W tym artykule przeanalizowano główne produkty chińskiego łańcucha przemysłowego C3 oraz obecne kierunki badań i rozwoju technologii.

(1)Aktualny stan i trendy rozwojowe technologii polipropylenu (PP)

Zgodnie z naszym dochodzeniem, istnieją różne sposoby produkcji polipropylenu (PP) w Chinach, wśród których najważniejsze procesy obejmują krajowy proces rur środowiskowych, proces Unipol firmy Daoju, proces Spheriol firmy LyondellBasell, proces Innovene firmy Ineos, proces Novolen firmy Nordic Chemical Company i proces Spherizone firmy LyondellBasell. Procesy te są również szeroko stosowane przez chińskie przedsiębiorstwa PP. Technologie te w większości kontrolują współczynnik konwersji propylenu w zakresie 1,01-1,02.

Krajowy proces rur pierścieniowych przyjmuje niezależnie opracowany katalizator ZN, obecnie zdominowany przez technologię procesu rur pierścieniowych drugiej generacji. Proces ten opiera się na niezależnie opracowanych katalizatorach, asymetrycznej technologii donora elektronów i technologii binarnej losowej kopolimeryzacji propylenu i butadienu, i może wytwarzać homopolimeryzację, losową kopolimeryzację etylenu i propylenu, losową kopolimeryzację propylenu i butadienu oraz odporną na uderzenia kopolimeryzację PP. Na przykład firmy takie jak Shanghai Petrochemical Third Line, Zhenhai Refining and Chemical First and Second Lines oraz Maoming Second Line zastosowały ten proces. Wraz ze wzrostem liczby nowych zakładów produkcyjnych w przyszłości oczekuje się, że proces rur środowiskowych trzeciej generacji stopniowo stanie się dominującym krajowym procesem rur środowiskowych.

Proces Unipol może przemysłowo produkować homopolimery o zakresie wskaźnika płynięcia stopu (MFR) 0,5~100 g/10 min. Ponadto, ułamek masowy monomerów kopolimeru etylenu w losowych kopolimerach może osiągnąć 5,5%. Proces ten może również produkować przemysłowy losowy kopolimer propylenu i 1-butenu (nazwa handlowa CE-FOR) o ułamku masowym gumy do 14%. Ułamek masowy etylenu w kopolimerze udarowym produkowanym w procesie Unipol może osiągnąć 21% (ułamek masowy gumy wynosi 35%). Proces ten został zastosowany w zakładach takich przedsiębiorstw jak Fushun Petrochemical i Sichuan Petrochemical.

Proces Innovene może wytwarzać produkty homopolimerowe o szerokim zakresie wskaźnika płynięcia stopu (MFR), który może osiągnąć 0,5-100 g/10 min. Wytrzymałość produktu jest wyższa niż w przypadku innych procesów polimeryzacji w fazie gazowej. MFR produktów losowego kopolimeru wynosi 2-35 g/10 min, przy ułamku masowym etylenu w zakresie od 7% do 8%. MFR produktów kopolimeru odpornego na uderzenia wynosi 1-35 g/10 min, przy ułamku masowym etylenu w zakresie od 5% do 17%.

Obecnie główna technologia produkcji PP w Chinach jest bardzo dojrzała. Biorąc za przykład przedsiębiorstwa produkujące polipropylen na bazie ropy naftowej, nie ma znaczącej różnicy w zużyciu jednostkowym produkcji, kosztach przetwarzania, zyskach itp. pomiędzy poszczególnymi przedsiębiorstwami. Z perspektywy kategorii produkcji objętych różnymi procesami, główne procesy mogą obejmować całą kategorię produktów. Jednak biorąc pod uwagę rzeczywiste kategorie wyjściowe istniejących przedsiębiorstw, istnieją znaczące różnice w produktach PP pomiędzy różnymi przedsiębiorstwami ze względu na takie czynniki, jak geografia, bariery technologiczne i surowce.

(2)Aktualny stan i trendy rozwojowe technologii kwasu akrylowego

Kwas akrylowy jest ważnym organicznym surowcem chemicznym szeroko stosowanym w produkcji klejów i powłok rozpuszczalnych w wodzie, a także powszechnie przetwarzanym na akrylan butylu i inne produkty. Według badań istnieją różne procesy produkcyjne kwasu akrylowego, w tym metoda chloroetanolowa, metoda cyjanoetanolowa, metoda Reppe pod wysokim ciśnieniem, metoda enonowa, ulepszona metoda Reppe, metoda formaldehydu etanolowego, metoda hydrolizy akrylonitrylu, metoda etylenowa, metoda utleniania propylenu i metoda biologiczna. Chociaż istnieją różne techniki przygotowywania kwasu akrylowego, a większość z nich została zastosowana w przemyśle, najbardziej powszechnym procesem produkcyjnym na świecie jest nadal bezpośrednie utlenianie propylenu do procesu kwasu akrylowego.

Surowce do produkcji kwasu akrylowego poprzez utlenianie propylenu obejmują głównie parę wodną, ​​powietrze i propylen. Podczas procesu produkcji te trzy substancje przechodzą reakcje utleniania przez złoże katalizatora w określonej proporcji. Propylen jest najpierw utleniany do akroleiny w pierwszym reaktorze, a następnie dalej utleniany do kwasu akrylowego w drugim reaktorze. Para wodna odgrywa rolę rozcieńczającą w tym procesie, zapobiegając wystąpieniu eksplozji i tłumiąc powstawanie reakcji ubocznych. Jednak oprócz produkcji kwasu akrylowego, ten proces reakcji wytwarza również kwas octowy i tlenki węgla z powodu reakcji ubocznych.

Według dochodzenia Pingtou Ge kluczem do technologii procesu utleniania kwasu akrylowego jest wybór katalizatorów. Obecnie firmy, które mogą zapewnić technologię kwasu akrylowego poprzez utlenianie propylenu, to Sohio w Stanach Zjednoczonych, Japan Catalyst Chemical Company, Mitsubishi Chemical Company w Japonii, BASF w Niemczech i Japan Chemical Technology.

Proces Sohio w Stanach Zjednoczonych jest ważnym procesem produkcji kwasu akrylowego poprzez utlenianie propylenu, charakteryzującym się jednoczesnym wprowadzaniem propylenu, powietrza i pary wodnej do dwóch szeregowo połączonych reaktorów ze złożem stałym i wykorzystaniem wieloskładnikowych tlenków metali Mo, Bi i Mo-V jako katalizatorów. W ramach tej metody jednokierunkowa wydajność kwasu akrylowego może osiągnąć około 80% (stosunek molowy). Zaletą metody Sohio jest to, że dwa szeregowe reaktory mogą wydłużyć żywotność katalizatora, sięgając nawet 2 lat. Jednak ta metoda ma tę wadę, że nie można odzyskać niereagującego propylenu.

Metoda BASF: Od końca lat 60. firma BASF prowadzi badania nad produkcją kwasu akrylowego poprzez utlenianie propylenu. Metoda BASF wykorzystuje katalizatory Mo Bi lub Mo Co do reakcji utleniania propylenu, a jednokierunkowa wydajność uzyskanej akroleiny może osiągnąć około 80% (stosunek molowy). Następnie, przy użyciu katalizatorów na bazie Mo, W, V i Fe, akroleina została dodatkowo utleniona do kwasu akrylowego, z maksymalną jednokierunkową wydajnością około 90% (stosunek molowy). Żywotność katalizatora metody BASF może osiągnąć 4 lata, a proces jest prosty. Jednak ta metoda ma wady, takie jak wysoka temperatura wrzenia rozpuszczalnika, częste czyszczenie sprzętu i wysokie ogólne zużycie energii.

Japońska metoda katalityczna: Stosuje się również dwa stałe reaktory szeregowo i pasujący siedmiokolumnowy system separacji. Pierwszym krokiem jest infiltracja pierwiastka Co do katalizatora Mo Bi jako katalizatora reakcji, a następnie użycie kompozytowych tlenków metali Mo, V i Cu jako głównych katalizatorów w drugim reaktorze, wspieranych przez krzemionkę i tlenek ołowiu. W ramach tego procesu jednokierunkowa wydajność kwasu akrylowego wynosi około 83-86% (stosunek molowy). Japońska metoda katalityczna przyjmuje jeden ułożony w stos reaktor ze stałym złożem i siedmiokolumnowy system separacji, z zaawansowanymi katalizatorami, wysoką ogólną wydajnością i niskim zużyciem energii. Ta metoda jest obecnie jednym z bardziej zaawansowanych procesów produkcyjnych, porównywalnym z procesem Mitsubishi w Japonii.

(3)Aktualny stan i trendy rozwojowe technologii akrylanu butylu

Akrylan butylu jest bezbarwną, przezroczystą cieczą, która jest nierozpuszczalna w wodzie i może być mieszana z etanolem i eterem. Ten związek musi być przechowywany w chłodnym i wentylowanym magazynie. Kwas akrylowy i jego estry są szeroko stosowane w przemyśle. Są one nie tylko używane do produkcji miękkich monomerów klejów na bazie rozpuszczalników akrylowych i lotionów, ale również mogą być homopolimeryzowane, kopolimeryzowane i szczepione kopolimeryzowane, aby stać się monomerami polimerowymi i być stosowane jako półprodukty syntezy organicznej.

Obecnie proces produkcji akrylanu butylu obejmuje głównie reakcję kwasu akrylowego i butanolu w obecności kwasu toluenosulfonowego w celu wytworzenia akrylanu butylu i wody. Reakcja estryfikacji zaangażowana w ten proces jest typową reakcją odwracalną, a temperatury wrzenia kwasu akrylowego i produktu akrylanu butylu są bardzo zbliżone. Dlatego trudno jest oddzielić kwas akrylowy za pomocą destylacji, a niereagujący kwas akrylowy nie może zostać poddany recyklingowi.

Proces ten nazywa się metodą estryfikacji akrylanu butylu, głównie z Jilin Petrochemical Engineering Research Institute i innych powiązanych instytucji. Ta technologia jest już bardzo dojrzała, a kontrola zużycia jednostkowego kwasu akrylowego i n-butanolu jest bardzo precyzyjna, zdolna do kontrolowania zużycia jednostkowego w granicach 0,6. Ponadto technologia ta osiągnęła już współpracę i transfer.

(4)Aktualny stan i trendy rozwojowe technologii CPP

Folia CPP jest wytwarzana z polipropylenu jako głównego surowca poprzez specjalne metody przetwarzania, takie jak odlewanie metodą wytłaczania w kształcie litery T. Folia ta ma doskonałą odporność na ciepło i, ze względu na swoje naturalne właściwości szybkiego chłodzenia, może tworzyć doskonałą gładkość i przezroczystość. Dlatego w przypadku zastosowań opakowaniowych wymagających wysokiej przejrzystości folia CPP jest preferowanym materiałem. Najbardziej rozpowszechnione zastosowanie folii CPP to opakowania żywności, a także produkcja powłok aluminiowych, opakowań farmaceutycznych i konserwowanie owoców i warzyw.

Obecnie proces produkcji folii CPP to głównie odlewanie współwytłaczane. Ten proces produkcyjny składa się z wielu wytłaczarek, dystrybutorów wielokanałowych (powszechnie znanych jako „podajniki”), głowic matrycowych w kształcie litery T, systemów odlewniczych, poziomych systemów trakcyjnych, oscylatorów i systemów nawijania. Głównymi cechami tego procesu produkcyjnego są dobry połysk powierzchni, wysoka płaskość, mała tolerancja grubości, dobre parametry rozciągania mechanicznego, dobra elastyczność i dobra przejrzystość wytwarzanych cienkich produktów filmowych. Większość światowych producentów CPP stosuje metodę odlewania współwytłaczanego do produkcji, a technologia urządzeń jest dojrzała.

Od połowy lat 80. Chiny zaczęły wprowadzać zagraniczny sprzęt do produkcji folii odlewanych, ale większość z nich to struktury jednowarstwowe i należą do etapu podstawowego. Po wejściu w lata 90. Chiny wprowadziły wielowarstwowe linie produkcyjne folii odlewanych kopolimerowych z krajów takich jak Niemcy, Japonia, Włochy i Austria. Ten importowany sprzęt i technologie są główną siłą napędową chińskiego przemysłu folii odlewanych. Głównymi dostawcami sprzętu są niemieckie firmy Bruckner, Bartenfield, Leifenhauer i austriacka Orchid. Od 2000 r. Chiny wprowadziły bardziej zaawansowane linie produkcyjne, a sprzęt produkowany w kraju również doświadczył szybkiego rozwoju.

Jednak w porównaniu z międzynarodowym poziomem zaawansowanym, nadal istnieje pewna luka w poziomie automatyzacji, systemie kontroli ważenia, automatycznej regulacji głowicy matrycowej, kontroli grubości folii, systemie odzyskiwania materiału krawędziowego online i automatycznym nawijaniu krajowego sprzętu do odlewania folii. Obecnie głównymi dostawcami sprzętu do technologii folii CPP są m.in. niemiecki Bruckner, Leifenhauser i austriacki Lanzin. Ci zagraniczni dostawcy mają znaczące zalety pod względem automatyzacji i innych aspektów. Jednak obecny proces jest już dość dojrzały, a tempo ulepszania technologii sprzętu jest powolne i zasadniczo nie ma progu współpracy.

(5)Aktualny stan i trendy rozwojowe technologii akrylonitrylu

Technologia utleniania amoniaku propylenowego jest obecnie główną komercyjną drogą produkcji akrylonitrylu, a prawie wszyscy producenci akrylonitrylu używają katalizatorów BP (SOHIO). Istnieje jednak wielu innych dostawców katalizatorów do wyboru, takich jak Mitsubishi Rayon (dawniej Nitto) i Asahi Kasei z Japonii, Ascend Performance Material (dawniej Solutia) ze Stanów Zjednoczonych i Sinopec.

Ponad 95% zakładów produkujących akrylonitryl na świecie wykorzystuje technologię utleniania amoniaku propylenowego (znaną również jako proces sohio), opracowaną i opracowaną przez BP. Technologia ta wykorzystuje propylen, amoniak, powietrze i wodę jako surowce i wchodzi do reaktora w określonej proporcji. Pod wpływem katalizatorów fosforowo-molibdenowo-bizmutowych lub antymonowo-żelazowych osadzonych na żelu krzemionkowym akrylonitryl powstaje w temperaturze 400–500℃i ciśnienia atmosferycznego. Następnie, po serii etapów neutralizacji, absorpcji, ekstrakcji, dehydrocyjanianacji i destylacji, uzyskuje się produkt końcowy akrylonitrylu. Jednokierunkowa wydajność tej metody może osiągnąć 75%, a produkty uboczne obejmują acetonitryl, cyjanowodór i siarczan amonu. Ta metoda ma najwyższą wartość produkcji przemysłowej.

Od 1984 r. Sinopec podpisał długoterminową umowę z INEOS i został upoważniony do stosowania opatentowanej przez INEOS technologii akrylonitrylu w Chinach. Po latach rozwoju Sinopec Shanghai Petrochemical Research Institute z powodzeniem opracował techniczną drogę utleniania amoniaku propylenowego w celu produkcji akrylonitrylu i zbudował drugą fazę projektu Sinopec Anqing Branch dotyczącego 130 000 ton akrylonitrylu. Projekt został pomyślnie uruchomiony w styczniu 2014 r., zwiększając roczną zdolność produkcyjną akrylonitrylu z 80 000 ton do 210 000 ton, stając się ważną częścią bazy produkcyjnej akrylonitrylu Sinopec.

Obecnie firmy na całym świecie posiadające patenty na technologię utleniania amoniaku propylenowego to BP, DuPont, Ineos, Asahi Chemical i Sinopec. Ten proces produkcyjny jest dojrzały i łatwy do uzyskania, a Chiny również osiągnęły lokalizację tej technologii, a jej wydajność nie jest gorsza od zagranicznych technologii produkcyjnych.

(6)Aktualny stan i trendy rozwojowe technologii ABS

Zgodnie z dochodzeniem, droga procesu urządzenia ABS dzieli się głównie na metodę szczepienia lotionem i metodę ciągłej produkcji masowej. Żywica ABS została opracowana na podstawie modyfikacji żywicy polistyrenowej. W 1947 roku amerykańska firma gumowa przyjęła proces mieszania w celu osiągnięcia przemysłowej produkcji żywicy ABS; W 1954 roku firma BORG-WAMER w Stanach Zjednoczonych opracowała żywicę ABS polimeryzowaną metodą szczepienia lotionem i zrealizowała produkcję przemysłową. Pojawienie się szczepienia lotionem przyspieszyło szybki rozwój przemysłu ABS. Od lat 70. technologia procesu produkcji ABS weszła w okres wielkiego rozwoju.

Metoda szczepienia lotionem to zaawansowany proces produkcyjny, który obejmuje cztery etapy: syntezę lateksu butadienowego, syntezę polimeru szczepionego, syntezę polimerów styrenu i akrylonitrylu oraz mieszanie po obróbce. Konkretny przepływ procesu obejmuje jednostkę PBL, jednostkę szczepienia, jednostkę SAN i jednostkę mieszania. Ten proces produkcyjny charakteryzuje się wysokim poziomem dojrzałości technologicznej i jest szeroko stosowany na całym świecie.

Obecnie dojrzała technologia ABS pochodzi głównie od firm takich jak LG w Korei Południowej, JSR w Japonii, Dow w Stanach Zjednoczonych, New Lake Oil Chemical Co., Ltd. w Korei Południowej i Kellogg Technology w Stanach Zjednoczonych, z których wszystkie mają wiodący na świecie poziom dojrzałości technologicznej. Dzięki ciągłemu rozwojowi technologii proces produkcji ABS jest również stale udoskonalany i ulepszany. W przyszłości mogą pojawić się bardziej wydajne, przyjazne dla środowiska i energooszczędne procesy produkcyjne, co przyniesie więcej możliwości i wyzwań dla rozwoju przemysłu chemicznego.

(7)Stan techniczny i tendencje rozwojowe n-butanolu

Zgodnie z obserwacjami, główną technologią syntezy butanolu i oktanolu na świecie jest cykliczny proces syntezy karbonylowej w fazie ciekłej pod niskim ciśnieniem. Głównymi surowcami w tym procesie są propylen i gaz syntezowy. Wśród nich propylen pochodzi głównie ze zintegrowanego samodzielnego zaopatrzenia, przy jednostkowym zużyciu propylenu wynoszącym od 0,6 do 0,62 tony. Gaz syntetyczny jest w większości przygotowywany z gazów spalinowych lub gazu syntetycznego na bazie węgla, przy jednostkowym zużyciu wynoszącym od 700 do 720 metrów sześciennych.

Technologia syntezy karbonylowej pod niskim ciśnieniem opracowana przez Dow/David – proces cyrkulacji fazy ciekłej ma zalety takie jak wysoki współczynnik konwersji propylenu, długi okres eksploatacji katalizatora i zmniejszone emisje trzech odpadów. Proces ten jest obecnie najbardziej zaawansowaną technologią produkcji i jest szeroko stosowany w chińskich przedsiębiorstwach butanolu i oktanolu.

Biorąc pod uwagę, że technologia Dow/David jest stosunkowo dojrzała i może być stosowana we współpracy z krajowymi przedsiębiorstwami, wiele przedsiębiorstw będzie traktować ją priorytetowo przy podejmowaniu decyzji o inwestycji w budowę instalacji butanolo-oktanolu, a następnie w technologię krajową.

(8)Aktualny stan i trendy rozwojowe technologii poliakrylonitrylu

Poliakrylonitryl (PAN) jest otrzymywany poprzez wolnorodnikową polimeryzację akrylonitrylu i jest ważnym produktem pośrednim w przygotowywaniu włókien akrylonitrylu (włókien akrylowych) i włókien węglowych na bazie poliakrylonitrylu. Występuje w postaci białego lub lekko żółtego nieprzezroczystego proszku o temperaturze zeszklenia około 90℃. Może być rozpuszczany w polarnych rozpuszczalnikach organicznych, takich jak dimetyloformamid (DMF) i dimetylosulfotlenek (DMSO), a także w stężonych wodnych roztworach soli nieorganicznych, takich jak tiocyjanian i nadchloran. Przygotowanie poliakrylonitrylu obejmuje głównie polimeryzację w roztworze lub polimeryzację wytrącania wodnego akrylonitrylu (AN) z niejonowymi drugimi monomerami i jonowymi trzecimi monomerami.

Poliakrylonitryl jest głównie używany do produkcji włókien akrylowych, które są włóknami syntetycznymi wykonanymi z kopolimerów akrylonitrylu o zawartości masowych większej niż 85%. Zgodnie z rozpuszczalnikami używanymi w procesie produkcyjnym, można je rozróżnić jako dimetylosulfotlenek (DMSO), dimetyloacetamid (DMAc), tiocyjanian sodu (NaSCN) i dimetyloformamid (DMF). Główną różnicą między różnymi rozpuszczalnikami jest ich rozpuszczalność w poliakrylonitrylu, która nie ma znaczącego wpływu na konkretny proces produkcji polimeryzacji. Ponadto, zgodnie z różnymi komonomerami, można je podzielić na kwas itakonowy (IA), akrylan metylu (MA), akrylamid (AM) i metakrylan metylu (MMA) itp. Różne komonomery mają różny wpływ na kinetykę i właściwości produktu reakcji polimeryzacji.

Proces agregacji może być jednoetapowy lub dwuetapowy. Metoda jednoetapowa odnosi się do polimeryzacji akrylonitrylu i komonomerów w stanie roztworu na raz, a produkty mogą być bezpośrednio przygotowane do roztworu przędzalniczego bez rozdzielania. Zasada dwuetapowa odnosi się do polimeryzacji zawiesinowej akrylonitrylu i komonomerów w wodzie w celu uzyskania polimeru, który jest oddzielany, myty, odwadniany i poddawany innym krokom w celu utworzenia roztworu przędzalniczego. Obecnie globalny proces produkcji poliakrylonitrylu jest zasadniczo taki sam, z różnicą w metodach polimeryzacji w dół i komonomerach. Obecnie większość włókien poliakrylonitrylu w różnych krajach na całym świecie jest wytwarzana z kopolimerów trójskładnikowych, przy czym akrylonitryl stanowi 90%, a dodatek drugiego monomeru waha się od 5% do 8%. Celem dodania drugiego monomeru jest zwiększenie wytrzymałości mechanicznej, elastyczności i tekstury włókien, a także poprawa wydajności barwienia. Do powszechnie stosowanych metod należą MMA, MA, octan winylu itp. Dodatek trzeciego monomeru wynosi 0,3% -2%. Ma to na celu wprowadzenie określonej liczby hydrofilowych grup barwników, aby zwiększyć powinowactwo włókien do barwników, które dzielą się na kationowe grupy barwników i kwaśne grupy barwników.

Obecnie Japonia jest głównym przedstawicielem globalnego procesu poliakrylonitrylu, a następnie takie kraje jak Niemcy i Stany Zjednoczone. Przedstawicielskie przedsiębiorstwa to Zoltek, Hexcel, Cytec i Aldila z Japonii, Dongbang, Mitsubishi i Stany Zjednoczone, SGL z Niemiec i Formosa Plastics Group z Tajwanu, Chin, Chin. Obecnie globalna technologia procesu produkcyjnego poliakrylonitrylu jest dojrzała i nie ma wiele miejsca na udoskonalenie produktu.