In questo articolo analizzeremo i principali prodotti della filiera C3 cinese e l'attuale direzione della ricerca e sviluppo tecnologico.

(1)Lo stato attuale e le tendenze di sviluppo della tecnologia del polipropilene (PP)

Secondo la nostra indagine, in Cina esistono diversi metodi per produrre polipropilene (PP), tra cui i più importanti sono il processo di produzione di tubi ecologici domestici, il processo Unipol della Daoju Company, il processo Spheriol della LyondellBasell Company, il processo Innovene della Ineos Company, il processo Novolen della Nordic Chemical Company e il processo Spherizone della LyondellBasell Company. Questi processi sono ampiamente adottati anche dalle aziende cinesi produttrici di PP. Queste tecnologie controllano principalmente il tasso di conversione del propilene nell'intervallo 1,01-1,02.

Il processo di produzione nazionale di tubi ad anello adotta il catalizzatore ZN sviluppato in modo indipendente, attualmente dominato dalla tecnologia di processo di produzione nazionale di tubi ad anello di seconda generazione. Questo processo si basa su catalizzatori sviluppati in modo indipendente, sulla tecnologia del donatore di elettroni asimmetrico e sulla tecnologia di copolimerizzazione binaria random del propilene-butadiene, e può produrre omopolimerizzazione, copolimerizzazione random dell'etilene-propilene, copolimerizzazione random del propilene-butadiene e copolimerizzazione antiurto del PP. Ad esempio, aziende come Shanghai Petrochemical Third Line, Zhenhai Refining and Chemical First and Second Lines e Maoming Second Line hanno tutte applicato questo processo. Con l'aumento futuro di nuovi impianti di produzione, si prevede che il processo di produzione nazionale di tubi ad anello di terza generazione diventerà gradualmente il processo di produzione nazionale di tubi ad anello di primaria importanza.

Il processo Unipol può produrre industrialmente omopolimeri, con un indice di fluidità (MFR) compreso tra 0,5 e 100 g/10 min. Inoltre, la frazione in massa dei monomeri di copolimero di etilene nei copolimeri random può raggiungere il 5,5%. Questo processo può anche produrre un copolimero random industrializzato di propilene e 1-butene (nome commerciale CE-FOR), con una frazione in massa di gomma fino al 14%. La frazione in massa di etilene nel copolimero d'impatto prodotto dal processo Unipol può raggiungere il 21% (la frazione in massa di gomma è del 35%). Il processo è stato applicato negli stabilimenti di aziende come Fushun Petrochemical e Sichuan Petrochemical.

Il processo Innovene può produrre prodotti omopolimerici con un'ampia gamma di indice di fluidità (MFR), che può raggiungere 0,5-100 g/10 min. La tenacità del prodotto è superiore a quella di altri processi di polimerizzazione in fase gassosa. L'MFR dei prodotti copolimerici random è compreso tra 2 e 35 g/10 min, con una frazione in massa di etilene compresa tra il 7% e l'8%. L'MFR dei prodotti copolimerici resistenti agli urti è compreso tra 1 e 35 g/10 min, con una frazione in massa di etilene compresa tra il 5% e il 17%.

Attualmente, la tecnologia di produzione tradizionale del PP in Cina è molto matura. Prendendo ad esempio le aziende produttrici di polipropilene a base di petrolio, non vi sono differenze significative tra le singole aziende in termini di consumi unitari, costi di lavorazione, profitti, ecc. Dal punto di vista delle categorie di produzione coperte dai diversi processi, i processi tradizionali possono coprire l'intera categoria di prodotto. Tuttavia, considerando le effettive categorie di produzione delle aziende esistenti, vi sono differenze significative nei prodotti in PP tra le diverse aziende dovute a fattori quali la geografia, le barriere tecnologiche e le materie prime.

(2)Stato attuale e tendenze di sviluppo della tecnologia dell'acido acrilico

L'acido acrilico è un'importante materia prima chimica organica ampiamente utilizzata nella produzione di adesivi e rivestimenti idrosolubili, e viene anche comunemente trasformato in butil acrilato e altri prodotti. Secondo la ricerca, esistono diversi processi di produzione per l'acido acrilico, tra cui il metodo del cloroetanolo, il metodo del cianoetanolo, il metodo Reppe ad alta pressione, il metodo dell'enone, il metodo Reppe migliorato, il metodo dell'etanolo formaldeide, il metodo dell'idrolisi dell'acrilonitrile, il metodo dell'etilene, il metodo dell'ossidazione del propilene e il metodo biologico. Sebbene esistano diverse tecniche di preparazione per l'acido acrilico, la maggior parte delle quali è stata applicata nell'industria, il processo di produzione più diffuso a livello mondiale è ancora l'ossidazione diretta del propilene in acido acrilico.

Le materie prime per la produzione di acido acrilico mediante ossidazione del propilene includono principalmente vapore acqueo, aria e propilene. Durante il processo di produzione, questi tre subiscono reazioni di ossidazione attraverso il letto catalitico in una certa proporzione. Il propilene viene prima ossidato ad acroleina nel primo reattore e poi ulteriormente ossidato ad acido acrilico nel secondo reattore. Il vapore acqueo svolge un ruolo di diluizione in questo processo, evitando il verificarsi di esplosioni e sopprimendo la generazione di reazioni collaterali. Tuttavia, oltre a produrre acido acrilico, questo processo di reazione produce anche acido acetico e ossidi di carbonio a causa di reazioni collaterali.

Secondo l'indagine di Pingtou Ge, la chiave della tecnologia di processo di ossidazione dell'acido acrilico risiede nella selezione dei catalizzatori. Attualmente, le aziende in grado di fornire la tecnologia dell'acido acrilico tramite l'ossidazione del propilene includono Sohio negli Stati Uniti, Japan Catalyst Chemical Company, Mitsubishi Chemical Company in Giappone, BASF in Germania e Japan Chemical Technology.

Il processo Sohio negli Stati Uniti è un importante processo per la produzione di acido acrilico attraverso l'ossidazione del propilene, caratterizzato dall'introduzione simultanea di propilene, aria e vapore acqueo in due reattori a letto fisso collegati in serie e dall'utilizzo di ossidi metallici multicomponenti MoBi e MoV come catalizzatori, rispettivamente. Con questo metodo, la resa unidirezionale di acido acrilico può raggiungere circa l'80% (rapporto molare). Il vantaggio del metodo Sohio è che due reattori in serie possono aumentare la durata del catalizzatore, fino a 2 anni. Tuttavia, questo metodo presenta lo svantaggio che il propilene non reagito non può essere recuperato.

Metodo BASF: dalla fine degli anni '60, BASF conduce ricerche sulla produzione di acido acrilico mediante ossidazione del propilene. Il metodo BASF utilizza catalizzatori a base di Mo, Bi o Mo, Co per la reazione di ossidazione del propilene e la resa unidirezionale di acroleina ottenuta può raggiungere circa l'80% (rapporto molare). Successivamente, utilizzando catalizzatori a base di Mo, W, V e Fe, l'acroleina è stata ulteriormente ossidata ad acido acrilico, con una resa unidirezionale massima di circa il 90% (rapporto molare). La durata del catalizzatore con il metodo BASF può raggiungere i 4 anni e il processo è semplice. Tuttavia, questo metodo presenta degli svantaggi, come l'elevato punto di ebollizione del solvente, la frequente pulizia delle apparecchiature e l'elevato consumo energetico complessivo.

Metodo del catalizzatore giapponese: vengono utilizzati anche due reattori fissi in serie e un sistema di separazione a sette torri corrispondente. Il primo passaggio consiste nell'infiltrare l'elemento Co nel catalizzatore Mo Bi come catalizzatore di reazione, quindi utilizzare ossidi metallici compositi di Mo, V e Cu come catalizzatori principali nel secondo reattore, supportati da silice e monossido di piombo. Con questo processo, la resa unidirezionale di acido acrilico è di circa l'83-86% (rapporto molare). Il metodo del catalizzatore giapponese adotta un reattore a letto fisso impilato e un sistema di separazione a sette torri, con catalizzatori avanzati, elevata resa complessiva e basso consumo energetico. Questo metodo è attualmente uno dei processi di produzione più avanzati, alla pari con il processo Mitsubishi in Giappone.

(3)Stato attuale e tendenze di sviluppo della tecnologia dell'acrilato di butile

L'acrilato di butile è un liquido trasparente incolore, insolubile in acqua e miscibile con etanolo ed etere. Questo composto deve essere conservato in un magazzino fresco e ventilato. L'acido acrilico e i suoi esteri sono ampiamente utilizzati nell'industria. Non solo vengono utilizzati per produrre monomeri morbidi di adesivi acrilici a base di solventi e lozioni, ma possono anche essere omopolimerizzati, copolimerizzati e copolimerizzati a innesto per ottenere monomeri polimerici e utilizzati come intermedi di sintesi organica.

Attualmente, il processo di produzione del butilacrilato prevede principalmente la reazione di acido acrilico e butanolo in presenza di acido toluensolfonico per generare butilacrilato e acqua. La reazione di esterificazione coinvolta in questo processo è una tipica reazione reversibile e i punti di ebollizione dell'acido acrilico e del butilacrilato prodotto sono molto vicini. Pertanto, è difficile separare l'acido acrilico mediante distillazione e l'acido acrilico non reagito non può essere riciclato.

Questo processo è chiamato metodo di esterificazione dell'acrilato di butile, sviluppato principalmente dall'Istituto di Ricerca di Ingegneria Petrochimica di Jilin e da altri istituti correlati. Questa tecnologia è già molto matura e il controllo del consumo unitario di acido acrilico e n-butanolo è molto preciso, in grado di controllare il consumo unitario entro 0,6. Inoltre, questa tecnologia ha già ottenuto cooperazione e trasferimento.

(4)Stato attuale e tendenze di sviluppo della tecnologia CPP

Il film CPP è realizzato a partire dal polipropilene come materia prima principale attraverso specifici metodi di lavorazione come l'estrusione a stampo a T. Questo film ha un'eccellente resistenza al calore e, grazie alle sue intrinseche proprietà di raffreddamento rapido, può formare un'eccellente levigatezza e trasparenza. Pertanto, per applicazioni di imballaggio che richiedono elevata trasparenza, il film CPP è il materiale preferito. L'uso più diffuso del film CPP è nel confezionamento alimentare, così come nella produzione di rivestimenti in alluminio, nel confezionamento farmaceutico e nella conservazione di frutta e verdura.

Attualmente, il processo di produzione dei film in CPP è principalmente basato sulla coestrusione. Questo processo produttivo prevede l'impiego di più estrusori, distributori multicanale (comunemente noti come "alimentatori"), teste di colata a T, sistemi di colata, sistemi di trazione orizzontale, oscillatori e sistemi di avvolgimento. Le caratteristiche principali di questo processo produttivo sono la buona lucentezza superficiale, l'elevata planarità, la ridotta tolleranza di spessore, le buone prestazioni di allungamento meccanico, la buona flessibilità e la buona trasparenza dei film sottili prodotti. La maggior parte dei produttori globali di CPP utilizza il metodo di coestrusione per la produzione e la tecnologia delle attrezzature è ormai consolidata.

Dalla metà degli anni '80, la Cina ha iniziato a introdurre attrezzature per la produzione di film cast esteri, ma la maggior parte di esse sono strutture monostrato e appartengono alla fase primaria. Dopo l'inizio degli anni '90, la Cina ha introdotto linee di produzione di film cast copolimerici multistrato provenienti da paesi come Germania, Giappone, Italia e Austria. Queste attrezzature e tecnologie importate rappresentano la forza trainante dell'industria cinese del film cast. Tra i principali fornitori di attrezzature figurano le tedesche Bruckner, Bartenfield, Leifenhauer e l'austriaca Orchid. Dal 2000, la Cina ha introdotto linee di produzione più avanzate e anche le attrezzature prodotte internamente hanno registrato un rapido sviluppo.

Tuttavia, rispetto al livello avanzato internazionale, sussiste ancora un certo divario nel livello di automazione, nel sistema di controllo della pesatura e dell'estrusione, nella regolazione automatica della testa di filiera e nel controllo dello spessore del film, nel sistema di recupero del materiale di bordo in linea e nell'avvolgimento automatico delle attrezzature nazionali per la colata di film. Attualmente, i principali fornitori di attrezzature per la tecnologia dei film CPP includono, tra gli altri, Bruckner (Germania), Leifenhauser (Austria) e Lanzin (Austria). Questi fornitori esteri offrono vantaggi significativi in termini di automazione e altri aspetti. Tuttavia, il processo attuale è già piuttosto maturo e la velocità di miglioramento della tecnologia delle attrezzature è lenta, e non esiste praticamente alcuna soglia per la cooperazione.

(5)Stato attuale e tendenze di sviluppo della tecnologia dell'acrilonitrile

La tecnologia di ossidazione propilene-ammoniaca è attualmente la principale via di produzione commerciale per l'acrilonitrile e quasi tutti i produttori di acrilonitrile utilizzano catalizzatori BP (SOHIO). Tuttavia, sono disponibili anche molti altri fornitori di catalizzatori tra cui scegliere, come Mitsubishi Rayon (ex Nitto) e Asahi Kasei dal Giappone, Ascend Performance Material (ex Solutia) dagli Stati Uniti e Sinopec.

Oltre il 95% degli impianti di acrilonitrile in tutto il mondo utilizza la tecnologia di ossidazione propilene-ammoniaca (nota anche come processo Sohio), introdotta e sviluppata da BP. Questa tecnologia utilizza propilene, ammoniaca, aria e acqua come materie prime, che entrano nel reattore in una determinata proporzione. Sotto l'azione di catalizzatori a base di fosforo, molibdeno, bismuto o ferro-antimonio supportati su gel di silice, l'acrilonitrile viene generato a una temperatura di 400-500 °C.°Ce pressione atmosferica. Quindi, dopo una serie di fasi di neutralizzazione, assorbimento, estrazione, deidrocianurazione e distillazione, si ottiene il prodotto finale, l'acrilonitrile. La resa unidirezionale di questo metodo può raggiungere il 75% e i sottoprodotti includono acetonitrile, acido cianidrico e solfato di ammonio. Questo metodo ha il più alto valore di produzione industriale.

Dal 1984, Sinopec ha firmato un accordo a lungo termine con INEOS e ha ottenuto l'autorizzazione a utilizzare la tecnologia brevettata di acrilonitrile di INEOS in Cina. Dopo anni di sviluppo, il Sinopec Shanghai Petrochemical Research Institute ha sviluppato con successo un percorso tecnico per l'ossidazione del propilene-ammoniaca per la produzione di acrilonitrile e ha realizzato la seconda fase del progetto di acrilonitrile da 130.000 tonnellate della filiale di Sinopec Anqing. Il progetto è entrato in funzione con successo nel gennaio 2014, aumentando la capacità produttiva annua di acrilonitrile da 80.000 tonnellate a 210.000 tonnellate, diventando una parte importante della base produttiva di acrilonitrile di Sinopec.

Attualmente, tra le aziende in tutto il mondo che detengono brevetti per la tecnologia di ossidazione del propilene-ammoniaca figurano BP, DuPont, Ineos, Asahi Chemical e Sinopec. Questo processo produttivo è maturo e facile da ottenere, e anche la Cina ha localizzato questa tecnologia, con prestazioni non inferiori a quelle delle tecnologie di produzione straniere.

(6)Stato attuale e tendenze di sviluppo della tecnologia ABS

Secondo l'indagine, il processo di produzione dei dispositivi ABS si suddivide principalmente in metodo di innesto a lozione e metodo di produzione continua in massa. La resina ABS è stata sviluppata sulla base della modifica della resina di polistirene. Nel 1947, l'azienda americana di gomma adottò il processo di miscelazione per ottenere la produzione industriale di resina ABS; nel 1954, la società statunitense BORG-WAMER sviluppò la resina ABS polimerizzata a innesto a lozione e ne realizzò la produzione industriale. L'avvento dell'innesto a lozione favorì il rapido sviluppo dell'industria ABS. Dagli anni '70, la tecnologia di produzione dell'ABS ha attraversato un periodo di grande sviluppo.

Il metodo di innesto a lozione è un processo produttivo avanzato che comprende quattro fasi: la sintesi del lattice di butadiene, la sintesi del polimero a innesto, la sintesi dei polimeri di stirene e acrilonitrile e il post-trattamento di miscelazione. Il flusso di processo specifico include un'unità PBL, un'unità di innesto, un'unità SAN e un'unità di miscelazione. Questo processo produttivo ha un elevato livello di maturità tecnologica ed è stato ampiamente applicato in tutto il mondo.

Attualmente, la tecnologia ABS matura proviene principalmente da aziende come LG in Corea del Sud, JSR in Giappone, Dow negli Stati Uniti, New Lake Oil Chemical Co., Ltd. in Corea del Sud e Kellogg Technology negli Stati Uniti, tutte leader a livello mondiale in termini di maturità tecnologica. Con il continuo sviluppo tecnologico, anche il processo di produzione dell'ABS è in costante miglioramento. In futuro, potrebbero emergere processi produttivi più efficienti, rispettosi dell'ambiente e a risparmio energetico, offrendo maggiori opportunità e sfide allo sviluppo dell'industria chimica.

(7)Lo stato tecnico e la tendenza allo sviluppo dell'n-butanolo

Secondo le osservazioni, la tecnologia più diffusa a livello mondiale per la sintesi di butanolo e ottanolo è il processo di sintesi carbonilica ciclica in fase liquida a bassa pressione. Le principali materie prime per questo processo sono il propilene e il gas di sintesi. Tra questi, il propilene proviene principalmente da autoapprovvigionamento integrato, con un consumo unitario di propilene compreso tra 0,6 e 0,62 tonnellate. Il gas di sintesi viene preparato principalmente da gas di scarico o gas di sintesi a base di carbone, con un consumo unitario compreso tra 700 e 720 metri cubi.

La tecnologia di sintesi del carbonile a bassa pressione sviluppata da Dow/David, ovvero il processo di circolazione in fase liquida, offre vantaggi quali l'elevato tasso di conversione del propilene, la lunga durata del catalizzatore e la riduzione delle emissioni di tre tipi di rifiuti. Questo processo rappresenta attualmente la tecnologia di produzione più avanzata ed è ampiamente utilizzato nelle aziende cinesi produttrici di butanolo e ottanolo.

Considerando che la tecnologia Dow/David è relativamente matura e può essere utilizzata in collaborazione con le imprese nazionali, molte aziende daranno priorità a questa tecnologia quando decideranno di investire nella costruzione di unità butanolo-ottanolo, seguita dalla tecnologia nazionale.

(8)Stato attuale e tendenze di sviluppo della tecnologia del poliacrilonitrile

Il poliacrilonitrile (PAN) si ottiene attraverso la polimerizzazione radicalica dell'acrilonitrile ed è un importante intermedio nella preparazione di fibre di acrilonitrile (fibre acriliche) e fibre di carbonio a base di poliacrilonitrile. Si presenta come una polvere opaca bianca o leggermente gialla, con una temperatura di transizione vetrosa di circa 90 °C.°CPuò essere disciolto in solventi organici polari come dimetilformammide (DMF) e dimetilsolfossido (DMSO), nonché in soluzioni acquose concentrate di sali inorganici come tiocianato e perclorato. La preparazione del poliacrilonitrile prevede principalmente la polimerizzazione in soluzione o la polimerizzazione per precipitazione acquosa dell'acrilonitrile (AN) con secondi monomeri non ionici e terzi monomeri ionici.

Il poliacrilonitrile viene utilizzato principalmente per la produzione di fibre acriliche, fibre sintetiche ottenute da copolimeri di acrilonitrile con una percentuale in massa superiore all'85%. A seconda dei solventi utilizzati nel processo di produzione, si distinguono in dimetilsolfossido (DMSO), dimetilacetammide (DMAc), tiocianato di sodio (NaSCN) e dimetilformammide (DMF). La principale differenza tra i vari solventi è la loro solubilità in poliacrilonitrile, che non ha un impatto significativo sullo specifico processo di polimerizzazione. Inoltre, a seconda dei diversi comonomeri, si possono suddividere in acido itaconico (IA), metilacrilato (MA), acrilammide (AM) e metilmetacrilato (MMA), ecc. Diversi comonomeri hanno effetti diversi sulla cinetica e sulle proprietà del prodotto delle reazioni di polimerizzazione.

Il processo di aggregazione può essere a uno o due stadi. Il metodo a uno stadio si riferisce alla polimerizzazione di acrilonitrile e comonomeri in soluzione contemporaneamente, e i prodotti possono essere preparati direttamente in soluzione di filatura senza separazione. La regola a due stadi si riferisce alla polimerizzazione in sospensione di acrilonitrile e comonomeri in acqua per ottenere il polimero, che viene separato, lavato, disidratato e sottoposto ad altri passaggi per formare la soluzione di filatura. Attualmente, il processo di produzione globale del poliacrilonitrile è sostanzialmente lo stesso, con la differenza nei metodi di polimerizzazione a valle e nei comonomeri. Attualmente, la maggior parte delle fibre di poliacrilonitrile in vari paesi del mondo è realizzata con copolimeri ternari, con acrilonitrile che rappresenta il 90% e l'aggiunta di un secondo monomero che varia dal 5% all'8%. Lo scopo dell'aggiunta di un secondo monomero è quello di migliorare la resistenza meccanica, l'elasticità e la consistenza delle fibre, nonché di migliorare le prestazioni di tintura. I metodi comunemente utilizzati includono MMA, MA, acetato di vinile, ecc. La quantità aggiunta del terzo monomero è compresa tra lo 0,3% e il 2%, con lo scopo di introdurre un certo numero di gruppi coloranti idrofili per aumentare l'affinità delle fibre con i coloranti, che sono suddivisi in gruppi coloranti cationici e gruppi coloranti acidi.

Attualmente, il Giappone è il principale rappresentante del processo produttivo globale del poliacrilonitrile, seguito da paesi come Germania e Stati Uniti. Tra le aziende rappresentative figurano Zoltek, Hexcel, Cytec e Aldila dal Giappone, Dongbang, Mitsubishi dagli Stati Uniti, SGL dalla Germania e Formosa Plastics Group da Taiwan, Cina. Attualmente, la tecnologia del processo produttivo globale del poliacrilonitrile è matura e non c'è molto margine di miglioramento del prodotto.