Este artículo analizará los principales productos de la cadena industrial C3 de China y la dirección actual de investigación y desarrollo de la tecnología.

(1)Estado actual y tendencias de desarrollo de la tecnología del polipropileno (PP)

Según nuestra investigación, existen diversas maneras de producir polipropileno (PP) en China, entre las que destacan el proceso doméstico de tuberías ambientales, el proceso Unipol de la empresa Daoju, el proceso Spheriol de la empresa LyondellBasell, el proceso Innovene de la empresa Ineos, el proceso Novolen de la empresa Nordic Chemical y el proceso Spherizone de la empresa LyondellBasell. Estos procesos también son ampliamente adoptados por las empresas chinas de PP. Estas tecnologías controlan principalmente la tasa de conversión de propileno en un rango de 1,01 a 1,02.

El proceso nacional de tubería anular adopta el catalizador ZN desarrollado independientemente, actualmente dominado por la tecnología de segunda generación. Este proceso se basa en catalizadores desarrollados independientemente, tecnología de donantes de electrones asimétricos y tecnología de copolimerización aleatoria binaria de propileno-butadieno, y puede producir homopolimerización, copolimerización aleatoria de etileno-propileno, copolimerización aleatoria de propileno-butadieno y copolimerización resistente al impacto de PP. Por ejemplo, empresas como Shanghai Petrochemical Third Line, Zhenhai Refining and Chemical First and Second Lines, y Maoming Second Line ya han aplicado este proceso. Con el aumento de nuevas plantas de producción en el futuro, se espera que el proceso de tubería ambiental de tercera generación se convierta gradualmente en el proceso nacional dominante de tubería ambiental.

El proceso Unipol permite la producción industrial de homopolímeros con un índice de fluidez (MFR) de 0,5 a 100 g/10 min. Además, la fracción másica de monómeros de copolímero de etileno en copolímeros aleatorios puede alcanzar el 5,5 %. Este proceso también permite producir un copolímero aleatorio industrializado de propileno y 1-buteno (nombre comercial CE-FOR), con una fracción másica de caucho de hasta el 14 %. La fracción másica de etileno en el copolímero de impacto producido mediante el proceso Unipol puede alcanzar el 21 % (la fracción másica de caucho es del 35 %). El proceso se ha aplicado en las instalaciones de empresas como Fushun Petrochemical y Sichuan Petrochemical.

El proceso Innovene permite producir homopolímeros con un amplio rango de índices de fluidez (MFR), que pueden alcanzar entre 0,5 y 100 g/10 min. Su tenacidad es superior a la de otros procesos de polimerización en fase gaseosa. El MFR de los copolímeros aleatorios es de 2 a 35 g/10 min, con una fracción másica de etileno que oscila entre el 7 % y el 8 %. El MFR de los copolímeros resistentes al impacto es de 1 a 35 g/10 min, con una fracción másica de etileno que oscila entre el 5 % y el 17 %.

Actualmente, la tecnología de producción principal de PP en China está muy desarrollada. Si tomamos como ejemplo las empresas de polipropileno a base de petróleo, no existen diferencias significativas en el consumo unitario de producción, los costos de procesamiento, las ganancias, etc., entre ellas. Desde la perspectiva de las categorías de producción que abarcan los diferentes procesos, los procesos principales pueden abarcar toda la categoría de producto. Sin embargo, considerando las categorías de producción reales de las empresas existentes, existen diferencias significativas en los productos de PP entre ellas debido a factores como la geografía, las barreras tecnológicas y las materias primas.

(2)Estado actual y tendencias de desarrollo de la tecnología del ácido acrílico

El ácido acrílico es una importante materia prima química orgánica, ampliamente utilizada en la producción de adhesivos y recubrimientos hidrosolubles, y también se procesa comúnmente para obtener acrilato de butilo y otros productos. Según investigaciones, existen diversos procesos de producción de ácido acrílico, entre ellos el método de cloroetanol, el método de cianoetanol, el método de Reppe a alta presión, el método de enona, el método de Reppe mejorado, el método de etanol con formaldehído, el método de hidrólisis de acrilonitrilo, el método de etileno, el método de oxidación de propileno y el método biológico. Si bien existen diversas técnicas de preparación para el ácido acrílico, la mayoría de las cuales se han aplicado en la industria, el proceso de producción más extendido a nivel mundial sigue siendo la oxidación directa de propileno a ácido acrílico.

Las materias primas para producir ácido acrílico mediante la oxidación de propileno incluyen principalmente vapor de agua, aire y propileno. Durante el proceso de producción, estos tres experimentan reacciones de oxidación a través del lecho catalizador en una proporción determinada. El propileno se oxida primero a acroleína en el primer reactor y luego a ácido acrílico en el segundo. El vapor de agua desempeña un papel de dilución en este proceso, evitando explosiones y suprimiendo la generación de reacciones secundarias. Sin embargo, además de producir ácido acrílico, este proceso de reacción también produce ácido acético y óxidos de carbono debido a reacciones secundarias.

Según la investigación de Pingtou Ge, la clave de la tecnología del proceso de oxidación del ácido acrílico reside en la selección de catalizadores. Actualmente, entre las empresas que pueden proporcionar tecnología de ácido acrílico mediante la oxidación de propileno se encuentran Sohio (Estados Unidos), Japan Catalyst Chemical Company, Mitsubishi Chemical Company (Japón), BASF (Alemania) y Japan Chemical Technology.

El proceso Sohio en Estados Unidos es un proceso importante para la producción de ácido acrílico mediante la oxidación de propileno. Se caracteriza por la introducción simultánea de propileno, aire y vapor de agua en dos reactores de lecho fijo conectados en serie, y el uso de óxidos metálicos multicomponentes MoBi y Mo-V como catalizadores, respectivamente. Con este método, el rendimiento unidireccional de ácido acrílico puede alcanzar aproximadamente el 80 % (relación molar). La ventaja del método Sohio es que dos reactores en serie pueden prolongar la vida útil del catalizador, hasta dos años. Sin embargo, este método presenta la desventaja de que no se puede recuperar el propileno no reaccionado.

Método BASF: Desde finales de la década de 1960, BASF ha investigado la producción de ácido acrílico mediante la oxidación de propileno. Este método utiliza catalizadores de MoBi o MoCo para la oxidación de propileno, y el rendimiento unidireccional de acroleína puede alcanzar aproximadamente el 80 % (razón molar). Posteriormente, utilizando catalizadores basados ​​en Mo, W, V y Fe, la acroleína se oxidó aún más a ácido acrílico, con un rendimiento unidireccional máximo de aproximadamente el 90 % (razón molar). La vida útil del catalizador del método BASF puede alcanzar los 4 años y el proceso es sencillo. Sin embargo, este método presenta inconvenientes como el alto punto de ebullición del disolvente, la frecuente limpieza del equipo y el elevado consumo energético total.

Método de catalizador japonés: Se utilizan dos reactores fijos en serie y un sistema de separación de siete torres. El primer paso consiste en infiltrar el elemento Co en el catalizador de MoBi como catalizador de reacción, y posteriormente utilizar óxidos metálicos compuestos de Mo, V y Cu como catalizadores principales en el segundo reactor, con sílice y monóxido de plomo como soporte. Con este proceso, el rendimiento unidireccional de ácido acrílico es de aproximadamente el 83-86 % (relación molar). El método de catalizador japonés emplea un reactor de lecho fijo apilado y un sistema de separación de siete torres, con catalizadores avanzados, alto rendimiento global y bajo consumo energético. Este método es actualmente uno de los procesos de producción más avanzados, comparable al proceso Mitsubishi en Japón.

(3)Estado actual y tendencias de desarrollo de la tecnología del acrilato de butilo

El acrilato de butilo es un líquido transparente e incoloro, insoluble en agua y mezclable con etanol y éter. Este compuesto debe almacenarse en un almacén fresco y ventilado. El ácido acrílico y sus ésteres se utilizan ampliamente en la industria. No solo se emplean para fabricar monómeros blandos de adhesivos acrílicos a base de solventes y lociones, sino que también pueden homopolimerizarse, copolimerizarse y copolimerizarse por injerto para obtener monómeros poliméricos y utilizarse como intermediarios de síntesis orgánica.

Actualmente, el proceso de producción de acrilato de butilo implica principalmente la reacción de ácido acrílico y butanol en presencia de ácido toluenosulfónico para generar acrilato de butilo y agua. La reacción de esterificación implicada en este proceso es típicamente reversible, y los puntos de ebullición del ácido acrílico y del acrilato de butilo resultante son muy cercanos. Por lo tanto, es difícil separar el ácido acrílico por destilación, y el ácido acrílico no reaccionado no puede reciclarse.

Este proceso, denominado método de esterificación de acrilato de butilo, se utiliza principalmente en el Instituto de Investigación de Ingeniería Petroquímica de Jilin y otras instituciones afines. Esta tecnología ya está muy desarrollada y el control del consumo unitario de ácido acrílico y n-butanol es muy preciso, con un margen de error de 0,6. Además, esta tecnología ya ha sido objeto de cooperación y transferencia.

(4)Estado actual y tendencias de desarrollo de la tecnología CPP

La película de CPP se fabrica a partir de polipropileno como materia prima principal mediante métodos de procesamiento específicos, como la extrusión en forma de T. Esta película posee una excelente resistencia al calor y, gracias a sus propiedades inherentes de enfriamiento rápido, puede alcanzar una excelente suavidad y transparencia. Por lo tanto, para aplicaciones de envasado que requieren alta transparencia, la película de CPP es el material preferido. Su uso más extendido es en el envasado de alimentos, así como en la producción de recubrimientos de aluminio, envases farmacéuticos y la conservación de frutas y verduras.

Actualmente, el proceso de producción de películas de CPP se basa principalmente en la coextrusión. Este proceso consta de múltiples extrusoras, distribuidores multicanal (comúnmente conocidos como alimentadores), cabezales de matriz en forma de T, sistemas de fundición, sistemas de tracción horizontal, osciladores y sistemas de bobinado. Las principales características de este proceso son el buen brillo superficial, la alta planitud, la baja tolerancia de espesor, el buen rendimiento de extensión mecánica, la buena flexibilidad y la buena transparencia de las películas delgadas producidas. La mayoría de los fabricantes mundiales de CPP utilizan el método de coextrusión para su producción, y la tecnología de los equipos es avanzada.

Desde mediados de la década de 1980, China comenzó a introducir equipos extranjeros para la producción de películas de fundición, pero la mayoría son estructuras monocapa y pertenecen a la etapa primaria. Tras la década de 1990, China introdujo líneas de producción de películas de fundición de copolímero multicapa procedentes de países como Alemania, Japón, Italia y Austria. Estos equipos y tecnologías importados constituyen el principal motor de la industria china de películas de fundición. Entre los principales proveedores de equipos se encuentran las alemanas Bruckner, Bartenfield, Leifenhauer y la austriaca Orchid. Desde el año 2000, China ha introducido líneas de producción más avanzadas, y los equipos de fabricación nacional también han experimentado un rápido desarrollo.

Sin embargo, en comparación con el nivel avanzado internacional, aún existe una brecha en el nivel de automatización, el sistema de extrusión con control de pesaje, el ajuste automático del cabezal de matriz, el control del espesor de la película, el sistema de recuperación de material de borde en línea y el bobinado automático de equipos nacionales de película de fundición. Actualmente, los principales proveedores de equipos para la tecnología de película CPP incluyen a las alemanas Bruckner, Leifenhauser y la austriaca Lanzin, entre otras. Estos proveedores extranjeros poseen ventajas significativas en términos de automatización y otros aspectos. Sin embargo, el proceso actual ya está bastante maduro, la velocidad de mejora de la tecnología de los equipos es lenta y prácticamente no existe un marco para la cooperación.

(5)Estado actual y tendencias de desarrollo de la tecnología del acrilonitrilo

La tecnología de oxidación de propilen-amoníaco es actualmente la principal vía de producción comercial de acrilonitrilo, y casi todos los fabricantes de acrilonitrilo utilizan catalizadores BP (SOHIO). Sin embargo, existen muchos otros proveedores de catalizadores, como Mitsubishi Rayon (anteriormente Nitto) y Asahi Kasei de Japón, Ascend Performance Material (anteriormente Solutia) de Estados Unidos y Sinopec.

Más del 95% de las plantas de acrilonitrilo en todo el mundo utilizan la tecnología de oxidación de propileno y amoníaco (también conocida como proceso Sohio), desarrollada por BP. Esta tecnología utiliza propileno, amoníaco, aire y agua como materias primas, y entra en el reactor en una proporción determinada. Bajo la acción de catalizadores de fósforo, molibdeno, bismuto o antimonio y hierro soportados sobre gel de sílice, se genera acrilonitrilo a una temperatura de 400-500 °C.°Cy presión atmosférica. Tras una serie de pasos de neutralización, absorción, extracción, deshidrocianación y destilación, se obtiene el producto final, el acrilonitrilo. El rendimiento unidireccional de este método puede alcanzar el 75 %, y los subproductos incluyen acetonitrilo, cianuro de hidrógeno y sulfato de amonio. Este método tiene el mayor valor de producción industrial.

Desde 1984, Sinopec ha firmado un acuerdo a largo plazo con INEOS y ha recibido autorización para utilizar la tecnología patentada de acrilonitrilo de INEOS en China. Tras años de desarrollo, el Instituto de Investigación Petroquímica de Shanghái de Sinopec ha desarrollado con éxito una ruta técnica para la oxidación de propilen amoníaco para producir acrilonitrilo y ha construido la segunda fase del proyecto de acrilonitrilo de 130.000 toneladas de la sucursal de Sinopec en Anqing. El proyecto se puso en marcha con éxito en enero de 2014, aumentando la capacidad de producción anual de acrilonitrilo de 80.000 toneladas a 210.000 toneladas, convirtiéndose en una parte importante de la base de producción de acrilonitrilo de Sinopec.

Actualmente, entre las empresas con patentes para la tecnología de oxidación de propileno y amoníaco a nivel mundial se incluyen BP, DuPont, Ineos, Asahi Chemical y Sinopec. Este proceso de producción es maduro y fácil de obtener, y China también ha logrado la localización de esta tecnología, cuyo rendimiento no es inferior al de las tecnologías de producción extranjeras.

(6)Estado actual y tendencias de desarrollo de la tecnología ABS

Según la investigación, el proceso de fabricación de dispositivos ABS se divide principalmente en el método de injerto de loción y el método de producción continua a granel. La resina ABS se desarrolló a partir de la modificación de la resina de poliestireno. En 1947, la empresa estadounidense de caucho adoptó el proceso de mezcla para la producción industrial de resina ABS. En 1954, la empresa BORG-WAMER de Estados Unidos desarrolló la resina ABS polimerizada por injerto de loción y la llevó a cabo. La aparición del injerto de loción impulsó el rápido desarrollo de la industria del ABS. Desde la década de 1970, la tecnología de producción de ABS ha experimentado un gran desarrollo.

El método de injerto de loción es un proceso de producción avanzado que consta de cuatro pasos: la síntesis de látex de butadieno, la síntesis de polímero de injerto, la síntesis de polímeros de estireno y acrilonitrilo, y el postratamiento de mezcla. El flujo de proceso específico incluye la unidad PBL, la unidad de injerto, la unidad SAN y la unidad de mezcla. Este proceso de producción cuenta con un alto nivel de madurez tecnológica y se ha aplicado ampliamente en todo el mundo.

Actualmente, la tecnología ABS madura proviene principalmente de empresas como LG (Corea del Sur), JSR (Japón), Dow (Estados Unidos), New Lake Oil Chemical Co., Ltd. (Corea del Sur) y Kellogg Technology (Estados Unidos), todas ellas con un nivel de madurez tecnológica líder a nivel mundial. Con el continuo desarrollo tecnológico, el proceso de producción de ABS también se encuentra en constante mejora. En el futuro, podrían surgir procesos de producción más eficientes, respetuosos con el medio ambiente y con ahorro energético, lo que generará más oportunidades y desafíos para el desarrollo de la industria química.

(7)Estado técnico y tendencia de desarrollo del n-butanol

Según las observaciones, la tecnología predominante a nivel mundial para la síntesis de butanol y octanol es el proceso de síntesis de carbonilo cíclico a baja presión en fase líquida. Las principales materias primas para este proceso son el propileno y el gas de síntesis. Entre ellos, el propileno proviene principalmente de autoabastecimiento integrado, con un consumo unitario de entre 0,6 y 0,62 toneladas. El gas sintético se prepara principalmente a partir de gases de escape o de gas sintético derivado del carbón, con un consumo unitario de entre 700 y 720 metros cúbicos.

La tecnología de síntesis de carbonilo a baja presión desarrollada por Dow/David (proceso de circulación en fase líquida) ofrece ventajas como una alta tasa de conversión de propileno, una larga vida útil del catalizador y la reducción de las emisiones de tres residuos. Este proceso es actualmente la tecnología de producción más avanzada y se utiliza ampliamente en las empresas chinas de butanol y octanol.

Teniendo en cuenta que la tecnología de Dow/David es relativamente madura y se puede utilizar en cooperación con empresas nacionales, muchas empresas priorizarán esta tecnología al elegir invertir en la construcción de unidades de butanol octanol, seguida de la tecnología nacional.

(8)Estado actual y tendencias de desarrollo de la tecnología del poliacrilonitrilo

El poliacrilonitrilo (PAN) se obtiene mediante la polimerización por radicales libres del acrilonitrilo y es un intermediario importante en la preparación de fibras de acrilonitrilo (fibras acrílicas) y fibras de carbono basadas en poliacrilonitrilo. Se presenta en forma de polvo opaco blanco o ligeramente amarillo, con una temperatura de transición vítrea de aproximadamente 90 °C.°CSe puede disolver en disolventes orgánicos polares como la dimetilformamida (DMF) y el dimetilsulfóxido (DMSO), así como en soluciones acuosas concentradas de sales inorgánicas como el tiocianato y el perclorato. La preparación del poliacrilonitrilo implica principalmente la polimerización en solución o la polimerización por precipitación acuosa del acrilonitrilo (AN) con segundos monómeros no iónicos y terceros monómeros iónicos.

El poliacrilonitrilo se utiliza principalmente para fabricar fibras acrílicas, que son fibras sintéticas hechas de copolímeros de acrilonitrilo con un porcentaje en masa de más del 85%. Según los disolventes utilizados en el proceso de producción, se pueden distinguir como dimetilsulfóxido (DMSO), dimetilacetamida (DMAc), tiocianato de sodio (NaSCN) y dimetilformamida (DMF). La principal diferencia entre los diversos disolventes es su solubilidad en poliacrilonitrilo, que no tiene un impacto significativo en el proceso de producción de polimerización específico. Además, según los diferentes comonómeros, se pueden dividir en ácido itacónico (IA), acrilato de metilo (MA), acrilamida (AM) y metacrilato de metilo (MMA), etc. Diferentes comonómeros tienen diferentes efectos en la cinética y las propiedades del producto de las reacciones de polimerización.

El proceso de agregación puede ser de uno o dos pasos. El método de un paso se refiere a la polimerización del acrilonitrilo y los comonómeros en solución de una sola vez, y los productos pueden prepararse directamente en la solución de hilado sin separación. El método de dos pasos se refiere a la polimerización en suspensión del acrilonitrilo y los comonómeros en agua para obtener el polímero, que se separa, se lava, se deshidrata y se siguen otros pasos para formar la solución de hilado. Actualmente, el proceso de producción global de poliacrilonitrilo es básicamente el mismo, con la diferencia en los métodos de polimerización posteriores y los comonómeros. Actualmente, la mayoría de las fibras de poliacrilonitrilo en varios países alrededor del mundo están hechas de copolímeros ternarios, con acrilonitrilo representando el 90% y la adición de un segundo monómero que varía del 5% al ​​8%. El propósito de agregar un segundo monómero es mejorar la resistencia mecánica, la elasticidad y la textura de las fibras, así como mejorar el rendimiento del teñido. Los métodos comúnmente utilizados incluyen MMA, MA, acetato de vinilo, etc. La cantidad de adición del tercer monómero es de 0,3% -2%, con el objetivo de introducir una cierta cantidad de grupos de tintes hidrófilos para aumentar la afinidad de las fibras con los tintes, que se dividen en grupos de tintes catiónicos y grupos de tintes ácidos.

Actualmente, Japón es el principal representante del proceso global de poliacrilonitrilo, seguido de países como Alemania y Estados Unidos. Entre las empresas representativas se encuentran Zoltek, Hexcel, Cytec y Aldila de Japón, Dongbang de Mitsubishi de Estados Unidos, SGL de Alemania y Formosa Plastics Group de Taiwán y China. Actualmente, la tecnología global del proceso de producción de poliacrilonitrilo está madura y no hay mucho margen de mejora para el producto.