Este artigo analizará os principais produtos da cadea industrial C3 da China e a dirección actual da investigación e desenvolvemento tecnolóxico.

(1)O estado actual e as tendencias de desenvolvemento da tecnoloxía do polipropileno (PP)

Segundo a nosa investigación, existen varias maneiras de producir polipropileno (PP) na China, entre as que os procesos máis importantes inclúen o proceso de tubaxes ambientais domésticas, o proceso Unipol da empresa Daoju, o proceso Spheriol da empresa LyondellBasell, o proceso Innovene da empresa Ineos, o proceso Novolen da empresa Nordic Chemical e o proceso Spherizone da empresa LyondellBasell. Estes procesos tamén son amplamente adoptados polas empresas chinesas de PP. Estas tecnoloxías controlan principalmente a taxa de conversión do propileno dentro do rango de 1,01-1,02.

O proceso doméstico de tubaxes anelares adopta o catalizador ZN desenvolvido de forma independente, actualmente dominado pola tecnoloxía de proceso de tubaxes anelares de segunda xeración. Este proceso baséase en catalizadores desenvolvidos de forma independente, tecnoloxía de doadores de electróns asimétricos e tecnoloxía de copolimerización aleatoria binaria de propileno-butadieno, e pode producir homopolimerización, copolimerización aleatoria de etileno-propileno, copolimerización aleatoria de propileno-butadieno e copolimerización resistente aos impactos de PP. Por exemplo, empresas como Shanghai Petrochemical Third Line, Zhenhai Refining and Chemical First and Second Lines e Maoming Second Line aplicaron este proceso. Co aumento de novas instalacións de produción no futuro, espérase que o proceso de tubaxes ambientais de terceira xeración se converta gradualmente no proceso de tubaxes ambientais doméstico dominante.

O proceso Unipol pode producir industrialmente homopolímeros, cun rango de taxa de fluxo de fusión (MFR) de 0,5~100 g/10 min. Ademais, a fracción másica de monómeros de copolímero de etileno en copolímeros aleatorios pode chegar ao 5,5 %. Este proceso tamén pode producir un copolímero aleatorio industrializado de propileno e 1-buteno (nome comercial CE-FOR), cunha fracción másica de goma de ata o 14 %. A fracción másica de etileno no copolímero de impacto producido polo proceso Unipol pode chegar ao 21 % (a fracción másica de goma é do 35 %). O proceso aplicouse nas instalacións de empresas como Fushun Petrochemical e Sichuan Petrochemical.

O proceso Innovene pode producir produtos homopolímeros cunha ampla gama de taxas de fluidez (MFR), que poden alcanzar entre 0,5 e 100 g/10 min. A tenacidade do seu produto é maior que a doutros procesos de polimerización en fase gasosa. A MFR dos produtos de copolímeros aleatorios é de 2 a 35 g/10 min, cunha fracción másica de etileno que oscila entre o 7 % e o 8 %. A MFR dos produtos de copolímeros resistentes ao impacto é de 1 a 35 g/10 min, cunha fracción másica de etileno que oscila entre o 5 % e o 17 %.

Na actualidade, a tecnoloxía de produción principal de PP na China é moi madura. Tomando como exemplo as empresas de polipropileno baseadas no petróleo, non hai diferenzas significativas no consumo unitario de produción, custos de procesamento, beneficios, etc. entre cada empresa. Desde a perspectiva das categorías de produción cubertas por diferentes procesos, os procesos convencionais poden abarcar toda a categoría de produtos. Non obstante, tendo en conta as categorías de produción reais das empresas existentes, existen diferenzas significativas nos produtos de PP entre as diferentes empresas debido a factores como a xeografía, as barreiras tecnolóxicas e as materias primas.

(2)Estado actual e tendencias de desenvolvemento da tecnoloxía do ácido acrílico

O ácido acrílico é unha importante materia prima química orgánica amplamente utilizada na produción de adhesivos e revestimentos solubles en auga, e tamén se procesa habitualmente en acrilato de butilo e outros produtos. Segundo a investigación, existen varios procesos de produción para o ácido acrílico, incluíndo o método do cloroetanol, o método do cianoetanol, o método Reppe a alta presión, o método da enona, o método Reppe mellorado, o método do formaldehído e etanol, o método de hidrólise do acrilonitrilo, o método do etileno, o método de oxidación do propileno e o método biolóxico. Aínda que existen varias técnicas de preparación para o ácido acrílico, e a maioría delas aplicáronse na industria, o proceso de produción máis común en todo o mundo segue sendo o proceso de oxidación directa do propileno a ácido acrílico.

As materias primas para a produción de ácido acrílico mediante a oxidación do propileno inclúen principalmente vapor de auga, aire e propileno. Durante o proceso de produción, estes tres sofren reaccións de oxidación a través do leito catalizador nunha determinada proporción. O propileno oxídase primeiro a acroleína no primeiro reactor e, a continuación, oxídase aínda máis a ácido acrílico no segundo reactor. O vapor de auga xoga un papel de dilución neste proceso, evitando a aparición de explosións e suprimindo a xeración de reaccións secundarias. Non obstante, ademais de producir ácido acrílico, este proceso de reacción tamén produce ácido acético e óxidos de carbono debido ás reaccións secundarias.

Segundo a investigación de Pingtou Ge, a clave da tecnoloxía do proceso de oxidación do ácido acrílico reside na selección de catalizadores. Na actualidade, entre as empresas que poden ofrecer tecnoloxía de ácido acrílico mediante a oxidación do propileno están Sohio nos Estados Unidos, Japan Catalyst Chemical Company, Mitsubishi Chemical Company no Xapón, BASF en Alemaña e Japan Chemical Technology.

O proceso Sohio nos Estados Unidos é un proceso importante para a produción de ácido acrílico mediante a oxidación do propileno, caracterizado pola introdución simultanea de propileno, aire e vapor de auga en dous reactores de leito fixo conectados en serie, e o uso de óxidos metálicos multicompoñentes de Mo, Bi e Mo-V como catalizadores, respectivamente. Con este método, o rendemento unidireccional de ácido acrílico pode alcanzar aproximadamente o 80 % (proporción molar). A vantaxe do método Sohio é que dous reactores en serie poden aumentar a vida útil do catalizador, chegando ata os 2 anos. Non obstante, este método ten a desvantaxe de que o propileno non reaccionado non se pode recuperar.

Método BASF: Desde finais da década de 1960, BASF leva a cabo investigacións sobre a produción de ácido acrílico mediante a oxidación do propileno. O método BASF utiliza catalizadores de Mo, Bi ou Mo, Co para a reacción de oxidación do propileno, e o rendemento unidireccional da acroleína obtida pode alcanzar aproximadamente o 80 % (proporción molar). Posteriormente, utilizando catalizadores a base de Mo, W, V e Fe, a acroleína oxidouse aínda máis a ácido acrílico, cun rendemento máximo unidireccional de aproximadamente o 90 % (proporción molar). A vida útil do catalizador do método BASF pode alcanzar os 4 anos e o proceso é sinxelo. Non obstante, este método ten inconvenientes como o alto punto de ebulición do solvente, a limpeza frecuente dos equipos e o alto consumo total de enerxía.

Método catalítico xaponés: Tamén se empregan dous reactores fixos en serie e un sistema de separación de sete torres correspondente. O primeiro paso é infiltrar o elemento Co no catalizador MoBi como catalizador de reacción e, a continuación, usar óxidos metálicos compostos de Mo, V e Cu como catalizadores principais no segundo reactor, apoiados por sílice e monóxido de chumbo. Con este proceso, o rendemento unidireccional de ácido acrílico é de aproximadamente 83-86 % (proporción molar). O método catalítico xaponés adopta un reactor de leito fixo apilado e un sistema de separación de 7 torres, con catalizadores avanzados, alto rendemento global e baixo consumo de enerxía. Este método é actualmente un dos procesos de produción máis avanzados, á par do proceso Mitsubishi no Xapón.

(3)Estado actual e tendencias de desenvolvemento da tecnoloxía do acrilato de butilo

O acrilato de butilo é un líquido transparente incoloro, insoluble en auga e que se pode mesturar con etanol e éter. Este composto debe almacenarse nun almacén fresco e ventilado. O ácido acrílico e os seus ésteres úsanse amplamente na industria. Non só se empregan para fabricar monómeros brandos de adhesivos a base de solventes de acrilato e locións, senón que tamén se poden homopolimerizar, copolimerizar e copolimerizar por enxerto para converterse en monómeros poliméricos e empregarse como intermediarios de síntese orgánica.

Na actualidade, o proceso de produción de acrilato de butilo implica principalmente a reacción do ácido acrílico e o butanol en presenza de ácido toluenosulfónico para xerar acrilato de butilo e auga. A reacción de esterificación implicada neste proceso é unha reacción reversible típica, e os puntos de ebulición do ácido acrílico e o produto acrilato de butilo son moi próximos. Polo tanto, é difícil separar o ácido acrílico mediante destilación e o ácido acrílico que non reacciona non se pode reciclar.

Este proceso chámase método de esterificación de acrilato de butilo, principalmente procedente do Instituto de Investigación de Enxeñaría Petroquímica de Jilin e outras institucións relacionadas. Esta tecnoloxía xa está moi madura e o control do consumo unitario de ácido acrílico e n-butanol é moi preciso, capaz de controlar o consumo unitario dentro de 0,6. Ademais, esta tecnoloxía xa conseguiu cooperación e transferencia.

(4)Estado actual e tendencias de desenvolvemento da tecnoloxía CPP

A película CPP está feita de polipropileno como principal materia prima mediante métodos de procesamento específicos, como a fundición por extrusión en forma de T. Esta película ten unha excelente resistencia á calor e, debido ás súas propiedades inherentes de arrefriamento rápido, pode formar unha excelente suavidade e transparencia. Polo tanto, para aplicacións de envasado que requiren unha alta claridade, a película CPP é o material preferido. O uso máis estendido da película CPP é no envasado de alimentos, así como na produción de revestimentos de aluminio, envases farmacéuticos e conservación de froitas e verduras.

Na actualidade, o proceso de produción de películas de CPP é principalmente a fundición por coextrusión. Este proceso de produción consiste en múltiples extrusoras, distribuidores multicanal (coñecidos comunmente como "alimentadores"), cabezales de matrices en forma de T, sistemas de fundición, sistemas de tracción horizontal, osciladores e sistemas de enrolamento. As principais características deste proceso de produción son un bo brillo superficial, alta planitude, pequena tolerancia de espesor, bo rendemento de extensión mecánica, boa flexibilidade e boa transparencia dos produtos de película fina producidos. A maioría dos fabricantes mundiais de CPP utilizan o método de fundición por coextrusión para a produción, e a tecnoloxía do equipo é madura.

Desde mediados da década de 1980, China comezou a introducir equipos estranxeiros de produción de películas de fundición, pero a maioría deles son estruturas dunha soa capa e pertencen á fase primaria. Despois de entrar na década de 1990, China introduciu liñas de produción de películas de fundición de copolímeros multicapa de países como Alemaña, Xapón, Italia e Austria. Estes equipos e tecnoloxías importados son a principal forza da industria de películas de fundición de China. Os principais provedores de equipos inclúen Bruckner, Bartenfield, Leifenhauer de Alemaña e Orchid de Austria. Desde o ano 2000, China introduciu liñas de produción máis avanzadas e os equipos de produción nacional tamén experimentaron un rápido desenvolvemento.

Non obstante, en comparación co nivel avanzado internacional, aínda existe unha certa brecha no nivel de automatización, o sistema de extrusión de control de pesaxe, o axuste automático do grosor da película de control do cabezal de matriz, o sistema de recuperación de material de bordo en liña e o enrolamento automático de equipos de película de fundición domésticos. Na actualidade, os principais provedores de equipos para a tecnoloxía de película CPP inclúen a alemá Bruckner, Leifenhauser e a austríaca Lanzin, entre outros. Estes provedores estranxeiros teñen vantaxes significativas en termos de automatización e outros aspectos. Non obstante, o proceso actual xa está bastante maduro e a velocidade de mellora da tecnoloxía dos equipos é lenta, e basicamente non hai un limiar para a cooperación.

(5)Estado actual e tendencias de desenvolvemento da tecnoloxía do acrilonitrilo

A tecnoloxía de oxidación de propilenoamoníaco é actualmente a principal vía de produción comercial de acrilonitrilo, e case todos os fabricantes de acrilonitrilo empregan catalizadores BP (SOHIO). Non obstante, tamén hai moitos outros provedores de catalizadores para elixir, como Mitsubishi Rayon (anteriormente Nitto) e Asahi Kasei do Xapón, Ascend Performance Material (anteriormente Solutia) dos Estados Unidos e Sinopec.

Máis do 95 % das plantas de acrilonitrilo en todo o mundo empregan a tecnoloxía de oxidación de propileno-amoníaco (tamén coñecida como proceso Sohio), pioneira e desenvolvida por BP. Esta tecnoloxía emprega propileno, amoníaco, aire e auga como materias primas e entra no reactor nunha determinada proporción. Baixo a acción de catalizadores de fósforo, molibdeno, bismuto ou ferro antimonio soportados en xel de sílice, xérase acrilonitrilo a unha temperatura de 400-500 °C.℃e presión atmosférica. Despois, tras unha serie de pasos de neutralización, absorción, extracción, deshidrocianación e destilación, obtense o produto final de acrilonitrilo. O rendemento unidireccional deste método pode chegar ao 75 %, e os subprodutos inclúen acetonitrilo, cianuro de hidróxeno e sulfato de amonio. Este método ten o maior valor de produción industrial.

Desde 1984, Sinopec asinou un acordo a longo prazo con INEOS e foi autorizada a usar a tecnoloxía patentada de acrilonitrilo de INEOS na China. Tras anos de desenvolvemento, o Instituto de Investigación Petroquímica de Sinopec de Shanghai desenvolveu con éxito unha vía técnica para a oxidación do amoníaco propileno para producir acrilonitrilo e construíu a segunda fase do proxecto de acrilonitrilo de 130.000 toneladas da sucursal de Sinopec Anqing. O proxecto púxose en funcionamento con éxito en xaneiro de 2014, aumentando a capacidade de produción anual de acrilonitrilo de 80.000 toneladas a 210.000 toneladas, converténdose nunha parte importante da base de produción de acrilonitrilo de Sinopec.

Na actualidade, entre as empresas de todo o mundo con patentes para a tecnoloxía de oxidación de amoníaco de propileno están BP, DuPont, Ineos, Asahi Chemical e Sinopec. Este proceso de produción é maduro e doado de obter, e China tamén conseguiu a localización desta tecnoloxía, e o seu rendemento non é inferior ás tecnoloxías de produción estranxeiras.

(6)Estado actual e tendencias de desenvolvemento da tecnoloxía ABS

Segundo a investigación, a ruta de proceso do dispositivo ABS divídese principalmente no método de enxerto por loción e no método continuo a granel. A resina ABS desenvolveuse baseándose na modificación da resina de poliestireno. En 1947, a empresa estadounidense de caucho adoptou o proceso de mestura para lograr a produción industrial de resina ABS; en 1954, a empresa BORG-WAMER dos Estados Unidos desenvolveu resina ABS polimerizada por enxerto por loción e levou a cabo a produción industrial. A aparición do enxerto por loción promoveu o rápido desenvolvemento da industria do ABS. Desde a década de 1970, a tecnoloxía do proceso de produción do ABS entrou nun período de grande desenvolvemento.

O método de enxerto en loción é un proceso de produción avanzado que inclúe catro pasos: a síntese de látex de butadieno, a síntese de polímero de enxerto, a síntese de polímeros de estireno e acrilonitrilo e o tratamento posterior á mestura. O fluxo de proceso específico inclúe a unidade PBL, a unidade de enxerto, a unidade SAN e a unidade de mestura. Este proceso de produción ten un alto nivel de madurez tecnolóxica e aplicouse amplamente en todo o mundo.

Na actualidade, a tecnoloxía ABS madura provén principalmente de empresas como LG en Corea do Sur, JSR no Xapón, Dow nos Estados Unidos, New Lake Oil Chemical Co., Ltd. en Corea do Sur e Kellogg Technology nos Estados Unidos, todas elas cun nivel de madurez tecnolóxica líder a nivel mundial. Co desenvolvemento continuo da tecnoloxía, o proceso de produción de ABS tamén está en constante mellora. No futuro, poden xurdir procesos de produción máis eficientes, respectuosos co medio ambiente e que aforran enerxía, o que traerá máis oportunidades e desafíos para o desenvolvemento da industria química.

(7)O estado técnico e a tendencia de desenvolvemento do n-butanol

Segundo as observacións, a tecnoloxía principal para a síntese de butanol e octanol en todo o mundo é o proceso de síntese de carbonilo cíclico en fase líquida a baixa presión. As principais materias primas para este proceso son o propileno e o gas de síntese. Entre eles, o propileno provén principalmente do autoabastecemento integrado, cun consumo unitario de propileno entre 0,6 e 0,62 toneladas. O gas sintético prepárase principalmente a partir de gases de escape ou gas sintético a base de carbón, cun consumo unitario entre 700 e 720 metros cúbicos.

A tecnoloxía de síntese de carbonilo a baixa presión desenvolvida por Dow/David (o proceso de circulación en fase líquida) ten vantaxes como unha alta taxa de conversión de propileno, unha longa vida útil do catalizador e unha redución das emisións de tres residuos. Este proceso é actualmente a tecnoloxía de produción máis avanzada e utilízase amplamente nas empresas chinesas de butanol e octanol.

Tendo en conta que a tecnoloxía de Dow/David é relativamente madura e pódese empregar en cooperación con empresas nacionais, moitas empresas daránlle prioridade a esta tecnoloxía á hora de investir na construción de unidades de butanol-octanol, seguida da tecnoloxía nacional.

(8)Estado actual e tendencias de desenvolvemento da tecnoloxía de poliacrilonitrilo

O poliacrilonitrilo (PAN) obtense mediante a polimerización por radicais libres do acrilonitrilo e é un importante intermediario na preparación de fibras de acrilonitrilo (fibras acrílicas) e fibras de carbono baseadas en poliacrilonitrilo. Aparece en forma de po opaco branco ou lixeiramente amarelo, cunha temperatura de transición vítrea duns 90℃Pode disolverse en solventes orgánicos polares como a dimetilformamida (DMF) e o dimetilsulfóxido (DMSO), así como en solucións acuosas concentradas de sales inorgánicas como o tiocianato e o perclorato. A preparación de poliacrilonitrilo implica principalmente a polimerización en solución ou a polimerización por precipitación acuosa de acrilonitrilo (AN) con segundos monómeros non iónicos e terceiros monómeros iónicos.

O poliacrilonitrilo úsase principalmente para fabricar fibras acrílicas, que son fibras sintéticas feitas de copolímeros de acrilonitrilo cunha porcentaxe en masa superior ao 85 %. Segundo os solventes empregados no proceso de produción, pódense distinguir como dimetilsulfóxido (DMSO), dimetilacetamida (DMAc), tiocianato de sodio (NaSCN) e dimetilformamida (DMF). A principal diferenza entre os distintos solventes é a súa solubilidade en poliacrilonitrilo, que non ten un impacto significativo no proceso específico de produción da polimerización. Ademais, segundo os diferentes comonómeros, pódense dividir en ácido itacónico (IA), acrilato de metilo (MA), acrilamida (AM) e metacrilato de metilo (MMA), etc. Os diferentes comonómeros teñen diferentes efectos na cinética e nas propiedades do produto das reaccións de polimerización.

O proceso de agregación pode ser dun ou dous pasos. O método dun paso refírese á polimerización do acrilonitrilo e os comonómeros nun estado de solución á vez, e os produtos pódense preparar directamente en solución de fiado sen separación. A regra dos dous pasos refírese á polimerización en suspensión do acrilonitrilo e os comonómeros en auga para obter o polímero, que se separa, lava, deshidrata e realiza outros pasos para formar a solución de fiado. Na actualidade, o proceso de produción global de poliacrilonitrilo é basicamente o mesmo, coa diferenza nos métodos de polimerización posteriores e os comonómeros. Na actualidade, a maioría das fibras de poliacrilonitrilo en varios países do mundo están feitas de copolímeros ternarios, sendo o acrilonitrilo o 90 % e a adición dun segundo monómero que oscila entre o 5 % e o 8 %. O propósito de engadir un segundo monómero é mellorar a resistencia mecánica, a elasticidade e a textura das fibras, así como mellorar o rendemento da tinguidura. Os métodos máis empregados inclúen MMA, MA, acetato de vinilo, etc. A cantidade de adición do terceiro monómero é do 0,3% ao 2%, co obxectivo de introducir un certo número de grupos colorantes hidrófilos para aumentar a afinidade das fibras cos colorantes, que se dividen en grupos colorantes catiónicos e grupos colorantes ácidos.

Na actualidade, o Xapón é o principal representante do proceso global de poliacrilonitrilo, seguido de países como Alemaña e os Estados Unidos. Entre as empresas representativas inclúense Zoltek, Hexcel, Cytec e Aldila do Xapón, Dongbang, Mitsubishi e os Estados Unidos, SGL de Alemaña e Formosa Plastics Group de Taiwán. Na actualidade, a tecnoloxía global do proceso de produción de poliacrilonitrilo está madura e non hai moito espazo para a mellora do produto.