共聚的树脂具有更高的整体韧性和强度，且长链
单体对LLDPE树脂性能改善的峰值处于1-己烯与1-辛烯之间。1-辛烯
共聚LLDPE韧性最好。
随着新型共聚性能良好的催化剂开发成功及冷凝态和超冷凝态进
料技术的应用，许多公司已能够经济有效地生产高级α-烯烃共聚
LLDPE树脂。如美孚公司在气相流化床反应器中釆用茂金属催化剂，
以1-己烯为共聚单体生产的LLDPE，透明度好于LDPE，雾度约为6%
（一般LLDPE的雾度约16%），冲击强度高达7.85N/m。陶氏化学的
Dowlex辛烯共聚LLDPE也具有类似性能。
5. 激光法技术
新近，意大利佛罗伦萨大学非线性光谱实验室的研究人员开发出
1种以激光作催化剂，高压法生产结晶PE的新工艺。该工艺操作简单，
聚合物收率高，结晶度高，适于大规模应用。一般情况下，烯烃可在
极高压力下完成聚合，但这种条件下生成的聚合物多为高度分枝的非
结晶材料。而采用激光催化的新工艺可在较低压力下完成聚合，并生
成完全结晶的PE聚合物。反应中经过光吸收过程使分子形态发生变
化，非常有利于生成线性高聚物。除可改善PE的性能外，这种新工艺
还不需涉及催化剂的使用与后处理，从根本上解决了环境保护的问题。
6. 反应器新配置
大型管式反应器的开发已成为LDPE生产的发展趋势，釜式工艺变
得相对过时，不过2台釜式反应器串联操作技术的开发，使釜式反应
器工艺的生产费用可以与管式反应器竞争。住友化学在这种反应器配
置方面较有经验，其不仅在日本使用该技术生产LDPE，且将该技术转
让给巴西OPP Ptroquimica公司。2台釜式反应器串联可使乙烯生成
PE的转化率提高35%以上，装置产量可提高50%，每吨PE的可变生产
费用可降低约25%。