Tento článok bude analyzovať hlavné produkty v čínskom priemyselnom reťazci C3 a súčasný smer výskumu a vývoja technológií.

(1)Súčasný stav a vývojové trendy technológie polypropylénu (PP)

Podľa nášho prieskumu existujú v Číne rôzne spôsoby výroby polypropylénu (PP), medzi ktoré patria najdôležitejšie procesy pre domácu výrobu environmentálnych rúr, proces Unipol od spoločnosti Daoju, proces Spheriol od spoločnosti LyondellBasell, proces Innovene od spoločnosti Ineos, proces Novolen od spoločnosti Nordic Chemical Company a proces Spherizone od spoločnosti LyondellBasell. Tieto procesy sú tiež široko používané čínskymi podnikmi zaoberajúcimi sa PP. Tieto technológie väčšinou kontrolujú mieru konverzie propylénu v rozmedzí 1,01 – 1,02.

Domáci proces výroby kruhových rúr využíva nezávisle vyvinutý katalyzátor ZN, ktorému v súčasnosti dominuje technológia výroby kruhových rúr druhej generácie. Tento proces je založený na nezávisle vyvinutých katalyzátoroch, technológii asymetrických donorov elektrónov a technológii binárnej náhodnej kopolymerizácie propylénu s butadiénom a umožňuje homopolymerizáciu, náhodnú kopolymerizáciu etylénu s propylénom, náhodnú kopolymerizáciu propylénu s butadiénom a nárazuvzdornú kopolymerizáciu PP. Tento proces používajú napríklad spoločnosti ako Shanghai Petrochemical Third Line, Zhenhai Refining and Chemical First and Second Line a Maoming Second Line. S nárastom nových výrobných zariadení v budúcnosti sa očakáva, že proces výroby environmentálnych rúr tretej generácie sa postupne stane dominantným domácim procesom výroby environmentálnych rúr.

Proces Unipol umožňuje priemyselnú výrobu homopolymérov s rozsahom indexu toku taveniny (MFR) 0,5 až 100 g/10 min. Okrem toho môže hmotnostný podiel monomérov etylénového kopolyméru v náhodných kopolyméroch dosiahnuť 5,5 %. Tento proces umožňuje aj priemyselnú výrobu náhodného kopolyméru propylénu a 1-buténu (obchodný názov CE-FOR) s hmotnostným podielom kaučuku až 14 %. Hmotnostný podiel etylénu v impaktnom kopolyméri vyrobenom procesom Unipol môže dosiahnuť 21 % (hmotnostný podiel kaučuku je 35 %). Tento proces sa uplatňuje v zariadeniach podnikov ako Fushun Petrochemical a Sichuan Petrochemical.

Proces Innovene umožňuje výrobu homopolymérnych produktov so širokým rozsahom indexu toku taveniny (MFR), ktorý môže dosiahnuť 0,5 – 100 g/10 min. Jeho húževnatosť je vyššia ako pri iných procesoch polymerizácie v plynnej fáze. MFR produktov s náhodným kopolymérom je 2 – 35 g/10 min, s hmotnostným podielom etylénu v rozmedzí od 7 % do 8 %. MFR produktov s kopolymérom odolným voči nárazu je 1 – 35 g/10 min, s hmotnostným podielom etylénu v rozmedzí od 5 % do 17 %.

V súčasnosti je hlavná výrobná technológia PP v Číne veľmi vyspelá. Ak vezmeme ako príklad podniky vyrábajúce polypropylén na báze ropy, medzi jednotlivými podnikmi nie je významný rozdiel v spotrebe výrobnej jednotky, nákladoch na spracovanie, ziskoch atď. Z hľadiska výrobných kategórií pokrytých rôznymi procesmi môžu hlavné procesy pokrývať celú kategóriu produktov. Avšak vzhľadom na skutočné kategórie produkcie existujúcich podnikov existujú medzi rôznymi podnikmi významné rozdiely v produktoch PP v dôsledku faktorov, ako je geografia, technologické bariéry a suroviny.

(2)Súčasný stav a vývojové trendy technológie kyseliny akrylovej

Kyselina akrylová je dôležitá organická chemická surovina, ktorá sa široko používa pri výrobe lepidiel a vo vode rozpustných náterov a bežne sa spracováva aj na butylakrylát a ďalšie produkty. Podľa výskumu existujú rôzne výrobné procesy kyseliny akrylovej vrátane chlóretanolovej metódy, kyanoetanolovej metódy, vysokotlakovej Reppeho metódy, enónovej metódy, vylepšenej Reppeho metódy, formaldehydetanolovej metódy, metódy hydrolýzy akrylonitrilu, etylénovej metódy, metódy oxidácie propylénu a biologickej metódy. Hoci existujú rôzne techniky prípravy kyseliny akrylovej a väčšina z nich sa v priemysle používa, najbežnejším výrobným procesom na celom svete je stále proces priamej oxidácie propylénu na kyselinu akrylovú.

Suroviny na výrobu kyseliny akrylovej oxidáciou propylénu zahŕňajú najmä vodnú paru, vzduch a propylén. Počas výrobného procesu tieto tri látky prechádzajú oxidačnými reakciami cez katalytické lôžko v určitom pomere. Propylén sa najprv oxiduje na akroleín v prvom reaktore a potom sa ďalej oxiduje na kyselinu akrylovú v druhom reaktore. Vodná para v tomto procese zohráva riediacu úlohu, čím sa zabráni vzniku explózií a potláča sa vznik vedľajších reakcií. Okrem produkcie kyseliny akrylovej však tento reakčný proces v dôsledku vedľajších reakcií produkuje aj kyselinu octovú a oxidy uhlíka.

Podľa výskumu spoločnosti Pingtou Ge spočíva kľúč k technológii oxidácie kyseliny akrylovej vo výbere katalyzátorov. V súčasnosti medzi spoločnosti, ktoré dokážu poskytnúť technológiu výroby kyseliny akrylovej prostredníctvom oxidácie propylénu, patria Sohio v Spojených štátoch, Japan Catalyst Chemical Company, Mitsubishi Chemical Company v Japonsku, BASF v Nemecku a Japan Chemical Technology.

Sohiov proces v Spojených štátoch je dôležitý proces výroby kyseliny akrylovej oxidáciou propylénu, ktorý sa vyznačuje súčasným zavádzaním propylénu, vzduchu a vodnej pary do dvoch sériovo zapojených reaktorov s pevným lôžkom a použitím viaczložkových oxidov kovov MoBi a Mo-V ako katalyzátorov. Pri tejto metóde môže jednosmerný výťažok kyseliny akrylovej dosiahnuť približne 80 % (molárny pomer). Výhodou Sohiovej metódy je, že dva sériovo zapojené reaktory môžu predĺžiť životnosť katalyzátora až na 2 roky. Táto metóda má však nevýhodu v tom, že nezreagovaný propylén nie je možné regenerovať.

Metóda BASF: Od konca 60. rokov 20. storočia spoločnosť BASF vykonáva výskum v oblasti výroby kyseliny akrylovej oxidáciou propylénu. Metóda BASF používa katalyzátory Mo-Bi alebo Mo-Co na oxidačnú reakciu propylénu a jednosmerný výťažok akroleínu môže dosiahnuť približne 80 % (molárny pomer). Následne sa akroleín s použitím katalyzátorov na báze Mo, W, V a Fe ďalej oxidoval na kyselinu akrylovú s maximálnym jednosmerným výťažkom približne 90 % (molárny pomer). Životnosť katalyzátora pri metóde BASF môže dosiahnuť 4 roky a proces je jednoduchý. Táto metóda má však nevýhody, ako je vysoký bod varu rozpúšťadla, časté čistenie zariadenia a vysoká celková spotreba energie.

Japonská katalytická metóda: Používajú sa dva pevné reaktory zapojené do série a zodpovedajúci sedemvežový separačný systém. Prvým krokom je infiltrácia prvku Co do katalyzátora MoBi ako reakčného katalyzátora a následné použitie kompozitných kovových oxidov Mo, V a Cu ako hlavných katalyzátorov v druhom reaktore, na nosiči s oxidom kremičitým a oxidom olovnatým. Pri tomto procese je jednosmerný výťažok kyseliny akrylovej približne 83 – 86 % (molárny pomer). Japonská katalytická metóda využíva jeden stohovaný reaktor s pevným lôžkom a sedemvežový separačný systém s pokročilými katalyzátormi, vysokým celkovým výťažkom a nízkou spotrebou energie. Táto metóda je v súčasnosti jedným z najpokročilejších výrobných procesov, porovnateľný s procesom Mitsubishi v Japonsku.

(3)Súčasný stav a vývojové trendy technológie butylakrylátu

Butylakrylát je bezfarebná priehľadná kvapalina nerozpustná vo vode, ktorú možno zmiešať s etanolom a éterom. Táto zlúčenina sa musí skladovať v chladnom a vetranom sklade. Kyselina akrylová a jej estery sa v priemysle široko používajú. Používajú sa nielen na výrobu mäkkých monomérov akrylátových lepidiel na báze rozpúšťadiel a telového mlieka, ale môžu sa tiež homopolymerovať, kopolymerovať a štepene kopolymerovať na polymérne monoméry a používať ako medziprodukty organickej syntézy.

V súčasnosti proces výroby butylakrylátu zahŕňa najmä reakciu kyseliny akrylovej a butanolu v prítomnosti kyseliny toluénsulfónovej za vzniku butylakrylátu a vody. Esterifikačná reakcia, ktorá je súčasťou tohto procesu, je typická reverzibilná reakcia a body varu kyseliny akrylovej a produktu butylakrylátu sú si veľmi blízke. Preto je ťažké oddeliť kyselinu akrylovú destiláciou a nezreagovanú kyselinu akrylovú nemožno recyklovať.

Tento proces sa nazýva metóda esterifikácie butylakrylátu a využíva sa najmä vo Výskumnom ústave petrochemického inžinierstva v Jiline a ďalších súvisiacich inštitúciách. Táto technológia je už veľmi vyspelá a riadenie spotreby kyseliny akrylovej a n-butanolu je veľmi presné a dokáže riadiť spotrebu v rozmedzí 0,6. Okrem toho sa v tejto technológii už dosiahla spolupráca a transfer.

(4)Súčasný stav a vývojové trendy technológie CPP

CPP fólia sa vyrába z polypropylénu ako hlavnej suroviny prostredníctvom špecifických metód spracovania, ako je napríklad tlakové extrúzne liatie v tvare T. Táto fólia má vynikajúcu tepelnú odolnosť a vďaka svojim inherentným vlastnostiam rýchleho chladenia dokáže dosiahnuť vynikajúcu hladkosť a priehľadnosť. Preto je CPP fólia preferovaným materiálom pre baliace aplikácie, ktoré vyžadujú vysokú priehľadnosť. Najrozšírenejšie použitie CPP fólie je v balení potravín, ako aj pri výrobe hliníkových povlakov, farmaceutických obalov a konzervácie ovocia a zeleniny.

V súčasnosti je výrobný proces CPP fólií prevažne koextrúznym liatím. Tento výrobný proces pozostáva z viacerých extrudérov, viackanálových rozdeľovačov (bežne známych ako „podávače“), lisovacích hláv v tvare T, odlievacích systémov, horizontálnych trakčných systémov, oscilátorov a navíjacích systémov. Hlavnými charakteristikami tohto výrobného procesu sú dobrý lesk povrchu, vysoká rovinnosť, malá tolerancia hrúbky, dobrý mechanický výkon pri roztiahnutí, dobrá flexibilita a dobrá transparentnosť vyrobených tenkovrstvových produktov. Väčšina svetových výrobcov CPP používa na výrobu metódu koextrúzneho liatia a technológia zariadení je vyspelá.

Od polovice 80. rokov 20. storočia Čína začala zavádzať zahraničné zariadenia na výrobu liatych fólií, ale väčšina z nich má jednovrstvové štruktúry a patrí do primárnej fázy. Po vstupe do 90. rokov 20. storočia Čína zaviedla výrobné linky na viacvrstvové kopolymérne liate fólie z krajín ako Nemecko, Japonsko, Taliansko a Rakúsko. Tieto dovážané zariadenia a technológie sú hlavnou silou čínskeho priemyslu liatych fólií. Medzi hlavných dodávateľov zariadení patria nemecké spoločnosti Bruckner, Bartenfield, Leifenhauer a rakúska Orchid. Od roku 2000 Čína zaviedla modernejšie výrobné linky a rýchlo sa rozvíjali aj zariadenia vyrobené doma.

V porovnaní s medzinárodnou pokročilou úrovňou však stále existuje určitá medzera v úrovni automatizácie, systéme váženia a extrúzie, automatickom nastavení lisovacej hlavy a regulácii hrúbky filmu, online systéme na regeneráciu okrajového materiálu a automatickom navíjaní domácich zariadení na odlievanie filmu. V súčasnosti medzi hlavných dodávateľov zariadení pre technológiu CPP filmu patria okrem iných nemecké spoločnosti Bruckner, Leifenhauser a rakúsky Lanzin. Títo zahraniční dodávatelia majú značné výhody z hľadiska automatizácie a ďalších aspektov. Súčasný proces je však už pomerne vyspelý a rýchlosť zlepšovania technológie zariadení je pomalá a v podstate neexistuje žiadna hranica pre spoluprácu.

(5)Súčasný stav a vývojové trendy akrylonitrilové technológie

Technológia oxidácie propylénu amoniaku je v súčasnosti hlavnou komerčnou výrobnou cestou akrylonitrilu a takmer všetci výrobcovia akrylonitrilu používajú katalyzátory BP (SOHIO). Existuje však aj mnoho ďalších dodávateľov katalyzátorov, z ktorých si môžete vybrať, ako napríklad Mitsubishi Rayon (predtým Nitto) a Asahi Kasei z Japonska, Ascend Performance Material (predtým Solutia) zo Spojených štátov a Sinopec.

Viac ako 95 % závodov na výrobu akrylonitrilu na celom svete používa technológiu oxidácie propylénu a amoniaku (známu aj ako Sohio proces), ktorú ako prví vyvinula a zaviedla spoločnosť BP. Táto technológia využíva ako suroviny propylén, amoniak, vzduch a vodu, ktoré vstupujú do reaktora v určitom pomere. Pôsobením katalyzátorov fosforu, molybdénu, bizmutu alebo antimónu nanesených na silikagéli sa akrylonitril vytvára pri teplote 400 – 500 °C.℃a atmosférickom tlaku. Potom, po sérii krokov neutralizácie, absorpcie, extrakcie, dehydrokyanácie a destilácie, sa získa konečný produkt akrylonitrilu. Jednosmerný výťažok tejto metódy môže dosiahnuť 75 % a vedľajšie produkty zahŕňajú acetonitril, kyanovodík a síran amónny. Táto metóda má najvyššiu priemyselnú výrobnú hodnotu.

Od roku 1984 spoločnosť Sinopec podpísala dlhodobú zmluvu so spoločnosťou INEOS a získala povolenie na používanie patentovanej akrylonitrilové technológie spoločnosti INEOS v Číne. Po rokoch vývoja úspešne vyvinul Šanghajský petrochemický výskumný ústav Sinopec technickú cestu oxidácie propylénu amoniakom na výrobu akrylonitrilu a postavil druhú fázu projektu výroby akrylonitrilu s kapacitou 130 000 ton pre pobočku Sinopec Anqing. Projekt bol úspešne uvedený do prevádzky v januári 2014, čím sa ročná výrobná kapacita akrylonitrilu zvýšila z 80 000 ton na 210 000 ton a stal sa dôležitou súčasťou výrobnej základne akrylonitrilu spoločnosti Sinopec.

V súčasnosti medzi spoločnosti po celom svete s patentmi na technológiu oxidácie propylénu a amoniaku patria BP, DuPont, Ineos, Asahi Chemical a Sinopec. Tento výrobný proces je vyspelý a ľahko dostupný a Čína tiež dosiahla lokalizáciu tejto technológie a jej výkon nie je horší ako v prípade zahraničných výrobných technológií.

(6)Súčasný stav a vývojové trendy technológie ABS

Podľa výskumu sa proces výroby ABS materiálu delí hlavne na metódu štepenia lociom a kontinuálnu hromadnú metódu. ABS živica bola vyvinutá na základe modifikácie polystyrénovej živice. V roku 1947 americká gumárenská spoločnosť prijala proces miešania na dosiahnutie priemyselnej výroby ABS živice. V roku 1954 spoločnosť BORG-WAMER v Spojených štátoch vyvinula štepenú ABS živicu polymerizovanú lociom a spustila priemyselnú výrobu. Výskyt štepenia lociom podporil rýchly rozvoj priemyslu ABS. Od 70. rokov 20. storočia vstúpila technológia výrobného procesu ABS do obdobia veľkého rozvoja.

Metóda štepenia lotionom je pokročilý výrobný proces, ktorý zahŕňa štyri kroky: syntézu butadiénového latexu, syntézu štepeného polyméru, syntézu styrénových a akrylonitrilových polymérov a následnú úpravu miešaním. Špecifický procesný postup zahŕňa jednotku PBL, štepenie, jednotku SAN a miešanie. Tento výrobný proces má vysokú úroveň technologickej vyspelosti a je široko používaný na celom svete.

V súčasnosti pochádza vyspelá technológia ABS najmä od spoločností ako LG v Južnej Kórei, JSR v Japonsku, Dow v Spojených štátoch, New Lake Oil Chemical Co., Ltd. v Južnej Kórei a Kellogg Technology v Spojených štátoch, ktoré všetky dosahujú celosvetovo vedúcu úroveň technologickej vyspelosti. S neustálym rozvojom technológií sa neustále zlepšuje aj výrobný proces ABS. V budúcnosti sa môžu objaviť efektívnejšie, ekologickejšie a energeticky úspornejšie výrobné procesy, ktoré prinesú viac príležitostí a výziev pre rozvoj chemického priemyslu.

(7)Technický stav a vývojový trend n-butanolu

Podľa pozorovaní je celosvetovo hlavnou technológiou syntézy butanolu a oktanolu kvapalná fáza cyklickej nízkotlakovej syntézy karbonylu. Hlavnými surovinami pre tento proces sú propylén a syntézny plyn. Propylén pochádza prevažne z integrovaných vlastných dodávok s jednotkovou spotrebou propylénu medzi 0,6 a 0,62 tonami. Syntetický plyn sa väčšinou pripravuje z výfukových plynov alebo syntetického plynu na báze uhlia s jednotkovou spotrebou medzi 700 a 720 kubickými metrami.

Technológia nízkotlakovej karbonylovej syntézy vyvinutá spoločnosťou Dow/David – proces cirkulácie v kvapalnej fáze – má výhody, ako je vysoká miera konverzie propylénu, dlhá životnosť katalyzátora a znížené emisie troch druhov odpadu. Tento proces je v súčasnosti najpokročilejšou výrobnou technológiou a je široko používaný v čínskych podnikoch zaoberajúcich sa butanolom a oktanolom.

Vzhľadom na to, že technológia Dow/David je relatívne vyspelá a možno ju použiť v spolupráci s domácimi podnikmi, mnohé podniky uprednostnia túto technológiu pri investovaní do výstavby butanol-oktanolových jednotiek a až potom budú nasledovať domáce technológie.

(8)Súčasný stav a vývojové trendy polyakrylonitrilové technológie

Polyakrylonitril (PAN) sa získava radikálovou polymerizáciou akrylonitrilu a je dôležitým medziproduktom pri príprave akrylonitrilových vlákien (akrylových vlákien) a uhlíkových vlákien na báze polyakrylonitrilu. Vyskytuje sa vo forme bieleho alebo mierne žltého nepriehľadného prášku s teplotou skleného prechodu približne 90 °C.℃Môže sa rozpustiť v polárnych organických rozpúšťadlách, ako je dimetylformamid (DMF) a dimetylsulfoxid (DMSO), ako aj v koncentrovaných vodných roztokoch anorganických solí, ako je tiokyanát a chloristan. Príprava polyakrylonitrilu zahŕňa hlavne roztokovú polymerizáciu alebo vodnú zrážaciu polymerizáciu akrylonitrilu (AN) s neiónovými druhými monomérmi a iónovými tretími monomérmi.

Polyakrylonitril sa používa hlavne na výrobu akrylových vlákien, čo sú syntetické vlákna vyrobené z akrylonitrilových kopolymérov s hmotnostným percentom viac ako 85 %. Podľa použitých rozpúšťadiel vo výrobnom procese ich možno rozlíšiť ako dimetylsulfoxid (DMSO), dimetylacetamid (DMAc), tiokyanát sodný (NaSCN) a dimetylformamid (DMF). Hlavný rozdiel medzi rôznymi rozpúšťadlami je ich rozpustnosť v polyakrylonitrile, ktorá nemá významný vplyv na špecifický polymerizačný výrobný proces. Okrem toho ich možno podľa rôznych komonomérov rozdeliť na kyselinu itakónovú (IA), metylakrylát (MA), akrylamid (AM) a metylmetakrylát (MMA) atď. Rôzne komonoméry majú rôzne účinky na kinetiku a vlastnosti produktu polymerizačných reakcií.

Proces agregácie môže byť jednostupňový alebo dvojstupňový. Jednostupňová metóda sa vzťahuje na polymerizáciu akrylonitrilu a komonomérov v roztoku naraz a produkty sa môžu priamo pripraviť do zvlákňovacieho roztoku bez separácie. Dvojstupňové pravidlo sa vzťahuje na suspenznú polymerizáciu akrylonitrilu a komonomérov vo vode za účelom získania polyméru, ktorý sa separuje, premyje, dehydratuje a vykonáva ďalšie kroky za účelom vytvorenia zvlákňovacieho roztoku. V súčasnosti je globálny výrobný proces polyakrylonitrilu v podstate rovnaký, s rozdielom v následných polymerizačných metódach a komonoméroch. V súčasnosti sa väčšina polyakrylonitrilových vlákien v rôznych krajinách sveta vyrába z ternárnych kopolymérov, pričom akrylonitril tvorí 90 % a pridáva sa druhý monomér v množstve od 5 % do 8 %. Účelom pridania druhého monoméru je zvýšiť mechanickú pevnosť, elasticitu a textúru vlákien, ako aj zlepšiť farbiace vlastnosti. Medzi bežne používané metódy patrí MMA, MA, vinylacetát atď. Pridávané množstvo tretieho monoméru je 0,3 % až 2 % s cieľom zaviesť určitý počet hydrofilných farbív na zvýšenie afinity vlákien k farbivám, ktoré sa delia na katiónové farbivá a kyslé farbivá.

V súčasnosti je Japonsko hlavným predstaviteľom globálneho procesu výroby polyakrylonitrilu, nasledované krajinami ako Nemecko a Spojené štáty. Medzi reprezentatívne podniky patria Zoltek, Hexcel, Cytec a Aldila z Japonska, Dongbang, Mitsubishi z Spojených štátov, SGL z Nemecka a Formosa Plastics Group z Taiwanu, Číny. V súčasnosti je globálna technológia výrobného procesu polyakrylonitrilu vyspelá a nie je veľa priestoru na zlepšenie produktu.