1. 产品概述及有关技术发展背景
作为一类重要的基础有机化工原料,醋酐和醋酸及其下游衍生物产品,被广泛地应用于医药、染料、涂料、粘结剂、合成纤维、轻工、纺织、皮革、农药、炸药、橡胶和塑料、金属加工、食品以及精细有机化学品的合成。醋酐和醋酸的主要的下游化工产品有醋酸酯类、对苯二甲酸、氯乙酸和醋酸盐等。醋酸酯类范围极其广泛,包括醋酸乙烯、醋酸纤维素和醋酸烷基酯类等。其中醋酸纤维素又有一醋酸纤维素、二醋酸纤维素和三醋酸纤维素;醋酸烷基酯类的品种则就更多了。特别需要提及的是,二醋酸纤维素用于制造香烟过滤咀材料和塑料,三醋酸纤维素用于制造高级感光胶片的片基材料,我国每年一直都在进口大量的二醋酸纤维素烟用过滤咀丝束和高速摄影用三醋酸纤维素片基。
醋酸和醋酐工业合成的起始原料最初是粮食,后来转向矿石、木材、石油、煤炭和天然气。国外醋酸生产当前采用的有乙醛氧化法、丁烷和轻质油氧化法以及甲醇羰化法。其中低压甲醇羰化法是1960年代末开发出来的技术上最先进的方法,采用此法生产的醋酸现已占醋酸总生产量的90%以上。而醋酐的工业生产,目前国际上普遍采用的是乙醛氧化法、烯酮法和羰化法,其中羰化法制醋酐是20世纪70~80年代在低压羰化法制醋酸的基础上发展起来的新工艺,其特点是能耗小、成本低、无污染,有利于大规模生产,用该技术生产的醋酐现在已占到世界总产量的45%以上。1911年,德国建成第一套乙醛氧化合成醋酸的工业装置。1952年,美国Celanese公司开发了低碳烷烃氧化生产醋酸的方法。1960年,德国BASF公司开发了钴/碘催化剂体系的高压高温由甲醇羰基合成醋酸的工艺。1968年,Monsanto公司发现了用于甲醇羰基合成醋酸的高活性、高选择性的铑系催化剂,并于1970年在美国Texas州建成13.5万吨/年的低压羰基合成醋酸的工业化生产装置。1983年,美国Eastman-Kodak公司所属的Tennesse公司与Halcon公司合作,在美国Kingsport建成世界上最大的羰基合成醋酐工业装置,生产能力为22.7万吨/年醋酐。由于美国在上个世纪80年代便大力发展低压羰基合成醋酐工业,美国目前采用羰基合
成工艺生产的醋酐已占到醋酐生产总量的90%以上。
国内的醋酸生产,最早以乙醇原料为主,甚至还有用乙炔做原料的,上世纪70年代引进了以乙烯为原料的乙醛氧化法。20世纪90年代,我国在羰基合成技术方面,采用自建、引进和中外合资齐头并进,在不到10年的时间里,使醋酸产量翻了几番,截止2007年,国内醋酸年产量达到300万吨。但在醋酐工业方面,我国目前还显得很弱,年生产量只有醋酸的十分之一,而国际上长期供需平衡形成的醋酐生产消费总量与醋酸生产消费总量相比约为1:3。其实,我国目前醋酸生产在国际市场上的占有量,与我国的实际需求还不相适应,而醋酐生产量则就更少的可怜了。由此可见,我国未来在醋酸和醋酐生产方面,发展的空间还很大,尤其是醋酐的生产量急需尽快提高,以缓和国内市场上供需不平衡的突出矛盾。国内醋酐生产沿用的一直是烯酮法和乙醛氧化法老工艺。这一局面现在已开始有了改变,一条依靠我国自己的技术力量、具有我国自主知识产权的2万吨/年醋酐羰基合成试验生产线已于2003年5月在江苏丹阳建成投产,现在已经扩大到年产10万吨。
2. 国内外醋酸和醋酐的生产和市场状况
2.1 国内外醋酸和醋酐的生产状况
2.1.1 世界醋酸的生产现状
自2000年以来,世界醋酸需求的年增长率在5%左右,欧美地区年增长率约1%~3%,亚洲地区达到6.6%,而需求增长最快的是中国,其年需求率高于12%。
强劲的需求带动了醋酸投资热,产能的扩张主要集中在亚洲以及中东地区:
江苏索普集团15万吨/年醋酸装置于2004年建成投产,2007年扩产到40万吨/年,总产能已达到60万吨/年;上海吴泾化工厂通过不断的技术改造使得其10万吨/年引进装置产能已达25万吨/年,35万吨/年自建装置也于2007年投产;山东兖矿20万吨/年装置于2005年投产,目前产能已达30万吨/年,其新建35万吨/年装置也即将投产;大庆油田20万吨/年装置于2007年投产。陕西榆林延长石化、河南顺达、天津碱厂、山东华鲁恒升、云南云维、建韬等都开工建设了20万吨/年甲
醇羰基法合成醋酸装置,预计今、明两年投产。
BP与中石化合资的扬子江乙酰公司于2005年将20万吨/年醋酸装置扩产到35万吨/年;BP与化学和纤维公司在麦寮建设的30万吨/年装置也于2005年投产;BP 与中石化南京合资建设的50万吨/年醋酸装置已开工建设,预计2009年投产;同时BP公司也于2007年关闭英国赫尔(Hull)的2套石脑油氧化制醋酸工艺装置,总产能为22万吨/年。
塞拉尼斯公司在南京独资建设的60万吨/年醋酸装置于2007年达产,目前正着手扩产到120万吨/年。
伊朗国家石化公司(NPC)计划在Assaluyeh建造一座50万吨/年醋酸厂。这个项目将由NPC和Idro公司50∶50合资建造,原料甲醇的供应者是NPC公司。这两家公司打算2008年将此拟议的工厂投产。
沙特Sabic公司已于2005年在Yanbu地区投产了一套3万吨/年的醋酸生产新装置。该装置与传统的甲醇法生产工艺不同,采用了Sabic公司基于乙烷氧化路线的新技术。据Sabic公司称,经历了多年的改进完善,该新技术成功应用可使Sabic公司扩大醋酸产能,以满足沙特国际市场对下游产品的需求。
沙特国际石化公司(Sipchem)和Eastman化学公司已就Sipchem公司获得Eastman醋酸联产工艺使用权事宜签署最终协议。该协议是Sipchem公司实施在沙特阿拉伯建设世界级醋酸联合体计划的一部分,该醋酸联合体将于2008年建成投产。Eastman化学公司的醋酸联产工艺可使装置的醋酸及醋酐产能达到46万吨/年。除技术转让外,Eastman化学公司还将提供相应技术支持,并负责销售醋酸产品。Eastman醋酸产品将满足全球范围内醋酸酐日益增长的需求,特别是亚太地区的强劲需求。
Acetex公司与沙特国际石化工业公司(Sipchem)组建乙酰基合资企业,投资10亿美元在沙特阿拉伯朱拜勒建设醋酸、醋酸乙烯单位(VAM)和甲醇联合装置。该联合企业将生产50万吨/年醋酸、27.5万吨/年VAM和180万吨/年甲醇。亚洲是其产品主要的目标市场。联合装置于2007年投产。2000年、2005年全球醋酸产能分别是827.9万吨、1019万吨,2009年预计将增长到1409万吨,其中美洲318万吨/年、欧洲151万吨/年、中东149万吨/年、亚洲690万吨/年,具体见表1。中国是醋酸产
能增长最快的地方,其甲醇羰基法合成醋酸装置产能将达到430万吨/年,乙烯乙醛和乙醇乙醛法醋酸装置产能96万吨/年,占到世界总产能的三分之一强。
表1 2009年世界醋酸预计产能(万吨/年) 地区、公司 地 点 产 能
北美
美国
塞拉尼斯 得州克莱尔湖 120.2 肯塔基州 5.7
卡尔威特城 得州帕塞迪纳 3.6
千年化学品 得州拉波特 54.4
依士曼化学 田纳西州金斯波特 50.8 Sterling化学品 得州得克萨斯城 45.4 杜 邦 得州拉波特 9.8 Primester 田纳西州金斯波特 9.5 其 化 9.9 墨西哥 2.0 南美 7.2 西欧 法国 Acetex 帕迪斯 40.0 德国 瓦克化学 布尔哈申 8.0 巴斯夫 路德维希港 5.0 英国 BP 赫尔 57.0 东欧 40.5 中东 沙特阿拉伯 沙特基础工业公司
Yanbul 3.0
(sabic)
沙特国际石化(sipchem)(1)
加拿大Acetex/沙特sipchem 伊朗
伊朗国家石化公司 西太地区 中国
江苏索普(集团)有限公司 扬子江乙酰化工有限公司 上海吴泾化工有限公司 山东兖矿国泰化工有限公司
大庆油田 塞拉尼斯 BP-中石化(1) 陕西榆林延长石化(2)
河南顺达(2) 天津碱厂(1) 山东华鲁恒生(1) 云南云维(1) 建韬(1) 吉化公司等
乙烯乙醛和乙醇乙醛法装置 印度
Gujarat Narmada Valley化肥 其他 印度尼西亚 日本
昭和电工 大赛璐
日本合成化学 韩国
BP-三星 朱拜勒 朱拜勒
Assaluyeh
江苏 重庆 上海 山东 大庆 南京 南京 陕西榆林 河南驻马店 天津 山东德州 云南 河北 古吉拉特
鹤卷 大竹 水岛 蔚山 46.0 50.0 50.0 60.0 35.0 60.0 30.0 20.0 60.0 50.0 15.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 96.0 10.0 21.7 3.4 15.0 4.5 9.0 40.0 马来西亚
BP-Petronas乙酰基 新加坡
塞拉尼斯 中国 长春石化 BP-台塑 中石化发展 总计 克尔蒂赫
裕廊岛
麦寮 麦寮 高雄 40.0 60.0 6.0 30.0 10.0 1309 注:(1)预计2009年初投产,(2)预计2008年下半年投产
全球经济增速放缓对化工产品市场的影响成为生产商、贸易商等共同关注的焦点。全球领先的醋酸生产商——美国塞拉尼斯公司近日称,受美国住宅市场疲软的影响,今年全球醋酸乙烯单位(VAM)市场需求增速将放缓,而醋酸乙烯单体是醋酸最大的下游终端市场。不过到2009年,随着经济的复苏,VAM市场需求增速有望重拾升势,达到约4%的年均增速。
SRI咨询公司的研究结论与塞拉尼斯公司的相一致。SRI的分析师迈克·德万尼(Mike Devanney)7月21日称,未来5年全球醋酸市场需求将以年均3.8%的速度增长,明显低于该产品过去5年年均4.5%的增速。增速下降的主要原因是全球经济增速的放缓以及一些下游终端用户可能改用其他替代原料。
SRI咨询公司进一步称,未来5年亚洲,特别是中国将引领全球醋酸市场需求快速增长,亚洲地区将占到全球醋酸市场需求增量的80%以上。德万尼指出,未来5年,中国醋酸市场需求增速将达到年均约8%,是全球平均增速的2倍。此外,未来5年中国新建醋酸产能将使亚洲地区的醋酸产能增长50%,约占全球已宣布新增产能的75%。
按照塞拉尼斯公司的统计数据,2011年前中国即将投产的醋酸新产能几乎与当前美国醋酸产能相当,而2012~2013年,中国每年仍需要新建一套55万吨/年的世界级醋酸装置才能满足需求的增长。中国新建醋酸项目中包括BP与中石化计划在中国重庆合资新建的65万吨/年醋酸装置,预计在2011年建成投产。
除了中国之外,亚洲另一新兴市场印度的未来表现也同样引人注目。
据相关生产商称,未来5年印度醋酸市场需求将以年均超过8%的速度快速增长,而欧洲和美国等成熟市场则只以当地GDP增速增长。
据SRI咨询公司的统计数据显示,2008年全球醋酸市场需求将达到1107.5万吨/年,其中醋酸乙烯单体市场将占据33%的市场份额,对苯二甲酸市场占22%,醋酸酯市场占15%,醋酸酐市场占14%,其他市场占16%。截至2008年,全球拥有醋酸产能1314.2万吨/年,其中,北美地区351.5万吨/年;中南美洲11.2万吨/年;西欧116万吨/年;中东欧地区43万吨/年;中东/非洲35.5万吨/年;亚太地区757万吨/年。 2.1.2 世界醋酐的生产现状
2006年,世界醋酐的总生产能力为238.4万吨/年,产量约为185.8万吨/年,装置开工率为77.94%,其中北美地区的生产能力为126.9万吨/年,约占世界醋酐总生产能力的53.23%;西欧地区的生产能力为46.4万吨/年,约占世界总生产能力的19.46%;亚洲地区的生产能力为.8万吨/年,约占世界总生产能力的27.18%;世界其他国家和地区的生产能力为0.3万吨/年,约占世界总生产能力的0.13%。在世界醋酐的所有生产装置中,采用乙酸甲酯羰基合成法工艺的生产能力约占世界醋酐总生产能力的32.51%,采用乙酸裂解工艺的生产能力约占世界总生产能力的65.%,采用乙醛氧化法的生产能力仅占世界总生产能力的1.60%。美国是目前世界上最大的醋酐生产国家,生产能力为113.7万吨/年,约占世界总生产能力的47.69%。其中美国Eastman化学公司又是目前世界上最大的醋酐生产厂家,生产能力为81.6万吨/年,约占世界总生产能力的34.23%;其次是日本的Daicel化学工业公司,生产能力为30.0万吨/年,约占世界总生产能力的12.58%。预计今后几年,世界醋酐的生产能力将以年均约1.0%的速度增长,到2011年总生产能力将达到约260.0万吨,其中产能增长主要集中在亚太地区,其中又以中国的增长最快,年均增长率将超过10.0%。
2007年,世界醋酐的总生产能力约为245.0万吨/年,生产装置主要集中在北美、西欧和亚洲地区,这三个地区的生产能力合计达到242.0万吨,约占世界总生产能力的98.8%。其中北美地区的生产能力为126.9万吨/年,约占世界醋酐总生产能力的51.8%;西欧地区的生产能力为46.4万吨/年,约占总生产能力的18.9%;亚洲地区的生产能力为68.7万吨/年,约占世界总生产能力的28.0%。其中采用醋酸甲酯羰基合成法工艺的生
产能力约占世界醋酐总生产能力的32.4%,采用醋酸裂解工艺的生产能力约占66.0%,采用乙醛氧化法的生产能力约占1.60%。美国是目前世界上最大的醋酐生产国家,生产能力为113.7万吨/年,约占世界总生产能力的46.4%。其中美国Eastman化学公司又是目前世界上最大的醋酐生产厂家,生产能力为81.6万吨/年,约占世界总生产能力的33.3%;其次是日本Daicel化学工业公司,生产能力为30.3万吨/年,约占世界总生产能力的12.2%。预计今后几年,世界醋酐的生产能力将以年均约1.0%的速度增长,到2012年总生产能力将达到约280.0万吨。2007年国外醋酐的主要生产厂家情况见表2所示。
表2 2007年国外醋酐的主要生产厂家情况(万吨/年) 生产厂家名称 地 址 生产能力 生产工艺 美国Celanese 弗吉尼亚16.0 醋酸裂解法 Acetate公司 Narrows
美国Celanese公得克萨斯州11.5 醋酸裂解法 司 Pampa
美国Eastman化田纳西Kingsport 27.2 醋酸裂解法 学公司 田纳西Kingsport 54.4 醋酸甲酯羰基合
成法
美国Holston 田纳西Kingsport 4.5 醋酸裂解法 Army
Ammunition 公司
加拿大Celanese阿尔伯特4.2 醋酸裂解法 公司 Edmonton 墨西哥Grupo La Cangrejea, 8.7 醋酸裂解法 Celanese公司 Vera Cruz 法国Acetex中间Roussillon 3.0 醋酸裂解法 体公司
法国Rhodia公Roussillon 5.4 醋酸裂解法 司
德国Rhodia Freiburg 7.0 醋酸裂解法
Acetow公司 意大利Acetati公司
荷兰Lonza公司 英国Acerata 产品公司
英国BP化学公司
日本Daicel化学工业公司
Verbania Visp Spondoa Hull
4.8 1.2 10.0 15.0 28.0 2.0 0.4 3.3
醋酸裂解法 醋酸裂解法 醋酸裂解法 醋酸甲酯羰基合成法
醋酸裂解法 醋酸裂解法 醋酸裂解法 醋酸裂解法
Himeji, Hyogo Prefecture Matsuyama,
Ehime Prefecture
日本合成化学工Ogaki, Gifu 业公司 Prefecture 印度Jubilant Jubilant Organosys
2.1.3 国内醋酸的生产现状
我国醋酸生产起步于1953年,上海试剂一建成一套乙醇-乙醛-醋酸路线工业生产装置。而后,随着国民经济的发展,我国先后建成了一批主要以乙醇为原料的中小型醋酸装置。改革开放以后,先后引进了4套乙烯-乙醛装置,我国醋酸产量从1980年的12.5万吨提升到1996年的45.6万吨
1996年8月,我国引进英国BP化学公司技术,在上海吴泾化工总厂投产第一套甲醇低压羰基化法醋酸装置,规模为10万吨/年,标志着我国醋酸工业进入了一个新的发展时期。1997年,我国自行研制的第一套甲醇低压羰基合成法醋酸装置在江苏索普(集团)有限公司建成投产,规模为10万吨/年。1998年,四川维尼纶厂与英国BP化学公司合资建设的羰基合成法醋酸生产装置建成投产,规模为15万吨/年。我国采用羰基合成技术自建、引进和中外合资齐头并进,在极短的时间里,我国醋酸产量在2007年达到218.3万吨,我国醋酸工业面貌已经发生了根本性的改变。
2007年,我国有醋酸生产企业近20家,其中产量在10万吨以上的
7家,超过50万吨的有1家,2007年醋酸生产能力超过360吨,实际产量为218.3万吨。其中甲醇羰基合成法产量170.2万吨,占醋酸总产量的77.95%;乙烯-乙醛法产量19.8万吨,占醋酸总产量的9.05%;乙醇-乙醛法产量28.3万吨,占醋酸总产量的13.00%(全国醋酸醋酐行业协作组统计产量)。
我国近年来冰醋酸的产量见表3,从1990年我国醋酸产量35.95万吨,到1995年增至42.5万吨,2007年又增长到218.3万吨,年均增长率在10%以上。
表3 近年我国冰醋酸产量情况(万吨) 年 份 产 量 增长率/% 年 份 产 量 增长率/% 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 35.95 39.73 44.37 39.14 39.50 42.50 45.55 58.14 .91 +23.6 +10.5 +11.6 -11.8 +0.9 +7.6 +7.2 +27.6 +11.6 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 71.96 86.51 86.13 85.10 94.4 114.9 140.9 152.6 218.3 +10.9 +20.02 -0.4 -1.2 +10.9 +21.7 +22.6 +8.3 +18.8 目前我国醋酸的生产已具有相当的集中度。我国醋酸产能近70%集中于长江三角洲地带。该地区是我国石化工业的重要基地,工业配套条件优越,生产醋酸的原料供应充足,水陆交通便利。醋酸生产企业主要有江苏索普(集团)有限公司、塞拉尼斯(南京)化工有限公司、扬子江乙酰化工有限公司、上海吴泾化工有限公司、山东兖矿国泰化工有限公司、中石油吉林石化分公司、石家庄新宇三阳实业有限公司,这7大生产商的供应量在2007年占国内产量的88.2%左右。
近年我国醋酸主要生产企业产能及产量情况见表4。
表4 近年我国醋酸主要生产企业产能及产量情况(万吨) 生产企业 2007年2004年2005年2006年2007年
生产工艺
产能 产量 产量 产量 产量
江苏索普(集团)有甲醇羰基
60 26.3 40.3 51.8 57.1
限公司 合成
塞拉尼斯(南京)化工有限公司
扬子江乙酰化工有限公司
上海吴泾化工有限公司
山东兖矿国泰化工有限公司
大庆油田化工有限公司 小计
中国石油吉林石化分公司
中国石化扬子石化公司
中国石化上海石化股份公司 小计
山东金沂蒙集团有限公司
石家庄新宇三阳实业有限公司
河南天冠集团有限公司
南宁化工集团有限公司
中海先锋化工(泰兴)有限公司
南通醋酸化工股份有限公司
60 35 60 30 20 255 21 10 5 36 10 10 2 1.5 10 1.5
- 21.4 20.1 - - 67.8 12.7 8.7 1.9 30.8 7.9 3.7 0.9 0.6 - 0.4
- 25.0 20.7 2.0 - 88 14.0 7.9 2.9 32.7 7.8 4.3 1.0 1.2 - 0.8
- 32.0 17.3 17.2 - 118.3 14.1 4.1 1.4 19.6 4.4 8.0 1.0 1.3 - -
~30.0
甲醇羰基合成 甲醇羰基
34.5
合成 甲醇羰基
25.0
合成 甲醇羰基
22.0
合成 甲醇羰基1.6
合成 甲醇羰基
170.2
合成 乙烯乙酰
14.0
法 乙烯乙酰4.7
法 乙烯乙酰1.1
法 乙烯乙酰
19.8
法 乙烯乙酰5.5
法 乙烯乙酰
10.3
法 乙烯乙酰0.9
法 乙烯乙酰1.7
法 2.9 -
乙烯乙酰法
天津冠达公司 吉安新能源集团有限公司 小计
4 21 60
16.3
2 20.2
14.7
~2 5.0 28.3
乙烯乙酰法
乙烯乙酰法
合计 361 114.9 140.9 152.6 218.3
注:1、2005年山东兖矿国泰化工有限公司、天津冠达公司的产量没有上报国家统计局,其产量是估算而得到。2、2006年国家统计局产量为142.05万吨,全国醋酸酐行业协作组企业统计量为152.6万吨。 2.1.4 国内醋酸产能增长趋势
随着我国经济的稳步发展,醋酸的需求呈现出较快的增长速度。在我国逐渐掌握先进的甲醇羰基化法合成醋酸技术之后,伴随着国内天然气和新型煤化工的快速发展,醋酸已成为近年来有机原料的投资热点。
鉴于中国醋酸市场的快速增长,许多国内外投资商竞相进入我国醋酸及其衍生物生产领域。塞拉尼斯公司在南京化工园独资建设的年产60万吨醋酸项目已建成投产。中国石油化工股份有限公司选择BP作为合作伙伴,在南京共同建设年产50万吨醋酸装置已经开工建设,预计2009年投产。到2010年我国醋酸将新增产能305万吨。其生产企业和新增产能详见表5。
表5 2010年我国醋酸新增产能增(万吨/年) 企业名称 江苏索普 塞拉尼斯(南京) 山东华鲁恒升 陕西延长石油 河南顺达 BP(南京) 天津碱厂 云南去维
2010年底前新增产能
60 60 20 15 20 50 20 20
技术类型 甲醇羰基合成法 甲醇羰基合成法 甲醇羰基合成法 甲醇羰基合成法 甲醇羰基合成法 甲醇羰基合成法 甲醇羰基合成法 甲醇羰基合成法
山东兖矿国泰
合计 40 305 甲醇羰基合成法
此外,我国多个煤化工基地或天然气化工基地都以碳—化学作为重要的产业链,其中醋酸是产业链上重要的一环。因此,也有多个醋酸建设计划。如扬子江乙酰65万吨/年醋酸扩建项目,上海华谊集团在安徽无为县化工园将投资建设年产50万吨/年醋酸,甘肃银光化学集团将投资建设30万吨醋酸,四川广安路特安天然气有限公司投资建设40万吨/年天然气制醋酸项目,河南龙宇煤化工有限公司在河南省商丘市建设年产20万吨醋酸生产线,河南省煤气(集团)有限责任公司义马气化厂、江苏省徐州市沛县龙固生态产业园、安徽淮化集团有限公司、宜宾天原集团、山西焦化集团临汾、河北峰峰集团、江苏三木集团等,均有建设20-30万吨/年醋酸装置的计划,新建醋酸装置均采用世界先进的甲醇羰基合成工艺。如果这些项目都能够实施,到2013年将新增醋酸产能335万吨。
2007年我国醋酸生产能力361万吨,其中低压甲醇羰基法有255万吨,到2010年醋酸总产能达到560万吨/年(不包括乙烯法和酒精法),到2013年总产能将会达到惊人的5万吨/年(不包括乙烯法和酒精法150万吨/年产能)。
到2013年如果算上乙烯法和酒精法醋酸产能,我国的醋酸总产能将达到1000万吨/年,这是一个非常大的数值。
2.1.5 国内醋酐的生产现状
我国醋酐的生产始于20世纪50年代,1958年上海化学试剂厂采用乙醛氧化联产法建成国内第一套醋酐生产装置。随后,江苏南通醋酸化工厂、山东新化制药厂、吉林化学工业公司电石厂、浙江杭州长征工厂等生产装置也相继建成投产。2007年,我国醋酐的生产厂家有10多家,总生产能力约为36.0万吨/年。其中中石油吉林石油化工公司和江苏丹化集团醋酸有限公司是目前国内最大的两家醋酐生产厂家,生产能力均为10.0万吨/年,约占国内总生产能力的27.8%;其次是,江苏南通醋酸纤维公司,生产能力为8.0万吨/年,约占国内总生产能力的22.2%。2007年我国醋酐的主要生产厂家情况见表6所示。
表6 2007年我国醋酐的主要生产厂家情况(万吨/年) 生产厂家名称 生产能力 生产工艺 中石油吉林石油化工
10.0 醋酸裂解法
公司
上海化学试剂总厂 1.7 乙醛氧化法 江苏丹化集团醋酐有
10.0 乙酸甲酯
限公司 羰基合成法 江苏南通醋酸纤维公
8.0 醋酸裂解法
司
江苏南通醋酸化工股
1.0 醋酸裂解法
份有限公司 南京醋酸厂 1.4 醋酸裂解法 湖州联盛醋酸厂 1.4 醋酸裂解法 山东新华医药集团公
0.3 醋酸裂解法
司
江苏徐州溶剂厂 0.4 醋酸裂解法 黑龙江肇东化工涂料
0.3 醋酸裂解法
总厂
河北平山县化工总厂 0.3 醋酸裂解法 江苏南京华发化工有
0.3 醋酸裂解法
限公司
2.1.6 国内醋酐产能增长趋势
近年来,国内醋酐价格高涨,企业效益大幅度增加,经济形势看好,使得许多企业计划新建或扩建醋酐装置。由西安北方惠安化学工业有限公司与中国烟草总公司陕西中烟工业有限公司、日本大赛璐株式会社中国投资公司共同投资建设的浙江宁波大安化学工业有限公司已于2007年4月建成8.0万/吨年醋酐生产装置,主要用于本企业的二醋酸纤维素生产,其中3.0万吨/年作为商品醋酐出售。塞拉尼斯(南京)乙酰衍生物有限公司计划在江苏南京六合投资3.68亿元,新建一套10.0万吨年醋酐生产装置.装置计划在2009年建成投产,该公司产品主要供应其中
国的合资企业珠海醋酸纤维有限公司、昆明醋酸纤维有限公司等,届时塞拉尼斯将成为我国醋酸、醋酐和醋酸纤维素产业链的主要企业之一。山西焦化集团公司拟新建一套10.0万吨/年生产装置。山东金沂蒙集团有限公司拟投资新建15.0万吨年羰基合成醋酐项目,同时副产醋酸7.5万吨/年,装置分两期建设,第一期装置的生产能力为5.0万吨/年,预计将于2009年建成投产。另外.山东省滕州的兖州矿鲁南化肥厂投资5亿元建设年产醋酐10万吨的装置,预计在2009年投产。德惠中科天元生物工程有限公司在吉林省德惠市经济开发区内投资建设10万吨/年乙醇装置、10万吨年醋酸装置和8万吨/年醋酐装置。安徽皖维高新材料股份有限公司投资建设年产醋酐5万吨的装置,羰基合成醋酐的两大原料醋酸甲酯和一氧化碳都是该公司的副产品,既解决了老工艺处理醋酸甲酯所带来的高能耗问题,使聚乙烯醇(PVA)的蒸汽消耗大幅降低,又解决因处理副产品醋酸甲酯而造成PVA的产能瓶颈。项目总投资2.34亿元。
表7列举了我国近年来扩产或新建的醋酐项目。
表7 我国醋酐近年扩产和新建项目一览表 万吨/年 预计产能 企业名称 2010年产能 技术类型 (年份) 宁波大安化学工业醋酸裂解工8(2008) 8 有限公司 艺 上海焦化有限公司 10(2008) 10 羰基化工艺 塞拉尼斯(南京)乙10(2009) 10 羰基化工艺 酰衍生物有限公司 山东金沂蒙集团有5(2008) 15 羰基化工艺 限公司 山西安泰集团股份10(2010) 10 羰基化工艺 有限公司 兖矿鲁南化肥厂 10(2009) 10 羰基化工艺 吉林德惠中科天元醋酸裂解工8(2008) 8 生物工程有限公司 艺 安徽皖维高新材料5(2009) 5 羰基化工艺 股份有限公司 合计(新增) 76 预计到2011年.我国醋酐的总生产能力将有可能达到或超过80万吨,成为世界重要的醋酐生产国家之一。 2.2 国内外醋酸和醋酐的市场现状
2.2.1 世界醋酸消费结构及增长预测
全球醋酸当前消费主要用于生产醋酸乙烯、对苯二甲酸、醋酸酯、醋酐以及其他有机化学品。其中以醋酸乙烯为第一消费大户,占全球醋酸总消费量的45%。醋酸乙烯主要用于生产聚醋酸乙烯和聚乙烯醇,这两个产品的醋酸用量约占醋酸乙烯之醋酸用量的70%。对苯二甲酸是第二消费大户,占全球醋酸总消费量的14%,醋酸主要在对苯二甲酸的生产中做为溶剂。醋酸酯类为第三消费大户,占全球醋酸总消费量的13%,醋酸酯类主要用于农药、涂料和粘结剂。醋酐用醋酸占第四,占全球醋酸总消费量的12%。
对苯二甲酸(PTA)是醋酸消费大户,在对苯二甲酸生产过程中用作溶剂。对苯二甲酸是制造聚酯纤维、薄膜、容器、片材的重要原料。聚酯纤维是PTA的最大应用领域。聚酯纤维与其他纤维相比,具有手感柔软、防皱性好、干燥快等特点,同时还具有良好的耐化学品性能、耐热性、耐光性和抗微生物性能。既可生产短纤,又可生产长丝,还可通过各种改性手段来仿制棉、毛、麻、丝等各类纤维,是合成纤维中的主要品种。我国是人口大国,每年进口聚酯纤维100万吨以上。聚酯瓶和容器与玻璃容器相比,具有抗破碎性和重量轻的优点,可提高使用安全性,降低运输费用。聚酯容器加工灵活性高,生产成本低,在软饮料包装市场,已夺取了较高的传统玻璃市场份额。聚酯瓶的透明性、抗冲击性、阻气性能和耐热性能优于PP、LDPE、HDPE和PVC,而且聚酯容器可回收利用,不会造成环境污染。除软饮料外,近年开始在矿泉水、食用油、调味品、洗涤剂、卫生用品、医药、农药、小包装酒精饮料、化妆品等领域利用,发展前景良好。
2005年世界醋酸的消费量约为980万吨左右,醋酸乙烯是醋酸的第一大消费领域,占世界醋酸总消费量的35%;对苯二甲酸是醋酸第二大消费领域,占世界醋酸总消费量的19%;醋酐为第三大消费领域,占
16%;醋酸为第四大消费领导约占13%;其它则用于制造氯乙酸、双乙烯酮来合成医药、染料、颜料、农药等。
2004年和2010年世界醋酸消费构成及需求预测见表8。
表8 2004年和2010年世界醋酸消费构成及需求预测
2004年实际 2010年预测 2004-2010
年
消费领域 消费量 年均需求比例 需求量 比例
增长率(万吨) (%) (万吨) (%)
(%)
醋酸乙烯 325.3 34.6 421 35.4 4.4 PTA 173.8 18.5 253 21.3 6.5 醋酐 149.2 15.9 165 13.9 1.7 醋酸酯类 118.7 12.6 151 12.7 4.1 氯乙酸 27 2.7 31 2.6 2.4 其它 145.8 15.7 169 14.2 2.5 合计 939.8 100 1190 100 4.0 预计到2010年世界醋酸的年消费量将达到1190万吨,年均消费量增长率约为4%。消费增长较快的领域主要是醋酸乙烯、醋酸酯和PTA等。预计2010—2015年,世界醋酸需求量仍会保持3%的增长速度,2015年需求量达到1380万吨左右。
2.2.2 世界醋酐消费结构及增长预测
2006年,世界醋酐的总消费量为188.5万吨,其中北美地区对醋酐的消费量为.9万吨/年,约占世界醋酐总消费量的47.7%;西欧地区的消费量为44.1万吨/年,约占世界总消费量的23.4%;亚洲地区的消费量为53.5万吨,约占世界总消费量的28.4%;世界其他地区的消费量为1.0万吨,约占世界总消费量的0.5%。世界醋酐产品主要用来生产醋酸纤维素(二醋酸纤维素、三醋酸纤维素和混合纤维素)、制药等领域,其中醋酸纤维素对醋酐的需求量约占总需求量的69.8%,制药的需求量约占7.0%,农药中间体领域需求量约占6.0%,其他方面(主要包括香料和香精)的需求量约占17.2%。预计今后几年,世界醋酐的总消费量将以年均约1.2%的速度增长,到2011年总消费量将达到约200.0万吨。其中欧美国家的需求量将小幅度减少,日本的消费量基本持平,亚太其
他国家和地区的消费量将不断增加。
2.2.3 美国的消费情况
2006年,美国醋酐的总消费量为81.2万吨,其中产量为92.5万吨,进口量为0.4万吨,出口量为11.76万吨。其中用于生产醋酸纤维对醋酐的需求量为69.8万吨/年,约占美国醋酐消费量的86.0%(其中过滤香烟嘴的消费量约占49.6%,长丝的消费量约占11.6%,其他约占38.8%);医药方面(主要为阿司匹林,乙酰氨基苯等)对醋酐的需求量为9.2万吨/年,约占总消费量的11.3%。
预计今后几年,美国醋酐的需求量将以年均约0.5%的速度下降,到2011年总消费量将下降到约79.2万吨。近年不美国醋酐的供需情况以及消费结构状况及预测情况分别见表9、表10。
表9 近年来美国醋酐的供需情况(万吨/年)
年份 产量 进口量 出口量 消费量 2000 77.4 0.72 8.14 70.0 2001 86.7 0.41 11.14 74.5 2002 82.7 0.29 10.74 72.3 2003 81.3 0.42 11.39 70.3 2004 77.7 0.47 7.91 70.2 2005 96.4 0.52 15.55 81.4 2006 92.5 0.40 11.76 81.2
表10 近年来美国醋酐消费结构状况及预测情况(万吨/年) 年份 醋酸纤维素 医药 其他 合计
香烟过
长丝 其他
滤嘴
1995 36.0 12.7 9.1 2.2 20.2 80.1 1996 35.9 13.5 9.3 2.2 22.1 83.1 1997 35.0 12.8 9.5 2.3 26.1 85.7 1998 31.9 9.8 9.5 2.2 25.1 78.6 1999 28.8 7.6 9.3 2.1 24.6 72.4 2000 27.9 7.8 9.1 2.1 23.0 70.0 2001 30.6 7.5 8.6 2.1 25.0 74.5 2002 30.6 7.2 8.4 2.0 23.8 72.3 2003 29.9 6.9 8.4 1.6 23.3 70.3
2004 2005 2006 2011 2006~2011年的年均 消费量/%
29.9 34.9 34.6 33.1 -0.9
6.8 8.2 8.1 7.6 -1.1
8.4 9.1 9.2 9.6 1.0
1.9 2.0 2.3 2.5 1.9
23.2 27.3 27.1 26.4 -0.5
70.2 81.4 81.2 79.2 -0.5
2.2.4 西欧地区的消费情况
2006年,西欧地区醋酐的总消费量为44.1万吨,其中产量为31.4万吨,进口量为12.9万吨,出口量为0.2万吨。其中生产醋酸纤维素对醋酐的需求量为23.0万吨/年,约占西欧醋酐消费量的52.2%;四乙酰乙二胺的需求量为9.9万吨/年,约占总消费量的9.8%;其他方面对醋酐的需求量为6.9万吨,约占总消费量的15.6%。预计今后几年,西欧地区醋酐的需求量将以年均约0.6%的速度下降,到2011年总消费量将下降到约42.7万吨。近年来西欧地区醋酐的供需情况以及消费结构状况及预测情况分别见表11和表12所示。
表11 近年来西欧地区醋酐的供需情况(万吨/年) 年份 产量 进口量 出口量 消费量 2000 33.8 0.79 0.6 41.1 2001 27.5 13.3 0.5 40.3 2002 29.0 12.5 1.1 40.4 2003 27.0 13.2 0.6 39.6 2004 29.5 13.7 0.3 42.9 2005 32.1 12.6 0.3 44.4 2006 31.4 12.9 0.2 44.1
表12 近年来西欧地区醋酐消费结构状况(万吨/年) 年份 四乙酰 醋酸 医药 其他 合计 二乙胺 纤维素 工业 1995 8.6 24.0 3.6 6.3 42.5 1996 9.0 25.4 4.0 6.8 45.2 1997 9.4 24.8 4.5 7.2 45.9 1998 9.6 23.9 4.7 7.3 45.5 1999 9.7 21.3 4.5 7.3 42.8 2000 9.8 20.1 4.4 7.1 41.4
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2011 2006~2011 年的年均 消费量/%
9.8 9.8 9.8 9.9 9.9 9.9 10.0 0.2 19.5 18.8 18.8 21.3 23.3 23.0 21.9 -1.0 4.3 4.2 4.2 4.3 4.3 4.3 4.2 -0.4 7.0 6.8 6.8 6.9 6.9 6.9 6.6 -0.7 40.6 39.6 39.6 42.9 44.4 44.1 42.7 -0.6
2.2.5日本的消费情况
2006年,日本醋酐的总消费量为26.2万吨,其中产量为26.8万吨,进口量为0.24万吨,出口量为1.54万吨。其中生产醋酸纤维对醋酐的需求量为22.3万吨/年,约占日本醋酐的消费量的85.1%;医药行业的需求量为1.8万吨/年,约占总消费量的6.9%;其他方面对醋酐的需求量为2.1万吨,约占总消费量的8.0%。预计今后几年,日本醋酐的需求量将以年均约1.0%的速度增加,到2011年总消费量将增加到约27.5万吨。近年来日本醋酐的供需情况以及消费结构状况及预测情况分别见表13和表14所示。
表13 近年来日本醋酐的供需情况(万吨/年)
年份 产量 进口量 出口量 消费量 2000 24.7 0.93 0.68 24.3 2001 25.4 1.00 0.60 24.7 2002 25.1 0.12 1.41 24.8 2003 26.8 0.14 1.59 25.7 2004 27.9 0.08 1.16 26.7 2005 26.6 0.23 0.91 25.7 2006 26.8 0.24 1.54 26.2
表14近年来日本醋酐消费结构状况(万吨/年)
年份 醋酸纤维素 医药工业 其他 合计 2000 20.6 2.1 1.6 24.3 2001 21.2 2.0 1.5 24.7 2002 21.3 1.9 1.6 24.8 2003 21.8 1.6 2.3 25.7
2004 2005 2006 2011 2006~2011年的年均消费量/%
22.8 21.6 22.3 23.4 1.0
1.4 1.9 1.8 1.9 1.1
2.5 2.2 2.1 2.2 0.9
26.7 25.7 26.2 27.5 1.0
2.2.6 国内醋酸消费现状
近10年我国醋酸供需情况统计见表15。
表15 近10年我国醋酸供需情况统计(万吨)
表观消费国产化率
年份 产量 进中口量 出口量
量 /%
1997 58.1 9.0 0.02 67.1 86.8 1998 .9 13.53 0.02 77.4 83.8 1999 72.0 10.58 0.04 82.5 87.3 2000 86.5 10.36 0.08 95.8 .3 2001 86.1 19.9 0.1 105.9 81.3 2002 85.1 34.9 0.1 119.9 71.0 2003 94.7 50.5 0.1 145.1 65.3 2004 111.6 52.5 1.6 62.5 68.7 2005 137.0 54.2 3.5 187.7 73 2006 152.6 70.7 2.8 220.5 69.2 2007 218.3 50 13.8 254.5 85.8 年增长率 14.5% 12.4%
从表15可看出,我国醋酸近10年来的表观消费量增工率达到12.4%,产量增长率为14.5%,进口增长量2006年前处于快速增长,2007年则大幅度回落。
近几年我国不仅大量进口醋酸,而且醋酸下游衍生物的进口量也逐年增长,近几年我国不仅大量进口醋酸,而且醋酸下游衍生物的进口量也逐年增长,醋酐、醋酸乙酯、醋酸丁酯进口的绝对量很小,而醋酸、醋酸乙烯、PTA的进口量还是比较大的。
2.2.7 国内醋酐消费现状
近年来,由于我国醋酐的消费增长较快,产量不能满足实际生产的需求,因此每都需要进口。1999年我国醋酐的进口量只有1.80万吨,2003年增加到5.13万吨,2004年进一步增加到6.53万吨,创历史最高记录。1999—2004年进口量的年均增长率达到约29.4%。近两年,由于国内乙酸酐产量的不断增加,进口量有所减少。2005年进口量为5.43万吨,2006年为5.02万吨,2007年为2.91万吨,2008年1—5月份的进口量为1.27万吨。1998—2008年我国醋酐的进出口情况见表16所示。
表16 1998—2008年我国醋酐的进出口情况(吨/年) 年份 进口量 进口平均单出口量 出口平均单
价 价
(美元/吨) (美无/吨) 1998 17938 661.5 0.0 0.0 1999 18002 566.2 0.0 0.0 2000 17559 602.5 23.8 985.7 2001 21327 616.8 73.8 928.0 2002 37584 579.0 60.2 1176.0 2003 51313 571.3 205.0 792.5 2004 65286 4.3 13.2 1777.1 2005 54270 939.7 0.0 0.0 2006 50194 0.4 0.0 0.0 2007 29083 1033.1 0.0 0.0
126 1149.8 0.0 0.0 2008(1-5月) 我国醋酐进口产品主要定向供应国内醋酸纤维素厂,进口产品主要
来自美国塞拉尼斯、伊斯曼以及日本大赛璐3家企业,其中日本大赛璐公司的产品主要供应旗下和宁波醋酸纤维素厂,美国塞拉尼斯产品主要供应江苏南通醋酸纤维有限公司、珠海醋酸纤维有限公司、昆明醋酸纤维有限公司。进口岸主要集中在宁波海关和南京海关,分别约占总进口量的77.1%和16.5%。
2.2.8 国内醋酐消费前景
近年来,我国醋酐的表观消费量为断增加,2001年表观消费量只有15.52万吨,2004年突破20万吨大关,达到20.03万吨,2006年进一步增加到约23.02万吨,2007年达到约23.91万吨,同比增长约3.9%,2002
—2007年需求量的年均增长率约为6.3%。近年来我国醋酐的供需情况见表17所示。
表17 近年来我国醋酐的供需情况(万吨/年)
年份 产量 进口量 出口量 消费量 2000 13.2 1.76 0.002 14.96 2001 13.4 2.13 0.007 15.52 2002 13.9 3.76 0.006 17.65 2003 14.4 5.13 0.02 19.51 2004 13.5 6.53 0.001 20.03 2005 16.5 5.43 0.0 21.93 2006 18.0 5.02 0.0 23.02 2007 21.0 2.91 0.0 23.91 目前,我国醋酐的消费结构为:醋酸纤维素(二醋酸纤维素、三醋酸纤维和混合纤维素)对乙酸酐的需求量约占总消费量的44.1%,医药行业的需求量约占22.6%,染料行业的需求量约占8.4%,变性淀粉、香料和农业等其他方面的消费量约占24.9%。
醋酸纤维素通常是由醋酐与棉短绒、或与木质素反应生成的。在经济发达国家,醋酐的第一消费大户是醋酸纤维素。美国醋酸纤维素生产消耗的醋酐占到其醋酐总消费量的87%。醋酸纤维素的用途十分广泛,在纤维方面可做成丝束、长丝和短丝等,在塑料和薄膜方面可用作装饰和包装材料、感光材料片基、压力感应带、银镜架、工具手柄等。由于醋酸纤维素化学结构中的三个羟基被酯化的程度不同,而分三个品种:其中乙酰基含量占31%-35%时,称为一醋酸纤维素;乙酰基含量在38%-41.5%时,称为二醋酸纤维素;乙酰基含量大于43%时,称为三醋酸纤维素。一醋酸纤维素,主要用于制造苯二甲酸纤维素(CAP),它是制做肠溶衣的主要原料;二醋酸纤维素,可制造热塑性塑料,电话机壳,眼镜架,玩具,醋酸人造丝,生物降解薄膜,半透膜材料(用于海水淡化,水处理,混合气体分离,病毒细菌分离等),最大用途是经抽丝加工成香烟过滤咀丝束;三醋酸纤维素,其性能和用途类似于二醋酸纤维素,但因其乙酰基含量更高,其机械性、抗湿性更好,多用于电影胶片、特别是高速摄影用的感光材料片基,以及制造高绝缘薄膜用于医疗、航空、航天及军工上。我国未来仅烟用过滤咀丝束材料二醋酸纤维
素和高速摄影感光胶片片基材料三醋酸纤维素转向国内生产的趋势,便对醋酐市场形成极大的需求压力。
醋酸乙烯/聚乙烯醇是我国醋酐和醋酸的主要用户之一。生产醋酸乙烯,可以采用醋酐原料的工艺,也可以采用醋酸原料的合成路线。醋酸乙烯聚合为聚醋酸乙烯,经醇解成为聚乙烯醇。1999年,我国醋酸乙烯产量70.3万吨,净进口为3.7万吨,表观消费量为74万吨。聚乙烯醇产量为31.7万吨。2000年,我国醋酸乙烯产量74.5万吨,聚乙烯醇产量为30.9万吨(表5)。醋酸乙烯是世界上产量最大的有机化工原料之一,主要用于生产聚醋酸乙烯乳液和树脂,用于乳胶漆、胶粘剂、纸张涂层等。聚乙烯醇用于维尼纶、纺织浆料、胶粘剂、分散剂等。聚乙烯醇缩丁醛,最大用途是用于层压玻璃制造中作为中间粘合薄膜层,这种安全玻璃广泛用于汽车、高层建筑、航空、航海等领域。乙烯-醋酸乙烯共聚物分为EVA树脂、EVA橡胶和VAE乳液。EVA树脂主要用于薄膜、外表软膜、注塑制品、吹塑制品、泡沫注塑制品、胶粘剂等。EVA橡胶主要用途是作聚氯乙烯的耐冲击改性剂,VAE乳液性能优越,广泛用于胶粘剂、涂料、织物加工、纸加工、建筑、包装等。氯乙烯-醋酸乙烯共聚物,特别适于制造高仿真、高保真的密纹唱片,真空成型包装用硬质透明片材和薄膜、人造革、地板砖、磁场带及其他用途的胶粘剂、涂料、塑料印花浆、油墨等。醋酸乙烯与丙烯腈共聚,可以改进聚丙烯腈的染色性和降低软化点。
在农药行业,醋酐主要用于乙酰甲胺磷、三氯杀虫酯、霜脲氰、氟磺胺草醚和吡嘧磺隆等的生产。乙酰甲胺磷是高效低毒农药,是甲胺磷的替代产品。但由于目前国家环保部门还没有制定确实措施淘汰甲胺磷,乙酰甲胺磷价格又高于甲胺磷,导致乙酰甲胺磷还未得到农户普遍认可。随着国家环保措施的加强,乙酰甲胺磷的生产会有长足的发展。如果乙酰甲胺磷部分替代甲胺磷,则今后醋酐在农药方面的消费增长率将达40%以上。
3. 装置规模及产品方案
3.1 主要生产装置及其规模
本项目所建装置旨在采用羰基合成技术生产醋酐,并联产醋酸。原料为甲醇和一氧化碳(CO)。所用原料甲醇亦由自建设备就地生产。生产甲醇的原料合成气中的氢气亦系自制。本项目所建厂区包括三个工段,即原料气工段、甲醇工段和酯化羰化工段。原料气工段包含三台主要设备,亦可称为三个车间:(1)一氧化碳造气炉,或称为一氧化碳造气车间,所用原料是二氧化碳(CO2 ,本地资源)和焦炭,二氧化碳年用量为12.5万吨,焦炭年用量3.4万吨;(2)合成气造气炉,或称为合成气造气车间,原料是天然气,年消费天然气1.26亿立方米;(3)变压吸附装置,或称为原料气净化车间,主要净化一氧化碳和氢气,处理量均为3.5万立方米/h。甲醇工段自成为一个单独车间,年生产甲醇18万吨,厂内消费。酯化羰化工段可以单独作为一个车间,也可以分为酯化和羰化两个车间。如果按后面方案实施,酯化车间除酯化塔外,还分别有醋酸和醋酸甲酯精制系统,年产醋酸10万吨,醋酸甲酯原则上全部送羰化塔合成醋酐。市场需要时生产一部分醋酸甲酯商品。羰化车间的主体设备是羰化塔,此外还有闪蒸塔、脱轻塔、酸酐分离塔、醋酐精馏塔、催化剂原位再生循环系统和尾气处理塔等,年产醋酐20万吨。 3.2 产品方案
本项目产品方案确定为20万吨/年醋酐,联产10万吨/年醋酸,即主要产品是醋酐,市场供应量20万吨/年;其次,可向市场供应10万吨/年醋酸;视市场需求情况,还可以向市场提供一定量的醋酸甲酯和甲醇。年操作时间为7200小时,国外有成功的生产装置,经济效益十分显著,如果采用我们先进的催化剂工艺技术,生产能力有可能进一步增加30%~50%。
4. 工艺技术方案
4.1 国内外工艺技术概况 4.1.1 国外工艺概况
1911年,德国建成第一套乙醛氧化合成醋酸的工业化装置。在20世纪50年代以前,醋酸生产基本上采用乙炔或乙醇为原料的乙醛氧化法。20世纪60年代乙烯一乙醛法得到了较大的发展。1952年,美国Celanese公司开发了低碳烷烃氧化生产醋酸工艺。1960年,德国BASF公司开发了钴/碘催化剂体系的高压高温由甲醇羰基合成醋酸的工艺。1968年,Monsanto公司发现了用于甲醇羰基合成醋酸的高活性、高选择性的铑系催化剂,并于1970年在美国Texas州建成13.5万吨/年的低压羰基合成醋酸的工业化生产装置。1983年,美国Eastman-Kodak公司所属的Tennesse公司与Halcon公司合作,在美国Kingsport建成世界上最大的羰基合成醋酐工业装置,生产能力为22.7万吨/年醋酐。英国BP公司1982年引进孟山都技术建成了一套17万吨/年的羰化法制醋酸生产设备后,很快将装置能力提高到23.5 万吨/年,并在Monsanto法制醋酸和Halcon法由醋酸甲酯制醋酐技术的基础上,开发出由甲醇羰化生产醋酐联产醋酸的新流程,于1987年开始在其Hull厂建造一套总生产能力为18.5 万吨/年的醋酸-醋酐联产装置(相当于醋酸20万吨/年),19年建成并投入运行,年产醋酐6.5-10.5万吨,醋酸7.5-12万吨。1991年Halcon公司参照英国BP公司的做法,亦改起始原料醋酸甲酯为甲醇,又建成第二套规模更大的生产装置,年产醋酐27万吨,并联产醋酸8万吨。
20世纪90年代BP公司开发了铱-钌(Ir-Ru)双金属催化剂(Cativa催化剂),并于1995年在美国Texas州Sterling化学公司首次用于羰基合成醋酸
工业。采用铱催化剂进行羰基合成醋酸所能达到的最好的催化反应速率与Hoechst-Celanese的酸优化工艺使用铑催化剂的接近。采用铱催化剂进行羰基合成醋酸,其优点在于:⑴催化剂所用的贵金属为铱和钌,价格相对而言要比金属铑便宜一点;⑵作为助催化剂的碘甲烷的使用量,不像铑催化剂羰化反应体系中使用的那么多。但采用铱催化剂进行羰基合成,也有如下一些不足之处:⑴催化剂体系的组成比较复杂,各组成成分之间的相互依存性很强,故各组成成分之间的配比更要严格控制;⑵液体反应组分接触到的设备和管线中的金属腐蚀物、碱金属和碱土金属离子以及易于季盐化的含氮、磷原子基团的配体都有可能使铱催化剂的催化活性迅速降低,甚至失活。原因是它们会产生碘负离子(I-),故把它们统称为离子污染物。采用铱催化剂进行羰基合成,很重要的一项操作规程,就是要严格控制这些离子污染物在反应体系中的存在量。而在铑催化剂的羰化反应体系中,基本上不存在所谓离子污染物影响之类的问题。需要指出的是,至今还没有关于使用铱催化剂进行醋酐合成的报道。
总之,国外目前醋酐生产技术路线有乙醛氧化法、烯酮法和羰化法,醋酸生产工艺有丁烷/石脑油氧化法、乙醇乙醛氧化法、乙烯乙醛氧化法和甲醇羰化法等。其中,无论是从环境保护上考虑,还是从经济成本上考虑,羰化法(或称羰基合成法)是当前醋酐和醋酸工业生产首选的方法。国际上新建的大型醋酐和/或醋酸装置,90%以上都是采用羰化法工艺。
4.1.2 国内生产工艺概况
我国的醋酐工业比较落后,有三十多家企业生产此产品,采用的工艺都是传统落后的烯酮法和乙醛氧化法,规模都很小,生产成本高,环
境污染严重。最早我们采用的烯酮法,还是用丙酮高温裂解生成乙烯酮,后来才改成用醋酸高温裂解生成乙烯酮,再与醋酸反应生成醋酐。20世纪70年代,上海化学试剂总厂引进乙醛氧化法技术,现在已经停产。蒋大智先生从上世纪80年代开始进行羰化法制醋酸和醋酐的研究,并承担了国家科技攻关(85-513-05)课题“甲醇制取乙酸、乙酐新工艺开发研究”。在羰化法制取醋酸和醋酐催化剂研究方面做了大量工作,已拥有一系列羰基合成催化剂品种及其工艺技术。特别是新一代的多齿季盐及杂键合型铑配合物催化剂系列,用于醋酸和醋酐羰基合成,其催化性能及主要工艺指标均达到和超过国际先进水平。依靠我们开发的羰基合成催化剂技术及其工艺,已在江苏丹阳建成2万吨/年羰化法合成醋酐装置,并于2003年5月投入试验性生产,现在已扩大到年产10万吨。
国内醋酸生产起步于1953年,在上海试剂一厂采用乙醇乙醛氧化法建成第一套工业化生产装置。1958年原吉林化工公司建成电石乙炔乙醛法醋酸装置。1977年上海石化公司引进了乙烯乙醛法装置,并自行设计了3.5万吨/年醋酸的生产装置。1992年江苏索普公司(原镇江化工厂)依托蒋大智先生羰基合成催化剂及其工艺技术,开始筹建10万吨/年甲醇低压羰基合成醋酸装置,1998年初建成投产,现在已扩大到年产70万吨。1994年上海吴泾化工厂引进BP公司10万吨/年羰基合成醋酸技术,1996年底建成投产。此外,BP公司还与中石化太平洋化工公司合资,在四川建立15万吨/年羰基合成醋酸装置,1998年11月建成投产,与扬子石化合作的50万吨/年羰基合成醋酸装置正在建设之中,塞拉利斯独资的南京60万吨/年羰基合成醋酸装置,已于2006年建成投产,预计会扩产到120万吨,联产醋酐的计划也正在筹划之中。
4.2 工艺技术特点
本项目拟采用蒋大智先生的羰基合成醋酐联产醋酸技术,所使用的催化剂为多齿季盐及杂键合型铑配合物催化剂。该催化剂及其工艺已有江苏丹化醋酐公司的2万吨/年设计和近2年的工业实际运行基础,2007年已扩大到10万吨/年。所用的这种新型催化剂与国际上现有同类催化剂相比,具有更高的催化活性和稳定性,其综合使用性能进一步得到改善。 与现有同类羰基合成催化剂及其工艺相比,新型催化剂及其工艺具有如下特点:
(1)适用于多水、少水或无水反应体系
新型催化剂在多水、少水或无水反应体系均可使用。正因为如此,新型催化剂既是醋酐羰基合成催化剂,也可应用于多水和少水反应体系中,作为醋酸羰基合成催化剂。
(2)高催化活性和高选择性
新型催化剂无论用于生产醋酸或醋酐,其催化活性均远远高于国外现有同类型催化剂。 采用新型催化剂进行羰化反应,在反应釜内气液混合和搅拌良好、反应温度在150℃-180℃、CO分压在1.5 MPa和总釜压2.6 MPa 以上条件下,由甲醇羰化生产醋酸和醋酸甲酯,羰化产物选择性大于99%;由醋酸甲酯羰化生产醋酐,如能保持反应体系中没有水的干扰,产物选择性接近100%。在表18和表19中,我们分别列出了新型催化剂作为醋酸和醋酐羰基合成催化剂使用时,其催化性能与国外同类催化剂的比较结果。
表18 羰基合成醋酸催化剂体系性能比较 项 目 1.催 化 体 系 Monsanto Rh-均相 H.-Celanese Rh-均相 本项目 Rh-均相/多相 2. 原 料 3.反应温度/℃ 4. 压力/MPa 5. 产 物 6.选 择 性/% 7.催 化 速 率 molAcOH/molRh/h MeOH 175-200 2.8-6.8 MeOH 185 3-8 MeOH 140-180 3-6 AcOH/AcOMe > 99 6.6×103 AcOH/AcOMe AcOH/AcOMe > 99 1.1×103 > 99 2.5×103 (3)催化剂热稳定性和综合使用性能好
新型催化剂在羰化反应体系中,直至240℃仍能保持结构上的稳定。羰化实验结果表明,新型催化剂及其在反应体系中形成的催化活性物种,与反应物和产物之间的化学相容性和热稳定性能都得到了明显的改善,这对提高催化剂综合使用性能、减少催化反应和产品分离过程中的铑损失起到了至关重要的作用。由于热稳定性好,且其配体中含有化学相容性能极佳的官能团,从而在催化反应设备中不易出现催化剂及其金属附壁、沉底和结焦而难以清除。
表18 羰基合成醋酐铑催化剂体系的性能比较 Halcon Rh-均相 AcOMe 170 3.5 Hoechst Rh-均相 AcOMe 182 5.0 本项目 Rh-均相或多相 AcOMe/MeOMe 140-180 3-6 项 目 1. 催 化 体 系 2. 原 料 3.反应温度/℃ 4. 压力/MPa 5. 产 物 6.选择性/% 7. 催 化 速 率 molAc2O/molRh/h * 连续运行 AcOAc > 99 500-515* AcOAc > 99 1811(15 mins) 926(29 mins) AcOAc > 99 2.8x103 (1h,170-180℃) (4)抗毒性强和使用寿命长
与国际上现有同类催化剂相比,新型催化剂在反应体系中和在闪蒸或蒸发过程中对氧和硫的抗毒化性能大大提高,故使用寿命显著延长。
(5)反应条件温和且对原料要求不高
采用新型催化剂可以在比较温和的反应条件下,特别是在较低的压力和温度范围内,实现醋酸和醋酐的羰化法生产;反应总压力一般在3MPa-6MPa,而反应温度在140℃以上,即可达到具有足够好的工业应用价值的催化速率和时空产率。相对较低的反应温度,可以延长催化剂的使用寿命,对反应器设计、材质选择、降低运行能耗和生产安全都是很有利的。而且,新型催化剂对羰基合成反应的原料要求不高、且灵活可变。采用新型催化剂由醋酸甲酯生产醋酐,尽管反应体系要求是无水的,但加入的物料中含有包括结晶水在内的微量水也无碍,亦即含结晶水或微量水的物料用前无需作除水处理,可直接使用。在用于甲醇羰化时,反应体系中无需加水和碘化氢来稳定催化剂及其活性物种以保持催化活性,故最初分离出来的粗醋酸中含水量大为减少,从而可节省进一步纯化分离产品的能耗。
(6) 适用于多种羰基合成工艺
新型催化剂可以做成不溶的固体,也可以做成可溶性的。故新型催化剂适用于多种羰基合成工艺,既可以用于均相溶液反应;也可以将均相溶液反应改为多相化进行。这就是说,新型催化剂完全适应国际上目前使用的均相羰基合成工艺,也可以改成多相催化羰基合成工艺。 4.3 工艺流程概述
本项目拟采用的蒋大智先生的羰基合成醋酐联产醋酸工艺,其工艺流程如下:
10 CO2666回收 CO废气AcOH6MeOH1345AcOH7AcOAc残渣 水 图1 羰化法生产醋酐联产醋酸流程图
1-酯化器 2-压缩机 3-羰化反应器 4-闪蒸器 5-液体压力泵 6-冷凝器 7-脱轻塔 8-酸酐分离塔 9-脱重塔 10-尾气处理塔
连续生产时,在酯化器1内不断加入原料甲醇、醋酐或醋酸(AcOH),生成的醋酸甲酯(AcOCH3)与一氧化碳工段的净化气共同放入到羰化反应器3中。升温到规定反应温度,在催化剂作用下进行反应。从羰化塔3出来的反应液送到闪蒸器4,被闪蒸和蒸发出的气体部分经冷凝送到脱轻塔7,回收大部分碘甲烷及未反应的醋酸甲酯;未能被冷凝成液体的气相逸出物经尾气洗涤塔10回收 CO、少量碘化物和醋酸甲酯,循环
再用。闪蒸器底部母液和脱轻塔馏出物碘甲烷和醋酸甲酯打回羰化反应器再用。脱轻塔底液打到酸酐分离塔8,在这里将醋酸产品分离出来,底液打到脱重塔9中精馏,从而得到醋酐产品。
由甲醇和一氧化碳生产醋酐的主要反应方程式如下:
CH3OH + CO AcOH+CH3OH AcOCH3+ COAcOHAcOCH3+H2OAcOAc AcOAc +H2O
2 CH3OH +2CO
整个工艺流程的关键在于羰化反应器中的催化剂体系。催化剂体系的性能左右着催化反应中原料的转化率,以及产物的生成速率和选择性。采用蒋大智先生的多齿季盐及杂键合型铑配合物催化剂体系及其工艺,催化羰化反应速率为目前国际上普遍采用的技术水平的2-3倍,反应液的含固量低,催化剂的耐温性能和综合使用性能更好。反应条件与国外技术基本上一样,总压力为3MPa -6MPa,温度 160℃-200℃。
5. 主要原、辅材料及公用工程供应
20万吨/年醋酐联产5-10万吨/年醋酸装置的主要原辅材料及公用工程消耗如下表所示。
表20 20万吨/年醋酐和10万吨/年醋酸主要原材料及公用工程消耗 项 目 主1 2 CO2(100%) 焦 炭 单位 吨 吨 时耗 17.36 4.72 年耗 34000 要原辅材料 3 4 5 天然气(99.98%) 铑 耗 碘 耗 kNm3 g kg 17.5 8.33 6.94 60000 50000 1 公 2 3 新鲜水 循环水 蒸汽 2.6MPa,420℃1.45MPa,210℃ 0.6 MPa m3 m3 吨 吨 吨 KWH Nm3 Nm3 Nm3 104kJ m3 11.67 4444.4 12.22 23.33 13.06 1111.1 1388.9 277.8 694.4 250.0 28.06 用 工 4 5 电 空气 合成气 氮气 冷冻水量 冷凝液 程 6 7 8 9
6. 装置占地及定员
建立一个20万吨/年醋酐、联产10万吨/年醋酐生产厂,厂区包括原料气、甲醇和酯化羰化三个工段,5-6个车间。此外还需要有关原料、中间体和产品(甲醇、醋酸甲酯、醋酸、醋酐等)贮槽区、产品包装及贮运区、动力站、煤堆和临时渣厂、DCS总控和化学分析室、机修以及办
公楼等。厂区占地总面积约67万平方米,约1000亩地面。
生产车间采用三班制操作,操作工人按四班三运转编制,公司总定员208人,其中管理和技术人员40名,生产及辅助人员168名。
7. 投资估算及静态经济经济效益分析
建立原料气、甲醇和酯化羰化三个工段,5-6个车间,包括计量仪表、传输泵和控制系统等,其中羰化反应塔和闪蒸塔,以及其间的压力传输泵和管道接头等内层的材质,必须选用鋯材或哈氏合金等特种耐腐蚀材料。总体设备购置费约5.5亿元人民币,征地费7000万元,厂房和生活区建筑工程费各5000万元,安装工程费约1.5亿元,工程总费用约为8.7亿元人民币。还有无形资产费用5200万元,递延资产费用2500万元,基本予备费用1亿元,项目建设投资为10.47亿元人民币。加上建设期贷款利息3.1亿元,固定资产投资额为13.57亿元人民币。
此外,尚需流动资金1.5亿元,30%铺底流动资金4500万元,项目总投资为13.52亿元人民币。 7.1 成本分析
年产20万吨醋酐和10万吨醋酸在成本方面经费开支如下: 1) 原材料消耗合计5.592亿元,其中
-一氧化碳消耗150kt(化学计量值为126kt),以500元/t,计7500万元; -焦炭消耗38 kt(化学计量值为34 kt),以市场价2500元/t计,合9500万元; -天然气消耗150MNm3 (化学计量值为126 MNm3),以市场价1.4元/Nm3计,合2.1亿元;如果以煤代替焦炭作原料,其消耗费用小于2.0亿元。 -催化剂、碘甲烷及苛性碱等消耗费用 5000万元; -水、蒸汽、空气、氮气、电等消耗费用 1亿元。
2)人员工资 2.5万元/人×208人 = 520万元。
3)车间费用以每年300天开工日计算,3万元/天,计900万元。 4)销售管理费用,以50元/吨计算,30万吨需1500万元。 以上成本总计支出5.592亿元/年。 7.2 销售盈利
醋酐产品以目前国内市场低端价12000元/吨计算,20万吨销售定额为24亿元。醋酸产品以目前国内市场低端价5500元/吨计算,10万吨销售定额为5.5亿元。以上两项合计扣29.5亿元。除20%工商统一税和一次产品税以及5.592亿元成本,净盈利7.208亿元/年。可见,2~3年内即可收回项目建设投资。 7.3 生产盈亏平衡点
7.3.1 建成后每年必需的固定成本
工 资 520 万元
厂区生活区维护 870 万元
设备折旧 8250 万元(以-15%计) 销售办公 1500 万元
合 计 11140 万元 7.3.2 生产醋酐和醋酸的每吨平均可变成本
直接原材料成本(煤炭、天然气等) 1267 元
催化剂、碘甲烷及苛性碱等 250 元 水汽气电 500 元
辅助运转和动力费 300 元 包装运输 250 元 产品报废 100 元 合 计 2667 元 7.3.3 盈亏平衡点
年产20万吨醋酐和10万吨醋酸工厂建成后,鉴于固定成本为11140万元,每吨产品成本2667元,每年工商统一产品税和产品等以20%计,故盈亏平衡点(X)
固定成本
X = ------------------------------------------------------------- 产品单价 x(1- 产品税率)- 单位产品成本
= 69651 吨/年
产品单价以20万吨醋酐和10万吨醋酸的平均价计算,计为5333元/吨。盈亏平衡点在69651吨/年,占生产能力30万吨/年的23.2%。这就是说,每年仅需生产70天便可盈利,属特优项目类。
8. 企业发展该项产品的优势分析
8.1 项目优势
1、企业有较好的原料配套条件。目前企业正在规划建设的大型甲醇生产装置,建成后将为企业建设大型醋酐和醋酸项目提供良好的原料保障;同时所需的CO气体也将有本企业生产。
2、产品有较好的市场发展空间:(i)近年我国醋酐和醋酸需求增长较快,市场发展前景较好,目前每年均有大量的醋酐和醋酸及其下游产品进口,为本项目的建设提供了良好的市场环境;(ii)我国醋酐和醋酸原有的工业合成方法,受原料,或成本高,或环境污染严重,将逐步停产,这将为我国羰基合成醋酐和醋酸提供较大的市场发展空间;(iii)由于江苏黄桥地区地下的二氧化碳资源极为丰富,也靠近西气东输管道线,天然气易于获得,铁路和水陆交通运输非常方便,本项目生产的醋酐和醋酸内销和出口均很便利,这对于迅速占领国内外目标市场提供了良好的条件和新的发展机遇。
3、可以确保工艺技术的先进性。本项目所采用的蒋大智先生的羰基合成醋酐联产醋酸技术,与国际上同类工艺相比,有创新和特色,居先进行列,且在江苏丹阳建立的2万吨/年醋酐装置上已有运行近两年的成功经验,羰基合成工艺技术可靠先进,目前该项目已扩展至10万吨/年醋酐。该羰基合成工艺所用原料易得,产品成本较低,具有较好的市场竞争力。在环保方面,基本上无三废问题,符合我国在这一行业领域的发展方向。
4、生产规模经济合理。本项目20万吨/年醋酐和10万吨/年醋酸的生产规模,完全符合我国当前发展规模经济的要求,在国内同类项目中处于规模领先的地位,产品价格在未来的国内外市场竞争中,优势明显。 8.2 项目发展有利因素
1、本项目由于充分利用本地区的煤炭资源,产品市场前景极为看好,地方部门非常支持,并给出各种优惠,包括土地征用、公用设施使用、用工和税收减免等;
2、本项目筹建20万吨/年醋酐和10万吨/年醋酸的成套技术设施,甚至包括原料甲醇的生产,其结果是起始原料比较简单。这有利于促进地区和企业资源的合理配置,充分利用了地区煤炭原料资源和企业内部的技术资源优势。另一方面也将在一定程度上降低原料和中间体的市场风险,进一步强化了原料煤炭的加工深度、提高了产品的附加值,从而提升了企业的整体经济效益。
3、醋酐和醋酸产品本身具有较好的下游产品延伸能力,这将为地区和企业在下一步的发展中,诸如继续开发醋酸纤维素、醋酸乙烯和其它醋酸酯类等高附加值产品、从而形成地区和企业的新型产业链奠定良好的基础。亦即通过这样的产品延伸开发,为企业本身不断带来新的产品系列、从而使企业不断发展壮大,而对于地区经济来说,地区产业和产品结构由此得到了调整和提升,有可能形成地区内新的经济增长点,促进地区经济的发展。
9. 结论
1、醋酐和醋酸产品市场前景较好,本项目的目标市场明确。 2、所选用的羰基合成工艺技术先进成熟,符合行业发展的要求。 3、 20万吨/年醋酐联产10万吨/年醋酸的生产规模达到了规模经济的要求,在国内处于领先水平。
4、醋酐和醋酸产品下游延伸性好,将为企业产品系列化及进一步发展提供广阔的空间,符合企业多元化发展的基本要求,并有可能形成新的具有地区特色的产业链,带动地区的经济发展。
5、本项目的经济效益较好,能够很好地支撑整个规划项目的顺利实
施。
10. 项目策划与进展
鉴于本项目投资额和工程量较大,如果能在建设周期内,将有关工程环节的先后顺序安排得当,就有可能在一定程度上节省投资额度。正是出于这样的考虑,准备尽快启动甲醇车间及相应辅助工程的建设。甲醇是羰化法生产醋酐和醋酸的原料中间体,先抓大型甲醇子项目,可为本项目提供可靠的原料保障,也可以先将甲醇作为前期产品推出,为本项目的后期工程提供部分资金补充来源。
另一方面,正在与有关部门协商,准备为本项目做好技术准备工作,包括实验性生产和技术人员培训。
联系人:西安石油大学 张群正(教授) 联系电话:029- 手机:
电子邮箱:qzzhang@xsyu.edu.cn
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