我國聚丙烯催化劑技術進展分析 目前氣相法是聚丙烯生產加工中最為先進的技術

• 侯賀 2023年9月26日 來源：中研網 261 9
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目前我國的聚丙烯生產企業中，常用的聚丙烯催化劑為Ziegler-Natta催化劑，這種催化劑是由三乙基鋁與四氯化鈦組成的一種具有良好定向聚合作用的催化劑，Ziegler-Natta催化劑分為主催化劑、助催化劑和給電子體三個部分，在新型催化劑技術的研發上，主要從給電子體技術上進

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目前，有45%的聚乙烯生產過程使用齊格勒-納塔催化劑，而在聚丙烯的生產中，使用了齊格勒-納塔催化劑的應用則達到了95%。目前，我國工業用催化劑主要為齊格勒-納塔催化劑,茂金屬催化劑是重要的補充,非茂單活性中心催化劑目前占比較小。

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目前我國的聚丙烯生產企業中，常用的聚丙烯催化劑為Ziegler-Natta催化劑，這種催化劑是由三乙基鋁與四氯化鈦組成的一種具有良好定向聚合作用的催化劑，Ziegler-Natta催化劑分為主催化劑、助催化劑和給電子體三個部分，在新型催化劑技術的研發上，主要從給電子體技術上進行創新。

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1、內給電子技術

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內給電子技術是聚丙烯催化劑新技術研發領域的重點研究方向，內給電子技術的程序是在制作和準備應用固體催化劑時，在催化劑內加入內給電子體，通過內給電子體的加入激發催化劑的性能，通過這樣的方式提升催化劑的聚合作用，這是內給電子技術最重要的應用；在內給電子技術的應用過程中，還需要對內給電子體的電子效應和空間位阻進行調節，提高催化劑的活性，從而達到在最大范圍內提高催化劑性能，加強聚合效果的目的。

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目前常用的內給電子體以鄰苯二甲酸酯為原料，其在Ziegler-Natta 催化劑中的應用，可以有效提升聚丙烯催化劑的活性，優化了傳統催化劑技術的弊端。但由于這種物質具有一定的毒性，因此對該物質替代材料的研發是目前內給電子技術研發領域的核心問題，目前已經有一些公司研發出了非鄰苯二甲酸酯類的新型內給電子體，可以利用新材料和新催化技術對內給電子技術進行優化，從而生產出環保、無毒無味、體積小、重量輕的新型內給電子體。

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2、外給電子技術

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外給電子技術也是聚丙烯催化中的重要技術手段，該技術是在制作聚丙烯的過程中，將外給電子體與主催化劑、助催化劑一同加入，外給電子技術在Ziegler-Natta催化劑中的主要作用就是可以提高聚丙烯的等規度，從而達到在共同反應中提高聚丙烯催化劑的催化作用的目的。外給電子技術在Ziegler-Natta催化劑中的應用可以影響催化系統的聚合能力，還可以干擾催化劑的氫調敏感性，通過刺激催化劑聚合能力的提升使得聚丙烯的等規度不斷提高，增加聚丙烯材料的力學性能，獲得性狀更為穩定、更加結實耐用的聚丙烯材料。

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Ziegler-Natta催化劑主要是由IV~VIII族元素（如Ti、Co、Ni）的鹵化物與I~III族金屬（如Al、Be、Li）的烷基化合物或烷基鹵代物組成的。目前得到公認的聚合機理為（以乙烯聚合為例）：四氯化鈦與有機鋁首先作用，被還原至三氯化鈦，然后被烷基化而得氯化烷基鈦，烯烴首先在鈦原子的空位上配位，生成 -絡合物。再經過移位和插入，留下的空位又可以給第二分子烯烴配位，如此重復進行鏈的增長過程。

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20世紀80年代中期，出現了第四代Z-N催化劑-球型載體催化劑。此類催化劑是由Himont公司發展起來的。其特點是能夠控制載體本身的物理化學性能，并能控制活性中心在載體上的分布，具有顆粒反應器性能。催化效率大大提高，高達數十萬至數百萬克聚乙烯。能生成不同分子質量和質量分布的聚烯烴，可以獲得不同相對密度的聚烯烴樹脂。產品具有球形或類球形的顆粒形態，可以制備形態好，堆密度高的聚烯烴產品，這使得人們盼望已久的無造粒工藝成為可能。第四代Z-N催化劑的出現，標志著聚烯烴聚合催化技術的研究和生產趨于成熟。當今世界上絕大多數低壓聚烯烴生產裝置，使用的都是第三代和第四代Z-N催化劑。

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聚丙烯的生產工藝經歷了溶劑法、溶液法、液相本體法和氣相法幾個階段。目前氣相法是聚丙烯生產加工中最為先進的技術，相比于其他生產工藝，氣相法的應用。極大提高了聚丙烯生產加工的規劃，其流程簡單，設備使用較少，生產加工過程安全無毒，成本低廉，給聚丙烯生產加工企業帶來了較大的經濟效益。

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1、Spherizone工藝技術

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Spherizone工藝技術所采用的主反應器是單一區循環反應器，其與氣相共聚反應器相配合，使得聚丙烯在反應中實現相互連接的效果，提升聚丙烯生產加工的聚合反應；而多區循環反應器又可以分為上升段和下降段兩部分的反應區，聚丙烯粒子在上下兩個反應區內進行不斷的循環，上升段反應區中的聚丙烯粒子通過不斷循環的體系進行快速流動，直接進入下降段反應區頂端位置的旋風分離器，通過旋風分離器的作用將反應中的氣體和固體分離，同時下降段反應區內在設計了阻隔區域，通過阻隔區完成了上升段和下降段反應區不同的反應，阻隔區將氣體和聚合粒子進行分離后，聚合粒子不斷向下運動，直至下沉段最底部后再進行上升，從而實現循環。

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2、Unipol工藝技術

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Unipol工藝技術是聚丙烯生產技術發展歷程中的重要里程碑，它的出現代表聚丙烯生產加工工藝的重大突破，具有十分重要的研究和利用價值。Unipol工藝技術較以往的聚丙烯生產工藝具有很大的優勢，其操作流程簡單、使用方法較為靈活、成本較低、生產過程安全無毒且效果良好，只需要使用很少的設備就能夠實現聚丙烯中聚合物、無規共聚物和抗沖共聚物等產品的生產，涵蓋產品范圍較廣，極大提高了聚丙烯產品生產加工的效率和規模，減少了成本的投入，實現了生產企業經濟效益的提升；加之該工藝在生產過程中的操作壓力較低，無需儲備大量物料，操作安全，降低了聚丙烯生產加工中的設備超壓安全隱患；另外，該工藝在聚丙烯的生產過程中，不會產生大量的液體和氣體廢料，因此生產過程較為環保，減少了對環境的污染，實現了綠色、環保、安全和健康生產的要求。

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