Acest articol va analiza principalele produse din lanțul industrial C3 din China și direcția actuală de cercetare și dezvoltare a tehnologiei.

(1)Starea actuală și tendințele de dezvoltare ale tehnologiei polipropilenei (PP)

Conform investigației noastre, există diverse modalități de a produce polipropilenă (PP) în China, printre care cele mai importante procese includ procesul de fabricare a țevilor de uz casnic, procesul Unipol al companiei Daoju, procesul Spheriol al companiei LyondellBasell, procesul Innovene al companiei Ineos, procesul Novolen al companiei Nordic Chemical și procesul Spherizone al companiei LyondellBasell. Aceste procese sunt, de asemenea, adoptate pe scară largă de către întreprinderile chineze de PP. Aceste tehnologii controlează în mare parte rata de conversie a propilenei în intervalul 1,01-1,02.

Procesul intern pentru țevi inelare adoptă catalizatorul ZN dezvoltat independent, dominat în prezent de tehnologia procesului de fabricație a țevilor inelare de a doua generație. Acest proces se bazează pe catalizatori dezvoltați independent, tehnologie asimetrică donoare de electroni și tehnologie de copolimerizare aleatorie binară cu propilen butadienă și poate produce homopolimerizare, copolimerizare aleatorie etilenă-propilenă, copolimerizare aleatorie propilen butadienă și copolimerizare rezistentă la impact PP. De exemplu, companii precum Shanghai Petrochemical Third Line, Zhenhai Refining and Chemical First and Second Lines și Maoming Second Line au aplicat toate acest proces. Odată cu creșterea numărului de noi unități de producție în viitor, se așteaptă ca procesul de fabricație a țevilor de mediu de a treia generație să devină treptat procesul dominant pentru țevile de mediu interne.

Procedeul Unipol poate produce industrial homopolimeri, cu o rată de curgere la topire (MFR) cuprinsă între 0,5 și 100 g/10 min. În plus, fracția masică de monomeri de copolimer de etilenă în copolimerii aleatorii poate ajunge la 5,5%. Acest procedeu poate produce, de asemenea, un copolimer aleatoriu industrializat de propilenă și 1-butenă (denumire comercială CE-FOR), cu o fracție masică de cauciuc de până la 14%. Fracția masică de etilenă în copolimerul de impact produs prin procedeul Unipol poate ajunge la 21% (fracția masică de cauciuc este de 35%). Procedeul a fost aplicat în instalațiile unor întreprinderi precum Fushun Petrochemical și Sichuan Petrochemical.

Procesul Innovene poate produce produse homopolimerice cu o gamă largă de rate de curgere la topire (MFR), care pot ajunge la 0,5-100 g/10 min. Tenacitatea produsului său este mai mare decât cea a altor procese de polimerizare în fază gazoasă. MFR-ul produselor copolimerice aleatorii este de 2-35 g/10 min, cu o fracție masică de etilenă cuprinsă între 7% și 8%. MFR-ul produselor copolimerice rezistente la impact este de 1-35 g/10 min, cu o fracție masică de etilenă cuprinsă între 5% și 17%.

În prezent, tehnologia principală de producție a PP în China este foarte matură. Luând ca exemplu întreprinderile de polipropilenă pe bază de petrol, nu există diferențe semnificative în ceea ce privește consumul unităților de producție, costurile de procesare, profiturile etc. între fiecare întreprindere. Din perspectiva categoriilor de producție acoperite de diferite procese, procesele principale pot acoperi întreaga categorie de produse. Cu toate acestea, având în vedere categoriile reale de producție ale întreprinderilor existente, există diferențe semnificative în ceea ce privește produsele PP între diferite întreprinderi, datorită unor factori precum geografia, barierele tehnologice și materiile prime.

(2)Starea actuală și tendințele de dezvoltare ale tehnologiei acidului acrilic

Acidul acrilic este o materie primă chimică organică importantă, utilizată pe scară largă în producția de adezivi și acoperiri solubile în apă și este, de asemenea, procesat în mod obișnuit în acrilat de butil și alte produse. Conform cercetărilor, există diverse procese de producție pentru acidul acrilic, inclusiv metoda cloretanolului, metoda cianoetanolului, metoda Reppe la presiune înaltă, metoda enonei, metoda Reppe îmbunătățită, metoda formaldehidei etanolului, metoda hidrolizei acrilonitrilului, metoda etilenei, metoda oxidării propilenei și metoda biologică. Deși există diverse tehnici de preparare a acidului acrilic, iar majoritatea au fost aplicate în industrie, cel mai răspândit proces de producție la nivel mondial este încă procesul de oxidare directă a propilenei în acid acrilic.

Materiile prime pentru producerea acidului acrilic prin oxidarea propilenei includ în principal vapori de apă, aer și propilenă. În timpul procesului de producție, aceste trei substanțe trec prin reacții de oxidare prin patul de catalizator într-o anumită proporție. Propilena este mai întâi oxidată în acroleină în primul reactor, apoi oxidată în continuare în acid acrilic în al doilea reactor. Vaporii de apă joacă un rol de diluție în acest proces, evitând apariția exploziilor și suprimând generarea de reacții secundare. Cu toate acestea, pe lângă producerea de acid acrilic, acest proces de reacție produce și acid acetic și oxizi de carbon datorită reacțiilor secundare.

Conform investigației lui Pingtou Ge, cheia tehnologiei procesului de oxidare a acidului acrilic constă în selecția catalizatorilor. În prezent, printre companiile care pot furniza tehnologia acidului acrilic prin oxidarea propilenei se numără Sohio în Statele Unite, Japan Catalyst Chemical Company, Mitsubishi Chemical Company în Japonia, BASF în Germania și Japan Chemical Technology.

Procesul Sohio din Statele Unite este un proces important pentru producerea acidului acrilic prin oxidarea propilenei, caracterizat prin introducerea simultană a propilenei, aerului și vaporilor de apă în două reactoare cu pat fix conectate în serie și utilizarea oxizilor metalici multicomponenti MoBi și respectiv Mo-V drept catalizatori. În cadrul acestei metode, randamentul unidirecțional al acidului acrilic poate ajunge la aproximativ 80% (raport molar). Avantajul metodei Sohio este că două reactoare în serie pot crește durata de viață a catalizatorului, ajungând până la 2 ani. Cu toate acestea, această metodă are dezavantajul că propilena nereacționată nu poate fi recuperată.

Metoda BASF: Încă de la sfârșitul anilor 1960, BASF a efectuat cercetări privind producerea acidului acrilic prin oxidarea propilenei. Metoda BASF utilizează catalizatori MoBi sau MoCo pentru reacția de oxidare a propilenei, iar randamentul unidirecțional al acroleinei obținute poate ajunge la aproximativ 80% (raport molar). Ulterior, utilizând catalizatori pe bază de Mo, W, V și Fe, acroleina a fost oxidată în continuare la acid acrilic, cu un randament unidirecțional maxim de aproximativ 90% (raport molar). Durata de viață a catalizatorului prin metoda BASF poate ajunge la 4 ani, iar procesul este simplu. Cu toate acestea, această metodă are dezavantaje, cum ar fi punctul de fierbere ridicat al solventului, curățarea frecventă a echipamentelor și consumul total ridicat de energie.

Metoda japoneză cu catalizator: Se utilizează, de asemenea, două reactoare fixe în serie și un sistem de separare cu șapte turnuri. Primul pas este infiltrarea elementului Co în catalizatorul Mo-Bi ca și catalizator de reacție, apoi utilizarea oxizilor metalici compoziți Mo, V și Cu ca și catalizatori principali în al doilea reactor, susținuți de silice și monoxid de plumb. În cadrul acestui proces, randamentul unidirecțional al acidului acrilic este de aproximativ 83-86% (raport molar). Metoda japoneză cu catalizator adoptă un reactor cu pat fix suprapus și un sistem de separare cu 7 turnuri, cu catalizatori avansați, randament general ridicat și consum redus de energie. Această metodă este în prezent unul dintre cele mai avansate procese de producție, la egalitate cu procesul Mitsubishi din Japonia.

(3)Starea actuală și tendințele de dezvoltare ale tehnologiei acrilatului de butil

Acrilatul de butil este un lichid transparent incolor, insolubil în apă, care poate fi amestecat cu etanol și eter. Acest compus trebuie depozitat într-un depozit răcoros și ventilat. Acidul acrilic și esterii săi sunt utilizați pe scară largă în industrie. Aceștia nu sunt utilizați doar pentru fabricarea monomerilor moi de adezivi pe bază de solvent acrilat și loțiune, ci pot fi, de asemenea, homopolimerizați, copolimerizați și copolimerizați prin grefare pentru a deveni monomeri polimerici și utilizați ca intermediari de sinteză organică.

În prezent, procesul de producție a acrilatului de butil implică în principal reacția acidului acrilic și a butanolului în prezența acidului toluensulfonic pentru a genera acrilat de butil și apă. Reacția de esterificare implicată în acest proces este o reacție reversibilă tipică, iar punctele de fierbere ale acidului acrilic și ale produsului acrilat de butil sunt foarte apropiate. Prin urmare, este dificil să se separe acidul acrilic prin distilare, iar acidul acrilic nereacționat nu poate fi reciclat.

Acest proces se numește metoda de esterificare a acrilatului de butil și este utilizat în principal de Institutul de Cercetare în Inginerie Petrochimică Jilin și alte instituții conexe. Această tehnologie este deja foarte matură, iar controlul consumului unitar pentru acidul acrilic și n-butanol este foarte precis, capabil să controleze consumul unitar cu o marjă de 0,6. Mai mult, această tehnologie a obținut deja rezultate în urma cooperării și transferului.

(4)Starea actuală și tendințele de dezvoltare ale tehnologiei CPP

Folia CPP este fabricată din polipropilenă ca materie primă principală prin metode specifice de procesare, cum ar fi turnarea prin extrudare în formă de T. Această folie are o rezistență excelentă la căldură și, datorită proprietăților sale inerente de răcire rapidă, poate forma o netezime și o transparență excelente. Prin urmare, pentru aplicațiile de ambalare care necesită o claritate ridicată, folia CPP este materialul preferat. Cea mai răspândită utilizare a foliei CPP este în ambalarea alimentelor, precum și în producția de acoperiri din aluminiu, ambalaje farmaceutice și conservarea fructelor și legumelor.

În prezent, procesul de producție a peliculelor CPP este în principal turnarea prin co-extrudare. Acest proces de producție constă în mai multe extrudere, distribuitoare multicanal (cunoscute în mod obișnuit ca „alimentatoare”), capete de matriță în formă de T, sisteme de turnare, sisteme de tracțiune orizontală, oscilatoare și sisteme de înfășurare. Principalele caracteristici ale acestui proces de producție sunt luciul bun al suprafeței, planeitatea ridicată, toleranța mică la grosime, performanța bună de extensie mecanică, flexibilitatea bună și transparența bună a produselor din peliculă subțire produse. Majoritatea producătorilor globali de CPP utilizează metoda de turnare prin co-extrudare pentru producție, iar tehnologia echipamentelor este matură.

De la mijlocul anilor 1980, China a început să introducă echipamente străine pentru producția de pelicule turnate, însă majoritatea acestora sunt structuri cu un singur strat și aparțin etapei primare. După intrarea în anii 1990, China a introdus linii de producție de pelicule turnate multistrat din copolimeri din țări precum Germania, Japonia, Italia și Austria. Aceste echipamente și tehnologii importate reprezintă principala forță a industriei de pelicule turnate din China. Printre principalii furnizori de echipamente se numără Bruckner, Bartenfield, Leifenhauer din Germania și Orchid din Austria. Din anul 2000, China a introdus linii de producție mai avansate, iar echipamentele produse pe plan intern au cunoscut, de asemenea, o dezvoltare rapidă.

Cu toate acestea, în comparație cu nivelul avansat internațional, există încă o anumită diferență în ceea ce privește nivelul de automatizare, sistemul de extrudare cu control al cântăririi, reglarea automată a capului de matriță și controlul grosimii peliculei, sistemul de recuperare online a materialului de margine și înfășurarea automată a echipamentelor autohtone de filmare. În prezent, principalii furnizori de echipamente pentru tehnologia filmului CPP includ Bruckner din Germania, Leifenhauser și Lanzin din Austria, printre alții. Acești furnizori străini au avantaje semnificative în ceea ce privește automatizarea și alte aspecte. Cu toate acestea, procesul actual este deja destul de matur, iar viteza de îmbunătățire a tehnologiei echipamentelor este lentă și practic nu există un prag de cooperare.

(5)Starea actuală și tendințele de dezvoltare ale tehnologiei acrilonitrilului

Tehnologia de oxidare a propilenului amoniac este în prezent principala rută de producție comercială pentru acrilonitril, iar aproape toți producătorii de acrilonitril utilizează catalizatori BP (SOHIO). Cu toate acestea, există și mulți alți furnizori de catalizatori din care puteți alege, cum ar fi Mitsubishi Rayon (fostul Nitto) și Asahi Kasei din Japonia, Ascend Performance Material (fostul Solutia) din Statele Unite și Sinopec.

Peste 95% din fabricile de acrilonitril din întreaga lume utilizează tehnologia de oxidare a propilenei cu amoniac (cunoscută și sub numele de procesul Sohio), inițiată și dezvoltată de BP. Această tehnologie utilizează propilenă, amoniac, aer și apă ca materii prime și intră în reactor într-o anumită proporție. Sub acțiunea catalizatorilor de fosfor, molibden, bismut sau antimoniu, fier, suportați pe silicagel, acrilonitrilul este generat la o temperatură de 400-500°C.℃și presiunea atmosferică. Apoi, după o serie de etape de neutralizare, absorbție, extracție, dehidrocianurare și distilare, se obține produsul final acrilonitril. Randamentul unic al acestei metode poate ajunge la 75%, iar produsele secundare includ acetonitril, cianură de hidrogen și sulfat de amoniu. Această metodă are cea mai mare valoare de producție industrială.

Din 1984, Sinopec a semnat un acord pe termen lung cu INEOS și a fost autorizată să utilizeze tehnologia brevetată a acrilonitrilului INEOS în China. După ani de dezvoltare, Institutul de Cercetare Petrochimică Sinopec Shanghai a dezvoltat cu succes o rută tehnică pentru oxidarea propilenului amoniac pentru a produce acrilonitril și a construit a doua fază a proiectului de acrilonitril de 130.000 de tone al filialei Sinopec Anqing. Proiectul a fost pus în funcțiune cu succes în ianuarie 2014, crescând capacitatea anuală de producție de acrilonitril de la 80.000 de tone la 210.000 de tone, devenind o parte importantă a bazei de producție de acrilonitril a Sinopec.

În prezent, printre companiile din întreaga lume care dețin brevete pentru tehnologia de oxidare a propilenei amoniacului se numără BP, DuPont, Ineos, Asahi Chemical și Sinopec. Acest proces de producție este matur și ușor de obținut, iar China a reușit, de asemenea, localizarea acestei tehnologii, iar performanța sa nu este inferioară tehnologiilor de producție străine.

(6)Starea actuală și tendințele de dezvoltare ale tehnologiei ABS

Conform investigației, procesul de fabricare a dispozitivului ABS este împărțit în principal în metoda de grefare cu loțiune și metoda continuă în vrac. Rășina ABS a fost dezvoltată pe baza modificării rășinii de polistiren. În 1947, compania americană de cauciuc a adoptat procesul de amestecare pentru a realiza producția industrială de rășină ABS; în 1954, compania BORG-WAMER din Statele Unite a dezvoltat rășina ABS polimerizată prin grefare cu loțiune și a realizat producția industrială. Apariția grefării cu loțiune a promovat dezvoltarea rapidă a industriei ABS. Din anii 1970, tehnologia procesului de producție a ABS a intrat într-o perioadă de mare dezvoltare.

Metoda de grefare a loțiunii este un proces de producție avansat, care include patru etape: sinteza latexului de butadienă, sinteza polimerului grefat, sinteza polimerilor de stiren și acrilonitril și post-tratarea amestecării. Fluxul specific al procesului include unitatea PBL, unitatea de grefare, unitatea SAN și unitatea de amestecare. Acest proces de producție are un nivel ridicat de maturitate tehnologică și a fost aplicat pe scară largă la nivel mondial.

În prezent, tehnologia ABS matură provine în principal de la companii precum LG în Coreea de Sud, JSR în Japonia, Dow în Statele Unite, New Lake Oil Chemical Co., Ltd. în Coreea de Sud și Kellogg Technology în Statele Unite, toate având un nivel de maturitate tehnologică de top la nivel mondial. Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei, procesul de producție a ABS este, de asemenea, în continuă îmbunătățire. În viitor, ar putea apărea procese de producție mai eficiente, mai ecologice și mai economice din punct de vedere energetic, aducând mai multe oportunități și provocări pentru dezvoltarea industriei chimice.

(7)Starea tehnică și tendința de dezvoltare a n-butanolului

Conform observațiilor, tehnologia principală pentru sinteza butanolului și octanolului la nivel mondial este procesul de sinteză a carbonilului ciclic în fază lichidă, la presiune joasă. Principalele materii prime pentru acest proces sunt propilena și gazul de sinteză. Printre acestea, propilena provine în principal din auto-aprovizionare integrată, cu un consum unitar de propilenă între 0,6 și 0,62 tone. Gazul sintetic este preparat în mare parte din gaze de eșapament sau gaz sintetic pe bază de cărbune, cu un consum unitar între 700 și 720 de metri cubi.

Tehnologia de sinteză a carbonilului la presiune joasă dezvoltată de Dow/David – procesul de circulație în fază lichidă are avantaje precum rata ridicată de conversie a propilenei, durata lungă de viață a catalizatorului și emisiile reduse ale trei tipuri de deșeuri. Acest proces este în prezent cea mai avansată tehnologie de producție și este utilizat pe scară largă în întreprinderile chineze de butanol și octanol.

Având în vedere că tehnologia Dow/David este relativ matură și poate fi utilizată în cooperare cu întreprinderi autohtone, multe întreprinderi vor acorda prioritate acestei tehnologii atunci când aleg să investească în construcția de unități de fabricare a butanolului și octanolului, urmată de tehnologia autohtonă.

(8)Starea actuală și tendințele de dezvoltare ale tehnologiei poliacrilonitrilului

Poliacrilonitrilul (PAN) se obține prin polimerizarea radicalilor liberi a acrilonitrilului și este un intermediar important în prepararea fibrelor de acrilonitril (fibre acrilice) și a fibrelor de carbon pe bază de poliacrilonitril. Se prezintă sub formă de pulbere opacă albă sau ușor gălbuie, cu o temperatură de tranziție vitroasă de aproximativ 90°C.℃Poate fi dizolvat în solvenți organici polari, cum ar fi dimetilformamida (DMF) și dimetilsulfoxid (DMSO), precum și în soluții apoase concentrate de săruri anorganice, cum ar fi tiocianatul și percloratul. Prepararea poliacrilonitrilului implică în principal polimerizarea în soluție sau polimerizarea prin precipitare apoasă a acrilonitrilului (AN) cu monomeri secundari neionici și monomeri terți ionici.

Poliacrilonitrilul este utilizat în principal pentru fabricarea fibrelor acrilice, care sunt fibre sintetice obținute din copolimeri de acrilonitril cu un procent de masă mai mare de 85%. În funcție de solvenții utilizați în procesul de producție, aceștia se pot distinge ca dimetilsulfoxid (DMSO), dimetilacetamidă (DMAc), tiocianat de sodiu (NaSCN) și dimetilformamidă (DMF). Principala diferență dintre diferiții solvenți este solubilitatea lor în poliacrilonitril, care nu are un impact semnificativ asupra procesului specific de producție prin polimerizare. În plus, în funcție de diferiții comonomeri, aceștia pot fi împărțiți în acid itaconic (IA), acrilat de metil (MA), acrilamidă (AM) și metacrilat de metil (MMA) etc. Diferiți comomeri au efecte diferite asupra cineticii și proprietăților produsului reacțiilor de polimerizare.

Procesul de agregare poate fi într-o singură etapă sau în două etape. Metoda într-o singură etapă se referă la polimerizarea acrilonitrilului și a comonomerilor în stare de soluție simultan, iar produsele pot fi preparate direct în soluție de filare fără separare. Regula celor două etape se referă la polimerizarea în suspensie a acrilonitrilului și a comonomerilor în apă pentru a obține polimerul, care este separat, spălat, deshidratat și parcurge alte etape pentru a forma soluția de filare. În prezent, procesul global de producție a poliacrilonitrilului este practic același, cu diferența dintre metodele de polimerizare ulterioare și comomerii. În prezent, majoritatea fibrelor de poliacrilonitril din diferite țări ale lumii sunt fabricate din copolimeri ternari, acrilonitrilul reprezentând 90%, iar adăugarea unui al doilea monomer variind de la 5% la 8%. Scopul adăugării unui al doilea monomer este de a îmbunătăți rezistența mecanică, elasticitatea și textura fibrelor, precum și de a îmbunătăți performanța de vopsire. Metodele utilizate în mod obișnuit includ MMA, MA, acetat de vinil etc. Cantitatea adăugată a celui de-al treilea monomer este de 0,3% -2%, cu scopul de a introduce un anumit număr de grupări de coloranți hidrofile pentru a crește afinitatea fibrelor cu coloranții, care sunt împărțite în grupări de coloranți cationici și grupări de coloranți acide.

În prezent, Japonia este principalul reprezentant la nivel mondial al procesului de fabricare a poliacrilonitrilului, urmată de țări precum Germania și Statele Unite. Printre întreprinderile reprezentative se numără Zoltek, Hexcel, Cytec și Aldila din Japonia, Dongbang, Mitsubishi și Statele Unite, SGL din Germania și Formosa Plastics Group din Taiwan, China. În prezent, tehnologia globală a procesului de producție a poliacrilonitrilului este matură și nu există prea mult loc pentru îmbunătățirea produsului.