See artikkel analüüsib Hiina C3 tööstusahela peamisi tooteid ja tehnoloogia praegust uurimis- ja arendussuunda.

(1)Polüpropüleeni (PP) tehnoloogia praegune olukord ja arengusuunad

Meie uuringu kohaselt on Hiinas polüpropüleeni (PP) tootmiseks mitmeid viise, mille hulgas on kõige olulisemad protsessid kodumajapidamises kasutatavate torude protsess, Daoju ettevõtte Unipoli protsess, LyondellBaselli ettevõtte Spherioli protsess, Ineosi ettevõtte Innovene protsess, Nordic Chemical Company Novoleni protsess ja LyondellBaselli ettevõtte Spherizone protsess. Neid protsesse kasutavad laialdaselt ka Hiina PP-ettevõtted. Need tehnoloogiad kontrollivad enamasti propüleeni konversioonimäära vahemikus 1,01–1,02.

Kodumaises rõngastorude protsessis kasutatakse iseseisvalt väljatöötatud ZN-katalüsaatorit, mida praegu domineerib teise põlvkonna rõngastorude protsessitehnoloogia. See protsess põhineb iseseisvalt väljatöötatud katalüsaatoritel, asümmeetrilisel elektrondoonori tehnoloogial ja propüleenbutadieeni binaarsel juhuslikul kopolümerisatsioonil ning suudab toota homopolümerisatsiooni, etüleenpropüleeni juhuslikku kopolümerisatsiooni, propüleenbutadieeni juhuslikku kopolümerisatsiooni ja löögikindlat PP-kopolümerisatsiooni. Näiteks on sellised ettevõtted nagu Shanghai Petrochemical Third Line, Zhenhai Refining and Chemical First and Second Lines ja Maoming Second Line kõik seda protsessi rakendanud. Uute tootmisüksuste arvu suurenemisega tulevikus eeldatakse, et kolmanda põlvkonna keskkonnasõbralik torude protsess muutub järk-järgult domineerivaks kodumaiseks keskkonnasõbralikuks torude protsessiks.

Unipoli protsessi abil saab tööstuslikult toota homopolümeere, mille sulavoolukiirus (MFR) on vahemikus 0,5–100 g/10 min. Lisaks võib etüleenkopolümeermonomeeride massifraktsioon juhuslikes kopolümeerides ulatuda 5,5%-ni. Selle protsessi abil saab toota ka propüleeni ja 1-buteeni tööstuslikku juhuslikku kopolümeeri (kaubamärk CE-FOR), mille kummi massifraktsioon on kuni 14%. Unipoli protsessi abil toodetud löögikopolümeeris sisalduva etüleeni massifraktsioon võib ulatuda 21%-ni (kummi massifraktsioon on 35%). Protsessi on rakendatud selliste ettevõtete nagu Fushun Petrochemical ja Sichuan Petrochemical tehases.

Innovene protsess võimaldab toota homopolümeertooteid laia sulavoolukiiruse (MFR) vahemikuga, ulatudes 0,5–100 g/10 min. Selle toote sitkus on suurem kui teistel gaasifaasi polümerisatsiooniprotsessidel. Juhuslike kopolümeertoodete MFR on 2–35 g/10 min, etüleeni massifraktsioon on vahemikus 7–8%. Löögikindlate kopolümeertoodete MFR on 1–35 g/10 min, etüleeni massifraktsioon on vahemikus 5–17%.

Praegu on Hiinas PP peamine tootmistehnoloogia väga küps. Näiteks nafta baasil toodetud polüpropüleeniettevõtete puhul ei ole ettevõtete vahel olulisi erinevusi tootmisühiku tarbimises, töötlemiskuludes, kasumis jne. Erinevate protsessidega hõlmatud tootmiskategooriate vaatenurgast võivad põhiprotsessid hõlmata kogu tootekategooriat. Arvestades aga olemasolevate ettevõtete tegelikke toodangukategooriaid, on PP-toodetes eri ettevõtete vahel olulisi erinevusi selliste tegurite tõttu nagu geograafia, tehnoloogilised tõkked ja toorained.

(2)Akrüülhappe tehnoloogia praegune olukord ja arengusuunad

Akrüülhape on oluline orgaanilise keemia tooraine, mida kasutatakse laialdaselt liimide ja vees lahustuvate katete tootmisel ning mida tavaliselt töödeldakse ka butüülakrülaadiks ja muudeks toodeteks. Uuringute kohaselt on akrüülhappe tootmisprotsesse mitmesuguseid, sealhulgas kloroetanoolmeetod, tsüanoetanoolmeetod, kõrgsurve Reppe meetod, enoonimeetod, täiustatud Reppe meetod, formaldehüüdi etanoolmeetod, akrüülnitriili hüdrolüüsi meetod, etüleenmeetod, propüleeni oksüdeerimise meetod ja bioloogiline meetod. Kuigi akrüülhappe valmistamistehnikaid on mitmesuguseid ja enamikku neist on tööstuses rakendatud, on maailmas kõige levinum tootmisprotsess siiski propüleeni otsene oksüdeerimine akrüülhappeks.

Propüleeni oksüdeerimise teel akrüülhappe tootmiseks kasutatavate toorainete hulka kuuluvad peamiselt veeaur, õhk ja propüleen. Tootmisprotsessi käigus läbivad need kolm katalüsaatorikihis teatud vahekorras oksüdatsioonireaktsioone. Propüleen oksüdeeritakse esmalt esimeses reaktoris akroleiiniks ja seejärel teises reaktoris akrüülhappeks. Veeaur mängib selles protsessis lahjendusrolli, vältides plahvatusi ja pärssides kõrvalreaktsioonide teket. Lisaks akrüülhappe tootmisele tekitab see reaktsiooniprotsess kõrvalreaktsioonide tõttu ka äädikhapet ja süsinikoksiide.

Pingtou Ge uurimise kohaselt peitub akrüülhappe oksüdeerimisprotsessi tehnoloogia võti katalüsaatorite valikus. Praegu on propüleeni oksüdeerimise kaudu akrüülhappe tehnoloogiat pakkuvate ettevõtete hulgas Sohio Ameerika Ühendriikides, Japan Catalyst Chemical Company, Mitsubishi Chemical Company Jaapanis, BASF Saksamaal ja Japan Chemical Technology.

Sohio protsess Ameerika Ühendriikides on oluline protsess akrüülhappe tootmiseks propüleeni oksüdeerimise teel, mida iseloomustab propüleeni, õhu ja veeauru samaaegne sisestamine kahte järjestikku ühendatud fikseeritud voodiga reaktorisse ning katalüsaatoritena vastavalt MoBi ja Mo-V mitmekomponendiliste metalloksiidide kasutamine. Selle meetodi puhul võib akrüülhappe ühesuunaline saagis ulatuda umbes 80%-ni (molaarne suhe). Sohio meetodi eeliseks on see, et kaks järjestikku ühendatud reaktorit võivad pikendada katalüsaatori eluiga kuni 2 aastani. Sellel meetodil on aga puuduseks see, et reageerimata propüleeni ei saa eraldada.

BASF-meetod: Alates 1960. aastate lõpust on BASF uurinud akrüülhappe tootmist propüleeni oksüdeerimise teel. BASF-meetodis kasutatakse propüleeni oksüdeerimisreaktsiooniks Mo Bi või Mo Co katalüsaatoreid ning akroleiini ühesuunaline saagis võib ulatuda umbes 80%-ni (molaarne suhe). Seejärel oksüdeeriti akroleiin Mo, W, V ja Fe baasil katalüsaatorite abil edasi akrüülhappeks, maksimaalse ühesuunalise saagisega umbes 90% (molaarne suhe). BASF-meetodi katalüsaatori eluiga võib ulatuda 4 aastani ja protsess on lihtne. Sellel meetodil on aga puudusi, nagu kõrge lahusti keemistemperatuur, seadmete sagedane puhastamine ja suur energiatarve.

Jaapani katalüsaatorimeetod: Kasutatakse kahte järjestikku ühendatud statsionaarset reaktorit ja sobivat seitsmest tornist koosnevat eraldussüsteemi. Esimene samm on elemendi Co infiltreerimine reaktsioonikatalüsaatorina toimivasse Mo/Bi katalüsaatorisse ning seejärel kasutatakse teises reaktoris peamiste katalüsaatoritena Mo, V ja Cu komposiitmetallioksiide, mida toetavad ränidioksiid ja pliimonooksiid. Selle protsessi käigus on akrüülhappe ühesuunaline saagis ligikaudu 83–86% (molaarne suhe). Jaapani katalüsaatorimeetod kasutab ühte virnastatud statsionaarset kihiga reaktorit ja seitsmest tornist koosnevat eraldussüsteemi, millel on täiustatud katalüsaatorid, kõrge üldsaagis ja madal energiatarve. See meetod on praegu üks arenenumaid tootmisprotsesse, mis on võrdväärne Jaapanis kasutatava Mitsubishi protsessiga.

(3)Butüülakrülaadi tehnoloogia praegune olukord ja arengusuunad

Butüülakrülaat on värvitu läbipaistev vedelik, mis ei lahustu vees ja mida saab segada etanooli ja eetriga. Seda ühendit tuleb hoida jahedas ja ventileeritavas laos. Akrüülhapet ja selle estreid kasutatakse laialdaselt tööstuses. Neid ei kasutata mitte ainult akrülaatlahustipõhiste ja kreemipõhiste liimide pehmete monomeeride valmistamiseks, vaid neid saab ka homopolümeriseerida, kopolümeriseerida ja pookekopolümeriseerida polümeermonomeerideks ja kasutada orgaanilise sünteesi vaheühenditena.

Praegu hõlmab butüülakrülaadi tootmisprotsess peamiselt akrüülhappe ja butanooli reaktsiooni tolueensulfoonhappe juuresolekul, mille tulemuseks on butüülakrülaat ja vesi. Selles protsessis toimuv esterdamisreaktsioon on tüüpiliselt pöörduv ning akrüülhappe ja toote butüülakrülaadi keemistemperatuurid on väga lähedased. Seetõttu on akrüülhapet destilleerimise teel raske eraldada ja reageerimata akrüülhapet ei saa taaskasutada.

Seda protsessi nimetatakse butüülakrülaadi esterdamismeetodiks ja seda on peamiselt välja töötanud Jilini naftakeemiatehnika uurimisinstituut ja teised seotud institutsioonid. See tehnoloogia on juba väga küps ning akrüülhappe ja n-butanooli ühikutarbimise kontroll on väga täpne, võimaldades kontrollida ühikutarbimist 0,6 täpsusega. Lisaks on selle tehnoloogia puhul juba saavutatud koostöö ja ülekanne.

(4)CPP-tehnoloogia praegune olukord ja arengusuunad

CPP-kile valmistatakse peamisest toorainest polüpropüleenist spetsiifiliste töötlemismeetodite, näiteks T-kujulise ekstrusioonvalu abil. Sellel kilel on suurepärane kuumakindlus ja tänu oma kiirele jahutusvõimele saab see olla suurepäraselt sile ja läbipaistev. Seetõttu on CPP-kile eelistatud materjal pakendamise rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt läbipaistvust. CPP-kile on kõige levinum kasutusala toidupakendites, samuti alumiiniumkatte tootmisel, farmaatsiatoodete pakendamises ning puu- ja köögiviljade säilitamisel.

Praegu on CPP-kilede tootmisprotsess peamiselt koekstrusioonvalu. See tootmisprotsess hõlmab mitut ekstruuderit, mitmekanalilist jaoturit (üldtuntud kui "sööturid"), T-kujulisi stantspead, valamissüsteeme, horisontaalseid veojõusüsteeme, ostsillaatoreid ja mähissüsteeme. Selle tootmisprotsessi peamised omadused on hea pinna läige, kõrge tasasus, väike paksustolerants, hea mehaaniline venivus, hea paindlikkus ja toodetud õhukeste kiletoodete hea läbipaistvus. Enamik ülemaailmseid CPP-tootjaid kasutab tootmiseks koekstrusioonvalu meetodit ning seadmete tehnoloogia on välja arenenud.

Alates 1980. aastate keskpaigast on Hiina hakanud kasutusele võtma välismaiseid valukile tootmisseadmeid, kuid enamik neist on ühekihilised ja kuuluvad algstaadiumisse. Pärast 1990. aastate sisenemist võttis Hiina kasutusele mitmekihilise kopolümeerist valukile tootmisliinid sellistest riikidest nagu Saksamaa, Jaapan, Itaalia ja Austria. Need imporditud seadmed ja tehnoloogiad on Hiina valukile tööstuse peamine jõud. Peamised seadmete tarnijad on Saksamaa Bruckner, Bartenfield, Leifenhauer ja Austria Orchid. Alates 2000. aastast on Hiina kasutusele võtnud täiustatud tootmisliinid ning ka kodumaised seadmed on kiiresti arenenud.

Võrreldes rahvusvahelise kõrgtasemega on siiski teatav lünk kodumaiste valukile seadmete automatiseerimise tasemes, kaalukontrolli ekstrusioonisüsteemis, automaatse stantspea reguleerimise ja kile paksuse juhtimise, veebipõhise servamaterjali taaskasutussüsteemi ja automaatse kerimise osas. Praegu on CPP-kiletehnoloogia peamised seadmete tarnijad muuhulgas Saksamaa Bruckner, Leifenhauser ja Austria Lanzin. Neil välismaistel tarnijatel on automatiseerimise ja muude aspektide osas märkimisväärsed eelised. Praegune protsess on aga juba üsna küps, seadmete tehnoloogia täiustamise kiirus on aeglane ja koostööks pole põhimõtteliselt mingit künnist.

(5)Akrüülnitriilitehnoloogia praegune olukord ja arengusuunad

Propüleenammooniumi oksüdeerimistehnoloogia on praegu akrüülnitriili peamine kaubanduslik tootmisviis ning peaaegu kõik akrüülnitriili tootjad kasutavad BP (SOHIO) katalüsaatoreid. Siiski on valida ka paljude teiste katalüsaatorite pakkujate vahel, näiteks Jaapani Mitsubishi Rayon (endine Nitto) ja Asahi Kasei, Ameerika Ühendriikide Ascend Performance Material (endine Solutia) ja Sinopec.

Üle 95% akrüülnitriili tehastest kogu maailmas kasutab BP poolt välja töötatud propüleeni ammoniaagi oksüdeerimistehnoloogiat (tuntud ka kui naatriumhüdroksiidi protsess). See tehnoloogia kasutab toorainena propüleeni, ammoniaaki, õhku ja vett ning siseneb reaktorisse teatud vahekorras. Silikageelil olevate fosfori, molübdeeni, vismuti või antimoni, raua katalüsaatorite toimel tekib akrüülnitriil temperatuuril 400–500 °C.℃ja atmosfäärirõhul. Seejärel, pärast neutraliseerimise, absorptsiooni, ekstraheerimise, dehüdrotsüaneerimise ja destilleerimisetappide seeriat, saadakse akrüülnitriili lõppsaadus. Selle meetodi ühesuunaline saagis võib ulatuda 75% -ni ja kõrvalsaadused hõlmavad atsetonitriili, vesiniktsüaniide ja ammooniumsulfaati. Sellel meetodil on kõrgeim tööstusliku tootmise väärtus.

Alates 1984. aastast on Sinopec sõlminud INEOS-iga pikaajalise lepingu ning tal on luba kasutada Hiinas INEOS-i patenteeritud akrüülnitriili tehnoloogiat. Pärast aastaid kestnud arendustööd on Sinopeci Shanghai naftakeemiauuringute instituut edukalt välja töötanud tehnilise meetodi propüleenammooniumi oksüdeerimiseks akrüülnitriili tootmiseks ning ehitanud Sinopeci Anqingi haru 130 000 tonni mahutavusega akrüülnitriili projekti teise etapi. Projekt käivitati edukalt 2014. aasta jaanuaris, suurendades akrüülnitriili aastast tootmisvõimsust 80 000 tonnilt 210 000 tonnini, saades oluliseks osaks Sinopeci akrüülnitriili tootmisbaasist.

Praegu on propüleeni ammoniaagi oksüdeerimistehnoloogia patentidega ettevõtted üle maailma BP, DuPont, Ineos, Asahi Chemical ja Sinopec. See tootmisprotsess on küps ja hõlpsasti kättesaadav ning ka Hiina on selle tehnoloogia lokaliseerimise saavutanud ja selle jõudlus ei jää alla välismaistele tootmistehnoloogiatele.

(6)ABS-tehnoloogia praegune olukord ja arengusuunad

Uurimise kohaselt jaguneb ABS-seadme tootmisprotsess peamiselt kreemi pookimise meetodiks ja pidevaks mahtmeetodiks. ABS-vaik töötati välja polüstüreenvaigu modifitseerimise teel. 1947. aastal võttis Ameerika kummifirma ABS-vaigu tööstuslikuks tootmiseks kasutusele segamisprotsessi; 1954. aastal töötas Ameerika Ühendriikide ettevõte BORG-WAMER välja kreemi pookimise polümeriseeritud ABS-vaigu ja viis selle tööstusliku tootmise ellu. Kreemi pookimise ilmumine soodustas ABS-tööstuse kiiret arengut. Alates 1970. aastatest on ABS-i tootmisprotsessi tehnoloogia jõudnud suure arengu perioodi.

Kreemide pookimismeetod on täiustatud tootmisprotsess, mis hõlmab nelja etappi: butadieenlateksi sünteesi, pookimispolümeeri sünteesi, stüreeni ja akrüülnitriilpolümeeride sünteesi ning segamisjärgset töötlemist. Spetsiifiline protsessivoog hõlmab PBL-üksust, pookimisüksust, SAN-üksust ja segamisüksust. Sellel tootmisprotsessil on kõrge tehnoloogiline küpsusaste ja seda on laialdaselt kasutatud kogu maailmas.

Praegu pärineb küps ABS-tehnoloogia peamiselt sellistelt ettevõtetelt nagu LG Lõuna-Koreas, JSR Jaapanis, Dow Ameerika Ühendriikides, New Lake Oil Chemical Co., Ltd. Lõuna-Koreas ja Kellogg Technology Ameerika Ühendriikides, millel kõigil on maailmas juhtiv tehnoloogiline küpsusaste. Tehnoloogia pideva arenguga paraneb ja paraneb pidevalt ka ABS-i tootmisprotsess. Tulevikus võivad tekkida tõhusamad, keskkonnasõbralikumad ja energiasäästlikumad tootmisprotsessid, mis toovad keemiatööstuse arengusse rohkem võimalusi ja väljakutseid.

(7)N-butanooli tehniline seisund ja arengusuund

Vaatluste kohaselt on butanooli ja oktanooli sünteesi peamiseks tehnoloogiaks kogu maailmas vedelfaasiline tsükliline madalrõhu karbonüülsünteesiprotsess. Selle protsessi peamised toorained on propüleen ja sünteesgaas. Nende hulgas pärineb propüleen peamiselt integreeritud omavarustusest, propüleeni ühiktarbimine on 0,6–0,62 tonni. Sünteetiline gaas valmistatakse enamasti heitgaasist või kivisöel põhinevast sünteetilisest gaasist, ühiktarbimine on 700–720 kuupmeetrit.

Dow/Davidi väljatöötatud madalrõhu karbonüülsünteesi tehnoloogia – vedelfaasi tsirkulatsiooniprotsess – pakub eeliseid, nagu kõrge propüleeni konversioonimäär, pikk katalüsaatori kasutusiga ja kolme jäätme vähendatud heitkogused. See protsess on praegu kõige arenenum tootmistehnoloogia ja seda kasutatakse laialdaselt Hiina butanooli ja oktanooli ettevõtetes.

Arvestades, et Dow/Davidi tehnoloogia on suhteliselt küps ja seda saab kasutada koostöös kodumaiste ettevõtetega, seavad paljud ettevõtted butanool-oktanooliüksuste ehitamisse investeerimisel prioriteediks selle tehnoloogia, millele järgneb kodumaine tehnoloogia.

(8)Polüakrüülnitriili tehnoloogia praegune olukord ja arengusuunad

Polüakrüülnitriil (PAN) saadakse akrüülnitriili vabade radikaalide polümerisatsiooni teel ja on oluline vaheühend akrüülnitriilkiudude (akrüülkiudude) ja polüakrüülnitriilipõhiste süsinikkiudude valmistamisel. See on valge või kergelt kollaka läbipaistmatu pulbri kujul, mille klaasistumistemperatuur on umbes 90 °C.℃Seda saab lahustada polaarsetes orgaanilistes lahustites, näiteks dimetüülformamiidis (DMF) ja dimetüülsulfoksiidis (DMSO), samuti anorgaaniliste soolade, näiteks tiotsüanaadi ja perkloraadi kontsentreeritud vesilahustes. Polüakrüülnitriili valmistamine hõlmab peamiselt akrüülnitriili (AN) lahuse polümerisatsiooni või vesilahuse sadestamise polümerisatsiooni mitteioonsete teise monomeeride ja ioonsete kolmandate monomeeridega.

Polüakrüülnitriili kasutatakse peamiselt akrüülkiudude tootmiseks, mis on akrüülnitriili kopolümeeridest valmistatud sünteetilised kiud massiprotsendiga üle 85%. Tootmisprotsessis kasutatavate lahustite järgi saab neid eristada dimetüülsulfoksiidina (DMSO), dimetüülatseetamiidina (DMAc), naatriumtiotsüanaadina (NaSCN) ja dimetüülformamiidina (DMF). Erinevate lahustite peamine erinevus seisneb nende lahustuvuses polüakrüülnitriilis, millel ei ole olulist mõju konkreetsele polümerisatsiooni tootmisprotsessile. Lisaks saab neid vastavalt erinevatele komonomeeridele jagada itakoonhappeks (IA), metüülakrülaadiks (MA), akrüülamiidiks (AM) ja metüülmetakrülaadiks (MMA) jne. Erinevatel komonomeeridel on polümerisatsioonireaktsioonide kineetikale ja toote omadustele erinev mõju.

Liitumisprotsess võib olla üheetapiline või kaheetapiline. Üheetapilise meetodi puhul polümeriseeritakse akrüülnitriil ja komonomeerid korraga lahuses, kusjuures saadusi saab otse ketruslahuseks valmistada ilma eraldamiseta. Kaheetapilise meetodi puhul polümeriseeritakse akrüülnitriil ja komonomeerid vees suspensioonpolümerisatsiooni teel, mille tulemusel saadakse polümeer, mis seejärel eraldatakse, pestakse, dehüdreeritakse ja muudel etappidel moodustatakse ketruslahus. Praegu on polüakrüülnitriili ülemaailmne tootmisprotsess põhimõtteliselt sama, erinevused on allavoolu polümerisatsioonimeetodites ja komonomeerides. Praegu on enamik polüakrüülnitriilkiude erinevates maailma riikides valmistatud kolmekomponentsetest kopolümeeridest, kusjuures akrüülnitriil moodustab 90% ja teise monomeeri lisamine on vahemikus 5–8%. Teise monomeeri lisamise eesmärk on suurendada kiudude mehaanilist tugevust, elastsust ja tekstuuri ning parandada värvimistulemusi. Tavaliselt kasutatavate meetodite hulka kuuluvad MMA, MA, vinüülatsetaat jne. Kolmanda monomeeri lisamiskogus on 0,3–2%, eesmärgiga lisada teatud arv hüdrofiilseid värvainerühmi, et suurendada kiudude afiinsust värvainetega, mis jagunevad katioonseteks värvainerühmadeks ja happelisteks värvainerühmadeks.

Praegu on Jaapan polüakrüülnitriili globaalse protsessi peamine esindaja, millele järgnevad sellised riigid nagu Saksamaa ja Ameerika Ühendriigid. Esinduslike ettevõtete hulka kuuluvad Jaapanist Zoltek, Hexcel, Cytec ja Aldila, Ameerika Ühendriikidest Dongbang, Mitsubishi, Saksamaalt SGL ja Taiwanist Formosa Plastics Group. Praegu on polüakrüülnitriili globaalne tootmisprotsessi tehnoloogia küps ja tootearenduseks pole palju ruumi.