Tento článek bude analyzovat hlavní produkty v čínském průmyslovém řetězci C3 a současný směr výzkumu a vývoje technologií.

(1)Současný stav a vývojové trendy technologie polypropylenu (PP)

Podle našeho výzkumu existují v Číně různé způsoby výroby polypropylenu (PP), mezi které patří nejdůležitější procesy pro výrobu potrubí z ekologických zdrojů, proces Unipol společnosti Daoju, proces Spheriol společnosti LyondellBasell, proces Innovene společnosti Ineos, proces Novolen společnosti Nordic Chemical Company a proces Spherizone společnosti LyondellBasell. Tyto procesy jsou také široce používány čínskými podniky zabývajícími se PP. Tyto technologie většinou regulují míru konverze propylenu v rozmezí 1,01-1,02.

Domácí proces výroby kruhových trubek využívá nezávisle vyvinutý katalyzátor ZN, kterému v současnosti dominuje technologie kruhových trubek druhé generace. Tento proces je založen na nezávisle vyvinutých katalyzátorech, technologii asymetrických donorů elektronů a technologii binární náhodné kopolymerace propylen-butadienu a umožňuje homopolymeraci, náhodnou kopolymeraci ethylen-propylenu, náhodnou kopolymeraci propylen-butadienu a nárazuvzdornou kopolymeraci PP. Tento proces například používají společnosti jako Shanghai Petrochemical Third Line, Zhenhai Refining and Chemical First and Second Line a Maoming Second Line. S nárůstem počtu nových výrobních zařízení v budoucnu se očekává, že se proces výroby ekologických trubek třetí generace postupně stane dominantním domácím procesem výroby ekologických trubek.

Proces Unipol umožňuje průmyslovou výrobu homopolymerů s indexem toku taveniny (MFR) v rozmezí 0,5~100 g/10 min. Hmotnostní podíl monomerů ethylenového kopolymeru v náhodných kopolymerech může dosáhnout 5,5 %. Tento proces umožňuje také výrobu průmyslově vyrobeného náhodného kopolymeru propylenu a 1-butenu (obchodní název CE-FOR) s hmotnostním podílem kaučuku až 14 %. Hmotnostní podíl ethylenu v impaktním kopolymeru vyrobeném procesem Unipol může dosáhnout 21 % (hmotnostní podíl kaučuku je 35 %). Proces byl aplikován v závodech podniků, jako jsou Fushun Petrochemical a Sichuan Petrochemical.

Proces Innovene umožňuje vyrábět homopolymerní produkty s širokým rozsahem indexu toku taveniny (MFR), který může dosáhnout 0,5–100 g/10 min. Jeho houževnatost je vyšší než u jiných procesů polymerace v plynné fázi. MFR produktů s náhodným kopolymerem je 2–35 g/10 min s hmotnostním podílem ethylenu v rozmezí od 7 % do 8 %. MFR produktů s kopolymerem odolným proti nárazu je 1–35 g/10 min s hmotnostním podílem ethylenu v rozmezí od 5 % do 17 %.

V současné době je hlavní výrobní technologie PP v Číně velmi vyspělá. Vezměme si jako příklad podniky vyrábějící polypropylen na bázi ropy, a proto mezi jednotlivými podniky neexistuje žádný významný rozdíl ve spotřebě výrobních jednotek, nákladech na zpracování, ziscích atd. Z pohledu výrobních kategorií pokrytých různými procesy mohou hlavní procesy pokrývat celou kategorii produktů. Vzhledem k skutečným kategoriím produkce stávajících podniků však existují mezi různými podniky významné rozdíly v produktech PP v důsledku faktorů, jako je geografie, technologické bariéry a suroviny.

(2)Současný stav a vývojové trendy technologie kyseliny akrylové

Kyselina akrylová je důležitá organická chemická surovina, která se široce používá při výrobě lepidel a ve vodě rozpustných nátěrů a běžně se také zpracovává na butylakrylát a další produkty. Podle výzkumu existují různé výrobní procesy pro kyselinu akrylovou, včetně chloroethanolové metody, kyanoethanolové metody, vysokotlaké Reppeho metody, enonové metody, vylepšené Reppeho metody, formaldehyd-ethanolové metody, hydrolýzy akrylonitrilu, ethylenové metody, metody oxidace propylenu a biologické metody. Přestože existuje mnoho různých technik přípravy kyseliny akrylové a většina z nich se v průmyslu používá, celosvětově je stále nejrozšířenějším výrobním procesem přímá oxidace propylenu na kyselinu akrylovou.

Suroviny pro výrobu kyseliny akrylové oxidací propylenu zahrnují především vodní páru, vzduch a propylen. Během výrobního procesu tyto tři látky procházejí v určitém poměru oxidačními reakcemi v katalytickém loži. Propylen se nejprve v prvním reaktoru oxiduje na akrolein a poté se ve druhém reaktoru dále oxiduje na kyselinu akrylovou. Vodní pára v tomto procesu hraje ředicí roli, zabraňuje vzniku explozí a potlačuje vznik vedlejších reakcí. Kromě produkce kyseliny akrylové však tento reakční proces v důsledku vedlejších reakcí produkuje také kyselinu octovou a oxidy uhlíku.

Podle výzkumu společnosti Pingtou Ge spočívá klíč k technologii oxidace kyseliny akrylové ve výběru katalyzátorů. V současné době mezi společnosti, které mohou poskytnout technologii výroby kyseliny akrylové prostřednictvím oxidace propylenu, patří Sohio ve Spojených státech, Japan Catalyst Chemical Company, Mitsubishi Chemical Company v Japonsku, BASF v Německu a Japan Chemical Technology.

Sohio proces ve Spojených státech je důležitý proces pro výrobu kyseliny akrylové oxidací propylenu. Vyznačuje se současným zaváděním propylenu, vzduchu a vodní páry do dvou sériově zapojených reaktorů s pevným ložem a použitím vícesložkových oxidů kovů MoBi a Mo-V jako katalyzátorů. Při této metodě může jednosměrný výtěžek kyseliny akrylové dosáhnout přibližně 80 % (molární poměr). Výhodou Sohio metody je, že dva sériově zapojené reaktory mohou prodloužit životnost katalyzátoru až na 2 roky. Tato metoda má však nevýhodu v tom, že nezreagovaný propylen nelze regenerovat.

Metoda BASF: Od konce 60. let 20. století provádí společnost BASF výzkum výroby kyseliny akrylové oxidací propylenu. Metoda BASF používá pro oxidační reakci propylenu katalyzátory Mo-Bi nebo Mo-Co a jednocestný výtěžek získaného akroleinu může dosáhnout přibližně 80 % (molární poměr). Následně byl akrolein za použití katalyzátorů na bázi Mo, W, V a Fe dále oxidován na kyselinu akrylovou s maximálním jednocestným výtěžkem přibližně 90 % (molární poměr). Životnost katalyzátoru u metody BASF může dosáhnout 4 let a proces je jednoduchý. Tato metoda má však nevýhody, jako je vysoký bod varu rozpouštědla, časté čištění zařízení a vysoká celková spotřeba energie.

Japonská katalytická metoda: Používají se také dva pevné reaktory zapojené v sérii a odpovídající sedmivěžový separační systém. Prvním krokem je infiltrace prvku Co do katalyzátoru Mo-Bi jako reakčního katalyzátoru a následné použití kompozitních kovových oxidů Mo, V a Cu jako hlavních katalyzátorů ve druhém reaktoru, na bázi oxidu křemičitého a oxidu olovnatého. V rámci tohoto procesu je jednocestný výtěžek kyseliny akrylové přibližně 83–86 % (molární poměr). Japonská katalytická metoda využívá jeden reaktor s pevným ložem a sedmivěžový separační systém s pokročilými katalyzátory, vysokým celkovým výtěžkem a nízkou spotřebou energie. Tato metoda je v současnosti jedním z pokročilejších výrobních procesů, srovnatelný s procesem Mitsubishi v Japonsku.

(3)Současný stav a vývojové trendy technologie butylakrylátu

Butylakrylát je bezbarvá průhledná kapalina, která je nerozpustná ve vodě a lze ji smíchat s ethanolem a etherem. Tato sloučenina musí být skladována v chladném a větraném skladu. Kyselina akrylová a její estery se široce používají v průmyslu. Používají se nejen k výrobě měkkých monomerů akrylátových lepidel na bázi rozpouštědel a lotionů, ale mohou být také homopolymerovány, kopolymerovány a roubovány za vzniku polymerních monomerů a použity jako meziprodukty organické syntézy.

V současné době zahrnuje proces výroby butylakrylátu převážně reakci kyseliny akrylové a butanolu za přítomnosti kyseliny toluensulfonové za vzniku butylakrylátu a vody. Esterifikační reakce, která je v tomto procesu zapojena, je typicky reverzibilní reakcí a body varu kyseliny akrylové a produktu butylakrylátu jsou si velmi blízké. Proto je obtížné oddělit kyselinu akrylovou destilací a nezreagovanou kyselinu akrylovou nelze recyklovat.

Tento proces se nazývá metoda esterifikace butylakrylátu a byl vyvinut především Výzkumným ústavem petrochemického inženýrství v Jilinu a dalšími souvisejícími institucemi. Tato technologie je již velmi vyspělá a řízení spotřeby kyseliny akrylové a n-butanolu je velmi přesné a dokáže řídit spotřebu v rozmezí 0,6 jednotky. Navíc tato technologie již dosáhla spolupráce a transferu.

(4)Aktuální stav a vývojové trendy technologie CPP

CPP fólie se vyrábí z polypropylenu jako hlavní suroviny specifickými metodami zpracování, jako je například tlakové vytlačování do tvaru T. Tato fólie má vynikající tepelnou odolnost a díky svým inherentním vlastnostem rychlého chlazení dokáže dosáhnout vynikající hladkosti a průhlednosti. Proto je CPP fólie preferovaným materiálem pro obalové aplikace, které vyžadují vysokou průhlednost. Nejrozšířenější použití CPP fólie je v balení potravin, stejně jako při výrobě hliníkových povlaků, farmaceutických obalů a konzervace ovoce a zeleniny.

V současné době je výrobní proces CPP fólií převážně koextruzním litím. Tento výrobní proces se skládá z několika extrudérů, vícekanálových rozdělovačů (běžně známých jako „podavače“), lisovacích hlav ve tvaru T, licích systémů, horizontálních trakčních systémů, oscilátorů a navíjecích systémů. Hlavními charakteristikami tohoto výrobního procesu jsou dobrý lesk povrchu, vysoká rovinnost, malá tolerance tloušťky, dobré mechanické prodloužení, dobrá flexibilita a dobrá průhlednost vyráběných tenkých filmů. Většina světových výrobců CPP používá pro výrobu metodu koextruzního lití a technologie zařízení je vyspělá.

Od poloviny 80. let 20. století začala Čína zavádět zahraniční zařízení pro výrobu licích fólií, ale většina z nich má jednovrstvé struktury a patří do primární fáze. Po vstupu do 90. let 20. století zavedla Čína výrobní linky na vícevrstvé kopolymerové lité fólie ze zemí, jako je Německo, Japonsko, Itálie a Rakousko. Toto dovážené zařízení a technologie jsou hlavní silou čínského průmyslu licích fólií. Mezi hlavní dodavatele zařízení patří německé společnosti Bruckner, Bartenfield, Leifenhauer a rakouská Orchid. Od roku 2000 Čína zavedla pokročilejší výrobní linky a rychlý rozvoj zaznamenala i domácí výroba zařízení.

Ve srovnání s mezinárodní pokročilou úrovní však stále existuje určitá mezera v úrovni automatizace, systému vážení a extruze, automatickém nastavení lisovací hlavy a řízení tloušťky filmu, online systému pro regeneraci okrajového materiálu a automatickém navíjení domácích zařízení na lití filmu. V současné době mezi hlavní dodavatele zařízení pro technologii CPP filmu patří mimo jiné německé společnosti Bruckner, Leifenhauser a rakouský Lanzin. Tito zahraniční dodavatelé mají značné výhody, pokud jde o automatizaci a další aspekty. Současný proces je však již poměrně vyspělý a rychlost zlepšování technologie zařízení je pomalá a v podstatě neexistuje žádná hranice pro spolupráci.

(5)Současný stav a vývojové trendy technologie akrylonitrilu

Technologie oxidace propylenu amoniaku je v současnosti hlavní komerční výrobní cestou pro akrylonitrily a téměř všichni výrobci akrylonitrilu používají katalyzátory BP (SOHIO). Existuje však i mnoho dalších dodavatelů katalyzátorů, ze kterých si můžete vybrat, jako například Mitsubishi Rayon (dříve Nitto) a Asahi Kasei z Japonska, Ascend Performance Material (dříve Solutia) ze Spojených států a Sinopec.

Více než 95 % závodů na výrobu akrylonitrilu po celém světě používá technologii oxidace propylenu a amoniaku (známou také jako Sohio proces), kterou poprvé vyvinula a vyvinula společnost BP. Tato technologie využívá jako suroviny propylen, amoniak, vzduch a vodu, které vstupují do reaktoru v určitém poměru. Působením katalyzátorů fosforu, molybdenu, bizmutu nebo antimonu nanesených na silikagelu vzniká akrylonitril při teplotě 400–500 °C.℃a atmosférického tlaku. Poté, po sérii kroků neutralizace, absorpce, extrakce, dehydrokyanace a destilace, se získá konečný produkt akrylonitrilu. Jednosměrný výtěžek této metody může dosáhnout 75 % a mezi vedlejší produkty patří acetonitril, kyanovodík a síran amonný. Tato metoda má nejvyšší průmyslovou výrobní hodnotu.

Od roku 1984 podepsala společnost Sinopec dlouhodobou smlouvu se společností INEOS a získala oprávnění k používání patentované technologie akrylonitrilu společnosti INEOS v Číně. Po letech vývoje se výzkumnému ústavu Sinopec Shanghai Petrochemical Research Institute podařilo úspěšně vyvinout technickou cestu oxidace propylenu amoniakem k výrobě akrylonitrilu a dokončit druhou fázi projektu výroby akrylonitrilu pobočky Sinopec Anqing o kapacitě 130 000 tun. Projekt byl úspěšně uveden do provozu v lednu 2014, čímž se roční výrobní kapacita akrylonitrilu zvýšila z 80 000 tun na 210 000 tun a společnost se stala důležitou součástí výrobní základny akrylonitrilu společnosti Sinopec.

V současné době mezi společnosti po celém světě s patenty na technologii oxidace propylenu a amoniaku patří BP, DuPont, Ineos, Asahi Chemical a Sinopec. Tento výrobní proces je vyspělý a snadno se získává a Čína také dosáhla lokalizace této technologie a její výkon není horší než u zahraničních výrobních technologií.

(6)Aktuální stav a vývojové trendy technologie ABS

Podle výzkumu se proces výroby ABS plastů dělí hlavně na metodu roubování lotionem a kontinuální metodu sypkého zpracování. Pryskyřice ABS byla vyvinuta na základě modifikace polystyrenové pryskyřice. V roce 1947 americká gumárenská společnost zavedla proces mísení pro dosažení průmyslové výroby ABS pryskyřice. V roce 1954 společnost BORG-WAMER ve Spojených státech vyvinula polymerizovanou ABS pryskyřici roubovanou lotionem a zahájila průmyslovou výrobu. Vznik roubování lotionem podpořil rychlý rozvoj odvětví ABS. Od 70. let 20. století vstoupila technologie výrobního procesu ABS do období velkého rozvoje.

Metoda roubování lotionem je pokročilý výrobní proces, který zahrnuje čtyři kroky: syntézu butadienového latexu, syntézu roubovaného polymeru, syntézu styrenových a akrylonitrilových polymerů a následné míchání. Specifický procesní postup zahrnuje jednotku PBL, roubovací jednotku, jednotku SAN a mísící jednotku. Tento výrobní proces má vysokou úroveň technologické vyspělosti a je široce používán po celém světě.

V současné době pochází vyspělá technologie ABS především od společností jako LG v Jižní Koreji, JSR v Japonsku, Dow ve Spojených státech, New Lake Oil Chemical Co., Ltd. v Jižní Koreji a Kellogg Technology ve Spojených státech, které všechny dosahují celosvětově vedoucí úrovně technologické vyspělosti. S neustálým rozvojem technologií se neustále zlepšuje a zlepšuje i výrobní proces ABS. V budoucnu se mohou objevit efektivnější, ekologičtější a energeticky úspornější výrobní procesy, které přinesou více příležitostí a výzev pro rozvoj chemického průmyslu.

(7)Technický stav a vývojový trend n-butanolu

Podle pozorování je celosvětově hlavní technologií pro syntézu butanolu a oktanolu proces cyklické nízkotlaké syntézy karbonylových skupin v kapalné fázi. Hlavními surovinami pro tento proces jsou propylen a syntézní plyn. Propylen pochází převážně z integrovaných samospotřebitelských zdrojů s jednotkovou spotřebou propylenu mezi 0,6 a 0,62 tunami. Syntetický plyn se většinou připravuje z výfukových plynů nebo syntetického plynu na bázi uhlí s jednotkovou spotřebou mezi 700 a 720 metry krychlovými.

Technologie nízkotlaké karbonylové syntézy vyvinutá společností Dow/David – proces s cirkulací kapalné fáze – má výhody, jako je vysoká míra konverze propylenu, dlouhá životnost katalyzátoru a snížené emise tří druhů odpadu. Tento proces je v současnosti nejpokročilejší výrobní technologií a je široce používán v čínských podnicích zabývajících se butanolem a oktanolem.

Vzhledem k tomu, že technologie Dow/David je relativně vyspělá a lze ji využít ve spolupráci s domácími podniky, mnoho podniků ji upřednostní při investicích do výstavby butanol-oktanolových jednotek a teprve poté domácí technologie.

(8)Současný stav a vývojové trendy technologie polyakrylonitrilu

Polyakrylonitril (PAN) se získává radikálovou polymerací akrylonitrilu a je důležitým meziproduktem při přípravě akrylonitrilových vláken (akrylových vláken) a uhlíkových vláken na bázi polyakrylonitrilu. Vyskytuje se ve formě bílého nebo slabě nažloutlého neprůhledného prášku s teplotou skelného přechodu přibližně 90 °C.℃Může být rozpuštěn v polárních organických rozpouštědlech, jako je dimethylformamid (DMF) a dimethylsulfoxid (DMSO), a také v koncentrovaných vodných roztocích anorganických solí, jako je thiokyanát a chloristan. Příprava polyakrylonitrilu zahrnuje hlavně roztokovou polymeraci nebo vodnou srážecí polymeraci akrylonitrilu (AN) s neiontovými druhými monomery a iontovými třetími monomery.

Polyakrylonitril se používá hlavně k výrobě akrylových vláken, což jsou syntetická vlákna vyrobená z kopolymerů akrylonitrilu s hmotnostním podílem více než 85 %. Podle použitých rozpouštědel ve výrobním procesu je lze rozlišit na dimethylsulfoxid (DMSO), dimethylacetamid (DMAc), thiokyanát sodný (NaSCN) a dimethylformamid (DMF). Hlavní rozdíl mezi různými rozpouštědly spočívá v jejich rozpustnosti v polyakrylonitrilu, která nemá významný vliv na specifický polymerizační výrobní proces. Kromě toho je lze podle různých komonomerů rozdělit na kyselinu itakonovou (IA), methylakrylát (MA), akrylamid (AM) a methylmethakrylát (MMA) atd. Různé komonomery mají různý vliv na kinetiku a vlastnosti produktů polymeračních reakcí.

Proces agregace může být jednostupňový nebo dvoustupňový. Jednostupňová metoda označuje polymeraci akrylonitrilu a komonomerů v roztoku najednou a produkty lze přímo připravit do zvlákňovacího roztoku bez separace. Dvoustupňové pravidlo označuje suspenzní polymeraci akrylonitrilu a komonomerů ve vodě za účelem získání polymeru, který se separuje, promývá, dehydratuje a provádí se další kroky za účelem vytvoření zvlákňovacího roztoku. V současné době je globální výrobní proces polyakrylonitrilu v podstatě stejný, s rozdílem v následných polymerizačních metodách a komonomerech. V současné době se většina polyakrylonitrilových vláken v různých zemích světa vyrábí z ternárních kopolymerů, přičemž akrylonitril tvoří 90 % a přidává se druhý monomer v množství od 5 % do 8 %. Účelem přidání druhého monomeru je zvýšit mechanickou pevnost, elasticitu a texturu vláken a také zlepšit barvicí vlastnosti. Mezi běžně používané metody patří MMA, MA, vinylacetát atd. Množství přidaného třetího monomeru je 0,3 % - 2 % s cílem zavést určitý počet hydrofilních barvivových skupin pro zvýšení afinity vláken k barvivům, která se dělí na kationtové barvivové skupiny a kyselé barvivové skupiny.

V současné době je Japonsko hlavním zástupcem globálního procesu výroby polyakrylonitrilu, následované zeměmi jako Německo a Spojené státy. Mezi reprezentativní podniky patří japonské společnosti Zoltek, Hexcel, Cytec a Aldila, americké společnosti Dongbang a Mitsubishi, německá společnost SGL a čínská společnost Formosa Plastics Group z Tchaj-wanu. V současné době je globální technologie výroby polyakrylonitrilu vyspělá a není mnoho prostoru pro zlepšení produktu.