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环氧丙烷的消费现状及发展前景
发布日期:2015-12-25 15:34:12     来源:江苏化工网

2004年以来,随着我国聚氨酯工业进入新一轮发展期,对上游原料环氧丙烷需求增长进一步加快。2004年我国环氧丙烷的表观消费量为62.1万吨,2007年超过百万吨大关,达到103.7万吨,同比增长约32.1%。2010年的表观消费量为165.0万吨,2014年增加到235.1万吨,同比增长约4.9%。2009~2014年需求量的年均增长率为12.6%。

我国环氧丙烷主要用于生产聚醚多元醇和丙二醇等,其中聚醚多元醇对环氧丙烷的需求量约占总消费量的79.7%,丙二醇的消费量约占7.4%,丙二醇醚的消费量约占6.5%,此外,非离子多元醇基表面活性剂、油田破乳剂、农药乳化剂以及湿润剂等其它领域的消费量约占6.4%。

聚氨酯是目前我国聚醚多元醇最主要的应用领域。我国聚氨酯硬泡主要消费集中于制冷和建筑行业,聚氨酯软泡作为垫材、吸音材料和消震材料等应用于家电、汽车、家具等领域。这些行业的强势发展为聚氨酯带来了巨大的市场机遇。

目前,我国人均消费聚氨酯的比例较低,全球聚氨酯生产中心不断向我国转移,同时国内冷藏冷冻、建筑保温、节能领域、新能源新材料、高速列车、轨道交通及汽车等产业国家支持政策的落实和强化,将会进一步促进我国聚氨酯行业的快速发展,相应聚醚多元醇行业也将得到发展,从而有效拉动环氧丙烷需求的增长。预计未来一段时期聚醚多元醇仍将是环氧丙烷最大的消费领域,2019年对环氧丙烷需求量所占比例将提高到约80.5%。

丙二醇及表面活性剂领域主要用作不饱和树脂的原料,医药和日用化学品、食品中的湿润剂等。随着近年来丙二醇扩产加速,国内丙二醇市场需求不旺,而且部分替代品成功替代其在某些领域中的应用,未来几年,我国丙二醇年均需求增长率将会有所降低。2019环氧丙烷在该领域的消费比例将下降到约6.6%。

近年来,丙二醇醚因受到绿色溶剂概念推动发展迅速,未来,随着国内工艺技术门槛的降低以及在溶剂领域对乙二醇醚等溶剂替代率不断提升,丙二醇醚仍将呈现较快的发展态势,2019年所占比将将提升到6.8%。

环氧丙烷在其他领域的应用相比比较稳定,其中值得关注的是以二氧化碳和环氧丙烷为原料合成的二氧化碳基生物塑料。它具有良好的生物降解性能,在强制性堆肥条件下,5~60天内可完全分解,可以替代传统塑料材料,不仅可以将二氧化碳变废为宝,还可减少资源浪费和环境污染,发展前景广阔。此外,环氧丙烷下游产品中的异丙醇胺性能优于乙醇胺,对环境和人体危害小,在发达国家逐步替代乙醇胺。环氧丙烷还可进入到碳酸二甲酯(DMC)、丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)、淀粉改性剂(羟丙基淀粉)、消泡剂BAPE、PPE、APE、调优降粘剂、甲基丙烯酸羟丙酯等多个精细化工领域。预计2019年我国对环氧丙烷的总需求量将达到约320.0万吨。

目前,世界上环氧丙烷的工业生产工艺主要有氯醇法、共氧化法、异丙苯氧化法和过氧化氢直接氧化法。

(1)氯醇法。氯醇法生产环氧丙烷工艺主要包括丙烯氯醇化、石灰乳皂化、产品精制、副产物回收、石灰乳制备和“三废”处理等工序。氯醇法的优点是生产工艺成熟、操作负荷弹性大、选择性好;对原料丙烯的纯度要求不高,从而可提高生产的安全性;建设投资少,产品成本较低,具有较强的成本竟争力。不足之处在于要消耗大量的氯气,水资源消耗量大;产生大量废水和废渣,对环境污染较大。每生产1吨环氧丙烷约产生40~50吨含氯化物的皂化废水和2~4吨以上的废渣,且废水具有温度高、pH值高、氯根含量高、COD含量高和悬浮物含量高的“五高”特点,难以处理;生产过程中产生的次氯酸对设备的腐蚀比较严重,需采用耐腐蚀材料。因此,从资源利用效率和环境保护方面而言,氯醇法不再是生产环氧丙烷的理想工艺。国外自2000年起就不再新建或者扩建氯醇法环氧丙烷生产装置,并开始逐步淘汰该技术。

(2)共氧化法。共氧化法又称哈康法、联产法或间接氧化法,由美国奥克兰(ARCO)公司开发,现为美国莱昂德尔(Lyondell)公司所有。自1969年实现工业化以来,在世界范围发展迅速,己成为目前生产环氧丙烷的主要工业方法之一。它是通过有机过氧化氢和丙烯反应生成环氧丙烷和有机醇。根据原料和联产产品的不同,共氧化法可分为乙苯共氧化法((PO/SM法)和异丁烷共氧化法((PO/TBA法)两种。

与氯醇法工艺相比,共氧化法大幅度提高了单套装置的生产规模,减少了污水的排放,具有产品成本低(联产品分摊成本)和环境污染较小等优点。缺点是工艺流程长,防爆要求严,投资大,原料品种多,对原料丙烯的纯度要求高,工艺操作在较高的压力下进行,设备材质多采用合金钢,设备造价高,建设投资大。此外,联产品比例大,远超过主产品的产量,而且副产品的市场需求量波动大,所制得环氧丙烷受市场因素制约严重,只有环氧丙烷和联产品市场需求匹配时才能显现出该工艺的优势。因此,共氧化法比较适合大型炼化一体化企业。

(3)异丙苯氧化法。异丙苯氧化法由日本住友化学公司开发,采用钛基催化剂的固定床反应器,以过氧化氢异丙苯(CHP)为氧化剂,CHP使丙烯环氧化得到环氧丙烷和二甲基苄醇,二甲基苄醇脱水生成α-甲基苯乙烯,然后再加氢生成异丙苯,异丙苯氧化成CHP后循环使用。异丙苯氧化法实际是共氧化法的一种改进,与共氧化法的主要区别在于使用异丙苯替代了乙苯,并且异丙苯循环使用,不产生联产品。由于该工艺无需联产苯乙烯所需的辅加设备,装置投资费用比共氧化法约低1/3,也无需使用氯醇法工艺所需的防腐设备。

(4)过氧化氢直接氧化法(HPPO法)。过氧化氢直接氧化法是由过氧化氢(双氧水)催化丙烯制环氧丙烷的新工艺。该工艺克服了氯醇法设备腐蚀严重,废液、废渣多的缺点,工艺流程简单,产品收率高,生产过程中只生成环氧丙烷和水,没有联产品,“三废”排放少,原料和辅助助剂可以循环使用,基础建设费用低,原材料和能源消耗低,使得投资和生产成本大大降低,属于环境友好的清洁生产系统,也是环氧丙烷工业化生产的发展方向。但选用该工艺必须解决过氧化氢的供应问题,因为每生产1吨环氧丙烷需要消耗0.65~0.7吨过氧化氢(折成100%计算), 鉴于高浓度的过氧化氢无法远距离运输,需现场配套生产,因此采用该法必须解决原料过氧化氢的供应来源问题。

2015年,我国环氧丙烷的总生产能力达到305.0万吨,是世界上最大的环氧丙烷生产国家。主要的生产厂家有吉神化学工业(生产能力为30.0万吨/年)、中海壳牌石油化工(生产能力为32.0万吨/年)、宁波镇海炼化利安德化学(生产能力为28.5万吨/年)、山东滨化集团(生产能力为28.0万吨/年)、山东无棣鑫岳化工(生产能力为30.0万吨/年)、山东金岭化工(生产能力为16.0万吨/年)、天津大沽精细化工(生产能力为15.0万吨/年)、辽宁方大锦化化工科技(生产能力为12.0万吨/年)、江苏钟山化工(生产能力为10.0万吨/年)、中国石化长岭分公司(生产能力为10.0万吨/年)、山东三岳化工(生产能力为16.0万吨/年)、山东大泽化工(生产能力为10.0万吨/年)以及烟台万华聚氨酯(生产能力为24.0万吨/年)等。

2015~2019年间,我国仍将有多套新建或者扩建装置将建成投产,其中主要有山东烟台万华化学聚氨酯有限公司24.0万吨/年装置(已经于2015年7月建成投产)。南京金陵亨斯迈新材料有限公司24.0万吨/年装置。计划在2016年建成投产;南京金浦锦湖化工有限公司8.0万吨/年生产装置,计划在2016年建成投产;山东阳煤恒通化工股份有限公司20.0万吨/年环生产装置,计划2016年建成投产;山东大泽化工有限公司拟将现有生产能力扩增到30.0万吨/年;中国北方工业集团公司术新建23.0万吨/年环氧丙烷苯乙烯生产装置。此外,江苏金坛蓝色星球环保新材料有限公司计划新建40.0万吨/年生产装置;内蒙古中宏环保新能源公司计划新建30.0万吨/年生产装置;吉林神华集团张家港化学工业有限公司计划建设60.0万吨/年生产装置;江苏海兴化工有限公司拟将现有13.0万吨/年环氧氯丙烷改造为17.0万吨/年环氧丙烷生产装置。如果这些装置能够按照计划实施,预计到2019年,我国环氧丙烷的生产能力将达到约400.0万吨。

由于我国氯醇法环氧丙烷生产装置仍占据重要地位,今后一段时间内仍将存在,因而现有装置宜通过技术改造,消除瓶颈,降低能耗和单耗,提高装置开工率。同时采用先进技术对生产工艺优化、皂化废水生化处理和浓缩提取氯化钙等方面进行开创性的尝试,争取获得突破,以提高市场竞争力。对于少数规模小、成本高、技术落后,同时又不临近原料供应地,且无条件对“三废”进行妥善处理的装置,宜采取兼并、改产或关闭,以免与效益好的环氧丙烷企业进行无序竞争及争抢原料和产品市场。

随着我国节能环保、低碳生产要求越来越高,国内氯醇法生产企业的生产与发展空间将受到越来越多的限制。因此,今后应该避免规划氯醇法环氧丙烷生产装置。新建装置应该考虑HPPO或SM/PO法等清洁工艺路线,其中优先采用HPPO工艺技术。但应该注意,由于该工艺技术在我国仍处于应用初级阶段,不宜一窝蜂进行,而是需要进行严密的科学规划和项目论证,同时充分了解市场和政策预期,以免造成资源和资金的浪费。

我国环氧丙烷主要应用于聚氨酯行业,今后环氧丙烷装置应该注重上下游一体化建设,在一定区域全面发展环氧丙烷、聚醚多元醇、异氰酸酯、聚氨酯及其下游产品,发挥产品协同效应,打造一体化产业基地,提高行业竞争力。同时,积极开发环氧丙烷新的应用领域,重点考虑环氧丙烷在具有良好发展前景和较高附加值的新能源,新材料领域中的应用,如在合成可降解二氧化碳基聚合物以及聚碳酸亚丙酯产品领域的应用,以规避市场风险,保障我国环氧丙烷及其相关行业的可持续发展。