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醋酸:产能过剩 技术攻关任重道远
2020年6期 发行日期:2020-03-14
作者:■西南化工研究设计院有限公司 陈晓华

  醋酸的化学式为CH3COOH,是一种典型的有机一元羧酸。因纯醋酸在16.6℃以下时可凝固成冰状的固体,所以又常称为冰醋酸或冰乙酸。醋酸是一种重要的有机化工产品,可作为化学中间体用于醋酸乙烯、醋酸酯类、醋酸酐、对苯二甲酸、氯乙烯等产品的生产,是合成纤维、胶黏剂、医药、农药和染料等行业的重要原料。此外,醋酸还是优良的有机溶剂,在化工、轻纺、塑料、橡胶、食品等行业有着十分广泛的用途。


合成技术概述


  合成醋酸的技术发展经历了乙醛氧化法、轻烃液相氧化法、乙烷选择性氧化法、乙烯直接氧化法和甲醇羰基合成法等。乙醛氧化法是先用电石乙炔水合法制得乙醛,再将乙醛氧化成醋酸,但该工艺耗电量大,催化剂难制取,且催化剂的毒性对环境污染很大,在国内外已属于淘汰型技术。轻烃液相氧化法有正丁烷和石脑油两种原料路线,原料经氧化后生成甲酸、乙酸和丙酸,经多次精馏分离得到产品醋酸,该路线机理复杂,副产物较多,分离困难,并且设备腐蚀严重,已属于落后型技术。乙烷选择性氧化法是将乙烷和乙烯的混合物催化氧化,醋酸有较好的选择性,但该工艺除生成醋酸外,还生成大量乙烯联产品,因此必须同时为乙烯找到用途或销售出路。乙烯直接氧化法不需经过乙烯转化为乙醛的步骤,而是采用一步法气相工艺把乙烯直接氧化为醋酸,该工艺路线的醋酸选择性和收率都较高,且工艺简单、三废少,属于较清洁生产的工艺。
  甲醇羰基合成法是目前醋酸生产的主要工艺方法,生产的醋酸已占全球醋酸产量的80%以上。甲醇羰基合成法以一氧化碳和甲醇为原料,用羰基合成的反应方式生产醋酸。该方法在发展过程中经历了两种技术的变革:高压法和低压法。高压法由于存在反应条件苛刻、副产物多、产品精制复杂、能耗高和投资高等缺点,目前已被低压法所取代。低压法以金属铑或铱为催化剂,工艺反应条件温和,醋酸收率较高,生产成本低。因此自20世纪80年代以来,世界各国新建醋酸装置基本上都采用低压甲醇羰基合成法。该法在投资和吨耗成本上具有较强的竞争力,并随着生产规模的扩大和高效催化剂的采用,其优势更加明显。


  自20世纪70年代甲醇羰基合成醋酸技术问世以来,业界先后发展出4种具有代表性的工艺路线:孟山都工艺、BP公司的Cativa工艺、塞拉尼斯公司的AO Plus工艺和UOP与千代田公司的Acetica工艺。这4种工艺各具特点与优势,在全球各地均建有规模化的醋酸装置。在2000年之前,国内建设的醋酸生产装置均是引进跨国化工巨头技术,但因技术转让条件苛刻且费用高昂,极大地限制了我国醋酸工业的发展。我国西南化工研究设计院从20世纪70年代以来,便开始进行甲醇羰基合成醋酸工艺的研究开发工作,经过多年的技术攻关,取得了大量的研究成果,最终形成了具有我国自主知识产权的国家专利。这一自主专利的成功,标志着长期被国外公司垄断的技术壁垒被打破,开启了我国醋酸工艺从技术到设备的国产化之路。自2001年开始,西南化工研究院甲醇低压羰基合成醋酸专利技术先后转让给山东兖矿集团、大庆油田和河南顺达等8家国内化工集团或企业,开创了我国醋酸工业发展的新局面。2005年6月,我国首套拥有自主知识产权的20万吨/年甲醇羰基化合成醋酸装置在山东兖矿集团建成投产。此后,随着该技术在实际生产中的逐步改进,效能不断优化,单套装置的产能不断提高。国产化技术的推进和产能的快速提升,使我国醋酸工业在较短时期内迈上了一个新台阶。


产能快速增长
         价格整体走低


  2005年时,我国醋酸产能为200万吨/年,行业需求处于供不应求的状态。2005年后,国际油价开始一路走高,甲醇羰基合成醋酸的工艺路线较石油乙烯制醋酸路线具有的成本优势越来越明显,加上我国甲醇羰基合成醋酸工艺技术取得突破,国内煤化工行业逐渐掀起一股醋酸投资热。短短三五年时间,我国醋酸就由产不足需转变为供大于求的格局。至2011年,我国醋酸产能达到600万吨/年;之后虽然增速放缓,但新建装置仍旧持续上马;至2018年,全国产能突破1000万吨/年,占到全球总产能的一半。目前,我国已成为世界上最大的醋酸生产国和消费国。截至2019年底,全国醋酸生产企业大约有20家,其中年产能在30万吨以上的企业有12家,年产能达50万吨以上的企业有7家。其中江苏索普、上海华谊、南京塞拉尼斯和山东兖矿国泰4家大型化工企业的年产能均达100万吨以上,4家企业的总产能占到全国产能的约50%。从生产企业所处的地区来看,我国醋酸生产装置绝大部分集中在江苏、山东和上海等东部沿海地区,其中江苏省的产能最大,目前已占到全国的32%左右;而江苏和山东的产能之和已经占到全国的近50%,这表明醋酸产区的集中度较高。
  随着过去10余年我国经济社会的快速发展,醋酸的表观消费量总体呈现稳步增长的发展态势,从2005年的不足200万吨增长到2018年的659万吨。虽然消费量在不断增加,但仍赶不上醋酸产能的扩张,这必然导致供大于求的局面。因此,在过去10年间,受国际经济周期以及国内供求局面等内外部影响,醋酸装置的整体开工率波动较大,2013年整体开工率曾跌破50%,之后受市场利好因素影响逐步恢复,近年的开工率维持在70%~85%。在醋酸价格方面,产能的迅速扩张造成产能过剩的局面,供大于求带来市场价格的持续走低。从图1近10余年醋酸价格走势可以看出,醋酸价格整体呈曲线下跌的趋势。2016年第一季度曾一度跌破2000元/吨,而后价格逐渐回暖,至2018年中期,受醋酸企业集中检修及下游市场需求影响,全球范围内的醋酸市场普遍供应紧张,国内醋酸价格突破5000元/吨,达到多年来的一个价格峰值。在此之后,即2018年下半年开始,价格走势又逐渐回落,2019年全年价格在3000元/吨上下浮动。


发展下游产业链
         技术攻关任重道远


  在我国目前的醋酸下游产业链中,醋酸主要用于生产对苯二甲酸(PTA)、醋酸乙烯和醋酸酯,这3种衍生品对醋酸的消费量占到了醋酸总消费量的75%。虽然受社会消费和投资的拉动,醋酸下游产品对醋酸的需求量也在持续增加,但仍赶不上我国醋酸产能增长的速度。因此,我国醋酸行业多年来一直处于长期结构性过剩的状态,供大于求的矛盾较为突出。为解决这一矛盾,从行业内部到外部,有3种应对途径值得思考。
  一是企业内部通过不断改进技术,优化人员配置,降低能耗和单位生产成本,提高自身的竞争优势。例如,近年来新建的醋酸装置单套规模大多都在50万吨/年以上,显而易见,这是以大型规模化来降低单耗和成本的有效途径。二是延长上下游产业链,降低风险。有的企业近年新建或扩建的装置同步建设了上游甲醇和一氧化碳装置,或者下游的PTA、醋酸酯、醋酸乙烯等装置,在一定程度上确保了自身醋酸生产的成本优势和醋酸消耗。但由于这些传统下游产业本身也在过剩边缘,因此需要综合考量,理性投资与建设。近年来,西南化工研究设计院围绕醋酸下游产业链,开发出醋酸加氢制乙醇工艺(现已建成20万吨/年装置并稳定运行)和醋酸甲醛一步法制丙烯酸工艺(已进入中试开发阶段)。这两项醋酸下游技术在创新乙醇和丙烯酸工艺的同时,延长了醋酸下游产业链,为醋酸行业发展提供了新的支撑点。三是加强下游精细化工品、高附加值产品的研发。我国醋酸下游产品大多属于大宗型产品,一些高端的、具有高附加值的精细化工产品技术目前仍掌握在少数跨国公司手中。因此,国内醋酸企业和科研院所可着力对醋酸下游高附加值产品(如醋酸纤维素、乙酰木材)进行技术攻关,撼动国外化工巨头的技术壁垒,进而增强我国醋酸上下游产业整体的竞争力。

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