У цій статті буде проаналізовано основні продукти в ланцюжку промисловості C3 Китаю та сучасний напрямок досліджень і розробок у сфері технологій.

(1)Сучасний стан та тенденції розвитку технології поліпропілену (ПП)

Згідно з нашим дослідженням, у Китаї існують різні способи виробництва поліпропілену (ПП), серед яких найважливішими є побутовий процес виробництва екологічно чистих труб, процес Unipol компанії Daoju, процес Spheriol компанії LyondellBasell, процес Innovene компанії Ineos, процес Novolen компанії Nordic Chemical Company та процес Spherizone компанії LyondellBasell. Ці процеси також широко впроваджуються китайськими підприємствами з виробництва ПП. Ці технології здебільшого контролюють коефіцієнт перетворення пропілену в діапазоні 1,01-1,02.

У побутовому процесі кільцевих труб використовується незалежно розроблений каталізатор ZN, у якому наразі домінує технологія кільцевих труб другого покоління. Цей процес базується на незалежно розроблених каталізаторах, технології асиметричних донорів електронів та технології бінарної випадкової кополімеризації пропіленбутадієну, і може виробляти гомополімеризацію, випадкову кополімеризацію етиленпропілену, випадкову кополімеризацію пропіленбутадієну та ударостійку кополімеризацію PP. Наприклад, такі компанії, як Shanghai Petrochemical Third Line, Zhenhai Refining and Chemical First and Second Lines та Maoming Second Line, застосовують цей процес. Зі збільшенням нових виробничих потужностей у майбутньому очікується, що процес екологічних труб третього покоління поступово стане домінуючим у побутовому процесі екологічних труб.

Процес Unipol дозволяє промислово виробляти гомополімери з діапазоном швидкості плинності розплаву (MFR) 0,5~100 г/10 хв. Крім того, масова частка мономерів етиленового кополімеру в випадкових кополімерах може досягати 5,5%. Цей процес також може виробляти промислово отриманий випадковий кополімер пропілену та 1-бутену (торгова назва CE-FOR) з масовою часткою каучуку до 14%. Масова частка етилену в ударостійкому кополімері, виробленому за процесом Unipol, може досягати 21% (масова частка каучуку становить 35%). Процес застосовується на об'єктах таких підприємств, як Fushun Petrochemical та Sichuan Petrochemical.

Процес Innovene дозволяє виробляти гомополімерні продукти з широким діапазоном швидкості плинності розплаву (MFR), яка може досягати 0,5-100 г/10 хв. Його в'язкість вища, ніж у інших процесів газофазної полімеризації. MFR продуктів зі статистичним кополімером становить 2-35 г/10 хв, з масовою часткою етилену від 7% до 8%. MFR ударостійких кополімерних продуктів становить 1-35 г/10 хв, з масовою часткою етилену від 5% до 17%.

Наразі основна технологія виробництва поліпропілену в Китаї є дуже розвиненою. Візьмемо, наприклад, підприємства з виробництва поліпропілену на нафтовій основі, то немає суттєвої різниці у споживанні одиниці продукції, витратах на переробку, прибутках тощо між кожним підприємством. З точки зору категорій виробництва, що охоплюються різними процесами, основні процеси можуть охоплювати всю категорію продукції. Однак, враховуючи фактичні категорії продукції існуючих підприємств, існують значні відмінності у продукції з поліпропілену між різними підприємствами через такі фактори, як географія, технологічні бар'єри та сировина.

(2)Сучасний стан та тенденції розвитку технології акрилової кислоти

Акрилова кислота є важливою органічною хімічною сировиною, яка широко використовується у виробництві клеїв та водорозчинних покриттів, а також зазвичай переробляється на бутилакрилат та інші продукти. Згідно з дослідженнями, існують різні процеси виробництва акрилової кислоти, включаючи хлоретанольний метод, ціаноетанольний метод, метод Реппе під високим тиском, еноновий метод, вдосконалений метод Реппе, метод формальдегідного етанолу, метод гідролізу акрилонітрилу, етиленовий метод, метод окислення пропілену та біологічний метод. Хоча існують різні методи отримання акрилової кислоти, і більшість з них застосовуються в промисловості, найпоширенішим процесом виробництва у світі все ще є процес прямого окислення пропілену до акрилової кислоти.

Сировиною для виробництва акрилової кислоти шляхом окислення пропілену в основному є водяна пара, повітря та пропілен. Під час виробничого процесу ці три речовини проходять реакції окислення через шар каталізатора в певній пропорції. Пропілен спочатку окислюється до акролеїну в першому реакторі, а потім додатково окислюється до акрилової кислоти в другому реакторі. Водяна пара відіграє роль розріджувача в цьому процесі, запобігаючи виникненню вибухів та пригнічуючи утворення побічних реакцій. Однак, крім утворення акрилової кислоти, цей реакційний процес також утворює оцтову кислоту та оксиди вуглецю внаслідок побічних реакцій.

Згідно з дослідженням Pingtou Ge, ключем до технології процесу окислення акрилової кислоти є вибір каталізаторів. Наразі серед компаній, які можуть забезпечити технологію отримання акрилової кислоти шляхом окислення пропілену, є Sohio у США, Japan Catalyst Chemical Company, Mitsubishi Chemical Company у Японії, BASF у Німеччині та Japan Chemical Technology.

Процес Сохіо у Сполучених Штатах є важливим процесом виробництва акрилової кислоти шляхом окислення пропілену, що характеризується одночасним введенням пропілену, повітря та водяної пари у два послідовно з'єднані реактори з нерухомим шаром, а також використанням багатокомпонентних оксидів металів MoBi та Mo-V як каталізаторів відповідно. За цим методом односторонній вихід акрилової кислоти може досягати близько 80% (молярне співвідношення). Перевагою методу Сохіо є те, що два послідовно з'єднані реактори можуть збільшити термін служби каталізатора, до 2 років. Однак цей метод має недолік: непрореагований пропілен неможливо відновити.

Метод BASF: З кінця 1960-х років BASF проводить дослідження з виробництва акрилової кислоти шляхом окислення пропілену. У методі BASF для реакції окислення пропілену використовуються каталізатори MoBi або MoCo, а односторонній вихід отриманого акролеїну може сягати близько 80% (молярне співвідношення). Згодом, використовуючи каталізатори на основі Mo, W, V та Fe, акролеїн додатково окислювали до акрилової кислоти з максимальним одностороннім виходом близько 90% (молярне співвідношення). Термін служби каталізатора за методом BASF може сягати 4 років, а процес є простим. Однак цей метод має такі недоліки, як висока температура кипіння розчинника, часте очищення обладнання та високе загальне споживання енергії.

Японський каталітичний метод: Також використовуються два послідовно з'єднані стаціонарні реактори та відповідна семибаштова система розділення. Першим кроком є ​​інфільтрація елемента Co в каталізатор Mo-Bi як каталізатор реакції, а потім використання композитних оксидів металів Mo, V та Cu як основних каталізаторів у другому реакторі, нанесених кремнеземом та монооксидом свинцю. За цим процесом односторонній вихід акрилової кислоти становить приблизно 83-86% (молярне співвідношення). Японський каталітичний метод використовує один багатошаровий реактор з нерухомим шаром та семибаштову систему розділення з передовими каталізаторами, високим загальним виходом та низьким споживанням енергії. Цей метод наразі є одним з найдосконаліших виробничих процесів, подібним до процесу Mitsubishi в Японії.

(3)Сучасний стан та тенденції розвитку технології бутилакрилату

Бутилакрилат — це безбарвна прозора рідина, нерозчинна у воді, яку можна змішувати з етанолом та ефіром. Цю сполуку потрібно зберігати в прохолодному та вентильованому складі. Акрилова кислота та її ефіри широко використовуються в промисловості. Вони використовуються не лише для виробництва м’яких мономерів акрилатних клеїв на основі розчинників та лосьйонів, але також можуть бути гомополімеризовані, кополімеризовані та прищеплені кополімеризовані, щоб стати полімерними мономерами та використовуватися як проміжні продукти органічного синтезу.

Наразі процес виробництва бутилакрилату в основному включає реакцію акрилової кислоти та бутанолу в присутності толуолсульфонової кислоти з утворенням бутилакрилату та води. Реакція етерифікації, що відбувається в цьому процесі, є типовою оборотною реакцією, а температури кипіння акрилової кислоти та продукту бутилакрилату дуже близькі. Тому акрилову кислоту важко відокремити за допомогою дистиляції, а непрореагувала акрилова кислота не може бути перероблена.

Цей процес називається методом естерифікації бутилакрилату, головним чином розроблений Науково-дослідним інститутом нафтохімічної інженерії Цзіліня та іншими пов'язаними установами. Ця технологія вже є дуже зрілою, а контроль споживання акрилової кислоти та н-бутанолу є дуже точним, здатним контролювати споживання в межах 0,6 одиниці. Крім того, ця технологія вже досягла співпраці та передачі.

(4)Поточний стан та тенденції розвитку технології CPP

Плівка CPP виготовляється з поліпропілену як основної сировини за допомогою спеціальних методів обробки, таких як Т-подібне лиття під тиском. Ця плівка має чудову термостійкість і, завдяки своїм властивостям швидкого охолодження, може досягати чудової гладкості та прозорості. Тому для упаковки, яка вимагає високої прозорості, плівка CPP є кращим матеріалом. Найбільш поширене використання плівки CPP - це упаковка харчових продуктів, а також у виробництві алюмінієвих покриттів, фармацевтичної упаковки та консервації фруктів та овочів.

Наразі процес виробництва плівок CPP в основному полягає в спільному лиття методом екструзії. Цей виробничий процес складається з кількох екструдерів, багатоканальних розподільників (широко відомих як «живильники»), Т-подібних головок, систем лиття, горизонтальних тягових систем, осциляторів та систем намотування. Основними характеристиками цього виробничого процесу є хороший глянець поверхні, висока площинність, малий допуск товщини, хороші механічні характеристики розтягування, хороша гнучкість та хороша прозорість виготовлених тонкоплівкових виробів. Більшість світових виробників CPP використовують метод спільного лиття методом екструзії для виробництва, а технологія обладнання є зрілою.

З середини 1980-х років Китай почав впроваджувати іноземне обладнання для виробництва ливарної плівки, але більшість з них мають одношарові структури та належать до первинної стадії. Після початку 1990-х років Китай запровадив виробничі лінії для багатошарової ливарної плівки з кополімерів з таких країн, як Німеччина, Японія, Італія та Австрія. Це імпортне обладнання та технології є основною рушійною силою китайської індустрії ливарної плівки. Основними постачальниками обладнання є німецькі Bruckner, Bartenfield, Leifenhauer та австрійська Orchid. З 2000 року Китай запровадив більш досконалі виробничі лінії, а обладнання вітчизняного виробництва також швидко розвивається.

Однак, порівняно з передовим міжнародним рівнем, все ще існує певний розрив у рівні автоматизації, системі контролю вагової екструзії, автоматичному регулюванні головки матриці та контролі товщини плівки, системі онлайн-відновлення кромкового матеріалу та автоматичному намотуванні вітчизняного обладнання для лиття плівки. Наразі основними постачальниками обладнання для технології CPP-плівки є німецькі Bruckner, Leifenhauser та австрійська Lanzin, серед інших. Ці іноземні постачальники мають значні переваги з точки зору автоматизації та інших аспектів. Однак, поточний процес вже досить зрілий, швидкість удосконалення технології обладнання повільна, і практично немає порогу для співпраці.

(5)Сучасний стан та тенденції розвитку технології акрилонітрилу

Технологія окислення пропіленаміаком наразі є основним комерційним способом виробництва акрилонітрилу, і майже всі виробники акрилонітрилу використовують каталізатори BP (SOHIO). Однак, є також багато інших постачальників каталізаторів на вибір, таких як Mitsubishi Rayon (раніше Nitto) та Asahi Kasei з Японії, Ascend Performance Material (раніше Solutia) зі США та Sinopec.

Понад 95% заводів з виробництва акрилонітрилу в усьому світі використовують технологію окислення пропілену аміаком (також відому як процес Сохіо), започатковану та розроблену компанією BP. Ця технологія використовує пропілен, аміак, повітря та воду як сировину, які надходять у реактор у певній пропорції. Під дією каталізаторів фосфор-молібден-вісмут або сурма-залізо, нанесених на силікагель, акрилонітрил утворюється при температурі 400-500°C.℃та атмосферного тиску. Потім, після серії етапів нейтралізації, абсорбції, екстракції, дегідроціанування та дистиляції, отримують кінцевий продукт акрилонітрил. Односторонній вихід цього методу може досягати 75%, а побічні продукти включають ацетонітрил, ціаністий водень та сульфат амонію. Цей метод має найвищу промислову виробничу цінність.

З 1984 року Sinopec підписала довгострокову угоду з INEOS та отримала дозвіл на використання запатентованої технології INEOS для виробництва акрилонітрилу в Китаї. Після років розробок Шанхайський нафтохімічний дослідницький інститут Sinopec успішно розробив технічний маршрут окислення пропілену аміаком для виробництва акрилонітрилу та побудував другу фазу проекту Sinopec Anqing Branch потужністю 130 000 тонн з виробництва акрилонітрилу. Проект був успішно введений в експлуатацію в січні 2014 року, збільшивши річну виробничу потужність акрилонітрилу з 80 000 тонн до 210 000 тонн, ставши важливою частиною виробничої бази Sinopec з виробництва акрилонітрилу.

Наразі патенти на технологію окислення пропілену аміаком мають такі компанії по всьому світу, як BP, DuPont, Ineos, Asahi Chemical та Sinopec. Цей виробничий процес є зрілим та простим у використанні, а Китай також досяг локалізації цієї технології, і її продуктивність не поступається іноземним виробничим технологіям.

(6)Поточний стан та тенденції розвитку технології ABS

Згідно з дослідженням, технологічний процес виготовлення ABS-пластику в основному поділяється на метод лосьйонного щеплення та метод безперервного об'ємного виробництва. ABS-пластик був розроблений на основі модифікації полістирольної смоли. У 1947 році американська гумова компанія запровадила процес змішування для промислового виробництва ABS-пластику; у 1954 році компанія BORG-WAMER у Сполучених Штатах розробила лосьйонно-полімеризовану ABS-пластику та почала промислове виробництво. Поява лосьйонного щеплення сприяла швидкому розвитку промисловості ABS-пластику. З 1970-х років технологія виробництва ABS-пластику вступила в період значного розвитку.

Метод лосьйонного щеплення – це передовий виробничий процес, який включає чотири етапи: синтез бутадієнового латексу, синтез щепленого полімеру, синтез стирольних та акрилонітрильних полімерів та подальшу обробку змішуванням. Конкретний технологічний процес включає блок PBL, блок щеплення, блок SAN та блок змішування. Цей виробничий процес має високий рівень технологічної зрілості та широко застосовується в усьому світі.

Наразі зрілі технології ABS в основному розробляються такими компаніями, як LG у Південній Кореї, JSR у Японії, Dow у США, New Lake Oil Chemical Co., Ltd. у Південній Кореї та Kellogg Technology у США, всі з яких мають провідний світовий рівень технологічної зрілості. З постійним розвитком технологій виробничий процес ABS також постійно вдосконалюється. У майбутньому можуть з'явитися більш ефективні, екологічно чисті та енергозберігаючі виробничі процеси, що принесе більше можливостей та викликів для розвитку хімічної промисловості.

(7)Технічний стан та тенденції розвитку н-бутанолу

Згідно зі спостереженнями, основною технологією синтезу бутанолу та октанолу в усьому світі є рідкофазний циклічний процес низького тиску карбонільного синтезу. Основною сировиною для цього процесу є пропілен та синтез-газ. Серед них пропілен переважно надходить з комплексного власного постачання, з одиничним споживанням пропілену від 0,6 до 0,62 тонни. Синтетичний газ здебільшого готується з відпрацьованих газів або синтетичного газу на основі вугілля, з одиничним споживанням від 700 до 720 кубічних метрів.

Технологія синтезу карбонільних сполук низького тиску, розроблена Dow/David – процес циркуляції рідкофазної речовини, має такі переваги, як високий коефіцієнт конверсії пропілену, тривалий термін служби каталізатора та зниження викидів трьох видів відходів. Цей процес наразі є найсучаснішою виробничою технологією та широко використовується на китайських підприємствах з виробництва бутанолу та октанолу.

Враховуючи, що технологія Dow/David є відносно зрілою та може використовуватися у співпраці з вітчизняними підприємствами, багато підприємств надаватимуть пріоритет цій технології, обравши інвестиції в будівництво установок з виробництва бутанолу та октанолу, а потім – вітчизняним технологіям.

(8)Сучасний стан та тенденції розвитку технології поліакрилонітрилу

Поліакрилонітрил (ПАН) отримують шляхом вільнорадикальної полімеризації акрилонітрилу та є важливим проміжним продуктом у виробництві акрилонітрильних волокон (акрилових волокон) та вуглецевих волокон на основі поліакрилонітрилу. Він має форму білого або злегка жовтого непрозорого порошку з температурою склування близько 90°C.℃Його можна розчиняти в полярних органічних розчинниках, таких як диметилформамід (ДМФ) та диметилсульфоксид (ДМСО), а також у концентрованих водних розчинах неорганічних солей, таких як тіоціанат та перхлорат. Отримання поліакрилонітрилу переважно включає полімеризацію в розчині або водну осадову полімеризацію акрилонітрилу (AN) з неіоногенними другими мономерами та іонними третіми мономерами.

Поліакрилонітрил в основному використовується для виробництва акрилових волокон, які є синтетичними волокнами, виготовленими з акрилонітрильних кополімерів з масовою часткою понад 85%. Залежно від розчинників, що використовуються у виробничому процесі, їх можна розрізнити як диметилсульфоксид (DMSO), диметилацетамід (DMAc), тіоціанат натрію (NaSCN) та диметилформамід (DMF). Основна відмінність між різними розчинниками полягає в їх розчинності в поліакрилонітрилі, яка не має суттєвого впливу на конкретний процес полімеризації. Крім того, відповідно до різних співмономерів, їх можна розділити на ітаконову кислоту (IA), метилакрилат (MA), акриламід (AM) та метилметакрилат (MMA) тощо. Різні співмономери по-різному впливають на кінетику та властивості продуктів реакцій полімеризації.

Процес агрегації може бути одностадійним або двостадійним. Одностадійний метод означає полімеризацію акрилонітрилу та сомономерів у розчині одночасно, і продукти можна безпосередньо готувати у прядильний розчин без розділення. Двостадійний метод стосується суспензійної полімеризації акрилонітрилу та сомономерів у воді для отримання полімеру, який потім розділяється, промивається, зневоднюється та виконує інші кроки для утворення прядильного розчину. Наразі глобальний процес виробництва поліакрилонітрилу в основному однаковий, з різницею в методах подальшої полімеризації та сомономерах. Наразі більшість поліакрилонітрильних волокон у різних країнах світу виготовляються з потрійних кополімерів, причому акрилонітрил становить 90%, а додавання другого мономеру коливається від 5% до 8%. Метою додавання другого мономеру є підвищення механічної міцності, еластичності та текстури волокон, а також покращення характеристик фарбування. Зазвичай використовуються методи, такі як ММА, МА, вінілацетат тощо. Кількість доданого третього мономеру становить 0,3% -2%, з метою введення певної кількості гідрофільних барвників для збільшення спорідненості волокон з барвниками, які поділяються на катіонні барвники та кислотні барвники.

Наразі Японія є основним представником світового процесу виробництва поліакрилонітрилу, за нею йдуть такі країни, як Німеччина та США. Серед репрезентативних підприємств - Zoltek, Hexcel, Cytec та Aldila з Японії, Dongbang, Mitsubishi зі США, SGL з Німеччини та Formosa Plastics Group з Тайваню, Китаю та Китаю. Наразі світова технологія виробництва поліакрилонітрилу є зрілою, і немає великого простору для вдосконалення продукції.