國內(nèi)外聚烯烴流化床技術(shù)專利分析

張雅群，朱佩，熊進蘇，孫麗娟，葉文瑩，孫婧元

（1 浙江大學圖書館，浙江 杭州 310027；2 浙江大學化工工程與生物工程學院，浙江 杭州 310027）

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國已經(jīng)成為世界聚烯烴的第一生產(chǎn)大國，聚烯烴技術(shù)進展已引起科學界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。采用流化床反應(yīng)器進行烯烴聚合是其生產(chǎn)的主流工藝，不僅具有簡單、穩(wěn)定、安全環(huán)保的優(yōu)勢，同時還能降低生產(chǎn)成本，受到眾多工業(yè)企業(yè)的青睞。圍繞聚烯烴流化床技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)外學者從多個角度進行分析研究。

在工藝技術(shù)研究方面，吳瑾等針對氣相聚乙烯裝置，研究聚合反應(yīng)溫度控制的優(yōu)化；時強等以烯烴聚合流化床反應(yīng)器為研究對象，對氣固流化床中顆粒團聚的形成和演化進行研究；Sbaaei等從動態(tài)建模的角度對聚烯烴流化床進行分析研究；舒巍等對氣相法聚丙烯工藝技術(shù)的發(fā)展進行分析研究；董陽陽等對中國聚烯烴產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及工藝特點進行分析。

在催化劑技術(shù)研究方面，周浪嶼等對聚丙烯、聚乙烯中催化劑計量系統(tǒng)運行以及催化劑變化對烯烴聚合工藝及產(chǎn)品性能的影響開展研究分析；Yang等對流化床反應(yīng)器中采用茂金屬催化劑進行聚乙烯、聚丙烯聚合反應(yīng)進行研究；Shamiri等對Ziegler-Natta 和茂金屬催化劑對聚烯烴結(jié)構(gòu)、性能和加工能力的影響開展研究；張麗霞對Unipol氣相法聚乙烯工藝技術(shù)進展進行分析，得出該技術(shù)工藝的核心是氣相流化床反應(yīng)技術(shù)和催化劑技術(shù)，兩個技術(shù)伴隨發(fā)展。

這些研究雖然在一定程度上反映了聚烯烴流化床領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展狀況，但仍然存在著一些不足。國內(nèi)外相關(guān)的研究主要集中在聚烯烴流化床領(lǐng)域具體技術(shù)的發(fā)展，或是針對聚乙烯或聚丙烯等生產(chǎn)技術(shù)開展技術(shù)進展分析，但對于整個領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展全貌以及世界競爭格局方面缺乏相關(guān)的研究。聚烯烴作為最具廣泛應(yīng)用價值的工業(yè)產(chǎn)品，把握領(lǐng)域研究動態(tài)，掌握世界競爭格局，對于我國相關(guān)企業(yè)發(fā)展具有重要意義。因此，本文以Innography專利數(shù)據(jù)庫中的聚烯烴流化床領(lǐng)域?qū)＠麨閿?shù)據(jù)源，通過專利計量進行聚烯烴流化床領(lǐng)域技術(shù)的可視化研究，綜合運用Derwent Innovation 以及Derwent Data Analyzer，探索聚烯烴流化床領(lǐng)域全球發(fā)展態(tài)勢、競爭格局以及技術(shù)創(chuàng)新前沿。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

專利是科研產(chǎn)出的重要表現(xiàn)形式之一，是科技研發(fā)活動中定義明確的發(fā)明成果的法定代表，普遍認為是表征科技創(chuàng)新的強有力的指標。專利信息計量是將專利分析、文獻計量和信息計量學的原理和方法用于專利文獻和專利信息的定量分析，從而為從事專利活動、科技創(chuàng)新、市場競爭和管理決策提供服務(wù)。本文采用專利信息計量法對聚烯烴流化床領(lǐng)域的專利信息進行采集、處理和統(tǒng)計分析，以報表、圖表、矩陣和網(wǎng)絡(luò)等方式提供可視化的分析結(jié)果，不僅能夠準確揭示全球及各個國家（地區(qū)）、組織機構(gòu)等技術(shù)研發(fā)的重點，探析當前全球聚烯烴流化床領(lǐng)域?qū)＠植几窬趾颓把責狳c，也能為我國聚烯烴流化床技術(shù)發(fā)展提供決策參考。

經(jīng)過對聚烯烴流化床工藝技術(shù)的背景調(diào)研后，確定流化床和烯烴聚合為該技術(shù)領(lǐng)域兩個主要的檢索要素，制訂檢索要素表，如表1所示。

表1 流化床聚烯烴技術(shù)工藝的檢索要素表

本文采用Innography 專利數(shù)據(jù)庫，基于上述檢索要素形成檢索策略。由于聚烯烴流化床技術(shù)歷史沿革長，近二十年的專利申請難以形成領(lǐng)域技術(shù)全貌，因此本文分析20 世紀50 年代至今領(lǐng)域內(nèi)的專利，并針對不同發(fā)展階段的專利進一步進行分析，探究聚烯烴領(lǐng)域的研究發(fā)展動向。經(jīng)檢索，獲得1951—2020 年跨度70 年期間基于流化床反應(yīng)器的烯烴聚合反應(yīng)工藝技術(shù)領(lǐng)域的專利14628件。專利文獻檢索時間為2021年4月15日。

2 總體分析

2.1 專利年度申請及授權(quán)趨勢

全球范圍內(nèi)聚烯烴流化床技術(shù)專利申請及授權(quán)量情況如圖1所示，該領(lǐng)域?qū)＠暾埓笾驴梢苑譃槿齻€階段：①技術(shù)萌芽期，早在1951 年便出現(xiàn)了該領(lǐng)域的專利申請，1977年以前，每年有零星的專利申請，技術(shù)不斷萌芽；②技術(shù)發(fā)展期，從1978—1999 年，專利申請量在經(jīng)過一段時間的低速增長后，開始快速增長，尤其是在1986—1999年，該領(lǐng)域的專利申請量增長速度加快，呈現(xiàn)一個指數(shù)增長的趨勢；③技術(shù)穩(wěn)定期，聚烯烴流化床技術(shù)歷時半個多世紀的發(fā)展，從2000年開始經(jīng)過短暫的回調(diào)，技術(shù)發(fā)展相對成熟，每年的專利申請量在400件上下浮動。發(fā)明專利的審查周期通常為2～3年，因此專利的授權(quán)量整體趨勢相比申請趨勢后延，且經(jīng)過審查后獲得授權(quán)的專利量相比于申請量有所下降，尤其是1996—2000年出現(xiàn)的申請高峰，在授權(quán)專利上并未出現(xiàn)如此大的起伏。由于2018年之后的專利申請還未全部公開，近兩年的專利申請量無法準確統(tǒng)計，聚烯烴流化床技術(shù)目前屬于技術(shù)穩(wěn)定期，預(yù)測其專利申請會維持在四五百件上下。

圖1 全球流化床聚烯烴技術(shù)工藝專利申請和授權(quán)年度趨勢

2.2 專利技術(shù)原創(chuàng)國與技術(shù)目標國

2.2.1 專利技術(shù)原創(chuàng)國家/地區(qū)

專利發(fā)明人的國家（inventor location）可以體現(xiàn)專利技術(shù)的原創(chuàng)地區(qū)，衡量各個國家在領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新實力。經(jīng)分析，來自全球55個國家/地區(qū)的發(fā)明人為聚烯烴流化床領(lǐng)域的專利技術(shù)創(chuàng)新做出貢獻，其中排名前十的發(fā)明人國家/地區(qū)如圖2 所示。領(lǐng)域內(nèi)主要發(fā)明人國家為美國、法國、日本、德國等，其中來自美國的發(fā)明人技術(shù)創(chuàng)新能力強勁，實力突出，占專利申請總量的41.6%，可見美國在該領(lǐng)域上有強大的研發(fā)能力，并且遠遠超過德國、法國和日本等國家。中國發(fā)明人的專利量為603 件，排名第7，僅占總申請量的4.1%，我國在該領(lǐng)域的研發(fā)能力與美國有著極大的差距。

圖2 聚烯烴流化床領(lǐng)域原創(chuàng)國家/地區(qū)排名前十分布圖

2.2.2 專利技術(shù)目標國家/地區(qū)

專利申請國（source jurisdiction）可以體現(xiàn)專利權(quán)人需要在哪些國家或地區(qū)保護該發(fā)明，這一參數(shù)也反映了該發(fā)明未來可能的實施國家或地區(qū)。聚烯烴流化床專利申請國的分布如圖3所示，可以發(fā)現(xiàn)其全球?qū)＠饕植荚诿绹?、歐盟、日本、中國等地，且該領(lǐng)域的專利技術(shù)在美國應(yīng)用稍微居多外，在各國的技術(shù)應(yīng)用較為平均，該技術(shù)領(lǐng)域在全球的專利申請都較為廣泛。這同樣也可以從流化床聚烯烴工藝技術(shù)領(lǐng)域的PCT （專利合作條約，patent cooperation treaty） 國際專利申請（WIPO）（1494 件）、歐洲專利局（EPO）申請（1882 件）中得出，說明很多專利權(quán)人都非常注重技術(shù)的區(qū)域保護，利用WIPO和EPO的專利申請同時對多個國家或者地區(qū)申請保護。對比于原創(chuàng)國家/地區(qū)分布（占比4.1%），我國在目標國家/地區(qū)的占比增加到11.8%，且與排名首位的美國差距較小，表明各申請人非常重視聚烯烴在中國的市場。進一步分析中國專利的發(fā)明人來源，1720 件中國專利，發(fā)明人來自美國有545件，排名首位，可見美國企業(yè)非常關(guān)注中國市場，在聚烯烴流化床領(lǐng)域布局大量專利，國內(nèi)研發(fā)單位與企業(yè)需要引起重視。

圖3 專利技術(shù)目標國家/地區(qū)分布地圖（單位：件）

主要技術(shù)目標國家/地區(qū)專利申請趨勢如圖4所示（近兩年的專利申請部分還未公開，相關(guān)數(shù)據(jù)不具有太大參考價值），從圖4 中可以看出，美國是技術(shù)的先驅(qū)者，最早在流化床聚烯烴領(lǐng)域申請專利，隨后是歐盟與日本。中國1985 年正式實施專利法，專利的申請起點相比國外起步較晚。細究專利的技術(shù)來源，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)最早的專利申請不是國內(nèi)研究機構(gòu)，而是美國聯(lián)合碳化物公司（現(xiàn)為美國陶氏化工全資附屬公司），可見國外相關(guān)企業(yè)非常懂得用專利制度來搶占市場先機。近十年，美國與歐盟專利申請穩(wěn)中有降，而中國市場愈發(fā)受到各國重視，專利申請呈現(xiàn)不斷上漲的趨勢，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)與研發(fā)機構(gòu)要加強技術(shù)研發(fā)，借鑒美國、歐洲等相關(guān)的技術(shù)積累，進一步實現(xiàn)技術(shù)突破，站穩(wěn)中國市場。

圖4 主要技術(shù)目標國家/地區(qū)專利申請趨勢分布

3 聚烯烴流化床技術(shù)發(fā)展與技術(shù)功效

3.1 全球技術(shù)總體分布

專利地圖基于專利資訊，采用統(tǒng)計分析方法，呈現(xiàn)可分析解讀的圖表訊息，使其具有地圖指向功能。通過對專利地圖的分析，可以發(fā)現(xiàn)在技術(shù)相對密集領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展機會點，進而對現(xiàn)有技術(shù)進行改進，激發(fā)創(chuàng)造新的技術(shù)。本文采用德溫特專利地圖功能對全球?qū)＠夹g(shù)研發(fā)方向進行了總體揭示，如圖5所示。從圖中不難發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域研發(fā)主要圍繞在三個方面，一是聚合反應(yīng)過程，包括聚合反應(yīng)動力學、反應(yīng)器及聚合過程的優(yōu)化和控制等；二是催化劑及催化劑有關(guān)以及助催化劑等；三是以產(chǎn)品應(yīng)用為導向的聚合物結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系。進一步觀察，可以發(fā)現(xiàn)涉及催化劑相關(guān)部分形成了幾個比較聚類的專利地圖，分別為自由基聚合引發(fā)劑、Ziefler-Natta 催化劑、Phillips 鉻系催化劑和茂金屬催化劑，均是烯烴聚合中使用最廣泛的催化劑類型。同時也可以發(fā)現(xiàn)右下角聚丙烯的集合相對獨立，表明丙烯聚合工藝與乙烯、丁烯聚合的工藝存在較大的差別。

圖5 基于流化床聚烯烴技術(shù)工藝的專利地圖

3.2 技術(shù)發(fā)展與研究前沿

3.2.1 技術(shù)演化

圖6為聚烯烴流化床領(lǐng)域近半個世紀以來專利技術(shù)在各個不同時期的文本聚類環(huán)狀圖。圖中的內(nèi)環(huán)代表一級技術(shù)點，外環(huán)代表該一級技術(shù)點下的二級技術(shù)點，環(huán)的大小代表該技術(shù)點的專利量。從圖6 中可以看出，聚烯烴流化床領(lǐng)域，在技術(shù)萌芽期，相關(guān)專利申請主要集中在聚合過程中對分子量的控制，聚合中的催化劑主要涉及過渡金屬、四氯化鈦、鉻化合物。在技術(shù)發(fā)展期，對α-烯烴的相關(guān)研發(fā)成為重點，其余的研發(fā)主要集中在涉及過渡金屬、催化體系、助催化劑以及電子供體等催化劑范疇的技術(shù)保護與產(chǎn)品開發(fā)。在技術(shù)穩(wěn)定期，催化劑的相關(guān)研究經(jīng)歷了技術(shù)萌芽期、技術(shù)發(fā)展期的不斷發(fā)展，成為技術(shù)穩(wěn)定期的重點開發(fā)領(lǐng)域，尤其是茂金屬相關(guān)的催化劑，成為專利技術(shù)保護的重點方向，同時涉及聚合反應(yīng)器的專利技術(shù)開始涌現(xiàn)。在最近的熱點技術(shù)中，聚合反應(yīng)器的相關(guān)專利技術(shù)超過茂金屬以及催化系統(tǒng)，成為技術(shù)研發(fā)的熱點方向。聚烯烴流化床領(lǐng)域技術(shù)歷時近半個世紀的發(fā)展，催化劑的相關(guān)研究在各個技術(shù)發(fā)展時期都是研究的一個重要方向，其技術(shù)的發(fā)展總是將工藝發(fā)展和催化劑技術(shù)發(fā)展聯(lián)系起來，以確保新技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。近幾年聚合反應(yīng)器逐步成為研發(fā)的一個重點方向，越來越多的領(lǐng)域競爭者在關(guān)注催化劑技術(shù)的同時，更加注重反應(yīng)器的研發(fā)保護。

圖6 全球聚烯烴流化床專利技術(shù)演進文本聚類環(huán)狀圖

3.2.2 領(lǐng)域內(nèi)的專利技術(shù)分布

為了進一步揭示聚合反應(yīng)技術(shù)研發(fā)的重點與熱點，本文在專利地圖與文本聚類的基礎(chǔ)上，對專利進行了技術(shù)上更細致的劃分，分為原料體系、進料工藝、聚合動力學控制、催化劑工藝、冷凝工藝以及分離和回收工藝，并對領(lǐng)域內(nèi)所有的專利逐一進行人工技術(shù)分支的標引，得到了各技術(shù)分支的對應(yīng)專利，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2所示。從表中可以看出，催化劑工藝相關(guān)的專利為10238件，占該領(lǐng)域總專利申請量的69.99%，是該領(lǐng)域的研究重點。其次是聚合動力學的控制，包括對原料濃度、溫度、原料分壓、反應(yīng)器壓強以及氣體和液體流化速度等的控制，相關(guān)專利為7452 件，占比接近總申請量的50.94%，是該領(lǐng)域另一研究核心方向。冷凝工藝是該領(lǐng)域的主要技術(shù)難點之一，由于烯烴聚合反應(yīng)是強放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中會放出大量的熱，對聚合熱效應(yīng)的控制具有重要意義。首先，若反應(yīng)器撤熱能力差、聚合熱無法及時撤除，反應(yīng)器內(nèi)極易產(chǎn)生局部熱點，進一步引起聚合產(chǎn)物團聚結(jié)塊并堵塞反應(yīng)器，嚴重的會導致停車故障。其次，反應(yīng)器產(chǎn)熱速率與撤熱速率曲線的相互關(guān)系決定了反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性，即當操作條件出現(xiàn)偏離定態(tài)擾動時，反應(yīng)器能否恢復(fù)或保持所有定態(tài)所規(guī)定的操作狀態(tài)。最后，反應(yīng)器的撤熱能力決定了生產(chǎn)負荷的大小，要想提升裝置產(chǎn)能，必須采取措施提高反應(yīng)器的撤熱能力。因此，如何在冷凝工藝中將聚合熱及時撤除是該領(lǐng)域最關(guān)注的技術(shù)發(fā)明點之一。此外，該領(lǐng)域的申請專利還相對集中在進料工藝、原料體系構(gòu)成以及回收和分離工藝等方面。

表2 全球流化床聚烯烴專利技術(shù)分支的專利申請量

3.2.3 技術(shù)功效矩陣

技術(shù)功效矩陣分析是一種可用于尋找解決具體技術(shù)問題的專利技術(shù)，也可用于尋找技術(shù)空白點、技術(shù)研發(fā)熱點和突破點。在上述6 個技術(shù)分類的基礎(chǔ)上，對專利技術(shù)的功效進行劃分，分為烯烴聚合生產(chǎn)速率的控制、烯烴聚合產(chǎn)率的控制、聚烯烴分子量及其分布的可控合成、烯烴聚合過程團聚及結(jié)塊控制、聚烯烴結(jié)構(gòu)的可控合成這5個功效。

全球?qū)＠闹饕夹g(shù)分支（橫坐標）和功效（縱坐標）如圖7 所示。從技術(shù)分支上看，全球?qū)＠暾垷狳c的集中順序為催化劑工藝、聚合動力學控制、進料工藝、原料體系、冷凝工藝以及回收和分離工藝。從功效分類來看，全球?qū)＠麩狳c的集中順序為聚烯烴分子量及其分布的可控合成、烯烴聚合過程團聚及結(jié)塊控制、聚烯烴結(jié)構(gòu)的可控合成、烯烴聚合產(chǎn)率的控制以及烯烴聚合生產(chǎn)速率的控制等。

圖7 基于流化床反應(yīng)器的烯烴聚合工藝功效矩陣

利用催化劑工藝進行烯烴聚合產(chǎn)物的分子量可控合成的專利最多，因為聚烯烴的分子量是影響樹脂產(chǎn)物的性能的重要因素之一，而且利用催化劑調(diào)控聚烯烴的分子量是最常用也最有效的方法之一。涉及催化劑工藝的專利數(shù)量最多，催化劑是烯烴聚合過程中很重要的一項工藝，涉及聚合反應(yīng)的引發(fā)、聚合產(chǎn)物性質(zhì)的控制等。此外，原料體系構(gòu)成、原料的進料方式、聚合反應(yīng)動力學控制、反應(yīng)熱撤除能力、氣液分離能力等都是影響聚烯烴分子量的重要因素。

從技術(shù)功效圖來看，目前在烯烴聚合產(chǎn)率控制和烯烴聚合速率控制這兩個功效分類上專利申請量相對較少，特別是在提高產(chǎn)率節(jié)省成本上還有較大的技術(shù)研發(fā)與專利申請空間。

4 領(lǐng)域機構(gòu)競爭力

4.1 全球?qū)＠暾埲?/h3>

對聚烯烴流化床領(lǐng)域內(nèi)的申請人進行分析，全球?qū)＠暾埲伺琶笆绫?所示。從表3中可以發(fā)現(xiàn)，全球排名前十的申請人主要來自美國、歐洲跟日本，沒有一家企業(yè)來自中國。中國申請人排名首位的是中國石化集團有限公司，在全球排名14位，且申請量僅為陶氏公司的5.68%。值得注意的是，陶氏公司、利安德巴塞爾工業(yè)公司、穆巴達拉投資公司、英國石油公司和?？松梨诠九琶拔宓纳暾埲耍瑢＠暾埩窟_到了總申請量的57.36%，其中陶氏公司一個申請人的占比就達到了23.5%，表明該領(lǐng)域存在著較強的技術(shù)壟斷現(xiàn)象。

表3 全球?qū)＠暾埲伺琶笆?/p>

全球排名前五申請人的專利技術(shù)布局情況如圖8 所示。從圖8 中可以看出，五家企業(yè)在6 個專利技術(shù)領(lǐng)域均有涉及和布局，催化劑工藝是核心申請人重點布局方向，緊隨其后的是聚合動力學控制與進料工藝。陶氏公司作為領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)頭羊，在除回收和分離工藝領(lǐng)域外都表現(xiàn)出較強的技術(shù)實力，尤其是在催化劑工藝領(lǐng)域，申請了2683 件專利，占到企業(yè)專利申請總量的78%（由于專利一般保護的是一個或多個工藝，故占比之和會超過1）。穆巴達拉投資公司是五家企業(yè)中唯一一家在聚合動力學控制領(lǐng)域?qū)＠砍^催化劑工藝的申請人，可見該公司非常注重在聚合動力學控制方面的技術(shù)研發(fā)?；厥蘸头蛛x工藝作為6 個技術(shù)方向中的冷門技術(shù)，專利申請量最少，五大巨頭企業(yè)在該領(lǐng)域內(nèi)的專利布局實力相當，可以作為中小企業(yè)進入該領(lǐng)域進行技術(shù)競爭的一個突破口。

圖8 全球排名前五申請人專利技術(shù)布局

圖9為全球核心申請人專利技術(shù)效果分布。從圖9中可以發(fā)現(xiàn)，陶氏企業(yè)實力最強，五大技術(shù)效果提升都十分關(guān)注，尤其是在烯烴聚合生產(chǎn)速率的控制以及烯烴聚合產(chǎn)率的控制方面，在核心申請人中占據(jù)半壁江山。在五大技術(shù)效果中，聚烯烴的分子量及其分布的可控合成是各家企業(yè)關(guān)注的焦點，尤其是穆巴達拉投資公司，涉及聚烯烴流化床領(lǐng)域的專利有44.3%圍繞這方面。其次是烯烴聚合過程團聚及結(jié)塊控制，除陶氏公司外，利安德巴賽爾工業(yè)公司與英國石油公司均十分關(guān)注。在聚烯烴結(jié)構(gòu)可控合成方面的效果提升上，五家企業(yè)實力相對均衡。

圖9 全球核心申請人專利技術(shù)效果分布

4.2 中國專利申請人

對中國專利申請人進行分析，排名前十的申請人如表4所示。申請量最多的是陶氏公司，前十位中，中國本土申請人僅占三席，分別是中國石化集團有限公司、浙江大學和中國石油天然氣集團公司，其余均為國外企業(yè)，且7家外國企業(yè)均是全球排名前十的申請人，可見外國巨頭公司非?？粗刂袊袌觯烟崆安季执罅繉＠?。

表4 中國專利申請人排名前十

中國專利排名前五申請人的專利技術(shù)布局情況如圖10所示，催化劑工藝依舊是重點布局的領(lǐng)域，5 家企業(yè)均有近1/3 專利布局在催化劑領(lǐng)域。陶氏公司在中國布局專利與全球策略相同，重點布局在催化劑工藝，其次是聚合動力學控制以及進料工藝。中國石化集團有限公司作為國內(nèi)本土企業(yè)中的翹楚，重點方向在聚合動力學控制，其次是催化劑工藝，但兩個方向的專利布局量均不及陶氏公司，僅在回收分離工藝方面有些許優(yōu)勢，專利量超過其余4家企業(yè)，可以作為技術(shù)突破的一個方向。

圖10 中國專利排名前五申請人專利技術(shù)布局

圖11 為中國專利排名前五申請人的專利技術(shù)效果分布。除英力士集團外，其余四家企業(yè)在聚烯烴結(jié)構(gòu)的可控合成技術(shù)功效上的關(guān)注度相對一致，布局的專利量在40 件上下。其余四個方向，陶氏企業(yè)更具技術(shù)優(yōu)勢，尤其是在烯烴聚合生產(chǎn)速率的控制以及聚合產(chǎn)率控制方法方面，陶氏企業(yè)專利布局量遠超其余四家企業(yè)。中國石化集團有限公司在國內(nèi)申請的專利最注重聚烯烴分子量及其分布的可控合成，其次是聚烯烴結(jié)構(gòu)的可控合成以及聚烯烴聚合過程團聚及結(jié)塊控制，在生產(chǎn)速率與產(chǎn)率控制方面相對較少。

圖11 中國專利排名前五申請人專利技術(shù)效果分布

4.3 核心申請人技術(shù)特點

國內(nèi)外在聚烯烴流化床技術(shù)領(lǐng)域的專利申請人眾多，本研究綜合考慮專利申請數(shù)量、授權(quán)情況及技術(shù)工業(yè)化程度等因素，選取了陶氏公司、利安德巴塞爾工業(yè)公司以及中國石化集團有限公司作為該領(lǐng)域?qū)＠诵纳暾埲舜?，對其在該領(lǐng)域的技術(shù)特點進行分析。

陶氏公司是在聚烯烴流化床技術(shù)領(lǐng)域活躍度最高的企業(yè)，在該領(lǐng)域的專利申請量現(xiàn)居于全球第一，其自1987 年成立以來一直致力于系列化工產(chǎn)品、塑料及農(nóng)化產(chǎn)品的研制及生產(chǎn)，并于2015 年收購了ExxonMobil 公司在Univation Technologies 公司（之前為ExxonMobil 公司和陶氏公司50/50 的合資公司）中的股權(quán)份額，成為其專利權(quán)人。陶氏公司在該領(lǐng)域的專利主要涉及四大類，分別是烯烴聚合催化劑體系的制備及應(yīng)用、流化床反應(yīng)器制備聚烯烴工藝方法及其優(yōu)化、聚烯烴功能化及改性以及聚合反應(yīng)過程監(jiān)測方法。其中，在烯烴聚合催化劑體系的制備及應(yīng)用方面，其核心專利數(shù)量最多，近40 余年來一直有相關(guān)專利持續(xù)申請，主要涉及負載型金屬催化劑體系的制備及改進、混合催化劑體系及其使用方法、不相容烯烴聚合催化劑之間的轉(zhuǎn)換方法等。針對流化床反應(yīng)制備聚烯烴工藝方面，其專利主要涉及對聚烯烴生產(chǎn)工藝的控制和改進，以達到減少聚烯烴中凝膠、改善流化床反應(yīng)器中的靜電現(xiàn)象、控制聚合物及其組合物分子量分布、控制流化床反應(yīng)器溫度等目的。在聚烯烴功能化及改性方面，其專利主要涵蓋高分子量高密度聚乙烯及其薄膜的制造方法、具有改進物理性能的聚烯烴薄膜的制備等方向。此外，陶氏公司還申請了多篇關(guān)于聚合反應(yīng)過程監(jiān)測方法的專利，包括提出無需取樣和測試聚合物特性的快速檢測和控制聚合反應(yīng)的方法、使用超聲波或微波檢測流化床聚合反應(yīng)器中的動態(tài)流化床料面、在線監(jiān)測聚合過程和反應(yīng)器的方法[42-43]等。

利安德巴塞爾工業(yè)公司成立于2000 年，是全球聚烯烴技術(shù)、生產(chǎn)和市場的領(lǐng)導者，全球最大的聚烯烴技術(shù)許可方。其在該領(lǐng)域的專利可大致劃分為三大類，分別是烯烴聚合方法與裝置、用于烯烴聚合催化劑的制備方法以及聚烯烴功能化及改性。在烯烴聚合方法與裝置方面，利安德巴塞爾工業(yè)公司的核心專利數(shù)量最多，具有強大的國際競爭力，其專利主要涵蓋烯烴聚合的氣相方法和裝置、烯烴（共）聚合的多級方法等。在用于烯烴聚合催化劑的制備方法方面，其專利主要涉及負載型金屬催化劑的制備、基于二氧化鎂加合物及由其得到催化劑組分、用于烯烴聚合反應(yīng)的鉻基催化劑的制備方法等方向。此外，利安德巴塞爾工業(yè)公司還申請了多篇關(guān)于聚烯烴功能化及改性的專利，包括高韌性聚烯烴組合物的制備、具有改進的加工性的軟性聚烯烴組合物的制備、抗沖擊線性低密度聚乙烯（LLDPE）組合物及其薄膜的制備方法、用于吹塑的聚合物組合物制備、低量凝膠的LLDPE 樹脂和膜的制備等。

中國石化集團有限公司是1998年7月在原中國石油化工總公司基礎(chǔ)上重組成立的特大型石油石化企業(yè)集團，是中國最大的成品油和石化產(chǎn)品供應(yīng)商。其在該領(lǐng)域的專利可大致劃分為三大類，分別是聚烯烴功能化及改性、用于烯烴聚合催化劑的制備及應(yīng)用以及烯烴聚合反應(yīng)裝置及方法。在聚烯烴功能化及改性方面，中國石化集團有限公司的核心專利數(shù)量最多，申請時間集中在近20 年，主要涉及管材用聚乙烯樹脂的制備方法、抗沖擊聚丙烯材料的制備方法、線型低密度聚乙烯膜的組合物及其制備方法、透明聚丙烯片材的制備方法、用于熱收縮薄膜的高強度聚乙烯材料的制備方法等。在用于烯烴聚合催化劑的制備及應(yīng)用方面，其專利主要涵蓋烯烴聚合負載型金屬催化劑的制備及其應(yīng)用、烯烴聚合用無機/有機復(fù)合載體的制備、不相容烯烴聚合催化劑體系之間的轉(zhuǎn)變方法等方向。此外，在烯烴聚合反應(yīng)裝置及方法方面，中國石化集團有限公司也申請了多篇涉及臥式流化床反應(yīng)器、檢測流化床反應(yīng)器中反應(yīng)狀態(tài)的方法和裝置等方面的專利。近10 年來，中國石化集團有限公司與浙江大學合作，申請了多篇關(guān)于流化床聚合反應(yīng)器和制備聚合物方法的專利，通過對傳統(tǒng)的烯烴聚合反應(yīng)器及工藝進行改進，達到在單一反應(yīng)器中生產(chǎn)具有寬分子量分布的聚合物、保證流化床反應(yīng)器的穩(wěn)定流化、提高反應(yīng)器的生產(chǎn)負荷、提高烯烴聚合物的支化度等目的，并在注重在冷凝工藝方面開展體系化研究，取得良好成效。

4.4 全球?qū)＠暾埲伺c發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)

為了進一步研究全球申請人與發(fā)明人在聚烯烴流化床領(lǐng)域技術(shù)合作的情況，本文采用Gephi可視化軟件分析專利數(shù)量排名前五十的申請人以及發(fā)明人之間的合作關(guān)系，如圖12 所示。圖中節(jié)點代表申請人或發(fā)明人，邊代表申請人或發(fā)明人之間的共現(xiàn)觀點。節(jié)點大小體現(xiàn)專利申請人或發(fā)明人在共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中共現(xiàn)程度的高低，節(jié)點越大說明與其共同出現(xiàn)在相同專利中的專利申請人或發(fā)明人數(shù)越多。節(jié)點之間的連線即邊的粗細則體現(xiàn)專利申請人或發(fā)明人之間的共現(xiàn)強度，連線越粗，表示兩位專利申請人或發(fā)明人同時出現(xiàn)在相同專利中的次數(shù)越多，這兩位專利申請人或發(fā)明人之間的聯(lián)系越緊密。

分析全球?qū)＠暾埩颗琶拔迨纳暾埲酥g的合作關(guān)系，如圖12 所示，為了更好地展示公司內(nèi)部的合作，此部分的專利數(shù)據(jù)未進行申請人的統(tǒng)一規(guī)整。從圖中可以看出，有三個合作比較緊密的集團，一是浙江大學-中國石化集團，二是Univation 技術(shù)公司-?？松梨诠?陶氏化學-英國石油公司，三是巴塞爾聚烯烴公司-Montell技術(shù)公司-巴斯夫股份公司。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，Univation 技術(shù)公司在2015 年被陶氏化學收購，Montell 技術(shù)公司是巴塞爾聚烯烴公司的子公司，因此Univation技術(shù)公司的專利權(quán)人歸屬陶氏化學，Montell 技術(shù)公司的專利權(quán)歸屬巴塞爾聚烯烴公司，他們之間的合作屬于內(nèi)部合作。中國石化集團子公司間的合作也非常頻繁。此外，三個外部合作較為緊密的集團：一是浙江大學-中國石化集團；二是?？松梨诠?陶氏化學-英國石油公司；三是巴塞爾聚烯烴公司-巴斯夫股份公司。其中，?？松梨诠?陶氏化學-英國石油公司和巴塞爾聚烯烴公司-巴斯夫股份公司兩個集團的合作屬于同行之間的合作；浙江大學和中國石化集團之間的合作屬于高校和國有企業(yè)之間的合作?？傮w而言，專利申請數(shù)量較多的申請人之間更加偏向于內(nèi)部子公司之間的合作，與外部的合作相對較少。

圖12 專利申請量排名前五十的申請人之間的合作關(guān)系

分析全球?qū)＠暾埩颗琶拔迨陌l(fā)明人之間的合作關(guān)系，如圖13所示，圖中節(jié)點代表發(fā)明人，邊代表發(fā)明人之間的共現(xiàn)關(guān)系。從圖中可以明顯看出，有幾個合作關(guān)系比較緊密的集團，分別是：以王靖岱為代表的浙江大學團隊，Qing Yang 為代表的雪佛龍菲利普斯化工有限責任公司團隊，Govoni Gabriel 為代表的巴塞爾聚烯烴公司團隊，Goode Gregory Mark 為代表的Univation 技術(shù)公司團隊，Wagner Burkhard E. 為 代 表 的 Union Carbide Chemicals Plastic 技術(shù)公司團隊，Stephen Kimberley Brian 為代表的Innovene 歐洲有限公司。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，這些合作集團都表現(xiàn)出一個共同的特點，即本單位人員的專利合作數(shù)量最多，與外單位人員很少合作或沒有合作。其中尤以王靖岱為代表的浙江大學團隊人員之間的線條最粗，合作最為緊密。

圖13 專利申請量排名前50的發(fā)明人之間的合作關(guān)系

5 結(jié)語與建議

（1）聚烯烴流化床技術(shù)處于技術(shù)穩(wěn)定期。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，聚烯烴流化床技術(shù)經(jīng)歷了技術(shù)萌芽期與快速發(fā)展期，目前已邁入技術(shù)的穩(wěn)定期，全球超過七成的專利來自美國、日本、歐盟，美國是技術(shù)的先驅(qū)者，技術(shù)實力最強。美國、日本、歐盟等國家與地區(qū)技術(shù)發(fā)展時間長，技術(shù)積累豐富，對我國聚烯烴流化床技術(shù)的發(fā)展具有重要的借鑒意義。

（2）中國屬于技術(shù)輸入國，本土實力不強。美國是技術(shù)大國，中國與之差距明顯。各國申請人非常注重聚烯烴在中國的市場，提前布局專利，中國專利申請量排名前十的申請人中，中國本土單位僅占三席，為中國石化集團（排名第二）、浙江大學、中國石油天然氣集團，其余均為國外在華企業(yè)，中國專利來自本土申請的僅占三層，中國市場已被國外搶占先機，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)研發(fā)要積極借鑒國外先進技術(shù)，不斷增加國內(nèi)的技術(shù)實力。

（3）領(lǐng)域技術(shù)集中度高，技術(shù)壁壘強。全球?qū)＠暾埩颗琶拔宓纳暾埲藶樘帐匣瘜W、利安德巴塞爾工業(yè)公司、穆巴達拉投資公司、英國石油公司和埃克森美孚公司，五家公司申請量之和超過總申請量一半，其中陶氏化學獨占鰲頭，全球近四分之一的專利來自陶氏。五家公司都傾向于對聚烯烴流化床各個技術(shù)分支的全布局，技術(shù)保護網(wǎng)嚴密，領(lǐng)域內(nèi)大量技術(shù)掌握在少數(shù)幾家行業(yè)巨頭手里，技術(shù)集中度高，技術(shù)壁壘強，且這些大型企業(yè)具備獨立的技術(shù)研發(fā)實力，申請人合作關(guān)系較少。20 世紀90年代聚烯烴流化床技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)技術(shù)增長高峰，究其原因是陶氏等幾家巨頭企業(yè)大量申請了專利，使整個領(lǐng)域?qū)＠暾埳仙黠@，從中看出該領(lǐng)域幾家巨頭幾乎左右整個行業(yè)的發(fā)展。國內(nèi)中小企業(yè)要進入聚烯烴領(lǐng)域參與競爭，靠自身進行研發(fā)，實力不足，難以實現(xiàn)技術(shù)突破，可以緊密聯(lián)合高?？蒲性核劳懈咝ＸS富的科研資源，開展技術(shù)研究，中國石化集團有限公司與浙江大學的合作是一個非常好的學習案例。

（4）技術(shù)的發(fā)展與前沿。在技術(shù)萌芽期，相關(guān)專利申請主要集中在聚合過程中對分子量的控制，技術(shù)發(fā)展期，α-烯烴的相關(guān)研發(fā)成為重點，這兩個時期催化劑技術(shù)同樣是研究的重點方向，在技術(shù)穩(wěn)定期，催化劑技術(shù)實現(xiàn)新的突破，尤其是茂金屬相關(guān)的催化劑，成為專利技術(shù)保護的重點方向。近五年，聚合反應(yīng)器逐步成為研發(fā)的一個前沿與熱點，越來越多的領(lǐng)域競爭者在關(guān)注催化劑技術(shù)的同時，更加注重反應(yīng)器的研發(fā)保護。

（5）技術(shù)創(chuàng)新的布局重點與可突破點。從聚合工藝技術(shù)角度看，領(lǐng)域研發(fā)的主要技術(shù)集中在催化劑工藝、聚合動力學控制、進料工藝，而冷凝工藝與回收分離工藝相對較少，其中催化劑工藝技術(shù)最密集，集中在自由基聚合引發(fā)劑、Ziefler-Natta 催化劑、Phillips 鉻系催化劑和茂金屬催化劑等相關(guān)技術(shù)。從技術(shù)效果角度看，領(lǐng)域研發(fā)關(guān)注的主要技術(shù)效果包括聚烯烴分子量可控合成、聚烯烴結(jié)構(gòu)可控合成和聚合反應(yīng)過程中團塊控制三個方面。目前在烯烴聚合產(chǎn)率控制和烯烴聚合速率控制這兩個功效分類上專利申請量相對較少，特別是在提高產(chǎn)率節(jié)省成本上還有較大的專利申請空間。催化劑雖然是聚烯烴的核心技術(shù)，但是領(lǐng)域技術(shù)布局密集，國內(nèi)相關(guān)研發(fā)機構(gòu)可以嘗試從冷凝工藝與回收分離工藝方面開展相關(guān)研究，進一步關(guān)注烯烴聚合產(chǎn)率控制和烯烴聚合速率控制方面的技術(shù)，實現(xiàn)技術(shù)突破。