環氧氯丙烷生產技術及市場應用

魏艷輝   李小鵬
(天津渤?;ぜ瘓F天津化工廠)

摘要:本文論述了環氧氯丙烷兩種生產工藝特點及其市場消費,并對環氧氯丙烷的市場前景進行展望。
Key words: Epichorohydrin(ECH); Technology of production; Marketing ; Prospect
Abstract: Two production processes used to manufacture ECH and its marketing consumption as well as marketing structure in recent years are introduced. Marketing prospect is also offered in this paper.

關鍵詞:環氧氯丙烷;生產技術;市場;展望

    環氧氯丙烷(ECH)別名表氯醇,化學名稱為1-氯2,3-環氧丙烷,分子式C3H5OCl,分子量92.85,是一種易揮發、不穩定的無色液體,有與氯仿、醚相似的刺激性氣味,密度1.1806g/cm3,沸點115.2℃,凝固點-57.2℃,折射率(nd20)1.4382,閃點(開杯)40.6℃,自燃點415℃,微溶于水,能與多種有機溶劑混溶,可與多種有機液體形成共沸物。
    環氧氯丙烷是一種重要的有機化工原料和精細化工耗氯產品,主要用于生產環氧樹脂、合成甘油、氯醇橡膠等精細化工產品,而這些產品又廣泛應用于化工、輕工、交通運輸、醫藥、電子電器等領域。
   
1、環氧氯丙烷生產、消費情況
   1.1國外生產和消費情況

    1945年,美國殼牌化學公司次開發成功丙烯氯化法工業生產技術,并于1948年建成9.1萬噸工業裝置,開始了環氧氯丙烷的大規模生產。1960年以來,日本、前蘇聯、西歐、東歐相繼建造許多環氧氯丙烷工業裝置,產量不斷增加,80年代中期,前蘇聯科學院與日本昭和電工公司又開發了烯丙醇為原料的生產工藝。目前,環氧氯丙烷的生產能力主要有丙烯高溫氯化法和醋酸丙烯酯法兩種,其中90%左右的環氧氯丙烷是由丙烯高溫氯化法生產。
    自20世紀80年代以來,環氧氯丙烷因其下游產品環氧樹脂的應用開發日新月異,需求快速增長,當前環氧氯丙烷生產能力約112萬噸,年產量90萬噸,開工率在80%左右。1990年―2000年環氧氯丙烷產量增加了70%,年增長率約為6%,高于經濟平均發展速度。環氧氯丙烷能力分布及工藝路線見下表1:
表1 環氧氯丙烷能力分布及工藝路線

或地區 公司名稱 生產能力(萬噸/年) 工藝路線
美國   (合計 31.6) Dow 22.6 丙烯熱氯化法
  Shell 9.0 丙烯熱氯化法 
西歐   (合計 25.3) Dow(德國) 9.0 丙烯熱氯化法
  Solvay(德國) 5.0 丙烯熱氯化法
  Solvay(法國) 2.8 丙烯熱氯化法
  Shell(荷蘭) 8.5 丙烯熱氯化法
日本   (合計 13.7) Kashima 4.7 丙烯熱氯化法
  Daiso 4.0 丙烯熱氯化法
  Showa Denko 2.4 醋酸丙烯酯法
  Sumitoma 1.4 丙烯熱氯化法
  MTT 1.2 丙烯熱氯化法
亞洲   (合計 28.7 ) Hanhwa(韓國) 2.5 丙烯熱氯化法(日本除外)
  SFC (韓國) 5.0 丙烯熱氯化法
  TPL(印度) 1.0 丙烯熱氯化法
  Triplex(中臺) 1.2 醋酸丙烯酯法
  臺塑 8.0 丙烯熱氯化法
泰   國   1.0 丙烯熱氯化法
中   國   10.0  
東   歐   12.1  
巴   西   1.2  
總   計   112.6  

    從上表可以看出環氧氯丙烷生產呈四大特點:一是區域不平衡,62%生產能力集中在美國、西歐和日本;二是產能更趨集中,Dow、Solvay、Shell三家公司產能約占總生產能力的51%;三是亞洲產能近幾年快速增加;四是工藝路線仍比較單一。
    近幾年,歐、美、日等國因環境保護沒有新建裝置,但環氧氯丙烷市場仍基本保持平衡。美國、西歐、日本仍是主要消費和地區,亞洲近幾年發展很快、環氧氯丙烷需求增長較快。環氧氯丙烷主要出口國是美國和日本,亞洲和東歐是主要進口國和地區,西歐供需基本保持平衡。
    國外環氧氯丙烷主要用于生產環氧樹脂和合成甘油,廣泛應用于涂料、粘合劑、電子、制藥、煙草、橡膠、化妝品等行業,約占總消費的85%。近幾年,由于環氧樹脂需求的增長,用于環氧樹脂消費的環氧氯丙烷年平均增長率為3%左右,而用于合成甘油消費的環氧氯丙烷基本持平。國外環氧氯丙烷的消費比例見下表2:
表2 環氧氯丙烷的消費比例 %

類 別 美 國 西 歐 日 本
環氧樹脂 65 72 74
合成甘油 20 16 10
其 它 5 12 16
合 計 100 100 100

    1.2國內市場和消費情況
    早在1965年,廣州助劑廠率先用甘油法生產了環氧氯丙烷。1968年后,無錫樹脂廠、沈陽化工廠等的丙烯高溫氯化法裝置相繼建成投產,總產量逐年提高。1981年以來,許多小廠因原料缺乏,工藝落后,經濟效益差等原因停產,曾在短期內造成總產量下降。后來國內幾家公司先后引進國外技術建立了環氧氯丙烷裝置,產能大大增加,達到了10萬噸。但是由于原料供應不足,國內環氧氯丙烷裝置開工率仍有不足,有的企業甚至完全停止了生產。
    目前國內環氧氯丙烷生產廠共有四家:天津化工廠1999年底投產的2.4萬噸/年;齊魯石化的1988年投產,產能3.2萬噸/年;岳陽石化在1972年引進了一套1.0萬噸/年生產裝置,從2001年開始有機氯改造,新引進的一套年產2.4萬噸的生產裝置于2002年1月正式投產,其總的產能為3.4萬噸/年,岳化是目前國內大的氯丙烯和環氧樹脂生產企業(氯丙烯是環氧氯丙烷的中間產品),但其85%的環氧氯丙烷用于自己的環氧樹脂生產;山東東營聯成化工責任有限公司具備1.0萬噸/年(目前只生產環氧氯丙烷的中間產品―氯丙烯,尚未生產環氧氯丙烷)的裝置,四家共計產能10萬噸/年,現在實際能夠提供的商品量只有5.5―6.0萬噸/年。
    國內的環氧氯丙烷過去主要用于環氧樹脂和合成甘油的生產,少量用于合成氯醇橡膠。其中環氧樹脂占總消費的34.6%、合成甘油占59%、其它約占6.4%。后來由于合成甘油成本過高,產量萎縮,環氧樹脂的用途不斷拓寬及需求量猛增,使得環氧氯丙烷下游消費結構發生重大變化,80%--90%用于環氧樹脂消費,其消費比例為:涂料25%、電子電器40%、建筑業15%、粘合劑10%、其它行業10%。下游的溶劑、穩定劑、表面活性劑、阻燃劑、油田化學品、水處理劑等助劑應用領域尚在初期階段,有待進一步開發,而這些產品具有較高的附加值,市場前景廣闊。
    2001年國內環氧氯丙烷的表觀消費量在7.6萬噸左右,預計2002年環氧氯丙烷的需求量為8.5萬噸,市場潛力很大。2002年上半年國內共生產環氧氯丙烷約2.6萬噸,其它部分由進口補充。進口貨源主要來自俄羅斯、日本、美國、韓國等。
    近幾年,由于我國環氧氯丙烷開工率不高,產不足需,而各行業對于環氧氯丙烷需求增長迅速,環氧氯丙烷進口量呈上升趨勢。我國環氧氯丙烷生產需求情況見下表3:
表3 我國環氧氯丙烷生產需求情況 噸

年份 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
產量 19649 20201 23022 28194 23063 19836 28209 40482 45000
進口 2228 2073 2910 1463 5046 18724 18608 25405 35468
出口 3 67 0.1 0 395 108 108 382 690

    2、環氧氯丙烷技術情況
   2.1環氧氯丙烷生產方法簡介

    丙烯高溫氯化法是工業上生產環氧氯丙烷的經典方法,其工藝過程主要包括丙烯高溫氯化制氯丙烯,氯丙烯與次氯酸合成二氯丙烯,二氯丙烯皂化合成環氧氯丙烷3個反應過程。醋酸丙烯酯法是利用醋酸丙烯酯為原料生產環氧氯丙烷的生產工藝。前蘇聯是采用先氯化后水解工藝,昭和電工則采用先水解后氯化工藝。其工藝過程主要包括合成醋酸丙烯酯,醋酸丙烯酯水解制烯丙醇,合成二氯丙烯以及二氯丙烯皂化生成環氧氯丙烷4個反應過程。
    2.2 兩種生產工藝比較
    丙烯高溫氯化法已達到生產裝置大型化、生產工藝連續化和操作自動化。該工藝特點:(1)工藝成熟,操作穩定(2)有中間產品氯丙烯,而氯丙烯可用于生產農藥、樹脂、黏合劑、涂料等的生產,在環氧氯丙烷市場過剩時可直接銷售,能很好平衡生產(3)反應副產品多,原材料轉化率低,消耗定額高(4)設備腐蝕嚴重,能耗定額高,污水排放量大。
    醋酸丙烯酯法與丙烯高溫氯化法相比,主要原料氯氣和石灰用量減少一半;采用了乙酰氯化技術,收率較高;取消了高溫氯化工藝,反應條件緩和,生產故障少且避免了副產物氯化烴類的生成;無氯醇化工藝,產品質量提高。該工藝是目前生產環氧氯丙烷較好的工藝。但該工藝反應步驟多,為防止醋酸腐蝕需用不銹鋼設備材料,且裝置投資相對較高。
表4
兩種工藝技術指標對比

  

日本鹿島高溫氯化法 日本昭和電工醋酸丙烯酯法
丙烯(t/t 0.67 0.50
氯氣(t/t) 2.10 1.00
氫氧化鈣(t/t) 1.10 0.60
醋酸(kg/t) / 50
環氧氯丙烷收率(% 7075 90
能耗 較高 較低
三廢量 廢水減少一半
產品成本(萬元) 1.2 1.0

    3、環氧氯丙烷市場展望
    環氧樹脂是環氧氯丙烷大的下游消費產品,其主要消費領域包括:涂料、復合材料、電子電器、膠粘劑。2000年涂料領域消耗環氧樹脂約為6.2萬噸。隨著市場需求不斷增加,尤其是汽車工業快速發展,對環氧樹脂涂料需求增長較快,預計2005年涂料領域消費環氧樹脂約為10萬噸。2000年復合材料領域消耗環氧樹脂約為4.8萬噸。該領域亦是我國進口環氧樹脂的主要領域,隨著我國西部大開發戰略的實施,大規?;A設施投入建設,將使復合材料有較大的需求增長。預計2005年我國復合材料領域消耗環氧樹脂將達8.5萬噸。2000年我國電子電氣行業消耗環氧樹脂約為1.5萬噸,預計2005年將需求環氧樹脂2.5萬噸。2000年膠粘劑行業消耗環氧樹脂約為0.4萬噸。隨著我國生活水平的不斷提高,城市住宅建設將進一步加快,對環氧樹脂膠粘劑需求將高速增加,預計2005年將消耗環氧樹脂1.0萬噸。其它領域消耗環氧樹脂0.1萬噸,預計2005年為0.3萬噸左右。因此,我國2005年將消耗環氧樹脂22.3萬噸,僅環氧樹脂一項就消耗環氧氯丙烷15萬噸以上。另外,我國合成甘油和氯醇橡膠需求增長也較快,目前國內均不能滿足需求,需進口相當數量。據有關資料預計,合成甘油和氯醇橡膠在2005年將消耗環氧氯丙烷4萬噸左右。其它如縮水甘油醚、紙張增濕添加劑、阻燃劑、離子交換樹脂、表面活性劑等2005年將消耗環氧氯丙烷1.0萬噸。2005年我國環氧氯丙烷的需求量將達到20余萬噸?;谖覈壳吧a能力,我國環氧氯丙烷將處于嚴重供不應求局面,因此大力發展我國環氧氯丙烷非常迫切。

參 考 文 獻
劉嶺梅、化工科技市場、2001、11
崔小明、石油化工技術經濟、2001、5
陳薇、 國際石油經濟、2000、8
張忠和、石油煉制與化工、2000、3
陶國良、江蘇化工、2000、28(4)
2001年氯堿市場研討會資料
環氧樹脂網信息