Aquest article analitzarà els principals productes de la cadena industrial C3 de la Xina i la direcció actual de la investigació i el desenvolupament tecnològic.

(1)L'estat actual i les tendències de desenvolupament de la tecnologia del polipropilè (PP)

Segons la nostra investigació, hi ha diverses maneres de produir polipropilè (PP) a la Xina, entre les quals els processos més importants inclouen el procés de canonades ambientals domèstiques, el procés Unipol de l'empresa Daoju, el procés Spheriol de l'empresa LyondellBasell, el procés Innovene de l'empresa Ineos, el procés Novolen de Nordic Chemical Company i el procés Spherizone de l'empresa LyondellBasell. Aquests processos també són àmpliament adoptats per les empreses xineses de PP. Aquestes tecnologies controlen principalment la taxa de conversió del propilè dins del rang d'1,01-1,02.

El procés de canonades circulars domèstiques adopta el catalitzador ZN desenvolupat independentment, actualment dominat per la tecnologia de procés de canonades circulars de segona generació. Aquest procés es basa en catalitzadors desenvolupats independentment, tecnologia de donants d'electrons asimètrics i tecnologia de copolimerització aleatòria binària de propilè butadiè, i pot produir homopolimerització, copolimerització aleatòria d'etilè propilè, copolimerització aleatòria de propilè butadiè i copolimerització resistent a l'impacte PP. Per exemple, empreses com ara Shanghai Petrochemical Third Line, Zhenhai Refining and Chemical First and Second Lines i Maoming Second Line han aplicat aquest procés. Amb l'augment de noves instal·lacions de producció en el futur, s'espera que el procés de canonades ambientals de tercera generació es converteixi gradualment en el procés de canonades ambientals domèstiques dominant.

El procés Unipol pot produir industrialment homopolímers, amb un rang de velocitat de fusió (MFR) de 0,5~100 g/10 min. A més, la fracció en massa de monòmers de copolímer d'etilè en copolímers aleatoris pot arribar al 5,5%. Aquest procés també pot produir un copolímer aleatori industrialitzat de propilè i 1-butè (nom comercial CE-FOR), amb una fracció en massa de cautxú de fins al 14%. La fracció en massa d'etilè en el copolímer d'impacte produït pel procés Unipol pot arribar al 21% (la fracció en massa de cautxú és del 35%). El procés s'ha aplicat a les instal·lacions d'empreses com Fushun Petrochemical i Sichuan Petrochemical.

El procés Innovene pot produir productes homopolímers amb una àmplia gamma de velocitat de fusió (MFR), que pot arribar a 0,5-100 g/10 min. La seva tenacitat del producte és superior a la d'altres processos de polimerització en fase gasosa. La MFR dels productes de copolímer aleatori és de 2-35 g/10 min, amb una fracció màssica d'etilè que oscil·la entre el 7% i el 8%. La MFR dels productes de copolímer resistents a l'impacte és d'1-35 g/10 min, amb una fracció màssica d'etilè que oscil·la entre el 5% i el 17%.

Actualment, la tecnologia de producció principal de PP a la Xina és molt madura. Prenent com a exemple les empreses de polipropilè basades en petroli, no hi ha cap diferència significativa en el consum d'unitats de producció, els costos de processament, els beneficis, etc. entre cada empresa. Des de la perspectiva de les categories de producció cobertes pels diferents processos, els processos principals poden cobrir tota la categoria de productes. Tanmateix, tenint en compte les categories de producció reals de les empreses existents, hi ha diferències significatives en els productes de PP entre les diferents empreses a causa de factors com la geografia, les barreres tecnològiques i les matèries primeres.

(2)Estat actual i tendències de desenvolupament de la tecnologia de l'àcid acrílic

L'àcid acrílic és una matèria primera química orgànica important que s'utilitza àmpliament en la producció d'adhesius i recobriments solubles en aigua, i també es processa habitualment en acrilat de butil i altres productes. Segons la investigació, hi ha diversos processos de producció per a l'àcid acrílic, com ara el mètode del cloroetanol, el mètode del cianoetanol, el mètode Reppe d'alta pressió, el mètode de l'enona, el mètode Reppe millorat, el mètode de l'etanol de formaldehid, el mètode d'hidròlisi de l'acrilonitril, el mètode de l'etilè, el mètode d'oxidació del propilè i el mètode biològic. Tot i que hi ha diverses tècniques de preparació per a l'àcid acrílic, i la majoria d'elles s'han aplicat a la indústria, el procés de producció més important a tot el món continua sent el procés d'oxidació directa del propilè a àcid acrílic.

Les matèries primeres per produir àcid acrílic mitjançant l'oxidació del propilè inclouen principalment vapor d'aigua, aire i propilè. Durant el procés de producció, aquests tres experimenten reaccions d'oxidació a través del llit catalitzador en una determinada proporció. El propilè s'oxida primer a acroleïna al primer reactor i després s'oxida encara més a àcid acrílic al segon reactor. El vapor d'aigua juga un paper de dilució en aquest procés, evitant l'aparició d'explosions i suprimint la generació de reaccions secundàries. Tanmateix, a més de produir àcid acrílic, aquest procés de reacció també produeix àcid acètic i òxids de carboni a causa de les reaccions secundàries.

Segons la investigació de Pingtou Ge, la clau de la tecnologia del procés d'oxidació de l'àcid acrílic rau en la selecció de catalitzadors. Actualment, entre les empreses que poden oferir tecnologia d'àcid acrílic mitjançant l'oxidació del propilè hi ha Sohio als Estats Units, Japan Catalyst Chemical Company, Mitsubishi Chemical Company al Japó, BASF a Alemanya i Japan Chemical Technology.

El procés Sohio als Estats Units és un procés important per a la producció d'àcid acrílic mitjançant l'oxidació del propilè, caracteritzat per la introducció simultània de propilè, aire i vapor d'aigua en dos reactors de llit fix connectats en sèrie, i l'ús d'òxids metàl·lics multicomponents de Mo, Bi i Mo-V com a catalitzadors, respectivament. Amb aquest mètode, el rendiment unidireccional d'àcid acrílic pot arribar a aproximadament el 80% (relació molar). L'avantatge del mètode Sohio és que dos reactors en sèrie poden augmentar la vida útil del catalitzador, arribant fins a 2 anys. Tanmateix, aquest mètode té el desavantatge que el propilè no reaccionat no es pot recuperar.

Mètode BASF: Des de finals dels anys seixanta, BASF ha estat duent a terme investigacions sobre la producció d'àcid acrílic mitjançant l'oxidació del propilè. El mètode BASF utilitza catalitzadors de Mo, Bi o Mo, Co per a la reacció d'oxidació del propilè, i el rendiment unidireccional de l'acroleïna obtinguda pot arribar a aproximadament el 80% (relació molar). Posteriorment, utilitzant catalitzadors basats en Mo, W, V i Fe, l'acroleïna es va oxidar encara més a àcid acrílic, amb un rendiment màxim unidireccional d'aproximadament el 90% (relació molar). La vida útil del catalitzador del mètode BASF pot arribar als 4 anys i el procés és senzill. Tanmateix, aquest mètode té inconvenients com ara un punt d'ebullició elevat del dissolvent, una neteja freqüent dels equips i un consum energètic global elevat.

Mètode catalitzador japonès: També s'utilitzen dos reactors fixos en sèrie i un sistema de separació de set torres corresponent. El primer pas és infiltrar l'element Co al catalitzador MoBi com a catalitzador de reacció i, a continuació, utilitzar òxids metàl·lics compostos de Mo, V i Cu com a catalitzadors principals al segon reactor, amb el suport de sílice i monòxid de plom. En aquest procés, el rendiment unidireccional de l'àcid acrílic és d'aproximadament del 83-86% (relació molar). El mètode catalitzador japonès adopta un reactor de llit fix apilat i un sistema de separació de 7 torres, amb catalitzadors avançats, alt rendiment global i baix consum d'energia. Aquest mètode és actualment un dels processos de producció més avançats, a l'alçada del procés Mitsubishi al Japó.

(3)Estat actual i tendències de desenvolupament de la tecnologia de l'acrilat de butil

L'acrilat de butil és un líquid transparent incolor, insoluble en aigua i que es pot barrejar amb etanol i èter. Aquest compost s'ha d'emmagatzemar en un magatzem fresc i ventilat. L'àcid acrílic i els seus èsters s'utilitzen àmpliament a la indústria. No només s'utilitzen per fabricar monòmers tous d'adhesius a base de dissolvents d'acrilat i locions, sinó que també es poden homopolimeritzar, copolimeritzar i copolimeritzar per empelt per convertir-se en monòmers de polímer i utilitzar-se com a intermediaris de síntesi orgànica.

Actualment, el procés de producció d'acrilat de butil implica principalment la reacció d'àcid acrílic i butanol en presència d'àcid toluè sulfònic per generar acrilat de butil i aigua. La reacció d'esterificació implicada en aquest procés és una reacció reversible típica, i els punts d'ebullició de l'àcid acrílic i el producte acrilat de butil són molt propers. Per tant, és difícil separar l'àcid acrílic mitjançant destil·lació, i l'àcid acrílic que no ha reaccionat no es pot reciclar.

Aquest procés s'anomena mètode d'esterificació d'acrilat de butil, principalment de l'Institut de Recerca d'Enginyeria Petroquímica de Jilin i altres institucions relacionades. Aquesta tecnologia ja és molt madura i el control del consum unitari d'àcid acrílic i n-butanol és molt precís, capaç de controlar el consum unitari amb un marge de 0,6. A més, aquesta tecnologia ja ha aconseguit cooperació i transferència.

(4)Estat actual i tendències de desenvolupament de la tecnologia CPP

La pel·lícula CPP està fabricada amb polipropilè com a matèria primera principal mitjançant mètodes de processament específics com ara la fosa per extrusió en forma de T. Aquesta pel·lícula té una excel·lent resistència a la calor i, a causa de les seves propietats inherents de refredament ràpid, pot formar una suavitat i transparència excel·lents. Per tant, per a aplicacions d'envasament que requereixen una alta claredat, la pel·lícula CPP és el material preferit. L'ús més estès de la pel·lícula CPP és en l'envasament d'aliments, així com en la producció de recobriments d'alumini, envasos farmacèutics i conservació de fruites i verdures.

Actualment, el procés de producció de pel·lícules de CPP és principalment la colada per coextrusió. Aquest procés de producció consisteix en múltiples extrusores, distribuïdors multicanal (coneguts comunament com a "alimentadors"), capçals de matriu en forma de T, sistemes de colada, sistemes de tracció horitzontal, oscil·ladors i sistemes de bobinatge. Les principals característiques d'aquest procés de producció són una bona brillantor superficial, una alta planitud, una petita tolerància de gruix, un bon rendiment d'extensió mecànica, una bona flexibilitat i una bona transparència dels productes de pel·lícula fina produïts. La majoria dels fabricants mundials de CPP utilitzen el mètode de colada per coextrusió per a la producció, i la tecnologia dels equips és madura.

Des de mitjans de la dècada de 1980, la Xina ha començat a introduir equips de producció de pel·lícules de fosa estrangers, però la majoria són estructures d'una sola capa i pertanyen a la fase primària. Després d'entrar a la dècada de 1990, la Xina va introduir línies de producció de pel·lícules de fosa de copolímer multicapa de països com Alemanya, Japó, Itàlia i Àustria. Aquests equips i tecnologies importats són la principal força de la indústria de pel·lícules de fosa de la Xina. Els principals proveïdors d'equips inclouen Bruckner, Bartenfield, Leifenhauer d'Alemanya i Orchid d'Àustria. Des del 2000, la Xina ha introduït línies de producció més avançades i els equips de producció nacional també han experimentat un ràpid desenvolupament.

Tanmateix, en comparació amb el nivell avançat internacional, encara hi ha una certa bretxa en el nivell d'automatització, el sistema d'extrusió de control de pesatge, l'ajust automàtic del capçal de matriu i el control del gruix de la pel·lícula, el sistema de recuperació de material de vora en línia i l'enrotllament automàtic dels equips de pel·lícula de fosa nacionals. Actualment, els principals proveïdors d'equips per a la tecnologia de pel·lícules CPP inclouen Bruckner, Leifenhauser d'Alemanya i Lanzin d'Àustria, entre d'altres. Aquests proveïdors estrangers tenen avantatges significatius pel que fa a l'automatització i altres aspectes. Tanmateix, el procés actual ja és força madur i la velocitat de millora de la tecnologia dels equips és lenta, i bàsicament no hi ha cap llindar de cooperació.

(5)Estat actual i tendències de desenvolupament de la tecnologia de l'acrilonitril

La tecnologia d'oxidació de propilè amoníac és actualment la principal via de producció comercial d'acrilonitril, i gairebé tots els fabricants d'acrilonitril utilitzen catalitzadors BP (SOHIO). Tanmateix, també hi ha molts altres proveïdors de catalitzadors per triar, com ara Mitsubishi Rayon (anteriorment Nitto) i Asahi Kasei del Japó, Ascend Performance Material (anteriorment Solutia) dels Estats Units i Sinopec.

Més del 95% de les plantes d'acrilonitril a tot el món utilitzen la tecnologia d'oxidació de propilè-amoníac (també coneguda com a procés Sohio), pionera i desenvolupada per BP. Aquesta tecnologia utilitza propilè, amoníac, aire i aigua com a matèries primeres i entra al reactor en una determinada proporció. Sota l'acció de catalitzadors de fòsfor, molibdè, bismut o ferro antimoni suportats sobre gel de sílice, l'acrilonitril es genera a una temperatura de 400-500℃i la pressió atmosfèrica. Després d'una sèrie de passos de neutralització, absorció, extracció, deshidrocianació i destil·lació, s'obté el producte final d'acrilonitril. El rendiment unidireccional d'aquest mètode pot arribar al 75%, i els subproductes inclouen acetonitril, cianur d'hidrogen i sulfat d'amoni. Aquest mètode té el valor de producció industrial més alt.

Des del 1984, Sinopec ha signat un acord a llarg termini amb INEOS i ha estat autoritzada a utilitzar la tecnologia patentada d'acrilonitril d'INEOS a la Xina. Després d'anys de desenvolupament, l'Institut de Recerca Petroquímica de Sinopec de Xangai ha desenvolupat amb èxit una via tècnica per a l'oxidació de propilè amoníac per produir acrilonitril i ha construït la segona fase del projecte d'acrilonitril de 130.000 tones de la sucursal d'Anqing de Sinopec. El projecte es va posar en funcionament amb èxit el gener de 2014, augmentant la capacitat de producció anual d'acrilonitril de 80.000 tones a 210.000 tones, convertint-se en una part important de la base de producció d'acrilonitril de Sinopec.

Actualment, entre les empreses de tot el món amb patents per a la tecnologia d'oxidació de propilè amoníac s'inclouen BP, DuPont, Ineos, Asahi Chemical i Sinopec. Aquest procés de producció és madur i fàcil d'obtenir, i la Xina també ha aconseguit la localització d'aquesta tecnologia, i el seu rendiment no és inferior a les tecnologies de producció estrangeres.

(6)Estat actual i tendències de desenvolupament de la tecnologia ABS

Segons la investigació, la ruta del procés del dispositiu ABS es divideix principalment en mètode d'empelt de loció i mètode continu a granel. La resina ABS es va desenvolupar basant-se en la modificació de la resina de poliestirè. El 1947, l'empresa de cautxú americana va adoptar el procés de barreja per aconseguir la producció industrial de resina ABS; el 1954, l'empresa BORG-WAMER dels Estats Units va desenvolupar resina ABS polimeritzada per empelt de loció i va aconseguir la producció industrial. L'aparició de l'empelt de loció va promoure el ràpid desenvolupament de la indústria de l'ABS. Des de la dècada de 1970, la tecnologia del procés de producció de l'ABS ha entrat en un període de gran desenvolupament.

El mètode d'empelt de loció és un procés de producció avançat, que inclou quatre passos: la síntesi de làtex de butadiè, la síntesi de polímer d'empelt, la síntesi de polímers d'estirè i acrilonitril i el posttractament de barreja. El flux específic del procés inclou la unitat PBL, la unitat d'empelt, la unitat SAN i la unitat de barreja. Aquest procés de producció té un alt nivell de maduresa tecnològica i s'ha aplicat àmpliament a tot el món.

Actualment, la tecnologia ABS madura prové principalment d'empreses com LG a Corea del Sud, JSR al Japó, Dow als Estats Units, New Lake Oil Chemical Co., Ltd. a Corea del Sud i Kellogg Technology als Estats Units, totes les quals tenen un nivell de maduresa tecnològica líder mundial. Amb el desenvolupament continu de la tecnologia, el procés de producció d'ABS també està en constant millora. En el futur, poden sorgir processos de producció més eficients, respectuosos amb el medi ambient i que estalviïn energia, cosa que aportarà més oportunitats i reptes al desenvolupament de la indústria química.

(7)L'estat tècnic i la tendència de desenvolupament del n-butanol

Segons les observacions, la tecnologia principal per a la síntesi de butanol i octanol a tot el món és el procés de síntesi de carbonil cíclic en fase líquida a baixa pressió. Les principals matèries primeres per a aquest procés són el propilè i el gas de síntesi. Entre ells, el propilè prové principalment de l'autoabastament integrat, amb un consum unitari de propilè entre 0,6 i 0,62 tones. El gas sintètic es prepara principalment a partir de gasos d'escapament o gas sintètic a base de carbó, amb un consum unitari entre 700 i 720 metres cúbics.

La tecnologia de síntesi de carbonil a baixa pressió desenvolupada per Dow/David – el procés de circulació en fase líquida té avantatges com ara una alta taxa de conversió de propilè, una llarga vida útil del catalitzador i una reducció de les emissions de tres residus. Aquest procés és actualment la tecnologia de producció més avançada i s'utilitza àmpliament a les empreses xineses de butanol i octanol.

Tenint en compte que la tecnologia de Dow/David és relativament madura i es pot utilitzar en cooperació amb empreses nacionals, moltes empreses prioritzaran aquesta tecnologia a l'hora d'invertir en la construcció d'unitats de butanol octanol, seguida de la tecnologia nacional.

(8)Estat actual i tendències de desenvolupament de la tecnologia de poliacrilonitril

El poliacrilonitril (PAN) s'obté mitjançant la polimerització per radicals lliures de l'acrilonitril i és un intermediari important en la preparació de fibres d'acrilonitril (fibres acríliques) i fibres de carboni basades en poliacrilonitril. Es presenta en forma de pols opaca blanca o lleugerament groga, amb una temperatura de transició vítria d'uns 90℃Es pot dissoldre en dissolvents orgànics polars com la dimetilformamida (DMF) i el dimetilsulfòxid (DMSO), així com en solucions aquoses concentrades de sals inorgàniques com el tiocianat i el perclorat. La preparació de poliacrilonitril implica principalment la polimerització en solució o la polimerització per precipitació aquosa d'acrilonitril (AN) amb segons monòmers no iònics i tercers monòmers iònics.

El poliacrilonitril s'utilitza principalment per fabricar fibres acríliques, que són fibres sintètiques fetes de copolímers d'acrilonitril amb un percentatge en massa superior al 85%. Segons els dissolvents utilitzats en el procés de producció, es poden distingir com a dimetilsulfòxid (DMSO), dimetilacetamida (DMAc), tiocianat de sodi (NaSCN) i dimetilformamida (DMF). La principal diferència entre diversos dissolvents és la seva solubilitat en poliacrilonitril, que no té un impacte significatiu en el procés de producció específic de la polimerització. A més, segons els diferents comonòmers, es poden dividir en àcid itacònic (IA), acrilat de metil (MA), acrilamida (AM) i metacrilat de metil (MMA), etc. Els diferents comonòmers tenen efectes diferents sobre la cinètica i les propietats del producte de les reaccions de polimerització.

El procés d'agregació pot ser d'un o dos passos. El mètode d'un pas es refereix a la polimerització d'acrilonitril i comonòmers en estat de solució alhora, i els productes es poden preparar directament en una solució de filatura sense separació. La regla dels dos passos es refereix a la polimerització en suspensió d'acrilonitril i comonòmers en aigua per obtenir el polímer, que es separa, es renta, es deshidrata i es segueixen altres passos per formar la solució de filatura. Actualment, el procés de producció global de poliacrilonitril és bàsicament el mateix, amb la diferència en els mètodes de polimerització posteriors i els comonòmers. Actualment, la majoria de les fibres de poliacrilonitril en diversos països del món estan fetes de copolímers ternaris, amb l'acrilonitril representant el 90% i l'addició d'un segon monòmer que oscil·la entre el 5% i el 8%. L'objectiu d'afegir un segon monòmer és millorar la resistència mecànica, l'elasticitat i la textura de les fibres, així com millorar el rendiment de tenyit. Els mètodes més utilitzats inclouen MMA, MA, acetat de vinil, etc. La quantitat afegida del tercer monòmer és del 0,3% al 2%, amb l'objectiu d'introduir un cert nombre de grups colorants hidròfils per augmentar l'afinitat de les fibres amb els colorants, que es divideixen en grups colorants catiònics i grups colorants àcids.

Actualment, el Japó és el principal representant del procés global de poliacrilonitril, seguit de països com Alemanya i els Estats Units. Entre les empreses representatives hi ha Zoltek, Hexcel, Cytec i Aldila del Japó, Dongbang, Mitsubishi dels Estats Units, SGL d'Alemanya i Formosa Plastics Group de Taiwan, Xina. Actualment, la tecnologia del procés de producció global de poliacrilonitril és madura i no hi ha gaire marge per a la millora del producte.